Hiç bir PCB’yi “çizmek” istediniz mi? Bu makalede, Inkscape, KiCad, Seeed Fusion hizmeti ve harika bir Açık Kaynak Inkscape uzantısı olan SVG2SZ kullanarak, sıfırdan bir haftada güzel bir PCB çizmeyi ve üretmeyi deniyorum. Nasıl gittiğini (başarısız oldu) buradan kontrol edebilirsiniz.
Kısa bir arka plan..
Birkaç ay önce, büyük patron bir meslektaşım ve bana bazı özel PCB gereksinimleri olan bir ziyaretçi hakkında geldi. Bize kırmızı PCB’nin bir örneğini verdi ve bir süre sonra bir konuşma için geleceklerini söyledi. Böyle doğrudan bir talep her gün gelmez, bu yüzden hazırlık yapmak için kartları inceledik, serigrafideki bağlantıyı takip ettik ve bulabildiğimiz YouTube videolarını ve diğer her şeyi kontrol ettik.
Özellikleri bir kenara bırakırsak (bilim hakkında pek bir şey anlayamadık), küçük tartışmamız için yeterince araştırma yaptığımızdan memnun kaldık ve planlanan zaman yakında geldi. Ziyaretçi, Marc, bir arkadaşla geldi ve bize bazı muhteşem sanatsal PCB tasarımlarını göstermeye başladı; bu, son bir saatte araştırdığımız tasarımlardan çok farklıydı. Her PCB, her katmanın elle çizilmiş gibi görünüyordu, elle veya grafik tasarım yazılımı kullanılarak, standart PCB tasarım paketlerinde kolayca elde edilebileceklerden değil. Bazılarında dalgalı akışkan yollar, eğlenceli kalın bakır metinler ve vurgular vardı ve bazı tasarımlarda, bunların tamamen işlevsel PCB’ler olduğunu anlamak neredeyse imkansızdı.
Şimdi, Seeed Fusion’da çalıştığım süre boyunca, yaklaşık 10,000 farklı PCB tasarımının Gerber dosyalarını gördüm ve inceledim. Ara sıra ilginç PCB sanatı ortaya çıkıyor, ama Marc’ın getirdiği tasarımlar gibi hiçbiri yoktu. Meslektaşım ve ben hoş bir şekilde şaşırdık ama kafamız karıştı. Bunun kırmızı örnekle ne ilgisi vardı? Marc hemen, oh, bu benim tasarımım değil, burada olmayan arkadaşımın tasarımı, dedi. Bunun hakkında konuşmaya gelmedim. Sonra bu tasarımları mümkün kılmak için kullanılan bir uzantıdan bahsetmeye başladı. Ve bu bilgiyi yayma misyonundaydı.
Gerçekten de, popüler Eagle ULP, “import.bmp” hakkında duymuştum ve PCB’lere basit grafikler eklemek için kullanmıştım. Ama bu zahmetli, ve karmaşık PCB tasarımları için kullanıldığında, ya Gerber görüntüleyicilerini çökerten ya da çevrimiçi fabrika evlerinin yükleme limitlerini aşan devasa dosyalar üretebiliyor (bu sorunun en son Eagle güncellemesinde çözülmüş gibi göründüğünü belirtmek gerekir).
Bu yeni yaklaşım, özellikle KiCad için tasarlanmış olup, popüler ve ücretsiz vektör grafik editörü Inkscape’i kullanmaktadır. Kısacası, PCB tasarımını elle çizmek, Inkscape’e taramak ve her bir katmanı oluşturmakla ilgilidir. Ardından, Inkscape uzantısını kullanarak, katmanlar doğrudan bir KiCad PCB dosyası veya hatta bir ayak izi modülü olarak dışa aktarılabilir.
