Bayleaf – 저소음 무선 스플릿 키보드 처음부터 직접 만들기

1 week ago 2

전자공학, PCB 제작, 제조 설계 및 기타 하드웨어기술을 전부 배워서 무선, 스플릿, 울트라 로우 프로파일 키보드를 제작 함
빌드 과정부터 최종 결과물까지를 상세히 설명

BAYLEAF 무선 키보드

타입: 무선 및 분리형(Split)
레이아웃: 60% · 직교형(Ortholinear)
스위치: Kailh · PG1316S
키캡: MFJ · 맞춤 디자인
외장: CNC 가공 · 알루미늄
크기: W139 · L93 · H5
무게: 180g
펌웨어: ZMK Studio

동기

커스텀 인체공학 키보드의 매력을 느끼며, 상업적인 외관과 마감을 목표로 첫 커스텀 빌드를 시작함
CAD 경험이 없었기에 하드웨어 디자인, 전자공학 등 새로운 기술을 배울 좋은 기회로 삼음

디자인 결정

무선: 특히 스플릿 키보드에서 케이블을 사용하지 않기 위해 필수적이었음. 게임 중 마우스 움직임을 위해 오른쪽 부분을 제거하는 것이 여전히 마법처럼 느껴짐
직교형(Ortholinear): 이전 두 개의 키보드가 오르토리니어였기에 익숙하며, 이에 능숙해짐
스태거 없음(Sans stagger): 스태거에 반대하는 것은 아니지만, 깔끔한 직사각형 모양을 선호함. 스태거가 없으면 하드웨어 작업이 더 쉬워짐
레이아웃: MacBook과 데스크탑을 자주 교체하기 때문에 컨텍스트 전환을 피하기 위해 더 큰 60% 레이아웃을 선택함. 또한 17×17mm 스위치 간격을 선택함
인체공학: 기능보다 형태를 우선시하는 계획된 디자인임
알루미늄: 미학과 상업적인 마감을 위해 선택함. RF 신호 희생과 잠재적인 ESD 문제를 감수함

빌드 로그

Reddit에서 Mikefive의 키보드 게시물에 깊은 인상을 받음. 그는 상업적인 수준의 로우 프로파일 인체공학 키보드를 제작할 수 있음을 보여주었으며, 이는 취미로 접근 가능하게 만듦. 이에 시간과 자원을 투자하기로 결정하고 프로젝트를 시작함
프로젝트는 스케치로 시작됨. 몇 달 전에 만든 2D 스케치를 활용하여 인클로저 내에서 부품이 어떻게 맞을지 테스트하고 새로운 아이디어를 통합함
무서운 회로도 작업에 착수함. 여기서는 창의력을 발휘하지 않고 스위치를 위한 간단한 키보드 매트릭스를 사용함. 이는 이 크기의 MCU에서 표준적인 관행임. 각 행과 열은 MCU의 자체 핀아웃에 연결되며 총 11개의 핀을 사용함
회로도 후에는 PCB 레이아웃 디자인을 즐겁게 진행함. V-컷으로 측면을 분리하여 PCB를 손으로 분리할 수 있도록 결정함. 측면을 결합하면 파일을 깔끔하게 유지하고 제조 비용을 약간 절감할 수 있었음
실제 로직은 nice!nano 마이크로컨트롤러를 중심으로 구축됨. 이 컨트롤러는 전원 관리와 안테나와 같은 모든 중요한 기능이 내장되어 있어 추가 LED, 화면, 로터리 인코더 없이 간단하게 유지할 수 있었음. 전원과 통신을 위한 최소한의 구성만 필요했음
알루미늄 인클로저 디자인은 또 다른 도전이었음. 파라메트릭 디자인 소프트웨어를 처음 사용하여 약간의 사고 전환이 필요했음. 초기에 거의 완성된 파일을 많이 폐기했는데, 이는 치수를 조정할 때 변경 순서가 잘못되어 무작위로 깨졌기 때문임
약 100개의 케이스 버전을 거쳐 최종 버전에 도달함. 물리적으로 존재할 것을 모델링하는 것은 매우 동기 부여가 되었음
CNC 가공을 위해 최적화해야 함을 깨달음. 이는 밀폐된 오버행이나 드릴이 물리적으로 도달할 수 없는 기능을 제거하는 것을 의미함. 또한 둥근 드릴 비트로 자를 수 없는 날카로운 모서리를 제거해야 했음
커스텀 키캡 작업은 빌드를 완료한 직후 시작함. 기본 키캡은 PG1316 스위치에 필요한 맞춤 공차와 사운드 프로파일 측면에서 부족했음. 연구를 통해 MJF/SLS 프린팅이 작은 공차를 처리할 수 있음을 알게 됨
작성 시점에서 키캡은 여전히 진행 중이며, 다양한 맞춤과 크기를 테스트 중임. 3D 프린터를 소유하고 있지 않아서 제조 비용을 절감하기 위해 모든 변형을 한 번에 설계해야 했음

조립

주방을 작업 공간으로 사용하여 조립을 진행함
일반적인 카르보나라(carbonaras) 생산을 중단하고 키보나라(keyboarnaras) 생산을 시작함
- 이제 이 글이 AI에 의해 작성되지 않았음을 알 수 있음
도구 소개
- 비스무스 기반 및 무연 저온 납땜 페이스트
- 수용성, 노클린 플럭스
- Miniware 50x50mm 핫플레이트
- 청소용 이소프로필 알코올
- 표준 납땜 장비
- 멀티미터

도전 과제

빌드 과정에서 두 가지 도전 과제가 두드러졌음: 납땜과 청소
1mm 두께의 PCB 보드를 핫플레이트로 납땜하면 휘어짐이 발생함. 휘어진 표면은 균일하게 가열하기 어려움. 각 납땜 시도에서 표면 접촉, 리플로우 온도, 온도 상승 프로파일, 과열 방지, 스위치 정렬 보장, 플럭스로 납땜 볼 추적, 화상 방지를 모두 모니터링해야 했음. 손이 가득 찼음
- 프레임에 거대한 SMD 스텐실을 주문했지만, 스위치의 좋은 연결을 보장하기 위해 스텐실보다 약 3배 더 많은 페이스트를 수동으로 적용하는 것이 최선의 방법임을 발견함
두 번째 도전 과제는 청소였음. “노클린” 납땜 플럭스도 산화 방지를 위해 세척해야 했음. 이소프로필 알코올이 효과가 없었고, 결국 끓는 물을 사용해 플럭스 잔여물을 씻어냈음. 사양을 제대로 읽어야 했음
- 비스무스 납땜은 사용이 까다로웠으며, 납땜 중에 매우 작은 액체 납땜 볼이 사방으로 튀었음. 완벽한 납땜 연결도 수동으로 브러시로 청소해야 했음.
- 해결책: 스위치를 4개 단위로 납땜하고, 각 라운드 후 청소한 후 다음 작업으로 이동
- 5×6 그리드 스위치를 납땜하는 데 하루가 걸렸으며, 아마도 한때 EU에서 가장 비효율적인 제조 공장이었을 것임