- Tác giả đã học toàn bộ về điện tử, thiết kế PCB, thiết kế cho sản xuất và nhiều kỹ thuật phần cứng khác để chế tạo một bàn phím không dây, split, siêu low-profile
- Giải thích chi tiết từ quá trình build cho tới thành phẩm cuối cùng
Bàn phím không dây BAYLEAF
- Loại: Không dây và tách đôi (Split)
- Layout: 60% · ortholinear
- Switch: Kailh · PG1316S
- Keycap: MFJ · thiết kế tùy chỉnh
- Vỏ ngoài: Gia công CNC · nhôm
- Kích thước: W139 · L93 · H5
- Trọng lượng: 180g
- Firmware: ZMK Studio
Động lực
- Sau khi cảm nhận được sức hấp dẫn của bàn phím công thái học custom, tác giả bắt đầu bản build custom đầu tiên với mục tiêu đạt ngoại hình và độ hoàn thiện mang tính thương mại
- Vì chưa có kinh nghiệm CAD, đây được xem là cơ hội tốt để học các kỹ năng mới như thiết kế phần cứng, điện tử học và hơn thế nữa
Các quyết định thiết kế
- Không dây: Đây là yếu tố thiết yếu, đặc biệt với bàn phím split, để tránh dùng cáp. Việc có thể bỏ phần bên phải ra khi chơi game để lấy chỗ di chuột vẫn mang lại cảm giác như phép màu
- Ortholinear: Hai bàn phím trước đó đều là ortholinear nên tác giả đã quen và sử dụng thành thạo kiểu này
- Không stagger (Sans stagger): Không hẳn phản đối stagger, nhưng tác giả thích hình chữ nhật gọn gàng hơn. Không có stagger cũng giúp việc làm phần cứng dễ hơn
- Layout: Vì thường xuyên chuyển qua lại giữa MacBook và desktop, tác giả chọn layout 60% lớn hơn để tránh phải đổi ngữ cảnh. Đồng thời chọn khoảng cách switch 17×17mm
- Công thái học: Đây là thiết kế có chủ đích ưu tiên hình thức hơn chức năng
- Nhôm: Được chọn vì tính thẩm mỹ và độ hoàn thiện kiểu thương mại, chấp nhận đánh đổi về tín hiệu RF và các vấn đề ESD tiềm ẩn
Nhật ký build
- Tác giả bị ấn tượng mạnh bởi bài đăng về bàn phím của Mikefive trên Reddit. Người này cho thấy hoàn toàn có thể tạo ra một bàn phím công thái học low-profile ở mức độ thương mại ngay trong phạm vi sở thích cá nhân. Vì vậy tác giả quyết định đầu tư thời gian và nguồn lực để bắt đầu dự án
- Dự án bắt đầu từ các bản phác thảo. Tác giả tận dụng bản sketch 2D đã làm từ vài tháng trước để thử cách các linh kiện sẽ khớp vào bên trong enclosure và tích hợp các ý tưởng mới
- Sau đó là phần schematic đầy đáng sợ. Ở đây tác giả không cố sáng tạo gì mà dùng ma trận bàn phím đơn giản cho các switch. Đây là cách làm tiêu chuẩn với MCU ở kích thước này. Mỗi hàng và cột nối với chân pin tương ứng trên MCU, tổng cộng dùng 11 chân
- Sau schematic là phần thiết kế layout PCB khá thú vị. Tác giả quyết định tách hai bên bằng V-cut để có thể bẻ PCB bằng tay. Gộp hai bên vào cùng một file giúp giữ file gọn gàng và giảm nhẹ chi phí sản xuất
- Logic thực tế được xây dựng xoay quanh vi điều khiển nice!nano. Bộ điều khiển này đã tích hợp sẵn mọi thứ quan trọng như quản lý nguồn và ăng-ten, nên có thể giữ thiết kế đơn giản, không cần thêm LED, màn hình hay rotary encoder. Chỉ cần cấu hình tối thiểu cho nguồn và giao tiếp
