Mechanische Tastatur-Platine: DIY-Tutorial für individuelle Tastaturen

Im Vergleich zu herkömmlichen Tastaturen bieten mechanische Tastaturen zahlreiche Vorteile, wie z. B. ein besseres taktiles Feedback, eine höhere Haltbarkeit und eine größere Vielseitigkeit. Diese Vorteile lassen sich zum Teil auf die Verwendung von Leiterplatten als zentrale Komponenten zurückführen, die verschiedene Teile der Tastatur miteinander verbinden, darunter Tastenschalter, LEDs, Dioden und Mikrocontroller.

Für Tastatur-Enthusiasten ist das Entwerfen einer eigenen mechanischen Tastatur eine interessante und lohnende Erfahrung. Die Anpassung des Layouts der Tastaturplatine nach individuellen Bedürfnissen kann zu einzigartigen und personalisierten Tastaturen mit maßgeschneiderten Funktionen und Ästhetik führen. In diesem Artikel präsentiert FS Technology eine umfassende Anleitung zur Herstellung mechanischer Tastaturen, beginnend mit der Leiterplatte.

Vor Beginn des Tastaturprojekts

Haushalt

Wenn Sie ein Projekt in Angriff nehmen, ist es wichtig, das Budget sorgfältig zu berücksichtigen, da es sich auf die Auswahl der Komponenten und die Gesamtkomplexität des Designs auswirken wird. Als ein führendes PCBA-Unternehmen bietet FS Technology die folgenden Tipps für die Budgetierung Ihres Projekts:

Stellen Sie einen Gesamthaushalt auf: Legen Sie zunächst ein realistisches Budget für das Projekt fest und berücksichtigen Sie dabei die Kosten für Komponenten und Anpassungsmöglichkeiten.
Kosten der Forschungskomponente: Recherchieren Sie, um die Kosten der verschiedenen Komponenten zu ermitteln. Es wird empfohlen, auf seriösen Websites nach Angeboten und Rabatten zu suchen, um Geld zu sparen. FS Technologie bietet KomponentenbeschaffungsdiensteDadurch wird sichergestellt, dass Sie echte Produkte zu wettbewerbsfähigen Preisen erhalten.
Bestimmen Sie die Priorität der Komponenten: Überlegen Sie, welche Funktionen wesentlich und welche optional sind, um Prioritäten für das PCB-Design und die Komponenten zu setzen. Wenn zum Beispiel taktile Rückmeldung ein Hauptanliegen ist, sollten Sie mehr in hochwertige Tastenschalter investieren.

Werkzeuge und Materialien

Bevor Sie mit dem Entwurf einer kundenspezifischen Tastatur-Leiterplatte beginnen, sollten Sie unbedingt sicherstellen, dass Sie die erforderlichen Werkzeuge und Materialien zur Hand haben. Dazu gehören:

PCB-Design-Tools (z. B. Eagle, KiCad oder Altium)
Ein Computer mit einem USB-Anschluss
Mikrocontroller (z. B. Atmega32u4 oder STM32)
Tastenschalter (z. B. Cherry MX oder Kailh)
Dioden (eine für jeden Schlüsselschalter)
Widerstände (falls eine LED benötigt wird)
Kondensator (zur Stabilisierung der Stromversorgung)
LED (falls erforderlich)
Lötkolben und Lötzinn
Multimeter (zum Prüfen der Anschlüsse)

Die Auswahl der richtigen mechanischen Tastaturkomponenten

Mikrocontroller-Auswahl

Anzahl der Tasten: Bestimmen Sie die Anzahl der Tasten, die Sie für Ihre Tastatur benötigen, und vergewissern Sie sich, dass der Mikrocontroller über genügend Ein-/Ausgangsstifte (E/A) verfügt, um alle Tasten anzuschließen.
Kommunikationsprotokoll: Vergewissern Sie sich, dass der Mikrocontroller das Kommunikationsprotokoll unterstützt, das Sie verwenden möchten, z. B. USB oder Bluetooth.
Rechenleistung: Vergewissern Sie sich, dass der Mikrocontroller über genügend Rechenleistung verfügt, um die gewünschten Funktionen wie RGB-Beleuchtung oder ein Display zu verarbeiten.
Verfügbarkeit und Kosten: Wählen Sie einen Mikrocontroller, der leicht verfügbar und kostengünstig ist. Beliebte Mikrocontroller für mechanische Tastaturen sind die Atmel AVR-, PIC- und STM32-Serien.
Unterstützung der Gemeinschaft: Wählen Sie einen Mikrocontroller mit einer aktiven Gemeinschaft von Entwicklern und Nutzern, die Ihnen bei der Programmierung und Fehlersuche helfen.