Merak ettim, kendim denemek istedim. Her zaman DEFCON rozetlerinin yaratıcı (ama bir o kadar da çılgın) tasarımlarına hayran kalmıştım ve genellikle müşterilerimizin daha karmaşık tasarımlarını takdir etmek için bir an duraksıyorum. Yani, şimdi, biraz renkli ışıltı olmadan kutlama havası hissetmediğimiz bir zamanda, gösterişli bir PCB yapmaktan daha iyi bir zaman olamazdı.
Yani, Noel köşede, kendime bir meydan okuma belirledim: Elektronik konusunda deneyimsiz birisi, bir PCB tasarlayıp üretmek için bir haftada bunu başarabilir mi?
Tamamen dürüst olmak gerekirse, ben tam bir acemi değilim. Evet, daha önce hiç PCB tasarlamadım ve Ohm’un yasasını en son lisede kullandım, ama PCB üreticileri ve tasarımcılarıyla çalışarak, PCB tasarımı hakkında tersine mühendislik yaparak bir anlayışım var. Avantajları ve dezavantajları var, ama bu görev için kendime güveniyordum.
Bir sonraki nokta, evet, tahmin ettiğiniz gibi, sonuç başlangıçta düşündüğüm gibi olmadı. Başlangıçta, 555 zamanlayıcı ile tam çalışan, yanıp sönen bir LED rozeti yapmak istedim; PCB’nin arkasına ters şekilde lehimlenmiş bir çift küçük 0603 LED, böylece ışık sadece küçük bir delikten görünür olacaktı, tüm Seeed OPL bileşenlerini kullanarak (yani, depoyu yağmalamak), elle lehimleyerek ve.. anladınız. Beni hırslı olarak adlandırın.
Basitlik açısından, tasarımdan üretilmiş karta geçişin temel iş akışını sadece tanımlayacağım. Bunu kendiniz yapmak için, KiCad, Inkscape, uzantı ve seçtiğiniz bir PCB üreticisine ihtiyacınız olacak. Biraz yaratıcılık da yardımcı olacaktır.
Ancak bu makalede verilen tavsiyelerin ve dikkate alınması gerekenlerin, Seeed Fusion ile olan kendi deneyimlerimden kaynaklandığını lütfen unutmayın. Diğer, özellikle Çinli olmayan üreticilerin farklı kuralları ve yaklaşımları olabilir. Şüphe durumunda lütfen üreticinizden daha fazla tavsiye isteyin.
Daha fazla uzatmadan, başlayalım!
Görev 1: Bir tasarım oluşturun
Yani, tasarımın tamamen özgün olmasını istedim ve ne yapmak istediğime dair bir fikrim vardı. İnternette bazı görüntüler bulup bunları kullanabilirsiniz, ama bunun nesi eğlenceli? İlk deneme için, nispeten basit olmalı ama aynı zamanda bir meydan okuma sunmalı. Lehim maskesi rengi ve kullanılabilecek renk aralığı da başlangıçtan itibaren önemli bir husustu. Birkaç taslak yaptıktan sonra, bu tasarımı ortaya çıkardım:
Görev 2: Tasarımı Inkscape’e aktarın
Sonraki adım, bunu Inkscape’e aktarmaktı. Marc sık sık tüm süreci rehberlik eden atölyeler düzenliyordu. Ne yazık ki katılamadım, ama bana görüntüyü tarayıp sonra Inkscape’te izleyerek çizeceklerini söyledi. Ama ben, grafik paketlerinde elde edilebileceklerden daha az güvenliydim, bu yüzden doğrudan Inkscape’e atlayıp tasarımı çizmeye başladım.
Birkaç yıl önce Microsoft’un vektör grafik paketinde oynamıştım (adını hatırlamıyorum), bu yüzden yollar ve Bezier eğrileri ile tanıdık olduğumdan, birkaç hızlı başlangıç kılavuzundan sonra tasarım yolda ilerlemeye başladı. Ancak, beklediğimden çok daha uzun sürdü ve hafta sonumun çoğunu aldı. Genel tasarımdan memnun kaldığımda, görünümü şöyleydi:
Görev 3: Inkscape uzantısını indirin ve kurun
Uzantı kendisi GitHub’da burada mevcuttur ve talimatlar oldukça basittir. Bunu Inkscape uzantıları dizinine çıkarın ve araç çubuğundaki uzantılar sekmesinde kullanılabilir hale gelecektir.
