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【自作基板 / JLCPCB】ファミコンコントローラー型カスタムPicoPadの製作①！レトロゲームが遊べる自作携帯ゲーム機を作ろう [基板・ケース設計 – JLCPCBに発注]

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以前、ファミコンコントローラーの形状をできるだけ忠実に再現したケースを3Dモデリングしたことがあります。

【電子工作 / 3Dプリンタ】ファミコンコントローラーのCADモデル(STL)を公開しました！

せっかく作ったこのCADデータを一度きりで終わらせるのはもったいないと思い、その後は本家ファミコンコントローラーを透明仕様へカスタムするのに利用したり、自作USBゲームパッドの製作に活用したりと展開してきました。

【自作基板 / 電子工作】GP2040-CEを使ったファミコンコントローラー型USBゲームパッド化基板の製作！[PCBWayに基板と3Dプリントケースを発注]

そして、このモデルデータを活かしてもっと面白いものは作れないだろうか？
という発想から先日製作したのが、ESPboyをベースにした携帯ゲーム機です。

見た目は誰もが見覚えのある懐かしいファミコンコントローラー…

しかし中身には現代のマイコンを搭載し小さな携帯ゲーム機として遊べるという、レトロな外観との組み合わせがとても面白い作品になりました。

【自作基板 / JLCPCB】ファミコンコントローラー型 カスタムESPboyの製作！

ここまでファミコンコントローラーを忠実に再現したのなら、本物のファミコンゲームがそのまま動いたらもっと面白いのでは？

それなら、見た目も中身もファミコンに近づけてしまおう…そんな遊び心から今回の製作が始まり、ファミコン(NES)エミュレーターが動作するPicoPadをベースにすることにしました。

PicoPadをベースにしたものは、これまでいくつか製作しています。

【自作基板 / 電子工作】PicopadをベースにRP2350で動かす自作ゲームエミュレータ『PicoPlay2350』の製作① [設計 〜 PCBWayに発注]

片手にすっぽりと収まるミニサイズのものも製作したことがあり、なかなか完成度の高いものになったと思っています！

今回は、そのPicoPadと以前製作したファミコンコントローラーの3Dモデルを組み合わせ、外観はファミコンコントローラーそのままの形状を活かし、中身はファミコンエミュレータが動作する携帯ゲーム機を目指して設計することにしました。

現在はオリジナル基板とケースの設計・発注を終え、試作機も完成して動作確認まで進んでいます。

今回は、その製作過程から基板やケースの発注までの流れを紹介していきます。

ファミコンコントローラー型カスタムPicoPadの製作①

今回のコンセプトは、「見た目はファミコンコントローラー、中身はゲーム(ファミコン)エミュレータ」という自作携帯ゲーム機を目指します。

単純にPicoPadをケースへ収めるだけではなく、本家ファミコンコントローラーの外観をそのまま維持しつつ、そして携帯ゲーム機として快適に遊べることを目標に設計を進めていきました。

それでは、ケースや内部構造、オリジナル基板の設計から紹介していきます。

3Dモデル・基板の設計

PicoPadは、Raspberry Pi Pico(RP2040)およびPico2(RP2350)で動作するオープンソースの携帯ゲーム機プラットフォームです。

それぞれ専用のファームウェアが用意されており、搭載するマイコンに合わせて動作させることができます。

参考 PicopadGitHub

冒頭で紹介したこれまで私が製作した自作カスタムPicoPadは、いずれもRP2350を採用しています。

そのため、今回もこれまでの開発環境や資産をそのまま活かせるよう、RP2350を搭載したオリジナルのカスタム基板を新たに設計することにしました。

今回の一番の課題は、ファミコンコントローラーという限られたスペース内に、ディスプレイや各操作ボタン、スピーカー、USBコネクタ、SDカード、バッテリーなどを無理なく収めることです。

さらに、本家オリジナルコントローラーの外観やボタン配置はそのまま再現したかったため、内部のレイアウトには少し苦労しました。

特にディスプレイサイズは大きな制約となりました。
ファミコンコントローラーのボタン配置およびケース外形を忠実に再現すると、搭載できるディスプレイは1.69インチサイズがほぼ限界となります。

オリジナルのPicoPadでは320×280ドットのディスプレイが使用されていますが、1.69インチクラスになると一般的に240×280ドットまでのものしか選択肢がありません。

この解像度については、以前製作したミニサイズのPicoPadで検証済みです。

解像度が低くなることで画面の左右がわずかに切れてしまい、メニュー画面やテキストなどが多少見づらくなってしまいますが、ゲームをプレイするためのエミュレータ機として考えれば、それほど気になるレベルではありませんでした。

そこで今回も1.69インチ(240×280)ディスプレイを採用し設計を進めていきました。

ただこのサイズのディスプレイでは、ケーブルを長く取りFFCコネクタに装着できるタイプのものが入手性が悪く…
基板に直接はんだ付けするタイプを採用することにしましたが、FPCケーブルの長さが結構ギリギリで・・・・

マウントするトップケース側を少し工夫して、このような形状にすることで基板に直はんだした状態のディスプレイを取り付け出来るようにしたのですが…さて、上手くいくのかな？

