そろそろクリスマスの季節です。そこでクリスマスツリーの基板を作ろうと思います。

基板のデザイン

素案

どんなクリスマスツリーにするか検討します。今回は基板でクリスマスツリーを作って、そこにホワイトマーカーで飾り付けをするようにしようと思います。

木の形は、ペンで描く領域が広くなるように、コキアの木のような丸い形にしようかなと思います。

基板にはLEDが付いていて、マイコンで光ます。ネオピクセルにすることで色を綺麗に変化させることができます。

木の幹の根本がUSBコネクタの形状になっていて、USB充電器に刺して給電します。

機能的には、先日使ったCH552マイコンを使って、この木をパソコンに接続することで、光る色を書き換えられるようにしようかなとも思っています。

AIでクリスマスツリーを描いてもらう

Adobe Fireflyを使って元になるクリスマスツリーを描いてもらおうと思います。

慣れていないため、なかなか思った感じの写真が生成されません。なるほど、こう来たかという写真が生成されてしまいます。

いろいろ試していると、当初の案とは違いますが右上に綺麗な形のクリスマスツリーの写真が生成されました。生成された右上の写真を採用しようと思います。

5色に色分け

基板の色味は、基板を構成する銅箔(Cu)とレジストマスクの色、銅箔の表面処理の色、PCB素材の色組み合わせで5色使えます。

銅箔の上にレジストマスクが塗ってあると、銅箔がないところに比べて明るくなります。このため、レジストマスクが緑色の場合、明るい緑と暗い緑を作ることができます。

AIで生成してもらったクリスマスツリーの写真から輪郭を抽出して、パーツごとに色分けします。

ペンで描く部分を広くするために、形状を変更しました。

木の葉の色分けを工夫して立体感を出しまし、LEDのが光る部分を作りました。

以上で、クリスマスツリーのデザインが完了です。

レイヤー分け

5色に分けた画像から、各種のレイヤーに分けます。今回は銅箔とレジストマスクのみ使用して、シルクは使いません。これらを1000dpiのBMP画像として保存します。

基板データの作成

KiCadでレイヤーデータの作成

KiCadの「イメージコンバーター」を使ってBMPからKiCadのレイヤーデータに変換します。

銅箔のレイヤー

Cuレイヤーはないので、「ユーザーレイヤー」を選択し、「クリップボードにエクスポート」をクリックします。

KiCadのPCBエディタにペーストします。ユーザーレイヤーなのでこの緑色の部分を全てCuレイヤーに変更します。

緑色の部分で右クリックして、「フットプリントエディターで開く」をクリック。

緑色の部分で右クリックして「プロパティ」をクリック。プロパティウィンドウのレイヤーを「Cu」に変更して、全ての緑をCuに変更します。全てCuにしたら「保存」をクリックします。

2023.11.18 追加

一括で簡単に変更できる方法がわかりました。こちらをご覧ください。

銅箔のレイヤーが完成しました。リファレンス番号のシルク(G***)も一緒に追加されるので、リファレンス番号は非表示に設定しておきます。

レジストマスクのレイヤー

続いてレジストマスクのレイヤーのBMPを変換します。右側の「外形用の基板レイヤー」を「表面ハンダマスク」に設定して、「クリップボードにエクスポート」をクリック。

PCBエディターにペーストします。先程同様、リファレンス番号のシルク(G***)も一緒に追加されるので、リファレンス番号は非表示に設定しておきます。

LEDの部分をマスクする

部品面を表にしたいので、これまでのCuレイヤーとレジストマスクを裏面に変更し基板外形を描きます。

LEDの部分は基板が透けるようにしたいので、丸くレジストマスクを配置し、両面にレジストが被らないようにします。また、金属も被らないように丸いレジストマスクに沿って「塗り潰し禁止エリア」を設定します。

以上でクリスマスツリーの基板のデザインが完了です。

回路を設計する

回路はとてもシンプルです。CH552マイコンと、ネオピクセルLED3つだけです。

これら部品を基板の表面に配置します。ちょっと難しいのは、両面基板なのですが、裏面はツリーのデザインがあるので片面しか配線できないところです。

基板データの完成！

こちらが表面(データ的には裏面)。

こちらが部品面(データ的には表面)です。

PCBWayに発注

これまで何度も複雑な形状の基板を発注してきましたが、PCBWayだけは断られたことがないので、今回もPCBWayに基板を発注します。

基板のパラメータ設定はいたってシンプル。基板サイズを100mm x 100mmにして、基板の表面処理を金メッキ(ENIG)に設定するだけです。間違えて注文を英語のページで行っていますが、大丈夫です日本語のページもあります。

メタルマスクも一緒に作ってもらいます。メタルマスクはそのままではとても大きいので、基板サイズ+20mmにいつもカットしてもらっています。

「Please cut 120mm x 120mm」と書いておけばOKです。

以上で設定は完了。右側の緑色の「Save to Cart」をクリック。

ガーバーデータをアップロードするウィンドが表示されます。中央の「Add Gerber File」をクリックしてファイルをアップロードし、左下の「Submit Order Now」をクリックします。

PCBWayで基板データのチェックが始まります。PCBWayはこのチェックがとても早く、早いと数分で終わります。チェックが終わるとメールが届きます。

基板データのチェックが終わり黄色くなれば、支払いが可能になります。右下の「Proceed to checkout」をクリックします。

配達業者を選択し、右側の「Place Order」をクリックします。PayPalの画面が表示されるので支払いをして発注完了です。

PCBWayに基板の発注までできました。届いたら組み立てたいと思います。

2023.11.13 続きはこちらです。