CAmiDion用パネルをレーザー加工サービスに依頼→さっそくネオコイワで披露

電子楽器CAmiDionの基板設計データが実際にプリント基板になったわけですが、ケース加工は相変わらずハンドドリルとアクリルカッターを併用した手加工によるものでした。

手で加工すると、ちょっとしたことでアクリルカッターが脱線したり、ときには割れが生じたりすることも。

そこで、せっかくKiCadで設計したデータがあるのだから、ここからレーザー加工データを作れないものか?と考えました。

KiCadのpcbnewにはSVG(Scalable Vector Graphics)形式で保存(エクスポート)する機能があります。そこで、プリント基板を注文した時点の基板設計データをコピーし、パネルの穴位置合わせに必要な部分だけを残して削除し、その位置に合わせて穴を配置しました。基板と同じグリッドのもとで穴データが作れれば、ずれる心配もありません。この点でパネルの穴設計はSVG編集ソフトよりKiCadのpcbnewのほうが使いやすいです。

必要な穴だけを配置した基板データ(配線のない基板)ができたらSVG形式でエクスポートし、Inkscapeで開いてみます。実はSVGはテキストエディタで開くとXMLの文法に従ったテキストデータになっているので、InkscapeのXMLエディタで開くと、穴データと外形データに分かれていることがわかるでしょう。

ただ、pcbnewで保存したデータでは穴データが二重に入っていることがあるようです。これはInkscapeでレイヤー分けするためにすべての穴を選択してカット&ペーストしようとして発覚しました。レーザーカッターでカットする箇所を示すのが目的なので、穴を埋める必要はなく、穴のふちだけで十分です。

今回はEmerge+に注文しました。
注文方法を読むとわかりますが、外形を青、くりぬき部分を赤で示し、テンプレートに貼り付けてWebアップロードして見積もり、という流れになります。

  • 3/1夜 見積り依頼
  • 3/2  見積りメールが届く
  • 3/3夜 PayPalで支払い
  • 3/4  支払い確認ができた旨を知らせるメールが届く
  • 3/5  加工済みアクリルパネルが届いた(早っ!)

意外に早かった!届いて早速CAmiDionのアクリルパネルを手加工のものからレーザー加工のものに交換。手加工だとネジをしっかりしめたらずれてきつい…なんてこともありますが、レーザー加工のパネルだと精度がよいのでスムーズに穴に入りました。仕事で忙しくて夜遅めに帰ってきたにもかかわらず、届いたパネルがぴったりか確認したかったので、勢いで交換w 結果は良好!

これでSVGデータに問題がないことが確認できたので、さっそくSourceForgeの作業部屋に置きました
基板を買っていただいた方でアクリルパネルをレーザー加工してみたい、3Dプリンターで出力させてみたい、という方がいたらぜひこのSVGデータをダウンロードして活用してください。

で、そのあと3/7にネオコイワセッションがあるということで、ここでさっそく使えるようにちょっと加工。
ふちをやすりで丸めて指が痛くないようにしたり、皿ネジ用のザグリ加工をハンドドリルで行ったり(これだけはレーザー加工できないので)。

ネオコイワは大盛況でした。初音ミクのあの楽器がまたやってきたし!

昨年完売したCAmiDionのプリント基板を注文しました

昨年の終わり頃に完売したCAmiDionのプリント基板ですが、先ほど(1/11の宵に)注文しました。

チップ部品の実装サービスの利用は見送りました。メールのやり取りが別途必要だったり、BOM(部品表)を提供しないといけないなど、色々面倒なことがわかったためです。
基板だけならKiCadで保存したガーバーをZIPで固めてアップロードして注文手続きを進めていくだけでよいので、今回もこの方法にしました。

パターンは前回とほぼ同じですが、下記のように穴の大きさを調整しています。

  • タクトスイッチの穴がややきついと感じたので1.0mmに広げた
  • MIDIコネクタの穴がゆるいと感じたので1.5mmから1.4mmにした(データシートでは1.4mmが下限)

今回は枚数を50枚に増やし、初めてelecrowに注文しました。
elecrowでは50枚以上の基板を製造する small batch と呼ばれるサービス商品があり、こちらのほうがトータルで安く作れそうだからです。こちらは大きさによる割増料金が面積単位になっています。

USDの代わりにJPYで表示できるボタンもついていますが、これは1ドル107円の相場で計算されているようで、Webだけでなくelecrowからのメールでもこの円表示になっていました。しかし実際にPayPalで決済したら、elecrowの表示している円表示より少し高くなっていて、相場を計算したら、なんと1ドル123円。円安が進んできているようですね。
もし可能ならUSD表示のまま表示して注文したほうがよいようです。

発送手段ですが、SeeedのときのようにAirParcelはなく、DHLの一番安いものを選ぶことに。重さが3kgと前回より重くなったためにそうなったと思われます。

このタイミングなのでおそらく今月末くらいには届くと予想されます。

→ 2015/01/17 19:30 出荷したとの連絡メールが基板の写真つきで届きました!早ければ20日頃に届くかも…
→ 2015/01/23 届きました!