- Thiết kế enclosure nhôm là một thử thách khác. Đây là lần đầu tác giả dùng phần mềm thiết kế tham số nên phải thay đổi khá nhiều về tư duy. Ở giai đoạn đầu, tác giả đã bỏ đi nhiều file gần như hoàn chỉnh vì chúng bị hỏng ngẫu nhiên khi chỉnh kích thước do thứ tự thay đổi không đúng
- Sau khoảng 100 phiên bản case, tác giả mới đi đến bản cuối cùng. Việc mô hình hóa một thứ sẽ tồn tại ngoài đời thực mang lại động lực rất lớn
- Tác giả nhận ra thiết kế cần được tối ưu cho gia công CNC. Điều này có nghĩa là phải bỏ các phần overhang kín hoặc các chi tiết mà mũi khoan không thể tiếp cận được về mặt vật lý. Đồng thời cũng phải loại bỏ các góc sắc mà mũi cắt tròn không thể gia công
- Công việc làm keycap custom bắt đầu ngay sau khi hoàn thành bản build. Bộ keycap mặc định chưa đáp ứng được dung sai tùy chỉnh cần thiết cho switch PG1316 cũng như chưa đạt profile âm thanh mong muốn. Qua nghiên cứu, tác giả biết rằng công nghệ in MJF/SLS có thể xử lý các dung sai nhỏ
- Tại thời điểm viết bài, keycap vẫn đang được tiếp tục phát triển, với nhiều thử nghiệm về độ fit và kích thước khác nhau. Vì không sở hữu máy in 3D, tác giả phải thiết kế mọi biến thể cùng lúc để tiết kiệm chi phí sản xuất
Lắp ráp
- Tác giả dùng căn bếp làm không gian làm việc để lắp ráp
- Dừng sản xuất carbonaras thông thường và bắt đầu sản xuất keyboarnaras
- Nhờ vậy giờ bạn biết bài này không phải do AI viết
- Giới thiệu công cụ
- Kem hàn nhiệt độ thấp không chì và nền bismuth
- Flux gốc nước, no-clean
- Hotplate Miniware 50x50mm
- Cồn isopropyl để vệ sinh
- Bộ dụng cụ hàn tiêu chuẩn
- Đồng hồ vạn năng
Thử thách
- Có hai thách thức nổi bật trong quá trình build: hàn và vệ sinh
- Việc hàn PCB dày 1mm bằng hotplate gây ra hiện tượng cong vênh. Bề mặt bị cong khiến việc gia nhiệt đồng đều trở nên khó khăn. Trong mỗi lần hàn, tác giả phải đồng thời theo dõi tiếp xúc bề mặt, nhiệt độ reflow, đường cong tăng nhiệt, tránh quá nhiệt, đảm bảo switch thẳng hàng, dò các viên thiếc nhỏ bằng flux và tránh bị bỏng. Quá nhiều việc phải làm cùng lúc
- Tác giả đã đặt một stencil SMD khổ lớn có khung, nhưng nhận ra cách tốt nhất để đảm bảo kết nối tốt cho switch là bơm thủ công lượng paste nhiều gấp khoảng 3 lần so với dùng stencil
- Thử thách thứ hai là vệ sinh. Ngay cả flux hàn “no-clean” cũng vẫn phải rửa để tránh oxy hóa. Cồn isopropyl không hiệu quả, cuối cùng tác giả dùng nước sôi để rửa sạch cặn flux. Đáng ra phải đọc kỹ thông số
- Thiếc hàn nền bismuth khá khó dùng, và trong lúc hàn các viên thiếc lỏng cực nhỏ bắn tung tóe khắp nơi. Ngay cả những mối hàn trông hoàn hảo cũng phải chải rửa thủ công
- Giải pháp: hàn theo từng cụm 4 switch, vệ sinh sau mỗi lượt rồi mới chuyển sang phần tiếp theo
- Chỉ riêng việc hàn lưới switch 5×6 đã tốn trọn một ngày, và có lẽ đây từng là nhà máy sản xuất kém hiệu quả nhất EU
Đánh giá cuối cùng
