לוחות מעגלים מודפסים למקלדות: איך לבנות מקלדות מכניות מותאמות אישית

בניית מקלדת מכנית מותאמת אישית מתחילה עם רכיב יסוד אחד: PCB הלוח הפלסטי (PCB). לוח פcb, או לוח מעגל מדפס, הוא הגב האלקטרוני של כל מקלדת. הוא מזהה כל לחיצה על מקש ומעביר את האות למחשב שלך. ללא לוח פcb מעוצב היטב, גם המפסקים והכיסויים הטובים ביותר לא יפעלו כראוי. הבנת אופן פעולתו של הלוח הפלסטי ואיך לבחור את זה המתאים ביותר היא הצעד החשוב הראשון בכל פרויקט בנייה רציני של מקלדת.

לוח מעגלים מודפס (PCB) מותאם אישית שונה באופן משמעותי מלוח המעגלים המודפס הכללי הנמצא במקלדות ששווקו במסה. אפשרויות PCB מותאמות אישית מאפשרות לבונים לבחור תבניות ספציפיות, סגנונות הרכבה למתגים ותומך בפירמה וואר. בין אם אתם מאפיינים מקלדת 65%, מקלדת ללא מקש מספרי (tenkeyless) או מקלדת מלאה – הלוח שבחרתם מגדיר את האפשרויות הקיימות בבנייה שלכם. כל החלטה הבאה – מהכיסוי ועד למיצבים – תלויה בממדים ובתכונות של הלוח שבחרתם בשלב המוקדם של התהליך.

הבנת סוגי לוחות מעגלים מודפסים (PCB) לבניית מקלדות

עיצובי PCB עם תמיכה בהחלפה חמה לעומת עיצובי PCB לחיבור באמצעות לחישה

אחת ההחלטות הראשונות שמתמודד עורך מקלדת היא בחירת לוח מעגלים מודפס (PCB) עם אפשרות החלפה חמה לעומת לוח מעגלים מודפס מלוכד. לוח מעגלים מודפס עם אפשרות החלפה חמה כולל שקעים מוקלטים מראש המאפשרים להכניס ולהוציא את המפסקים ללא צורך בלحام. עובדה זו הופכת את לוח המעגלים המודפס עם אפשרות ההחלפה החמה לאידיאלי עבור עורכים שמעוניינים בגמישות להחליף את המפסקים בתדירות גבוהה. לוח מעגלים מודפס מלוכד דורש חיבור קבוע של המפסקים באמצעות מסמר חימום, מה שמביא לחיבור יציב יותר ובעתים גם יציב יותר מבחינה חשמלית. לעורכים שכבר קבעו סוג מסוים של מפסק, לוח מעגלים מודפס מלוכד יכול לספק עיכוב נמוך במעט ותפיסה איתנית יותר של המפסק.

שני סוגי לוחות ה-PCB נמצאים בשימוש נרחב בקהילה של מקלדות מותאמות אישית. לוח ה-PCB עם אפשרות החלפה חמה (hot-swap) מומלץ בדרך כלל למתחילים, כיוון שהוא מפחית את המחסום לניסויים. לעומת זאת, לוח ה-PCB המולחן מكافא את הבונים שבעלי מיומנויות מתקדמות ותמונה ברורה על התצורה הסופית שברצונם להשיג. ידיעת סוג לוח ה-PCB המתאים לצורת העבודה שלכם תחסוך זמן, עלות ותסכול לאורך כל תהליך הבנייה.

פריסות לוחות ה-PCB והתאמה בגודל

כל לוח PCB מעוצב סביב פריסה מסוימת של מקלדת. גודלי לוחות ה-PCB הנפוצים כוללים: 40%, 60%, 65%, 75%, ללא מקש מספרי (TKL) ופורמט מלא. לכל פריסת PCB יש קבוצה מוגדרת של מיקומי מקשים וממדים. בחירת לוח PCB שאינו תואם את המארז או את הלוח המטאלי (plate) שלכם תביא לכישלון בהרכבה. תמיד וודאו שפריסת לוח ה-PCB מתאימה בדיוק למארז המקלדת שבחרתם לפני רכישה או הזמנת לוח PCB מותאם אישית.

