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KiCadで初めて基板をおこしてみた

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できたもの

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  • RedBear BLE Nano向けの小型ユニバーサル基板
  • BLE Nanoをマウントしたまま,タカチの小型ケース(CS75)に格納可能.
  • BLE Nanoをマウントしたままファーム書き込み可能
  • ケースに入れない場合は,ボタン電池ケースを実装可能

※残り3枚ほどありますので必要な方にはお譲りできます

きっかけ

2016年後半,MashupAwardsをはじめとするハッカソンに何度か参加しました.その際「BLEマイコンとセンサでイベントを取得,アプリケーションに通知」する部品を何度か作ったのですが,コイン電池ホルダの実装,GND/VDDの引き回しなど毎回毎回同じような作業をするのが面倒でした.また市販ユニバーサル基板だと,サイズや厚み(ヘッダピンを使ってマイコンをマウントすることになるのでどうしても厚くなる)が問題になることもありました.

また,以前より基板設計を覚えたい気持ちもあったことから「基板設計習得を兼ね,BLEマイコンを載せられる小型の便利ユニバーサル基板を作ろう」と思い立ちました.

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(作例のひとつ,圧力センサ値をBLEでマイコンに投げるもの.実験中に水没させて壊してしまい大ショックでした(労力的に))

製作過程

導入

基板をおこす際,そもそも何から手を付けてよいのかさっぱりわからなかったのですが,さる方(matsujirushi氏)に相談したところわざわざ導入セミナを開催いただきました(Eagleを使っての回路図設計,アートワーク,DRC,発注までの一連の流れを実施しながら解説).ありがとうございました.

設計

セミナの後,自力でやり始めたのですが,どうにもEagleのインタフェースになじめず.「操作がわからない」というわけではないのですが「操作性の回りくどさが我慢できない」という感じ.とくに"部品類は目で探す以外,方法がない"というのにはげんなりしてしまいました.

そんな時,後発のEDAであるKiCadを試した見たところしっくり来たので,こちらでやることにしました(ver. 4.0.5).KiCadの操作についてはとても良い資料があり,ほぼこれに沿って設計を進めました.

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付属の3Dビュワーが良い感じでした.変更が即座に反映されるので,終盤はひたすらこれで出来上がりの状況を確認しました.結果的に,シルクの間違いなど様々なミスを防ぐことができました.

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発注

定番と聞いたelecrowに発注しました.設計ファイルはzipで固めフォームで送信するだけと,拍子抜けするほど簡単でした.
送料を含めた総額は$18.10.

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(初期状態から「基板厚」「基板サイズ」「色」を変更)

製造・受領・その後

発注後はelecrowのサイトで製造ステータスを確認できるようになります.日程的には以下のような感じでした.

日付 状況
2017/1/4 発注
2017/1/5 ステータスが"In Production"に
2017/1/10 elecrowから"完成したので発送したよ"とメールが来る
基板の写真&追跡番号付きで,郵便局Webサイトで配送状況確認可能になる
2017/1/14 受け取り

大量注文でもないいち個人のデザインがわずか10日,2,000円程で出来上がってくることに驚きました.仕上がりについてもなんら問題はなく「1回目からこんなに上手くいってよいのか」などと思うレベルでした.ツール&製造サービスの力は偉大(こののちBLE Nano使いの友人に5枚2000円で買っていただき,発注費はほぼ回収できてしまったりしました).

3.jpg

(受領後はBLE Nano,電池ボックス,LEDを実装し,Lチカまで確認)

詰まった(悩んだ?)箇所

致命的につまるところはなかったのですが,少しだけ悩んだ箇所がありましたので参考までにあげておきます.

ユニバーサル領域,および領域上のGND/VDDの作り方

(長くなったので別ページにしました)

穴あき基板

基板外形を定義するレイヤー(Edge.cuts)上で,枠を2重に配置したらできました.外部のツールで作成したDXFなどを外形として読み込んだ場合も同じ方法でできました.

hole3.jpg

ドリルファイルが2つになる

製造データを出力する際,固定用の穴があるデザインではKiCadから生成しドリルファイルが2つになります.

  • xxxx.txt
  • xxxx-NPTH.txt

「この2つ,このままzipに含めて送信でよいのか?」とか少し迷いましたが,elecrowの発注ページにちゃんと以下の記載がありました.2つともzipに含めることで,何事もなく処理されました.

txt.png

シルクで絵を描きたい

(今回はやりませんでしたが)KiCad付属のBitmap2componentというツールでできるようです.変換したい画像(bmp,png,..)を読み込むと,KiCadで読み込めるフットプリント部品(.kicad_mod)へ変換してくれます.これをプリント基板エディタから読み込めば好きな画像をシルクとして埋め込めます.

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試しにダースベイダーのアイコンをシルクに変換して貼り付けてみました.もっと大きなシルクにして,目のところに赤いLEDを配置したら面白そうです.

vader.jpg

まとめ

KiCadを使い簡単な基板設計を実施,製造業者に発注,できたものの動作確認まで一連の流れを体験することができました.事前に想像していたよりはるかに安価にできたので,「失敗しても2000円」と思い恐れず試したほうが習得に近道かなと思いました.

随所でフォローをしてくださったmatsujirushi氏に感謝します.