- Dù có nhiều khả năng phát sinh vấn đề, tổng thể mọi thứ diễn ra khá suôn sẻ
- Các linh kiện cần thiết khớp chính xác, và sơ đồ điện tử hoạt động bình thường
- Dung sai đều chính xác, và pin Li-Po cũng không phát nổ
- Nhờ firmware ZMK, việc nạp firmware cũng rất dễ
- Mọi sai sót phát sinh trong quá trình build đều có thể xử lý ở khâu lắp ráp
- Trải nghiệm gõ
- Nhờ chiều cao thấp của bàn phím, cổ tay không cần phải gập nên rất thoải mái
- Các switch có lực nhấn 32g khá nặng so với bàn phím kiểu laptop và cho cảm giác click rõ rệt
- Cảm giác gõ tốt, còn keycap custom giúp âm thanh mềm hơn
- Kết luận cuối cùng: quá trình build là một trải nghiệm học hỏi tuyệt vời, và sản phẩm cuối cùng vượt ngoài kỳ vọng
- Sau khi học được nhiều kỹ năng mới, tác giả rất mong chờ làm ra phiên bản tiếp theo
Sai sót (Oopsies)
- Không thêm via vào pad đồng của switch, khiến kết nối nhiệt giữa hotplate và PCB hơi kém hơn
- Dùng solder mask màu trắng, bị đổi sang màu đỏ khi quá nhiệt
- Không đổi footprint PCB của nice!nano sang kiểu SMD thay vì through-hole
- Giải pháp: dán băng polyamide và hàn tay để xử lý
- Cần có nút reset vật lý
- Hiện nó bị giấu dưới case nên khó reset khi pin xuống quá thấp
- Không làm nóng trước PCB trước khi hàn
- Trong quá trình hàn, xuất hiện các nốt lồi nhỏ trên bề mặt PCB (do độ ẩm)
- Chưa chú ý nhiều hơn tới việc giảm âm và rung
- Nếu cải thiện thiết kế enclosure thêm một chút thì khả năng truyền âm đã tốt hơn
- Khi đặt làm case, không chỉ định rõ quy trình anodize
- Cần anodize sau khi media blasting để chống bám vân tay và oxy hóa
Điểm cải thiện cho phiên bản sau
- Cải thiện thumb cluster
- Cân nhắc thiết kế công thái học tốt hơn
- Xem xét lại việc dùng stagger
- Thêm nút reset vật lý
- Bổ sung nhiều tùy chọn custom hơn cho case nhôm
- Tích hợp sâu hơn vào PCB để kiểm soát tốt hơn vị trí đặt ăng-ten
- Thiết kế phần cạnh chassis (frame) dài hơn để có thể thêm các lớp foam
- Bổ sung vật liệu che kín phần đáy để ngăn PCB bị uốn tự do
- Thêm cơ chế snap nam châm để tiện mang đi
- Tăng độ bo cong ở các góc enclosure để có viền mềm mại hơn
- Thêm dãy LED 1x3 để hiển thị layer và lệnh
- Thử nghiệm switch PG1316M nhỏ hơn để khám phá các khả năng layout mới
- Tiếp tục thử nghiệm thêm thiết bị trỏ và rotary encoder
3 bình luận
Gần đây có cảm giác bàn phím split đang tập trung nhiều hơn vào phía home row mod thay vì cụm phím ngón cái, nên tôi cũng hơi nghi ngờ liệu có thực sự cần cải thiện cụm phím ngón cái hay không. Dù sao, nếu đối tượng người dùng vốn đã quen với bố cục ortholinear thì có lẽ sẽ tốt hơn nếu chú ý thêm một chút đến keycap thanh định vị.
Có nhắc là đã dùng qua các mẫu ortholinear có sẵn, nhưng nếu cũng đã thử cả bàn phím split có sẵn thì có lẽ đã có thể làm ra một thiết kế thật sự công thái học hơn chăng. Alpha và omega của bàn phím split chính là cụm phím ngón cái mà..
Ý kiến trên Hacker News
cmdkhi chuyển qua lại giữa UHK và bàn phím MacBook