חלק מערכות ה-PCB מציעות תמיכה במספר תבניות, כלומר לוח אחד של PCB יכול לקלוט תצורות שונות של מקשים באמצעות חיבורים מרובים למתגים. סוג זה של לוח PCB מעניק לבונים גמישות רבה יותר בבחירת קבוצות המקשים או בניסוי בתבניות חלופיות כגון מקש רווח מפוצל או מקשים משניים בעלי צורה מדורגת. תבניות PCB מרובה-תבניות נפוצות במיוחד בקרב קהילת האוהדים בשל הגמישות שלהן.

איך נבנה לוח PCB ומה הופך אותו לאישמי

מבנה השכבות של לוח PCB והבחירות החומריות

לוח מעגלים מודפס (PCB) למקלדת הוא בדרך כלל לוח דו-שכבתי או ארבע-שכבתי שעשוי מתת-הבסיס של סיבי זכוכית מסוג FR4. השכבות של הלוח המודפס מכילות מסלולי נחושת שמחברים כל מיקום של מתג למיקרו-בקר. המיקרו-בקר על הלוח המודפס קורא את מטריצת המתגים ומעביר לחצים פיזיים על מקשים לאותות דיגיטליים. עבור רוב בניית המקלדות, לוח דו-שכבתי מספק יכולת ניתוב מספקת. תכנונים מתקדמים של לוחות מודפסים עם תאורה RGB, LED לכל מקש או מערכות מקורות מורכבות עשויים להרוויח מלוח ארבע-שכבתי כדי לשמור על איכות האות.

עובי הלוח המודפס משפיע גם על התחושה בעת הקלדה במקלדת הסופית. עובי סטנדרטי של 1.6 מ"מ הוא הבחירה הנפוצה ביותר ומתאים לרוב תיבות המקלדות. אפשרויות עבה פחות של לוחות מודפסים, כגון 1.2 מ"מ, עשויות להתפתל מעט תחת כוח הקלדה, מה שחלק מבוני המקלדות מוצאים כמשנה את פרופיל הקול למתון יותר. העובי הנכון של הלוח המודפס תלוי במטרות האקוסטיות והחישתיות שהוגדרו לבנייה.

펌ואה ויכולת התכנות של הלוח המודפס

לוח פלטת מעגלים מותאם אישית (PCB) מקבל חלק גדול מערכו מתמיכה בפIRMWARE. QMK ו-VIA הם שני פלטפורמות ה-FIRMWARE הפתוחות למקלדות הנפוצות ביותר לעיצוב לוחות PCB. לוח PCB שנטען ב-FIRMWARE של QMK מאפשר לבוני המקלדת לשנות את הקצאת כל המקשים, ליצור שכבות מקורות, להתאים את הגדרות ה-RGB ולהגדרת התנהגויות של לחיצה-השהיה — הכל ללא תוכנה ייחודית. VIA מוסיף ממשק גרפי בזמן אמת שמאפשר לשנות את הקצאת הלוח PCB בקלות, ללא צורך בהידור קוד.

בעת הערכת לוח PCB לבנייתכם, ודאו שהוא תומך ב-QMK או ב-VIA לפני שתתאמצו אליו. לוח PCB עם יכולת תכנות מוגבלת או ללא יכולת תכנות כלל מגביל במידה רבה את הפוטנציאל להתאמה האישית של המקלדת כולה. תאימות ה-FIRMWARE היא אחת מהגדרות ה-PCB החשובות ביותר שיש לבדוק בתהליך הבחירה.

מדריך צעד אחר צעד לבניית מקלדת עם לוח PCB

הכנה של לוח ה-PCB לפני ההרכבה

לפני הרכבת כל מתג, יש לבדוק את לוח המעגלים המודפס (PCB) באמצעות כלי בדיקת מתגים או על ידי קיצור כל שקע מתג באמצעות משקפי מתכת תוך מעקב אחר פלט הקשה של המקשים ביישום לבדיקת מקלדת. שלב זה של בדיקת לוח המעגלים המודפס מזהה שקעים לא פעילים או חיבורים לקויים של סולדר על הלוח לפני ההרכבה, מה שמציל זמן רב בעת האבחון והטיפול בתקלות. לסמן את כל המיקומים הבעייתיים על לוח המעגלים המודפס באמצעות סרט כדי שיוכלו להטופל לפני תחילת הסולדר או הכנסת המתגים.

