わずか1mmの厚さのフル機能マイクロコンピュータ

マーケティング担当者は、钱包里的塑料卡片と大まかに同じ長さや幅のデバイスには何でも「クレジットカードサイズ」と書くのが好きです。一方、デバイスの厚さは簡単に1センチに達します。実際のISO 7816規格が要求するのはわずか0.76mmです。マイコン、バッテリー、画面、無線インターフェースをその隙間に詰め込み、ボードを割れ物のガラスにしないようやってみてください。

ハンドル名がkrauselerの開発者がmuxcardプロジェクトを作成しました。ESP32-C3ベースのE-PaperディスプレイとNFC搭載の動作するマイクロコンピュータで、約1mmの厚さに収まります。全体の構造は標準のカードスロットに簡単に収まります。

カードの中身

ベースとして、著者は標準的なNFCカードハウジングを使用しプラスチックにコンポーネント用のマウントスポットを切り抜いています。

プロトタイプには4つの主要コンポーネントが収まっています：

1. ESP32-C3マイコン。Wi-FiとBluetooth LEをサポートするチップの公称高さは0.85mmです。RTCタイマーがアクティブなスリープモードでは、約8 μAを消費します。著者はまた、0.4mm厚のBGAパッケージに入ったnRF52832もテストしており、消費電力がさらに少ないですが、ESP32はArduinoやESP-IDF経由でのプログラミングが更容易です。
2. 1.54インチE-Paperディスプレイ。200×200ピクセル 解像度のマトリックスは部分画像リフレッシュをサポートしています。ディスプレイのフレキシブル版が使用されており、钱包内でのわずかな変形に耐え、軽圧力では割れません。
3. RC522ベースのNFCモジュール。パッシブタグとは異なり、このチップはISO/IEC 14443 Type AおよびMIFARE規格のカードの読み取りとエミュレーションの両方が可能です。
4. LIS2DW12加速度計。パッケージ高さは0.7mmです。モーションセンサーは継続的に動作し、シェイクや回転時にマイコンをスリープから起こします。

デバイスは23×23×1mmのサイズで30mAhのUltra-thinリポバッテリーで駆動します。充電は背面の平らなマグネット接点経由で行われますが、著者は корпусный USB-Cポートも収めようと試んでいます。

3Dプリンターでのリソグラフィと自作フレキシブルボード

工場にフレキシブルプリント回路（Flex PCB）を注文すると、何週間も待ち、送料を払い、レイアウトに小さなエラーがないことを祈る必要があります。Muxcardの作成者は困難なDIYルートを歩き、自分でボードを作りました。

ベースは銅箔が貼られたカプトンテープとドライフォトレジストの層でした。トレースは、UVToolsユーティリティを使用して標準的なフォトポリマーSLA 3Dプリンターの露出で作成されました。エッチング後、トレースは工場製のボードに近い明瞭さでできました。ソルダーペーストStencilは、複数の層の露出フォトレジストフィルムから組み立てられました。

E-Paperディスプレイのフレキケーブルは別の頭痛の種でした。標準的なコネクタは物理的に収まりません—すぐに厚さの限界を超えてしまいます。解決策は、0.5mmピッチの細いトレースを個別ワイヤーでボードに直接手半田付けすることでした。

メカニックとたわみへの対策

デニムの заднем карманеのカードは不可避免的にたわみます。通常のPCB材料やリジッドなコンポーネントマウントでは、数回座るだけでんだり接合部が壊れます。

著者はアイランド方式を使用しました。大型のシリコンチップはリジッドゾーンに配置され、機械的ストレスはボード上の специально計算されたフレキシブルトレースラインでバイパスされます。コンポーネントはカードの外側保護層の間にわずかな遊びがあり、機械的負荷が脆いチップのリードに直接伝わらないようになっています。

バッテリーの状況はより複雑です。現在の1mm厚のバッテリーはカードの外壁に触れています。貫通や点圧から保護するために、将来のリビジョンでは両面に薄いステンレス鋼プレートを備えた0.5mmセルに切り替える予定です。

何に使えるか

このフォームファクターは、大型ガジェットが収まらない場所で興味深いユースケースを規定します：

• コードとチケット用のミニマリストwallet。搭乗券、割引カード、切符をE-Paper画面に表示できます。電源が切れても画像は消えず、スマホを出す必要がありません。
• オフライン2FAジェネレーターとパスワード保管庫。デバイスはネットワークから隔離され、タイマーでTOTPコードを生成し、静電容量式ボタンに触れるだけで画面に表示します。
• ポケットセキュリティ監査ツール。Flipper Zeroのように使えますが、セキュリティシステムの注意を引かないフォーマットです。
• インタラクティブな名刺。現在の連絡先を表示し、リンクQRコードを меняетし、スマホをタップしてNFCでプロファイルを転送します。

プロジェクトを追う価値はあるか

Muxcardは動作中のプロトタイプV0.1段階にあります。回路図と基本的なレイアウト作業すでにリポジトリに投稿されています。著者はコミュニティのフィードバックを集め、耐久性をテストし、工場プロトタイプの準備を進めています。

ウェアラブル電子機器、ESP32マイコン、または高密度PCBレイアウトのインスピレーションを探しているなら、リポジトリをブックマークしてください。銀行カードの厚さに完全なシステムを収めようとした方法を研究することは、回路設計における視野を本当に広げてくれます。