PalmDreams Blog: 基板試作

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2021年7月3日土曜日

ラグチューキーパー　Ragchew keeper rev4.3 復刻予定版その⑤

自動配線と　ベタGND の配置が終わりました。　配線ルールは0.7mmです。

0.8mｍでは自動配線が完了せずにジャンパーが数本残ってしまいました。

あとは削ってみてどうかといったところです。

ラグチューキーパー　 keeper rev4.3 復刻予定版その④

90mm x 56mmの基板に配置してみました。

今回はCNCルーターで仕上げようと思うのでパターン幅は0.5mm

すこし余裕を持たせた部品レイアウトです。レーザーエッチング品なら0.25mm以下が狙えますので、基板サイズを半減することができますが、手差し、手はんだするので相当面倒なことになりますので　まずはこのサイズから

ラッツネストはこんな感じ。

ラグチューキーパー　Ragchew keeper rev4.3 復刻予定版その③

ラグチューキーパーのネットリストと　フットプリントの割り付けが終わりました。

今回は　90x56mmのFR-4基板を使います。

KiCADのライブラリは表面実装品は充実していますが、手差しスルーホール部品はあまり充実しいません。

この場合、既存のライブラリから、ライブラリの該当部品だけエクスポート/インポートし、

ピン番号やピン属性を変更すると新規部品ライブラリの作成が楽です。

最終的には、よく使う部品は自分オリジナルのライブラリに登録されていくためどんどん作業効率は向上します。

この辺はEagle-CADと同じ。　最初だけちょっと面倒

今回は　DTC114 ROHMとL7805の　TO-92パッケージを登録しました。

これをしないとスルホール品と表面実装のピン割り付けが異なるので、ランドとスルホール品のピン番号が正しい位置になりません。　

まあ、手差しなのでラジペンでリードを加工して何とかなるわけですが...

逆に表面実装品だと何とかならないほうが多いかな..

2021年7月1日木曜日

ラグチューキーパー　Ragchew keeper rev4.3 復刻予定版その②

なかなか時間が取れず　進んでいなかった「ラグチュー　キーパー」ですが、

E-CAD , CAD,CAM のワークフローをすべて入れ替えた新環境でリリースする予定です。

以前の開発環境は　Eagleで回路図を作成して、自動配線もEagle　CAD/CAMデータもEagleのアドインソフトで作成しデータを出力していたのですが、CAD/CAMの細かい調整ができないことと図面の分割、基板サイズの制限があり開発環境を見直しました。

現在の開発環境は

KiCADで回路図を作成し、Freeroutingで自動配線、Flatcamで　CAD/CAMを行い

GRBLで切削または　レーザー光によるパターン描画後エッチングする方法を採用しています。

それぞれのステージでデータの受け渡しする手間は増えましたが、細かな調整ができるので

結果歩留まりが向上しました。　まだ慣れていないのですがこの環境には満足しており当面はこの構成で行きたいと思います。

ということで少し時間に余裕でできたので　ラグチューキーパー再始動です。

まずは回路図をEagleからKiCadに移植しました。　自動インポートである程度回路を引継ぎ

うまく変換できなかった部分を手作業で修正しました。

つぎはパターン設計です。

KiCADはここ　https://www.kicad.org/

回路図はここ

https://drive.google.com/drive/folders/10ioFJKxUWGyfTmgy3rSbHPaqp1Ef9fIa?usp=sharing

KiCAD版に入れ替えています。　基板とソフトウェア　レビジョンは4.3

少し新機能が追加されています。　詳細は後ほど

2021年3月15日月曜日

KiCAD 事始め:始まり

先週から　回路や試作基板の設計ツールとしてKiCADを導入しています。　実は以前のKiCAD　Ver4の時に検討したのですが、あまりの使い勝手の悪さで、放置したことがありました。しかし取引先からのVer5が意外と良いという評判と相対的にAutodeskに買収されて自由度を失ったEagleの補完という位置づけで今後はKiCADによる基板試作を行うことになります。これからしばらくはKiCADによる基板制作までの作業について投稿していきます。

このシリーズでは、Eagleの資産の継承も含めて、KiCADのインポート機能を使いEagleライブラリを変換しつつ、躓いた事とその解決方法など自分用メモとして記録していきます。

とりあえず使用してみて感じたことは、UIやショートカットに慣れればそれなりに使える(といってもまだ使い込んでいないのであくまでも個人的な感想)事が判りました。

ただし、単に慣れていないだけかもしれませんが、部品がストレスなく選択できなかったりまだまだEagleの使いよさには届かない部分を感じることが執筆時の現行バージョン5.1.9にはあります。　この辺りは使用者の感じ方で評価が分かれるかもしれません。

さて、EagleとKiCADの大きな違いはライブラリ管理です。

大まかな電子部品はライブラリに登録されていますが、基板設計を行う場合は、ユーザー定義ライブラリの作成は、ほぼ必須ですが、この管理概念というか思想が異なります。

Eagleの場合は、シンボルとフットプリントを作成した後、

部品の多様性に対応するためにデバイスという概念でパッケージとパッドを関連付けます。

例えばICなど同じシンボルで同じ機能を持ってもパッケージがDIP ,SOP,QFPなど多様性がありピン割り付けも異なる場合がありますが、Eagleはこれをデバイスという概念で一つのオブジェクト(この辺はソフトウェアのオブジェクト指向に概念が近い)にまとめられています。

したがって最初にシンボル、パッケージ、パッド(フットプリント)の整合性のとれたデバイスが必要ですし、回路図を描く際に実装タイプ(表面実装かスルーホール)と部品外形を考慮してデバイスを選び描く必要があります。

これに対してKiCADはライブラリにシンボルさえあればとりあえず回路図は引けます。そして回路図完成後にパッケージとパッドの整合の取れたライブラリを関連付けることになります。

一見回路図が最初に描けるのはメリットに見えるかもしれませんが、シンボルのピンアサイン名(番号)とパッド(フットプリント)の番号を完全に一致させなければいけません。

これは　ピンアサイン名を自由に変更できないという制約につながります。またライブラリ管理が煩雑です。

また　回路図作成時にどのような部品を載せるのか　例えば表面実装品、ラジアル部品、サイズ、抵抗のW数、ケミコンのサイズなどは必ず意識はするはずですので回路図だけ先に描けることが必ずしもメリットにはなりません。

このように一長一短はあるもののこのあたりが大きな思想の違いに感じました。

ただ KiCADはCERN(欧州素粒子原子核研究機構)が開発に参加しているため今後の機能改善とメンテナンスが期待できます。

ところで

CADの使い勝手以前に

この基板サイズにこの部品..実装できるのか?

うーん...　基板面積　足りてる?　足りているような　足りていないような..

2020年9月1日火曜日

ラグチューキーパー　Ragchew keeper rev4.2 復刻予定版

以前販売していた　ラグチュー　キーパーの回路基板を作ってみました。

もともと少ない部品で作れるようにしてあるのですが、基板があることでさらに容易に作ることができます。

基板の空きスペースに機能拡張するための回路も組み込んであります。

ラグチュー　キーパーを全く知らない方のために簡単に機能を説明すると..

無線機のマイクに外付けすることで

1) 継続的な電波の送信(無変調)の防止

2) 長い通信電文(主にラグチュー時)への警告音と時間経過後の強制スタンバイ

3) おまけでアポロ11をまねたスタンバイピー音機能

上記機能を　DIP8ピンのマイコンにプログラムを書き込んであります。

アマチュア無線は単方向通信で行われる場合が多く、話が弾むとついつい送信時間は延びてしまいがちになります。このとき送信開始から一定時間を経過すると警告音が出ることで注意喚起してくれます。またスタンドマイクのON AIR スイッチの意図しない誤操作で、長時間に及ぶ無変調送信を防止する事ができます。　

動画はここ

無線機送信タイマー(ラグチューキーパー)　スタンバイP 付き　　　その①

無線機送信タイマー(ラグチューキーパー)　スタンバイP 付き　　　その②

2019年2月19日火曜日

CNC レーザー加工機

PCB基板試作を自動化できないか試行錯誤した結果　Arduinoで動作するCNC加工機が導入しやすいという判断に至りました。

一般的に基板試作は、

1) 回路図作成
2) PCBパターン図作成
3) 焼き付け
4) エッチング　または　ミリング
5) ドリリング
6) PCB外形加工
7) 部品実装
大まかに上記の手順を踏むことになりますが
3)～6)の工程のほとんどをCNCによる加工で再現性の良い基板が試作できます。

ただし難点はCNC加工時のヘッドがレーザー光による場合とモータ・スピンドルによる切削や穴開けなど場合により加工ヘッドが異なります。

今回は試しにモーターヘッドにレーザー加工ヘッドを同時搭載可能なアタッチメントを3Dプリンタで試作してみました。
はてさてどうなることか..