ディスプレイを中央に配置し、そこから各部品の位置を調整しながら、本家ファミコンコントローラーの外観を維持できるレイアウトを検討しました。

ケースとの干渉部分などを考慮すると、主要パーツの配置やレイアウトは結構大変なものがありました！

使用感も考慮し、最終的にSDカードやUSBコネクタ、バッテリーなど主要パーツの配置はこのようになりました。

ケースとの干渉部分も多いため、主要パーツの配置は3D CAD上でしっかりと位置決めし、

これら基本配置は変えず、またケースとの干渉部分などを含めた基板外形をKiCadの方に移行して基板設計に移りました。

ファミコンコントローラー本来のボタン配置は維持し、そして使用感を考慮した主要パーツの配置を3D CAD上で決め、それに合わせてケース側のモデリングもある程度完成させてから基板設計に移ったので、ケースとの干渉や組み立て時の問題など事前に確認できていたので、比較的スムーズに基板設計の方は進めることができました。

JLCPCB / JLCCNCに発注

基板の製造は、今回もJLCPCBを利用しました。

当初はJLCPCBのアセンブリサービス(PCBA)を利用して試作1号機をサクッと製作する予定でしたが、コアとなるRP2350が発注当時にLCSCで在庫切れとなっており、実装対象部品として選択できませんでした。

そのため今回は基板のみ(ステンシルを含む)を製造してもらい、部品の実装はすべて手作業で行うことにしました。

現在は基板も無事に到着し、部品の実装を終えて動作確認を進めています。

今のところ大きな問題は見つかっていませんので、最終確認が完了したら、いつものように基板データやケースデータなどもダウンロードできるよう公開する予定です。

発注時の設定は、[表面仕上げ]オプションにENIGを選択した以外は特に変えていません。

今回製作したカスタムPicoPadは、本家ファミコンコントローラーで使用されているスイッチパーツやメンブレンスイッチ用の導電ゴムをそのまま流用できるよう設計しています。

そのため、見た目だけでなく操作感もオリジナルに近く、ゲームプレイ時の押し心地も非常に良好でした！

メンブレンスイッチは、基板上の銅箔パターンと導電ゴムを接触させることでスイッチとして機能します。

接点部分はレジストで覆わず銅箔を露出させてあり、繰り返し押される部分でもあるため、耐摩耗性や耐食性を考慮して表面仕上げにはENIG(金メッキ処理)を選択しました。

銅箔をそのまま露出させた場合、時間の経過とともに酸化によって接触不良の原因となることがありますが、ENIGで金メッキ処理しておくことで、長期間にわたって安定した接触性能が期待できます。

また、ENIGは通常のHASL(半田レベラー)と比べて表面が平滑で接点としても安定しており、このようなメンブレンスイッチとの相性も良好です！

そして、コアで使用しているRP2350AはQFN-60パッケージ(0.4mmピンピッチ)となっており、非常に細かい端子を持つマイコンチップです。

そのほかにも小型の表面実装部品を多数使用しているため、手はんだだけで組み立てるのは少し大変です！

リフローオーブンを使って実装する予定であれば、基板と一緒にステンシルも発注しておくことをおすすめします。

JLCPCBでステンシルを発注する場合、サイズを指定しないと結構大きなサイズで届いてしまいます！
基板サイズに対してステンシルサイズが大きすぎると作業もしづらくなってしまいます。

今回製作した基板サイズは約113mm×43mmだったので、ステンシルサイズを130mm×60mmにカスタムして発注しました。

ステンシルサイズをカスタムして小さくすることにより、ステンシル料金や送料もお安くなるのでお得です！

以上、基板およびステンシルをJLCPCBに発注しました。

JLCPCBの基本的な基板発注方法は、こちらの記事にまとめています。
あわせて見て頂ければと思います。

【電子工作 / 基板製作】これから始める自作基板。JLCPCBでの基板発注ガイド(2025年版)

また、ケースの方はJLC3DPに発注しました。
基板と同梱で発注すれば送料も1回分で済むのでお得です！

透明ケースをイメージしていたので、[8001レジン]を選択しました。

JLC3DPの発注方法はこちらの記事が参考になると思います。

【JLCPCB / JLC3DP】JLCPCBの3Dプリントサービス(JLC3DP)を利用してみました。発注手順などをご紹介！

以上、基板・ステンシル・3Dプリントケース(トップ・ボトム)をJLCPCBに発注しました。

基板・3Dプリントケースの到着

配送方法にOCS Expressを選択し、発注から2週間程かかり基板と3Dプリントケースが無事に手元へ到着しました。

今回は3Dプリントケースの製造工程でトラブルがあったようで、一度製造に失敗したため再製造となり、いつもより少し納期が長くなりました。

JLC3DPでは稀にこのようなケースがありますが、品質基準を満たさないと判断された場合は、そのまま出荷するのではなく再製造が行われます。

そのため納期が延びることはあるものの、最終的には品質を確認した製品が届くので安心です！

届いた基板とケースを確認してみると、どちらも仕上がりは非常に良好でした。

気になっていたディスプレイ部分も問題なく取り付けできそうです！

最後に！

今回は、ファミコンコントローラー型のカスタムPicoPadの製作に向けて、設計からJLCPCBへの発注、そして基板と3Dプリントケースが到着するまでを紹介しました。

以前製作したファミコンコントローラーの3Dモデルを活かし、見た目だけでなく中身までファミコンをコンセプトに設計を進めてきました。

現在は動作確認もほぼ終えて問題ないことも確認でき、遊びながら最終確認を行っている段階です。

次回はパーツの実装と組み立てを行い、完成までの流れを紹介したいと思います。

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