Görev 4: Belgeyi hazırlayın
Uzantının tasarıma başlamadan önce çalıştırılmak üzere tasarlandığını düşünüyorum. Bu adım, Inkscape belgenizi ilgili Gerber katmanlarına hazırlar ve belge boyutunu ayarlayabilir. Ancak, benim için önce “ana katman”da nihai tasarımı tamamlamak ve ardından Gerber katmanlarını çıkarmak daha mantıklıydı, doğrudan Gerber’e atlamaktansa. Böylece herhangi bir hata yaparsanız, en azından ana katmana geri dönebilirsiniz.
Görev 5: Gerber katmanlarını çizin
Şimdi zor kısma geldik: Gerber katmanlarını oluşturmak. Burada benim “uzmanlığım” devreye giriyor, ama temel kurallar oldukça basit olsa da, uygulamak oldukça zorlayıcı olabilir. Özellikle, Gerber dosyalarıyla pek tanışık değilseniz veya Gerber dosyalarını dışa aktarıp, ikinci bir bakış atmadan üretime gönderiyorsanız. GBO’larınızı GTL’lerinizden ayırt edemiyorsanız, belki PCB üretim sürecini araştırmalı ve bazı Gerber dosyalarını incelemelisiniz.
Hala kendinize güveniyor musunuz? Güzel.
PCB Renk Paleti:
Öncelikle, temel bilgileri gözden geçirelim. Genellikle yalnızca bir lehim maskesi rengi seçeneğiniz vardır, başka bir lehim maskesi kaplaması için para harcayacak kadar bütçeniz yoksa, mevcut renkleri en iyi şekilde kullanmak harika bir tasarım için anahtardır. Seeed Fusion’da mevcut olan 6 lehim maskesi rengi için, yeşil, kırmızı, mavi ve sarı en geniş “ton” aralığına sahiptir:
| İsim | Renk | GTO (Serigrafi) | GTS (Lehim maskesi) | GTL (Bakır) |
| FR4 Altlık | Açık Sarı/Kahverengi | H | H | H |
| Serigrafi | Beyaz (lehim maskesi rengi görünebilir) | E | Uygun Değil | H |
| Koyu Lehim Maskesi | Koyu ton ve lehim maskesi renginin hafif saydam tonu | H | E | H |
| Açık Lehim Maskesi | Daha açık/Sıcak tonlu lehim maskesi rengi | H | E | E |
| Yüzey Kaplaması | HASL için parlak gümüş, ENIG için altın | H | H | E |
Aynı fikir alt taraf için de geçerlidir.
Titiz kişiler için, lehim maskesi yağı ve FR4 altlığının kesin tonunun üreticilere göre farklılık gösterebileceğini unutmayın.
Siyah ve beyaz lehim maskesinin yalnızca dört farklı renk seçeneği vardır çünkü izler lehim maskesinin altında neredeyse görünmez. Bu nedenle pek eğlenceli değildir.
Başlamadan önce akılda tutulması gereken diğer notlar;
– Bakır üzerinde serigrafi yok: Genel olarak, PCB üreticileri, açık bakır/yüzey kaplaması üzerinde herhangi bir serigrafiyi kaldırır, bu nedenle güvenli olmak için açık bakırın üzerine herhangi bir tasarım yapmayın.
– Bonus tonlar: Kartın arka tarafındaki katmanlar, özellikle çıplak altlık alanları için ön taraftaki rengi etkileyebilir. Örneğin, ön tarafta çıplak FR4 varsa, diğer taraf lehim maskesi veya bakırla kaplıysa biraz daha koyu görünecektir. Ancak bu etki çok ince olabilir ve yalnızca PCB’yi ışığa tutarak belirgin hale gelebilir.