2018年11月14日水曜日

PCB基板試作用卓上CNC アクセサリ　その参　レーザーヘッドアダプタ

現在市販されているArduino ベースの卓上CNCには、エンドミルを使用した機械切削とレーザーヘッドを使用した熱による加工に二分されているようです。

今回はレーザー光による加工を行うための　レーザーヘッドアダプタを作成しましたので紹介いたします。

今回はPCB基板のレーザーエッチングを可能にするため500-2000mWの出力を持つ赤色もしくは青色レーザなどレーザー加工を行える下限(しかし安価)のレーザーヘッドモジュールで、大手通販サイトでも取り扱いがあるようです。
仕様
1) レーザーモジュール径Φ12mm
2) 27x22x36mmのヒートシンク付き

また熱によるレーザーヘッドの寿命劣化対策として30mm角のFANを装着できます。

装着にはM3の樹脂スペーサを使用することを想定しています。

使用方法としてはCNC GRBLでは一般的な42Φのミリングモーターホルダに装着できます。モーター軸センターとレーザー軸センターは設計上は一致させていますが、3Dプリンタの造形精度に依存するのですが、0.2mm以内には収まっているはずです。

装着にあたっては、GRBL1.1の場合はモーター出力(PWM)と、レーザーヘッド出力はそれぞれの用途別のコネクタから出力されますから独立した配線が別途必要になります。

2018年11月12日月曜日

PCB基板試作用卓上CNC 　その壱

CNCによる基板試作方法はすでに先駆者が残した沢山の情報がネット上にあり取捨選択に迷うほどですが、ここではそれらを土台にしていくつか改造を試みましたのでご紹介いたします。

そもそもPCB基板とは..

紙フェノール(ベークライト)やガラスエポキシ製の板に銅箔を貼り付けたものですが、回路の配線が基板上に配線することにより、組み立ての容易さ、品質の安定化、省スペース化などが現在でもその製造方法が日々進化しています。このようにPCB基板は量産化技術であるため、小ロット多品種生産には向かないのは現時点でも変わりません。
しかし現在では、卓上CNCの登場により、基板への銅箔配線の加工を再現性良く自動化することができるようになり小ロットの基板試作が容易になりました。

ということでE-CADに回路を入力すると、回路基板を<<安価に>>試作できる便利な世の中になったわけです。

..ということで一般的な組み立て使用方法に関してはすでに多数の良いサイトがありますからそちらを参照していただくとしてここでは基板CNC加工を行う上で必要になるArduino based CNCの改造ポイントを重点的に説明していきたいと思います。

ハード偏

CNCべースマシンは　Grbl0.9-1.1 CNC-xxxxで　ステージの広さにより 1610,2417,2418,3018,3020 バリエーションがありますが、どれも似たような構造で　ミスミHFSアルミフレームと同形状のパイプを組み合わせて組み立てるタイプになります。

組み立て時の注意点としては、使用目的をPCBの銅パターン切削を行う場合を考慮するとはX-Y軸の水平面精度が0.1mm単位で必要ですので　定盤がベストですが一般家庭で定盤を所有しているのは稀でしょうから平らなテーブルできればガラス天板テーブルが必要になります。　また水平面に対するZ軸の平行精度も同様です。

フレームの直交、水平精度は重要ですから構造を良く確かめ精度を高める工夫が必要です。
特にアルミフレームの長さは両端面を突き当てて使用する部材などは長さを1/100mm程度まで追い込む追加工が必要になります。

キットの部品加工精度のバラツキはあるものとの前提で作業を進めます。
尚、金属製のL金尺　1/100mm　ノギス　マイクロメーター(シム制作に必要)はないと相当不便な思いをします。　シンワや世界のミツトヨ製が良いでしょう。

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