Auswahl des Schlüsselschalters

Tastenschalter sind mechanische Schalter, die zur Registrierung von Tastenanschlägen verwendet werden. Verschiedene Tasten haben unterschiedliche Schaltereigenschaften. Achten Sie bei der Auswahl auf Faktoren wie taktile Rückmeldung, Betätigungskraft und Geräuschpegel. Im Folgenden werden vier verschiedene Arten von Tasten vorgestellt:

Linear: Sanftere Tastenanschläge ohne spürbare taktile Unebenheiten oder akustische Rückmeldung, die nur einen leichteren Tastenanschlag erfordern, wie z. B. Cherry MX Red.

Taktil: Es gibt einen taktilen Bump, wenn die Taste aktiviert wird, gibt es ein klares Feedback-Gefühl, das eine bestimmte Tastenkraft erfordert, wie Cherry MX Brown.

Klicken: Verfügt über taktile Stöße und Klicks, die physisches und akustisches Feedback geben, wie z. B. Cherry MX Blue.

Stumm: Die Geräuschunterdrückung sorgt für ein leiseres Klopferlebnis. Wie die Cherry MX Silent Red.

Dioden-Widerstand-Kondensator-Auswahl

Dioden spielen eine entscheidende Rolle für die Funktionalität einer mechanischen Tastaturplatine. Sie verhindern Probleme wie Geisterbilder und Tastengeräusche, indem sie sicherstellen, dass jeweils nur ein Tastenanschlag registriert wird. Um die Kompatibilität mit Ihrem PCB-Layout und Ihren Tastenschaltern zu gewährleisten, ist es wichtig, die richtigen Dioden zu wählen. Beliebte Optionen sind 1N4148 und 1N4148W.

Widerstände und Kondensatoren sind zwar nicht unbedingt erforderlich, können aber dazu beitragen, die Stromversorgung zu stabilisieren und das Rauschen in der Tastaturplatine zu reduzieren. Wenn Sie planen, LEDs in Ihre Tastatur einzubauen, werden außerdem Widerstände benötigt, um den Stromfluss durch die LEDs zu begrenzen.

LED-Auswahl

LEDs sind eine beliebte Ergänzung für kundenspezifische Tastaturen, da sie für eine coole Ästhetik sorgen und ein visuelles Feedback liefern können. LEDs können für die Hintergrundbeleuchtung bestimmter Tasten oder für die RGB-Beleuchtung der gesamten Tastatur verwendet werden. Bei der Auswahl von LEDs ist es wichtig, ihren Stromverbrauch zu berücksichtigen. RGB-LEDs verbrauchen in der Regel mehr Strom als monochromatische LEDs. Es wird daher empfohlen, LEDs mit einem angemessenen Stromverbrauch zu wählen, um Probleme mit der Stabilität der Stromversorgung zu vermeiden.

Wie man eine eigene Tastaturplatine herstellt

Tastatur PCB Layout Design

Schlüsselplatzierung: Es ist wichtig, die Platzierung der Tasten sorgfältig zu planen, um die Benutzerfreundlichkeit zu gewährleisten. Die Tastenanordnung sollte mit dem Layout der Leiterplatte übereinstimmen.
Traces und Routing: Die Leiterbahnen auf der Platine sollten sorgfältig entworfen werden, um Kurzschlüsse oder Überkreuzungen zu vermeiden und gleichzeitig Störungen und Rauschen zu minimieren.
Signalintegrität: Die Signalintegrität ist entscheidend für die ordnungsgemäße Funktion der Tastatur. Der Entwurf von Leiterbahnen mit der richtigen Impedanz, die Minimierung von Übersprechen und die Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Erdung können dazu beitragen, die Signalintegrität zu erhalten.
Platzierung der Komponenten: Die effiziente und effektive Verlegung von Leiterbahnen hängt von der Platzierung von Komponenten wie dem Mikrocontroller, Schlüsselschaltern und Dioden ab.
Gestaltungsregeln: Das PCB-Layout der Tastatur sollte den Designregeln des Herstellers entsprechen, einschließlich der Leiterbahnbreite, des Abstands, der Abstände und der Platzierung von Bohrungen und Durchkontaktierungen.
DRC-Check: Design Rule Checks (DRC) sollten durchgeführt werden, bevor die Designdateien an die Hersteller gesendet werden, um sicherzustellen, dass keine Fehler oder Verstöße gegen die Designregeln vorliegen.