CAmiDionプリント基板到着!さっそく作ってみた

先日注文したCAmiDion専用プリント基板の新バージョンですが、8月21日(木曜)に無事到着しました!

CAmiDionプリント基板 2014/08/11版

到着したCAmiDionプリント基板 2014/08/11版

前回は13日間かかったのですが、今回は10日間で到着。注文が月曜の夜、Shipped(出荷)状態になったのが金曜、というタイミングは前回とほぼ同じだったことから、国際宅配業者による処理が速くなったようです。翌火曜日頃にTrackしてみたら川崎東ということで、このときにもう神奈川県内に来ていたことに。さらに水曜にTrackしてみると、木曜に自宅最寄の郵便局に届けるようスケジュールされたといった内容が英語で書かれていたので、もしや…と思ったら木曜に届きました。

さっそく部品が入るか試してみたら…

バックライト端子の穴が小さかった…

バックライト端子の穴が小さかった…

穴を広げないと入らない!どうしよう!
結局、細めの精密ドライバーでぐりぐりと広げて、なんとか入るようになりました。
どうしてこうなった!
そこで、ストロベリー・リナックスの液晶についている寸法図をもう一度よく見てみると…

LCDバックライト端子の幅が1.5mmとなっているが…

LCDバックライト端子の幅が1.5mmとなっているが…

この寸法図では1.5mm幅となっていますが、測ってみるとどうやら2mm近くあるようで、幅が広くなっていたために入らなかったようです。CADデータを紙に印刷したときは気づきませんでした。
次に注文するときのためにKiCadのデータ上でこの穴を広げておきました。

で、土曜日の夕方頃(ツイート:表面裏面)には、もう動作する状態になりました。

CAmiDion 2014/08/11版プリント基板完成(表面)

CAmiDion 2014/08/11版プリント基板完成(表面)


CAmiDion 2014/08/11版プリント基板完成(裏面)

CAmiDion 2014/08/11版プリント基板完成(裏面)

ただ、このまま基板を持って演奏しても、裏面に指(=天然の数百kΩ抵抗器)が触れてショートして誤動作を起こすので使いにくいです。そこで物置を発掘したら、ちょうどいい大きさの3mm厚アクリル板が出てきたので、これを底板として加工しました。

底板をつけたところ

底板をつけたところ


なお、液晶の裏についているトランジスタ(2SC371)は、暗くなるとバックライトが自動点灯するようにする仕掛けをあとからつけたものです。トランジスタのベースを光センサーCdSでプルダウン、22kΩでプルアップしています。

あと、液晶を傷から保護したり、基板をショートから保護するために上板もつけたいのですが、2mm厚のアクリル板がないので、後日買ってきて穴を開けて加工しようかと思います。

それともう一点、シルクスクリーンのうちダイオードのA1-K0とA0-K0の表示位置が入れ替わっているのに気づかないままオーダーしていたので、これもKiCad設計を直して対応しました。もっともこれは単に表示上の問題なので、実際のハンダ付けには特に支障はありません。

追記:完成した CAmiDion SinglePCB のページも作りました。

CAmiDion基板の改良版を注文しました!

CAmiDion基板の5月5日版の完売をうけ、次期バージョンの設計を進めてきましたが、ついに本日、SeeedStudio の Fusion PCB にオーダーしました!

新しい設計はこんな感じです。

CAmiDion PCB 2014/8/11版

CAmiDion PCB 2014/8/11版

【1枚基板に全端子を装着できるシンプル構成】

前回のバージョンは所定のアクリルケースに入れることを前提とした設計で、基板を2枚に切り離して2層構造にする必要がありました。さらに、MIDIジャック、ボリューム、スピーカー、オーディオジャック、オクターブシフト用の直線型可変抵抗、電池ボックスなどを電線でつなぐ必要もありました。

新バージョンではこのあたりのわずらわしさをなくし、1枚の基板でも動作するような設計にしました。さらに、ぶらぶらして邪魔になりがちな電線のハンダ付けすら不要化しました!

そのためにどうしたかというと、アンプ回路を省略し、基板取り付け型のオーディオジャックを装備したのです。これだけでもボリューム、アンプ、スピーカーが外付けになり、電線をハンダ付けする必要がなくなります。

さらに、それまで電線でつなぐ形だったオクターブシフト用の直線型可変抵抗を乗せる場所を、基板の左端に確保しました。

でも…電池ボックスだけは電線がいる…?

ならばUSB電源にしちゃえばいい!
というわけで電源用の USB mini-B 端子を装備しました。電池だろうとACアダプタだろうと USB mini-B 端子にさえ対応していれば一応電源を確保できますし、使い終わったらUSBプラグを抜けばよいので邪魔になりません。

さらに…なんと、MIDI回路も簡略化し、基板取付用MIDIジャックを2個つけられるようにすることで、MIDI OUT/IN の両方を装備できるようになりました!