– Çok detaylandırmayın: Bu cazip olabilir ve PCB tasarımı yaparken, gerçekten uğraştığınız boyutları kaybetmek kolaydır. Ancak CAM mühendisleri dosyaları işlerken, üretim için dosyaları hazırlamak için bir dizi programa sahiptirler; örneğin: lehim maskesi ve serigrafiyi bakır boşluklarına açmak, bakırdan kenar boşluğuna, delik boyutlarını mevcut alet setine göre yeniden boyutlandırmak vb. Tasarımınızdaki özellikler ne kadar küçükse, bu değişiklikler o kadar belirgin hale gelir, özellikle ince alanlar için, bu nedenle abartmayın. Fabrika, estetikle ilgili şikayet ettiğinizde memnun olmayacaktır.
– Alt Katmanlar: Alt katmanların ters olduğunu unutmayın! Alt katmanlarda metin gerekiyorsa, önce bunları yansıtmanızı, metni eklemenizi ve ardından tekrar yansıtmanızı öneririm.
Bu tasarımda, mevcut tüm renk seçeneklerini en iyi şekilde kullanmaya çalıştım. Ancak Gerber’i ezbere bildiğim halde birkaç hata yaptım ve farkında olmadan üretime göndermeye neredeyse karar verdim.
Doğru yapmak için en zor katman muhtemelen lehim maskesi katmanıdır çünkü Gerber formatında, diğer katmanlar gibi pozitif değil negatif bir katmandır. Bu nedenle, katman nihai kartta beklediğiniz gibi görünmeyebilir. Bu hatayı yaptım ve gecikmelerle bunun bedelini ödedim.
Inkscape ile çok aşina değilseniz bilmeniz gereken bir diğer şey: Yol altındaki bu seçenekler, ilgili katmanları oluşturmak için vazgeçilmez olacak ve birden fazla katmanda pozitiflerin ve negatiflerin tam olarak eşleşmesini sağlamaya yardımcı olacaktır. Onlarla tanışın ve belki de kısayolları öğrenin.
Umarım tasarımınız şöyle bir şeye benzeyecektir (üst ve alt taraflar yalnızca gösterim amaçlı ayrılmıştır, bunlar üst üste yerleştirilip hizalanmalıdır):
Adım 6: Katmanları KiCad’e aktarın
SVG2Shenzhen uzantısıyla sihri gerçekleştirme zamanı. Uzantıdan KiCad’i Dışa Aktar penceresini açın.
Tüm PCB tasarımları için “Katmanları dışa aktar… KICAD – PCB” seçeneğini seçin. Diğer her şey varsayılan olarak kalabilir. Uzantının sihrini yapmasına izin verin ve ardından ortaya çıkan KiCad dosyasını kontrol edin.
Tasarım sürecinde, sanatsal kısımları önce Inkscape’te çizmenin daha iyi olacağını düşündüm, ardından KiCad’i kullanarak izleri ve ayak izlerini çizecektim. Bu, ayak izlerinin boyutlarını tahmin etmekten ve her şeyi elle çizmeye çalışmaktan kurtarırdı. Ancak zaman kısıtlamaları nedeniyle devre dışarıda bırakıldı. Neyse ki, belki bir dahaki sefere.
Adım 7: KiCad’den Gerber dosyalarını dışa aktarın ve bir üreticiye gönderin
Seçtiğiniz üreticinin yönergelerine göre Gerber dosyalarını her zamanki gibi dışa aktarın. Seeed Fusion PCB üretim hizmeti için, KiCad Gerber dosyası dışa aktarma kılavuzumuzu buradan bulabilirsiniz. Ardından, üretim için göndermeden önce Gerber Görüntüleyici’de dosyaları son bir kontrol yapın!
Adım 8: Kartların gelmesini bekleyin ve yaratıcılığınızı takdir edin!