Traces und Routing

Nach der Anpassung des Schaltungslayouts besteht der nächste Schritt darin, die Leiterbahnen zu erstellen, die alle Komponenten miteinander verbinden. Diese Leiterbahnen sind die leitenden Pfade auf der Leiterplatte, die den Stromfluss zwischen den verschiedenen Komponenten ermöglichen. Das Design sollte also einen reibungslosen Stromfluss ohne Störungen oder Rauschen ermöglichen.

Um dies zu erreichen, empfiehlt es sich, die folgenden Leitlinien zu befolgen:

Prinzip des kürzesten Weges: Achten Sie beim Verlegen von Leiterbahnen darauf, dass diese Leitungen so kurz wie möglich sind, und prüfen Sie, ob eine kürzere Strecke verfügbar ist. Dies trägt dazu bei, die Geschwindigkeit der Signalübertragung zu verbessern und die Signalverzerrung zu verringern.
Vermeiden Sie Überschneidungen: Die Kreuzung von Leitungen kann zu Interferenzproblemen auf der Platine führen, insbesondere zwischen digitalen und analogen Signalen. Um dies zu verhindern, halten Sie die Leiterbahnen so weit wie möglich auseinander oder verwenden Sie eine Massefläche, um sie zu trennen.
Weitere Spuren: Die Verwendung breiterer Leiterbahnen mit größerem Querschnitt in Tastaturschaltungen verringert den Widerstand, so dass die Schaltungen mehr Stromfluss verkraften können und die Gefahr der Überhitzung verringert wird. Als Faustregel gilt, dass die Breite der Leiterbahnen mindestens so groß sein sollte wie die Bohrung des verwendeten Durchgangs.
Signalrichtung: Stellen Sie sicher, dass die Ausgangsrichtung des Signals während des Entwurfsprozesses konsistent ist, um mögliche Probleme beim Signalfluss zu vermeiden.

Löten und Montage von Bauteilen

Das Löten ist eine entscheidende Fähigkeit bei der Anpassung von Tastatur-PCBA-Platinen. Um eine starke Verbindung zu gewährleisten, sollten beim Anbringen der Komponenten auf der Platine die richtigen Löttechniken angewendet werden. Normalerweise wird Flussmittel auf den zu lötenden Bereich aufgetragen, der dann mit einem Lötkolben erhitzt wird, und das Lot wird aufgetragen, um eine feste Verbindung herzustellen. Es ist wichtig, dass Sie Ihre Lötfähigkeiten üben, bevor Sie versuchen, die Tastaturplatine zu löten.

Für Anwender, die Tastaturen in großen Mengen herstellen müssen, ist der PCBA-Service von FS Technology eine hervorragende Option. Wir bieten eine umfassende Palette von Dienstleistungen an, von PCB-Herstellung zu PCB-Montage, um all Ihre Bedürfnisse zu erfüllen.

Fehlersuche

Testen Sie jede Taste: Verwenden Sie ein Software-Tool wie Keyboard Tester oder Switch Hitter, um zu überprüfen, ob der Computer jede Taste registriert.
Testen Sie die Schlüsselmatrix: Verwenden Sie ein Software-Tool wie Aqua Key Test, um die Tastenmatrix zu testen, indem Sie mehrere Tasten gleichzeitig drücken und überprüfen, ob sie korrekt registriert werden.
Testen Sie die USB-Verbindung: Verwenden Sie einen USB-Tester, um die Spannung und den Strom zu messen, mit dem die Tastatur versorgt wird, um einen ordnungsgemäßen Anschluss und die Erkennung durch den Computer sicherzustellen.
Testen Sie die LEDs (falls zutreffend): Verwenden Sie ein Software-Tool wie LED Center, um die LED-Einstellungen zu konfigurieren und zu überprüfen und die ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen.
Fehlersuche: Wenn während des Tests unerwartete Probleme auftreten, überprüfen Sie die Verkabelung, die Firmware und die USB-Verbindungen gründlich, um das Problem zu identifizieren und zu beheben. Häufige PCB-Probleme Dazu gehören fehlende oder unsachgemäß angeschlossene Bauteile, falsche Verdrahtung oder fehlerhafte Lötstellen.