これで、電源、オーディオ、MIDI、すべての端子を基板につけられるようになり、使いやすいシンプルな構成の1枚基板として作れるようになりました。

【不要な部分を切り離しやすいように配慮しました】

1枚基板だけでなく、従来通りの形での構成にも対応しやすいよう、不要な部分をアクリルカッターやノコギリなどで正確に切り離せるようにするための工夫もしてあります。

前バージョンで欠けていたスペースに追加した、AVRマイコン回路、MIDI IN 回路、オクターブシフト用の直線型可変抵抗、の各区画は、端に凹みを入れ、シルクスクリーンで区切り、さらに曲がり角に小さい穴を開けてアクリルカッターに対するストッパーとして働くよう配慮しました。

AVRマイコン回路を切り離すと、従来通り中央のピンヘッダ/ピンソケットを介してマイコンにつなぐことになるので、そのための穴もきちんと残してあります。そのうえで、従来の2×10から2×12に拡張し、AVRのアナログ端子用(オクターブシフト用の直線型可変抵抗を含む)の端子も出せるようにしました。

切り離した部分を別の基板に組むことで、例えばMIDIジャックを電線でつないでパネル取り付け式に変えたり、全く別のマイコンで制御したり、アンプやボリューム、スピーカーも好みのものをつなぐなど、より自由な構成でCAmiDionを作れるようになります。

【シルクスクリーンも大幅に改良】

前回の基板は、KiCadのガーバービューアでシルクスクリーンをさほど深くチェックしていなかったこともあり、チップ部品のLEDの向き、など、シルクスクリーンを見ただけではわかりにくいという問題があり、実体配線図で補足することでカバーしていました。

新バージョンではこのあたりも改良しました。
ガーバービューアでこまめにチェックすることで、それまで出ていなかった回路定数値などをきちんと出し、配置も色々工夫し、これもあったほうがいいなと思った表示、チップLEDの向きの△表示(チップLEDの裏にある▼印みたいなもの)など、色々追加しました。
さらにシルクスクリーンの見栄えを考え、LEDの極性、ダイオードの極性や配置も揃え、スルーホールのハンダ付け跡が表からあまり見えないように配置を見直しました。

【LCDバックライト端子対応】

前のバージョンでは秋月電子8×2 I2C液晶(バックライトなし)を想定した設計で、ストロベリー・リナックスのバックライト付き同等品(秋葉原の千石電商でも販売している)を使おうとした場合、バックライト端子を折り曲げるなどの工夫が必要でした。

今回のバージョンでバックライト端子用の穴を追加し、さらにそのすぐ近くに電源端子を追加しました。これによりバックライトの有無にかかわらず使いやすくなりました。

【オーダー】

前回は厚さ1.0mmでしたが、思っていたより薄かったと感じたので、今回は1.6mmにしました。枚数は前回と同じ10枚にしました。大きさの区分なども前回と同じです。厚みが増した分だけ重くなったためなのか、単に値上がりしただけなのかわかりませんが、送料が前回よりも1ドル弱ぐらい近く上がってるようです。

【今後の見通し】

前回の実績からすると、基板が届くのは8月25日前後になることが予想されますが、実際に部品を集めて売るのはおそらく9月以降になるでしょう。

Maker Faire Tokyo 2014 の出展者募集も始まっていますが、ここで販売できる状態になるかまだ未知数ですし、販売OKで出展すると出展料がかかるので、出展するとしたら単なるMakerで出展することになりそうです。

Maker Faire Tokyo 2014 の次の週末にはアナログシンセ・ビルダーズ・サミットも開催されるので、もし可能ならこちらに出展したときに基板(+おそらく部品セットも)を販売するかも知れません。

どちらにしても、まずは基板が届くのを待ちましょう…。

CAmiDionケースの穴あけ注文に思わぬ壁が…

昨日、電子楽器CAmiDion基板セットのパッケージングがひと段落したわけですが、5連休はまだ続く…ということで、

今度はCAmiDionケースの穴あけをどこかに注文できないか?
ということを考えてみました。(はんだづけカフェにいた人たちにも言われていましたしw)

今まで、秋葉原の電子パーツ店で売っているアクリルケースにハンドドリルで穴を開けるという方法で作ってきました。

穴あけのオーダーでまず思いついたのがEmerge+にオーダーするという方法。
データ形式も幅広く対応していて、Inkscapeで作ったデータ(svgなど)でも受け付けてくれるようですが、レーザー加工サービスなのでアクリル板に穴を開けてから組み立てることが前提のようで、既存のアクリルケースに穴を開けてもらうには向いていないようです。箱の蓋が外せたとしても、箱の側面への穴あけはレーザーカッターでは貫通して反対側の側面にも影響を与えてしまいますから。
かといって、カットしてから組み立てると接合部の強度に不安が残りますし(ここはアクリル用溶着剤でカバーすることになりそう)、ケースの設計を考え直さないといけなくなってちょっと面倒そう。

ならば既存のケースのメーカーで穴を開けてもらうサービスはないか?
と探したら、CAmiDionでも使ったことのある「PB-3」型のプラスチックケースを製造しているタカチにそういうサービスがあることが判明。
ここは既存製品のCADデータに書き加えて見積もってもらうことができるようです。さっそくダウンロードしてみると、どうもこれはAutoCad形式のようで、Inkscapeにインポートして読み込ませても完全には再現できない模様。