Kartlarım konusunda şanslıydım. Cuma öğleden sonra Seeed Fusion hizmetiyle siparişi verdim ve ardından pazartesi öğleden sonra aldım. Tam olarak Noel Arifesi’nde. Toplamda, üretim 24 saatten kısa bir sürede tamamlandı, herhangi bir hızlandırma hizmeti belirtmeden. Bu, 7 günlük meydan okumamda yardımcı oldu. Her siparişin aynı olacağını söylemiyorum, fabrikada tatil dönemi olduğu için daha az yoğun olduğunu hayal ediyorum.
İşte stok kartlarının nasıl çıktığı:
Sonuç
Devre Kartları
Devre kartlarının sonuçlarından oldukça memnunum. Kesinlikle bir sonraki versiyon için bazı iyileştirmeler var ama “ilk prototip” olarak, eğer isterseniz, oldukça şıklar. Özellikle bazı efektlerin nasıl çıktığına çok sevindim. Tüm kar taneleri oldukça net çıktı ve hizalama çok doğruydu. Ancak fotoğraflar, HASL metninin parlaklığını yeterince yansıtmıyor, onlara güzel bir pürüzsüz parlaklık katıyor ve devre kartlarına ihtiyaç duyulan Noel ışıltısını veriyor.
Ancak bazı resimlerde, serigrafide kırmızı bir ton olduğunu görebilirsiniz. Lehim maskesi renginin bu kadar belirgin olmasını beklemiyordum. Bunu bir sonraki revizyon için düzeltmek adına, serigrafi baskının arkasındaki lehim maskesi yağını kaldırabilirim. Şeker kamışı üzerindeki ışık efekti de beklediğim gibi olmadı. Şeker kamışına üç boyutlu bir etki vermesini umuyordum ama iz kendi üç boyutlu hatlarına sahip, bu da etkiden biraz uzaklaştırıyor. Son olarak, köpeğin etrafında istemeden kırmızı bir kontur bıraktım ki bu da kırmızı tonuna katkıda bulunuyor.
Kullanım Kolaylığı
Aslında, Inkscape eklentisiyle ilgili bazı sorunları aşmaya çalışarak birkaç gün geçirdim. Tüm katmanların KiCad’e doğru bir şekilde aktarılmasında zorluk yaşadım ve her seferinde en yeni dosyaları yeni bir klasöre aktarmak zorunda kaldım. Aktarım sorununa gelince, Inkscape katmanları için kullandığım renklerin çok “açık” olmasından kaynaklanıyordu. KiCad dışa aktarma penceresindeki eşik değerini fark ettiniz mi? Eğer eşik çok düşük veya çok yüksekse, katmanlarınızdaki renk ile arka planı ayırt edemeyebilir. Basit çözüm, sadece siyah ve beyaz kullanmak.
Karşılaştığım zorlukla ilgili olarak, evet, daha fazla zamana ihtiyaç duyardım ama her zamanki gibi, Noel’e kadar olan son dakika telaşı kaçınılmaz. Toplamda, zorluk iki gün uzadı ve herhangi bir devre tasarlayamadım. Eklentiyle uğraşmak ve nasıl kullanılacağını çözmek için çok zaman harcadım, ayrıca Gerber dosyalarını çizmek de zaman aldı. Alışması tam olarak kolay değil ama gerçekten çok eğlenceliydi.
Artık iş akışı ve yeteneklerimle daha fazla güvenim var, işler çok daha sorunsuz gitmeli. Kesinlikle bir sonraki revizyon için, tamamen işlevsel bir rozet versiyonu ve belki de bir Çin Yeni Yılı rozeti için tekrar kullanacağım. Sınır yok!
SVG2Shenzhen yaratıcısı Budi Prakosa ve katkıda bulunanlara, ayrıca ilham veren Marc’a büyük teşekkürler! GitHub deposuna buradan göz atın.
Gerber dosyaları Seeed Fusion Galerisi’nde mevcut veya 10 adet doğrudan buradan sipariş edebilirsiniz.
Okuduğunuz için teşekkürler ve Mutlu Noeller!