Wie man eine mechanische Tastatur selbst baut

Fall

Mechanische Tastaturgehäuse können aus einer Vielzahl von Materialien und Größen hergestellt werden, darunter Kunststoff, Metall, Acryl und Holz, und sind in verschiedenen Ausführungen und Farben erhältlich.

Kunststoffgehäuse: werden im Spritzgussverfahren hergestellt, bei dem geschmolzener Kunststoff in eine Form gespritzt wird, die dann abkühlt und aushärtet, um das endgültige Tastaturgehäuse zu formen. Die Form der Gussform bestimmt die endgültige Form der Tastatur.
Metallgehäuse: Kann durch Stanz- oder Fräsverfahren hergestellt werden, bei denen ein Metallblech in die gewünschte Form und Größe gebracht wird. Mit Hilfe von Werkzeugmaschinen werden dann die einzelnen Teile zusammengeschweißt oder geklebt, so dass ein komplettes Tastaturgehäuse entsteht.

Auswahl der Keycaps

Keycap-Profil: Bezieht sich auf die Form und Kontur der Tastenkappe. Sie kann in Höhe, Krümmung und Winkel variieren. Zu den gängigsten Profilen gehören OEM, Cherry, SA und DSA. Jedes Profil hat seine eigene einzigartige Haptik und Ästhetik, und es ist wichtig, das richtige Profil für Ihre individuelle Tastatur zu wählen, basierend auf Ihren persönlichen Vorlieben und Ihrem Tippstil.
Farbe der Tastenkappe: Sie kann das Aussehen und die visuelle Attraktivität Ihrer individuellen Tastatur erheblich verbessern. Sie können eine einzige Farbe für einen minimalistischen Look wählen oder Farben mischen und kombinieren, um ein einzigartiges und auffälliges Design zu schaffen. Es ist wichtig, das Farbschema Ihrer Tastaturplatine und die Umgebung zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass sich die Tastenkappen harmonisch einfügen.
Keycap Legenden: Beziehen Sie sich auf die Beschriftungen oder Symbole, die auf die Tastenkappen gedruckt oder graviert sind. Sie können sich für Beschriftungen entscheiden, die dem Standardlayout entsprechen, oder sie an Ihre speziellen Bedürfnisse anpassen, z. B. zusätzliche Funktionstasten oder Symbole einfügen. Die Beschriftungen der Tastenkappen sollten klar und gut lesbar sein und sich auch bei längerem Gebrauch nicht abnutzen.

Mikrocontroller-Programmierung

Der Mikrocontroller in einer mechanischen Tastatur besteht in der Regel aus einem Ein-Chip-Mikrocomputer, der so programmiert werden kann, dass er bestimmte Funktionen ausführt und sie dem Mikrocontroller zuordnet. Dadurch kann die Tastatur Tasteneingaben erkennen und an den Computer weiterleiten.

Zur Programmierung des Mikrocontrollers kann Open-Source-Firmware wie QMK Firmware oder TMK Firmware verwendet werden. Diese Firmware bietet verschiedene Funktionen und Schnittstellen, mit denen Programmierer Tastaturbelegungen, Makros, Ebenen und andere Merkmale anpassen können.

Ändern der Firmware

Neben der Programmierung des Mikrocontrollers kann es auch erforderlich sein, die Firmware der Tastatur zu ändern, um neue Funktionen hinzuzufügen oder die Leistung zu verbessern. Bei der Firmware handelt es sich um die Software, die das Verhalten der Tastatur steuert. Sie kann durch die Verwendung kompatibler Firmware-Programmierwerkzeuge wie QMK Toolbox oder Bootmapper Client angepasst werden. Diese Tools stellen eine Verbindung zwischen dem Computer und dem Mikrocontroller der Tastatur her und ermöglichen das Schreiben von kundenspezifischer Firmware, die in den Mikrocontroller gebrannt werden kann.