これは一筋縄ではいかないということが浮き彫りになってしまいました。

ここがクリアできないと、今までどおり既存ケースにハンドドリルで穴あけという方法から脱却できそうにないですね。基板設計ではまった壁と同じような壁がまたしても立ちはだかる…。

専用プリント基板で作ったCAmiDionの動作確認が完了

3月15日頃にCAmiDion2号機のver.2を分解してから2ヶ月余り。ver.3への作り替えを進めてきましたが、一週間前に届いた専用プリント基板を使うことにより、昨日、無事完成しました。

CAmiDion 2号機 ver.3

CAmiDion 2号機 ver.3

プリント基板が届いたことで、この基板に合わせて1ヶ月ぶりくらいに穴あけ作業を再開できるようになりました。タクトスイッチの穴は4mmだとぎりぎりで、基板実装時にちょっと傾いてわずかにズレただけでボタンが穴の端に当たって戻らなくなったりしたので、穴を5mmまで広げました。
上蓋の穴あけが終わったところで、本体側の穴あけも開始。電池ボックス、メイン基板、オーディオ出力/スピーカージャック、MIDI IN/THRU/OUT、ストラップ穴。MIDIの穴は15mmと大きいですが、ハンドドリルに15mmのホールソーをつけて開けました(手回しだと時間がかかるのでちょっと腕が疲れますが、リーマーを使って広げるよりきれいに仕上がります)。

ケースの穴あけが終われば、あとは配線するだけ。とりあえず2号機ver.2で使っていた線を活用して新しいプリント基板に接続。まだ手に入っていない液晶を除き、オーディオやMIDIの動作確認をして無事動作OK。チップLEDのハンダ付け不良がちょっとあった程度で、ここまですんなり完成。
ユニバーサル基板と違って、配線が最初からプリントされている基板であればビニール線やスズめっき線のハンダ付け不良が発生しないので助かりますね。

そして土曜日。
ほぼ1年前から行くようになった、ネオコイワボカロセッション(1年前のブログ記事)がちょうど開催される日だったので、足りなかった液晶と、余ってる基板の収納に使うチャック袋を秋葉原の秋月電子で購入し、そのあとはんだづけカフェで基板の仕分けとか、液晶の取り付け作業を行いました。ここで無事に動作確認できました!

土日祝日は18:00ではんだづけカフェが閉まりますが、ボカロセッションは20:00頃からなので、オープンする19:00~20:00の間に着くようにしようと、「@ぽっけ」さんと秋葉原のマックで一休みしたあと、いざ新小岩へ。

実はこの前買ったポケット・ミクも持ってきていて、完成して動作確認できたばかりのCAmiDionとともにセッションに活用
セッションのときにCAmiDionでコードを鳴らすのも楽しいけど、ポケット・ミクでアドリブ演奏するのもまた楽しいですね。キー(調)が把握できていれば、鍵盤型のインターフェースを持つポケット・ミクでも、どこを使うかが何となく把握できていい感じで演奏できました。特に鍵盤上部のリボンコントローラで「あぁあ↑ああぁ→↓ぁぁぁっ」みたいにピッチベンドして変な叫びを時々入れて遊べるのはなかなか楽しいw
ネオコイワボカロセッションに顔を出してほぼ1年たったこのタイミングで新たなステップを踏んだ感じです。

以上をもって、届いたプリント基板に実際に部品を全部つけて組み立て、さらに実際にセッションで使ってみても、基板には特に問題ないことが確認できました。
今後は残りのプリント基板をどのような形で売るかを考えようと思います。

…で、プリント基板化に伴って急遽使わなくなった切り取り済みユニバーサル基板ですが、CAmiDion6号機として生まれ変わりました。アンプポーチとその電源(USB端子つき)を使うことで、この1枚の基板に最小限の実装を行いました。初期の頃の4号機に近い構成です。

CAmiDion 6号機(最小構成基板)

CAmiDion 6号機(最小構成基板)

ちなみにこの5月頃の時期は、MIDI Chord Helper と CAmiDion は次のような節目が数多くありました。

こう考えると10年でここまで進化してたんだなーと改めて実感できます。


ニコニコ動画版はこちら

CAmiDionのプリント基板が無事届きました!

5月18日、日曜の朝、10:30くらいに起きて、朝飯食おうかなーと思ったら、

あ、誰か来た。
何だろうと思って女房が出たら、小さな荷物が届いてたという。

もしかして…と思って出てみたら、その荷物にはSINGAPOLEと書かれていた。
やっぱり基板だ!

Fusion PCB に5月5日の月曜の夜に注文し、その週の金曜(5月9日)の午後から夕方頃に状態が Shipped(出荷済)→ Tracable(追跡可)と一気に進んだので、さっそく追跡してみたらSINGAPOLEと書かれていて、おそらく中国からシンガポールの工場に製造を頼んでそこから出荷したのかなーと思っていたわけですが、そのこともあって荷物にあったSINGAPOLEという文字を見た瞬間、基板に違いないと確信したわけです。

注文から13日弱で届いたことになります。多くの人のブログでも2週間くらいですが、遅いと1ヶ月かかることもあると聞いてこれはまだかなーと思っていたのですが、早めに届いて、しかも日曜の朝なのですぐ次の作業を開始できることに。

さっそくはさみで開けようとしたら…広範囲に透明ビニールテープでくるまれていてなかなか開かない。と、そこへ下の娘がやってきて切ってくれることに。
開けてみたら…
おおおおおお!基板だああああ!

到着したCAmiDionプリント基板

到着したCAmiDionプリント基板

10枚重なってビニールでぴったりパックされていて、基板同士の間で傷がつかないよう保護するための紙が挟まっていました。

基板同士の間には保護用の紙

基板同士の間には保護用の紙

裏面。LCDの下の混雑したところも隣と接触しそうな箇所はなく、十分余裕をもってプリントできていました。ピッチの狭いICのプリントパターンも作れるわけですから、まぁ、これは余裕かなーと思ってました。

配線の狭い箇所も特に問題なし

配線の狭い箇所も特に問題なし

まずは切り離します。シルクスクリーンで示した切り取り線がありますが、この曲がり角に小さな穴を開けてから、切り取り線に沿ってアクリルカッターで表裏とも溝を掘ります(定規のようなものを当て、脱線しないよう注意しながら掘ります)。切り取り線が薄くなったら一辺をはさみで切り、もう一辺を折り曲げてカット。
これでメイン基板とコードボタン基板の2枚に切り離すことができます。
あとはやすりで端や角を丸め、基板で手を傷つけないように処理します。

届いた基板を2つにカット

届いた基板を2つにカット


1.0mmは確かに切りやすかったのですが、ユニバーサル基板よりもちょっとしなりやすいかなーという感じでした。1.2mmとか1.4mmくらいでもよかったかなーと思いましたが、その分重くなるので送料に響く可能性もあって微妙ですね…。この厚さで押す力に耐えられるか、まずは実際に作って確かめることにしましょう。

基板が平らなうちに、ケースに基板取り付け穴を開け、仮にネジ止めして固定し、タクトスイッチのシルクスクリーン中央にあらかじめつけておいた(+)印に合わせて細いドリルで浅く掘ります。基板のパターンを傷つけないよう、貫通させない程度にとどめます。

タクトスイッチの穴を開ける位置をマークする

タクトスイッチの穴を開ける位置をマークする


マークが終わったら基板を外し、ケースの穴を開けます。いっぺんに大きくするとズレやすいので、最初は2mmくらいの穴を貫通させ、その後少し大きなドリルで広げます。

穴あけが終わったらはんだづけします。ダイオードは真裏にタクトスイッチが来るので、先につけます。タクトスイッチの後にダイオードをつけようとすると裏からのはんだづけができなくなってしまうからです(もっとも、スルーホールなので表からはんだづけする方法もなくはないのですが…)。

ダイオードは先につけよう

ダイオードは先につけよう

表面実装部分の大きさも大丈夫でした。

チップコンデンサ

チップコンデンサ


チップLEDのはんだづけ

チップLEDのはんだづけ

この日1日で一気にここまで。ユニバーサル基板と違ってスズめっき線を配線する必要がないので、どんどん作業が進みますね。

タクトスイッチをつけ終わったところ

タクトスイッチをつけ終わったところ


LCDは手持ちのものはセットの小基板につけてしまったので、今度の土曜日にでも新しいのを買ってはんだづけカフェで作業しようかと思っています(ちょうどネオコイワボカロセッションもあることですし)。

CAmiDionの基板をFusion PCBに注文しました

先日からKiCadを活用してCAmiDionのPCBを設計していたわけですが、ようやく今夜、Fusion PCB への注文に踏み切りました!

注文した基板のイメージを3D表示

基板デザインはこの3D表示のようなイメージです。これで 10cm Max * 20cm Max の範囲に収まっています。この表示では部品が装着されていますが、もちろん実際に注文したのは基板だけですw

CAmiDionプリント基板3D表示

CAmiDionプリント基板3D表示

設計を最適化

前回のKiCadに関するブログ記事を書いた段階では、2枚の基板を別々に注文しなければならない設計だったため、ちょっと高くなっちゃうかなーと思って注文を見合わせていました。

できれば基板2枚とも 10cm Max * 20cm Max (5枚の場合 $9.9 + $50)に収めてコストを最小化したい…そのためにどうしたらよいか、いろいろ考えました。

そこでまず、自動配線に頼らず、なるべく手動でルーティングを行うようにしてみました。その結果、切り欠き部分を最大限に確保することができました。
うまく配線するコツは、配線の混雑しそうな箇所を中心に「表は縦、裏は横」などのように方向と表裏の関係を可能な限り揃えることです。直角に向きを変えるところでビアで表裏をくぐらせれば、意外と揃います。ただ、表面実装部分は表面にしかつながらないので、そこも考慮に入れる必要があります。こうして目視で最適なルートを考えて配線していきます。
こういうのって、まるでパズルを解くような、おもちゃの道路や鉄道を建設するかのような楽しみもありますね(KiCadなら3D表示もできるわけですし)。CADでの配線はユニバーサル基板と違って配線をやり直しても基板が痛んだりしないので、納得が行くまでトライできます。

大きくなった切り欠き部分に、メイン基板のパターンを作り直してはめこんだ結果、みごと! 10cm Max * 20cm Max の範囲に収めることができました。これで、コードボタン基板を単独で注文したときと同じコストでメイン基板も作ってもらえる見通しが立ちました。

世界最安レベルの基板製造サービスとはいえ、やはりそれなりのコストがかかるわけなので、注文前のチェックを念入りに行い、余った基板を欲しいという人になるべく安く提供できるようにしたい。
そんな思いもあって、このゴールデンウィーク中に細かいところをいろいろ改良しました。

注文前のチェックで重要かつ見誤りがちなのが、装着する部品のサイズです。適切なサイズを正しく把握するには、3D表示して確認することはもちろん、原寸大でプリントアウトして実際に部品を当てたり装着してみたりして確認することも重要です。紙であれば画鋲を使って簡単に穴を開けられるので、その穴に部品を差し込めば容易に確認できます。

原寸大で印刷してサイズ確認

原寸大で印刷してサイズ確認


厚紙に貼ってケースに入るか確認

厚紙に貼ってケースに入るか確認

これで確認してみると色々問題が見えてきます。今回は以下のような対応をしました:

  • チップ部品の乗るフットプリントが思っていたより小さいことがわかったので大きめのフットプリントに差し替え
  • ケースに入れるのにちょっときつそうだったのでわずかにサイズを縮める(注文サイズの削減によりコストダウンにつながることもあります)

特にLEDは可能な限り大きなパターンにしたので、ちょっと大き目のチップLEDでもうまく乗る可能性が高まりました。

もちろん直した直後にはDRCチェックを忘れずに行ってビアと配線の接近しすぎとか、つなぐべきなのに未配線の箇所がないかこまめに確認するようにします。

あとは、シルクスクリーンの文字などの記述内容を決めたり位置を調整したり、配線の回し方を微調整したりしました。基板取り付け穴は、最初はこちらを参考にして大きなビアとして作っていましたが、これだとドーナツ状の導体幅を0にできない(0より大きくないと入力すらできない)ことになり、巨大なスルーホールが作られるだけになってしまいます。そこで、穴とクリアランス(隙間)だけを持つ、導体幅0のコンポーネントを置く方式に変えました。こうすれば穴だけ開けてくれるそうです。

こうして色々と直しを入れ、納得のいくまで設計できたら、さて注文…

おっと、その前にガーバーデータを作る必要がありますね。

ガーバーデータの出力

ガーバーデータとして必要なファイルはFusion PCBのサイトのここに記述があるのでそれを参照してください。ざっと説明すると必要なファイルはこれです:

  • 導体層(配線パターン。今回は2層なので表・裏、各1ファイル。4層の場合は内側2層分のファイルも必要)
  • はんだマスク(レジストで覆わず導体を露出させる部分を示す。表・裏、各1ファイル)
  • シルクスクリーン(部品の目印や、自分で入れた文字や図形が入っている。表・裏、各1ファイル)
  • ドリルデータ(穴を開ける場所を示す。これはもちろん表裏は無関係なので、1ファイル)
  • 基板アウトライン(外形データ。ひょっとしたらこのファイルがなくても、他のファイルに情報が含められれば大丈夫かも知れないが、KiCadではどちらもできるので念のためつけておくとよい)

ガーバーデータを作るには、KiCadのPcbnewから「ファイル」→「プロット」で以下の画面を開きます。

保存するガーバーデータの選択

保存するガーバーデータの選択


最初は[FB].Pasteと[FB].Maskの違いがわかりにくいかも知れませんが、PasteはSMD(表面実装)だけにつけるはんだペーストの場所を示しているだけなのでFusion PCBへの注文には基本的には不要で、この情報についてはMaskのほうがあれば事足ります。

あと、ドリルデータも忘れずに保存しましょう。今回は下の画面のような指定で出力してみました。

ドリルデータの出力

ドリルデータの出力

保存されたガーバーデータはGerbViewで見ることができるので、どんなイメージで出力されるかを見ておくようにしましょう。
メニューに「ファイル」→「EXCELLONドリルファイルの読み込み」というのがありますが、これを使って保存したドリルデータをそのまま読み込むことができました。Fusion PCBでもこの形式でとの指定があるので、ドリルデータはこの形式で問題なさそうですね。

ガーバーデータ一式が揃ったら、あとは拡張子をFusion PCBの指定どおりに直し、アップロードできるようzipで固めます。拡張子の変更はドリルデータの *.drl を *.txt に、外形データの *.gbr を *.gml に直すだけですみました。

そして注文へ

Seeed Studio は中国(深セン)にある会社なのですが、中国は5/1-3はお休みで、なぜか5/4が日曜なのに代わりの出勤日になるとかあるらしいので、
これは連休の終わりくらいをめどに注文すればちょうどいいかなと思い、それをめどに設計のチェックをじっくり行いました。
で、連休が翌日で終わろうとしていた今日、注文に踏み切ったわけでした。
枚数は最初5枚にしようかと思ったのですが、10枚でも$5しか違わないので10枚にしました。これで1枚あたりのコストが下がりそうです。
基板の厚さは1mmにしました。手持ちのユニバーサル基板がこれくらいのようで、コードボタンの押す力に耐えられ、かつ切り離しやすさを考えるとこれくらいかな?と思ったので。基板の色は追加料金のない緑、その他の項目もとくにこだわりはないので追加料金のないものを選択。
送料は最も安いものでAir Parcel の$15弱だったのでこれを選びました(730gという重さだからでしょうか…小さい基板だともっと安いのかな?)
支払いはクレカ直接だと手持ちのでは対応していないみたいなのでPayPalを選ぶしかなかったのですが、Maker Faire Tokyo 2013 の懇親会の支払いのときもPayPal+クレカだったので、そのとき登録したアカウントをそのまま活用できました。

ちなみに SeeedStudio へのユーザー登録は先にやらないといけないようです(ガーバーデータを上げるまではできても、ログインしていないと最初からやり直す羽目になります)。

基板が届いたら、まずは自分で使ってみて、余ったらそのうちどこかで売ろうかなーと思います(詳細は後日)。

なお、Fusion PCB では1枚の基板を分割するためには、分割する箇所をシルクスクリーンで線を引くだけにとどめ、自分でカットしなければなりません。Vカットを入れてもらうとか、穴をたくさん開けて切りやすくするような設計はNGです(おそらくそういう設計にしたときは Fusion Premium PCB を使えってことなのでしょう…)。

さて、どんな仕上がりになるか楽しみですね。

KiCadで本気出してCAmiDionの基板設計してみた

実は3月半ばくらいから CAmiDion 2号機を分解して作り直しかけていたりします。現在は5号機メインで使っていて、一週間後に行われるニコニコ超会議3には5号機+ポケミクを持っていろいろ遊べたらなーって思ってます。

2号機のほうですが、ケースの上ぶたは可変抵抗とスピーカの分だけ穴を開けたところまで完了しています。さて、今度はユニバーサル基板の切り出し→穴あけへ。ここで基板に3.2mm穴をあけようとしたら…

ドリル径を間違えて4mmぐらいの大きめの穴をあけてしまうという事態に。このまま使おうと思ったが、また間違えるとあれだし、やっぱりKiCadで設計してみようかな。なんか Fusion PCB っていう安いプリント基板製造サービスがあるって聞いたので…

というわけでこの前よりも本気出してみたw

以前の回路図は*.sch同士を往来できる形にしていましたが、これだと1枚の基板だと思って自動配線しようとしてしまうので、まずはプロジェクトを分離することにしました。
本体に内蔵する2枚の基板として、メイン基板、コードボタン基板(ユーザーインターフェース基板)だけを別のフォルダへ。プロジェクトファイル*.proと同じ名前で拡張子の違うものとか、独自に修正したモジュール(*.cache、*.modなど)を中心に残し、明らかに使ってない過去のファイルは削除候補としてごみ箱に捨てるなど、思い切って整理し、フットプリント割付から基板設計に再挑戦。

まずはコードボタン基板から着手。
手配線で細かいビニール線を何本も使っていたのをプリント基板化するとなるとかなり混雑し、自動配線が難航。こういう条件はやはりちょっと厳しかった:

  • ボタンとチップLEDの配置はCAmiDionユーザーインターフェースの最低限の仕様としておおむね固定
  • ボタンもLEDもマトリクス接続しまくりの複雑な配線(根本的な要因はおそらくこれ)
  • 5号機の反省を生かしてスペーサーのネジ穴は中央付近にもしっかり確保したい
  • 5号機で改良したように I2C 8桁x2行 超小型LCDも一緒に搭載したい
  • さらにLCDの裏は密着しても問題ないように keepout area にしておきたい
  • スピーカーとボリュームが来るところも切り取れるよう keepout area としておきたい

その一方、次のような裏方となる部品は配置がもうちょっと自由になります:

  • デコーダIC 74HC138
  • ボタン1個につき1本つける逆流防止用ダイオード
  • LCDに必須のチップコンデンサ
  • I2Cプルアップ抵抗

この条件でKiCadのPcbnewの中で部品を配置し、いざ自動配線…ところがこれがなかなかうまくいかない。制約が厳しすぎて配線を通す場所がなくなり fail する配線が出てきてしまう。

色々試行錯誤の末、こんな工夫でなんとか解決。

  • グリッドのこまめな切り替え。普段は1.27mm(50mil)ピッチにしておくが、チップLEDがあるのでこのピッチでは自動配線しても確実にfailが発生する。かといって細かすぎると自動配線に時間がかかる。結局、自動配線時に最適なのは0.254mm(10mil)だということが判明した。
  • 配線の混雑しそうなところは部品穴の密度を低めに。
  • タクトスイッチのこっちの端子のほうが距離が近いとわかったら、回路図上で使う端子を変更してでも、近い側にラッツネストがつながるようネットリストを作り直す。
  • I2Cのプルアップ抵抗は自動配線の邪魔なのでメイン基板へ。この邪魔な抵抗があるために、行き場を失った自動配線がLCD直下の keepout area を守れないという現象を引き起こしていた。
  • ダイオードの配置、LEDやICの位置の微調整は、込み合う部分のラッツネストがなるべく一直線の近距離になるようにすると遠回り配線が減ってfailしにくくなる。

結果としてコードボタン基板はこんな形になりました。

CAmiDionコードボタン基板

CAmiDionコードボタン基板


CAmiDionコードボタン基板 表面3D表示

CAmiDionコードボタン基板 表面3D表示


CAmiDionコードボタン基板 裏面3D表示

CAmiDionコードボタン基板 裏面3D表示


一応ノイズ軽減を図ろうと裏面に塗りつぶしゾーン入れてみましたが、裏面につける部品が多いのでショートの恐れは?塗りつぶさないほうがいいのかな…?
ピンヘッダがはみ出ていますが、これは単に3Dイメージが12×2のまま修正できていないためです。10×2がモジュールライブラリになかったので12×2のフットプリントを修正して使っています。

う~ん、それにしても、こうして3Dで見てみるとなかなかいい感じですね!

この調子で、メイン基板のほうも設計してみました。

CAmiDionメイン基板

CAmiDionメイン基板


CAmiDionメイン基板 表面3D表示

CAmiDionメイン基板 表面3D表示


12×2ピンヘッダになっているところは実際は10×2ピンソケットです。これも先ほど同様3Dイメージを修正できていないためです。
CAmiDionメイン基板 裏面3D表示

CAmiDionメイン基板 裏面3D表示

とりあえず、今のところはこれで問題なさそうかなぁ…と思いつつもうちょっと様子を見ることにして、

さてこの大きさの基板を seeedstudio の Fusion PCB に注文したらどれくらいのコストになりそうか? 実はトップページにプルダウンメニューがあって、基板の基本スペックを選ぶと+$xxみたいに追加料金が書いてあるので、5枚(最低枚数)/2層/1.0mm厚として調べてみたら、

  • UI基板 10cm Max x 20cm Max = +$50
  • メイン基板 5cm Max x 10cm Max +$9

この2つ注文したとして基本がそれぞれ$9.9ってことだと、合計$80近くかかる計算です。なんか10cm超えると5cmごとに$15近く上がっていく感じですね…。10cmぐらいまでだとかなり安いからと個人で利用している人も多くいるようですが…。

まぁこれでも(国際宅配便業者にもよりますが)送料込みで1万円でおつりがくるかどうかぐらいの感じで、他の基板屋さんに比べて安いことに変わりはないのでしょうけど…。ちなみに検索してブログを色々見てみた結果、届くまでに2週間前後かかったという人が多いようです。

ただ、CAmiDion1個作るだけを考えると、安いユニバーサル基板で手作りするときに比べてやはりまだ割高なので、これは基板売るとかクラウドファンディングで資金募るなどを考えないときついかなぁ…

とりあえず、他に何かいい方法ないか、この設計で問題なさそうか、もうちょっと様子を見ることにします。
ニコニコ超会議3も近いことですし…。

CAmiDionの回路図を新5号機仕様に更新

新5号機が完成したのに伴い、CAmiDionの回路図を更新しました。

CAmiDionの構成のところからたどれます(pdfファイルになっています)。

今回は回路図の分割単位を基板単位としました。超小型液晶がコードボタン基板に実装されるようになり、基板同士を接続するピンヘッダ/ピンソケットも、

横8×2のみ → 横6×2+縦9×2 → 縦10×2のみ(今ここ)

のように進化してきています。よく押すボタンを支える機能を兼ね備えるため縦のみになり、必要な信号線をカバーするために10×2に落ち着きました。

回路図を見てもらうとわかりますが、このピンヘッダはタクトスイッチを重ねてハンダ付けしているため、タクトスイッチの足のあるところは特定用途または使用不可となります。足のないところは任意に割り当てられるので、その部分に液晶へのI2Cや、電源などを割り振りました。

液晶が本体基板から出て行ったので、MIDIの回路を本体基板の回路図に持って行きました。なんとかうまく収まりました。

ただ、PCB化するには、KiCadの同じプロジェクト同士だと1つの基板だと思ってルーティングしてくるので、基板ごとにプロジェクトを別々にすることを考えたのですが、複数のプロジェクトをマルチウィンドウで同時には編集できないようで、このあたりがちょっと不便ですね。
回路図とかの階層単位が一元的なツリー構造で扱えないというのが一番気になります(部分的なツリー構造は出てくるのですが…)。Javaの開発環境としてもっともポピュラーなeclipseでさえもだいたいツリー構造で見れるのに、なぜCADソフトではそういうのがないのか不思議です。

もういっそのこと、KiCadなんてeclipseのプラグインになっちゃえばいいのに…とすら思いました。CADにこういった不満があるといつまでたってもPCB化できずに手作りになっちゃうというw

とはいえ、回路図のアップロードがひと段落ついたので、KiCadのCAmiDionプロジェクトを分割した形でPCB化できないか、暇を見て引き続き実験していこうとは思います。