אם לוח המעגלים המודפס שלכם תומך באור LED ברמת המקש (RGB), יש להתקין את רכיבי ה-LED לפני סולדר המתגים, מכיוון שה-LEDs ממוקמים מתחת למתגים ברוב עיצובי לוחות מעגלים מודפסים. גם שימון של מנגנוני יציבות והרכבתם על לוח המעגלים המודפס לפני הרכבת המתגים היא פרקטיקה סטנדרטית. מנגנוני היציבות מחוברים ישירות ללוח המעגלים המודפס באמצעות מערכת הרכבה שכוללת either ברגים או ציריות. מנגנוני יציבות עם ברגים מספקים אחיזה טובה יותר ומועדף עבור בניית לוחות מעגלים מודפסים איכותיים.

סולדר מתגים והרכבה סופית של לוח המעגלים המודפס

עבור פלטת מעגל מודבקת (PCB), התקנו את המפסקים לתבנית (plate) תחילה, ולאחר מכן יישרו את הרכבת התבנית-מפסקים על פלטת המעגל. ודאו שכל מסמר של מפסק ננעץ כראוי דרך עקבה (footprint) המתאימה בפלטת המעגל לפני ההדבקה. חזقوا חום על כל מסמר למשך לא יותר משלוש שניות והוסיפו לחם עד להיווצרת חיבור נקי. חיבור מודבק תקין בפלטת מעגל הוא צף וחלק. חיבורים קרים או עמומים בפלטת המעגל חייבים לעבור ריפלווי (reflow) כדי למנוע כשלים בלחיצות מקשים לא סדירות.

לאחר שהודבקו כל המפסקים, בדקו שוב את פלטת המעגל באמצעות מטריצה מלאה של מפסקים לפני סגירת התיבה. בדיקה זו הסופית של פלטת המעגל מאשרת שכל מקש נרשם כראוי, ושאין חיבורים לא תקינים (bridges) או חיבורים קרים. לאחר שהפלטה עוברת את הבדיקה, התקינו את הרכיב לתיבת המקלדת באמצעות נקודות ההתקנה המיועדות לפלטת המעגל. הדקו את כל הברגים באופן אחיד כדי למנוע עקיצה לא אחידה של פלטת המעגל בתוך התיבה.

שאלה נפוצה

מה ההבדל בין פלטת מעגל (PCB) לתבנית (plate) של מקלדת?

לוח מעגלים מודפס (PCB) הוא לוח המעגלים האלקטרוני שרשום את לחיצות המקשים ומעביר את הסימנים. לוח מבני (plate) הוא שכבה מבנית הנמצאת מעל לוח המעגלים המודפס ומכילה את המפסקים במיקום מדויק. הלוח המבני אינו מעביר סימנים חשמליים; תפקידו הוא מכני. גם לוח המעגלים המודפס וגם הלוח המבני נדרשים לשם הרכבת מקלדת שלמה, ותאימותם חייבת להיות מאושרת לפני רכישת כל אחד מהרכיבים.

האם אפשר לעצב לוח מעגלים מודפס (PCB) מותאם אישית לחלוטין למקלדת שלי?

כן, אפשר לעצב לוח מעגלים מודפס (PCB) מותאם אישית לחלוטין באמצעות תוכנת EDA כגון KiCad. לוח PCB מותאם אישית מאפשר לך לקבוע תבנית מדויקת, לכלול מיקרו-בקרים ספציפיים ולשלב תכונות שאינן זמינות באופציות קיימות של לוחות PCB. ייצור לוח PCB מותאם אישית מתבצע על ידי יצרני לוחות מעגלים המפיקים את הלוח לפי مواנה שלך בקבצי Gerber. דרך זו דורשת ידע טכני, אך נותנת לבונים שליטה מלאה בכל מאפיין של לוח ה-PCB.

איך אני יודע אם לוח מעגלים מודפס (PCB) תואם למארז המקלדת שלי?

התאמה של לוח מעגלים מודפס (PCB) למארז תלויה בגודל תבנית ה-PCB, במיקום חורי ההתקנה ובמיקום פורט ה-USB. תמיד השווה את ממדיו של ה-PCB ואת דפוס ההתקנה עם מסמכי המארז לפני ההזמנה. רבים מהמארזים למקלדות מציגים ברשימת المواפיינים שלהם את מודלי ה-PCB المتوافقים עימם. בעת בניית מקלדת מותאמת אישית לחלוטין, רכישת המארז וה-PCB מאותו אקוסיסטם עיצוב מבטיחה התאמה מושלמת ומצריכה את הסיכון לבעיות התאמה בשלב הסיום של ההרכבה.