Vor der Änderung der Firmware ist es jedoch wichtig, den Schaltplan sowie die technischen Spezifikationen und das Modell des von der Tastatur verwendeten Mikrocontrollers genau zu kennen. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die Änderung der Firmware einer gekauften mechanischen Tastatur zum Verlust der Garantie führen kann.

LED

Für die Integration von LED-Funktionen in eine Tastatur gibt es zwei Methoden, nämlich die Oberflächenmontage und die Durchsteckmontage, die beide auf der Leiterplatte angewendet werden.

Oberflächenmontage: Die LED wird direkt auf die Oberfläche der Leiterplatte gelötet, und zwar über SMT-Bestückungdie üblicherweise für RGB-Hintergrundbeleuchtungseffekte verwendet werden. Bei dieser Methode ist eine Verdrahtung erforderlich, um die LEDs mit dem Mikrocontroller oder der Firmware zu verbinden und so verschiedene Beleuchtungsmuster zu programmieren. Bei der Verdrahtung muss unbedingt auf die richtige Polarität und den passenden Widerstand geachtet werden, damit die LED nicht durch Überstrom beschädigt wird.
Durchgangsbohrung: Dazu wird die LED in einen Metallsockel mit vorgebohrten Löchern eingesetzt, so dass in die Leiterplatte Löcher gebohrt werden müssen, die in den Metallsockel passen. Diese Methode wird in der Regel zur Realisierung von einfarbigen LEDs und Hintergrundbeleuchtungsstreifen verwendet.

Aktualisieren von

Wenn Sie bereits eine mechanische Tastatur besitzen, diese aber aufgrund eines Defekts aufrüsten müssen oder ein besseres Erlebnis wünschen, kann es erforderlich sein Entlöten der Bauteile und neue zu löten oder sogar die gesamte PCBA-Platine zu ersetzen, wenn es sich um ein schwerwiegendes Fehlerproblem handelt. Das Entlöten kann mit zwei Methoden erfolgen:

Methode der geschmolzenen Lötstelle: Verwenden Sie einen Lötkolben oder eine Heißluftpistole, um die Lötstelle zu erhitzen, bis sie schmilzt, und entfernen Sie dann das Bauteil von der Leiterplatte.

Heißluftblasverfahren: Verwenden Sie eine spezielle Heißluftpistole oder ein Heißluftgebläse, um Heißluft auf die Lötstellen zu richten, damit das Lot schmilzt und die Schweißkraft reduziert wird. Verwenden Sie dann einen Lötdocht oder einen Sauger, um das Lot zu entfernen, und lösen Sie die Baugruppe von der Leiterplatte.

FAQ

Welche anderen Projekte kann man neben der DIY-Tastaturplatine durchführen?

Das Reich der Elektronik ist groß und geheimnisvoll, und mit nur einer Idee können Sie versuchen, jedes Elektronikprojekt selbst zu machen. Eine Fülle von Elektronikprojekten für Hobbybastler finden Sie unter dem DIY PCBA-Platine von FS Technology. Diese Projekte werden von unseren Kunden beigesteuert. Wenn Sie ein interessantes Projekt haben, das Sie mit uns teilen möchten, senden Sie uns bitte Ihren Inhalt per E-Mail.

Wie kann die FS-Technologie den Lesern helfen?

FS Technology ist ein in Shenzhen ansässiges PCBA-Unternehmen, das sorgfältige Dienstleistungen anbietet und Enthusiasten bei der Verwirklichung ihrer Heimwerkerprojekte unterstützt. Wenn Sie bei der Herstellung von Tastatur-PCBs auf Schwierigkeiten stoßen, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren. Unser Team von Designern ist gerne bereit, Ihnen zu helfen.

Bietet FS Technology einen Tastatur-PCBA-Service an?

Unser Hauptaugenmerk liegt auf dem PCBA-Geschäft, einschließlich der Herstellung und Montage von verschiedenen Unterhaltungselektronik-Leiterplatte. Wir verfügen über umfangreiche Erfahrung in der Unterstützung von Elektronikherstellern in diesem Bereich, einschließlich solcher, die sich auf Kinderuhren, Mobiltelefonplatinen und andere Unterhaltungselektronikprodukte spezialisiert haben. Wenn Sie Bedarf in diesen Bereichen haben, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren.