$ 1 PCB-kerstboom - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Door loboatVolg mij op Twitter !Volg meer van de auteur:

Over: Mijn naam is Loann Boudin, ik ben een maker en een Franse student die elektronica-engineering studeert in de buurt van Parijs. Ik vind het heerlijk om zelf dingen te maken en mijn projecten met iedereen te delen. Meer over loboat »

PCB-kerstboom van Loann BOUDIN | 2018

Wat kan een elektronicaliefhebber doen als Kerstmis eraan komt? Een PCB-kerstboom natuurlijk!

Als lid van een kleine elektronica-hobbyistenclub deel ik graag mijn passie voor elektronica en PCB-ontwerp door middel van kleine projecten. Voor Kerstmis wilde ik het SMD-soldeeruniversum introduceren bij nieuwe leden met een leuk en eenvoudig project: soldeer een miniatuur PCB-kerstboom met ingebouwde 0805 SMD-knipperende leds.

Deze instructable beschrijft het proces dat ik volgde om een stel goedkope, kleine, gloeiende kerstbomen op printplaten voor te stellen, te ontwerpen en te maken voor minder dan $ 1 per eenheid. Genieten van:)

En… als je deze Instructable leuk vond, overweeg dan om op dit project te stemmen in de PCB-wedstrijd! Bedankt !

Stap 1: BOM, benodigde tools en vaardigheden

Je zal nodig hebben:

Noodzakelijke hulpmiddelen:

• soldeerbout
• Soldeerdraad
• schuurpapier
• platte tang
• Snij tang
• fijn pincet

Optionele (maar handige) tools:

• Rookafzuiger
• multimeter
• prachtig glas

Vaardigheden:

basis soldeervaardigheden

Stuklijst:

Componenten	Leverancier	Groothandelsprijs ($)	Prijs per print ($)
11x 0805 SMD knipperende leds	Aliexpress	15, 79	0, 29
1x CR1220 batterij	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x batterijhouder	Aliexpress	6, 58	0, 07
1x tuimelschakelaar	Aliexpress	2, 62	0, 03
2x 2-pins kop	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x printplaat	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Ik heb goedkope componenten gekozen om de stuklijst onder de symbolische prijs van $1 per kerstboom-PCB te houden. De totale prijs voor één PCB-kerstboom met alle elektronische componenten gesoldeerd, wordt geschat op $ 0, 67.

Stap 2: Op zoek naar inspiratie…

Ik wilde een realistische PCB-kerstboom ontwerpen, waarbij twee loodrecht gemonteerde PCB's een 3D-vorm kunnen geven die kan staan. Het maken van twee verschillende PCB's maakt het ontwerp niet veel ingewikkelder, maar duurder, omdat fabrikanten meer vragen wanneer een PCB meer dan één ontwerp bevat. Om de prijs zo laag mogelijk te houden, moest ik nadenken over een slim ruimtebeheer van het PCB-ontwerp om afval en kosten te verminderen. In mijn zoektocht om de perfecte PCB-kerstboom voor mijn doel te ontwerpen, zocht ik naar vergelijkbare projecten op Google en Instructables.

Ik kwam het ontwerp van bluquesh tegen, dat ik bijzonder interessant en zeer goed gedocumenteerd vond. In zijn eerste Instructable beschrijft dit lid hoe hij erin slaagde een kleine PCB-kerstboom te maken met veel functies:

• Ingebouwde Arduino-chip
• Tweekleurige SMD-LED's
• Capacitieve aanraking
• Ingebouwde batterij
• DC/DC-boostcircuit
• … en meer !

Sommige van deze functies zijn niet compatibel met mijn project, dat eenvoudig en goedkoop wil zijn. Desalniettemin trok een ander detail van zijn project mijn aandacht: bluquesh slaagde erin om zijn 3D-kerstboomontwerp in een vierkant gebied te plaatsen zonder verspilling van ruimte. Door twee halve sparvormige vinnen naast de hoofdspar te maken, hergebruikte hij de verspilde ruimte om ondanks zijn complexe vorm nog een volle boom te creëren.

Ik heb dit slimme ontwerp aangepast en hergebruikt in mijn project.

Stap 3: PCB-ontwerp

Ik heb mijn PCB-kerstboom ontworpen met behulp van Autodesk EAGLE. EAGLE is software voor elektronische ontwerpautomatisering (EDA) die het ontwerpen van schematische diagrammen, plaatsing van componenten en PCB-routering mogelijk maakt.

Ik begon het ontwerp met het maken van het schema van het elektronische circuit. Het bestaat uit 11 parallel flitsende LED's, gevoed door een 3 V knoopcelbatterij. Een schakelaar kan het circuit openen of sluiten. Tot slot wordt een optionele filtercondensator van 10 µF tussen de accuspanning en de aarde geplaatst.

Ik heb de keuze gemaakt om geen weerstand in serie met de LED's op te nemen, aangezien 3 V heel dicht bij de voorwaartse spanning van veel LED-kleuren ligt:

Het schema en de print zijn verdeeld in drie delen:

• het moederbord: het heeft de vorm van een kerstboom en omvat de batterijhouder, de schakelaar, 3 LED's aan de bovenkant en 2 LED's aan de onderkant. Twee 2-pins pinhead-connectoren maken het mogelijk om de twee vinnen aan te sluiten en van stroom te voorzien, één aan de bovenzijde en de andere aan de onderkant.
• de bovenste vin: het heeft de vorm van een halve kerstboom met een inkeping voor de batterijhouder en bevat 1 LED aan de bovenkant en 2 LED's aan de onderkant. Met één 2-pins pinhead connector-voetafdruk kan de vin worden aangesloten en van stroom worden voorzien op het moederbord.
• de onderste vin: het heeft de vorm van een halve kerstboom en bevat 2 LED's aan de bovenkant en 1 LED aan de onderkant. Dankzij een 2-pins pinhead-connector kan de vin worden aangesloten en van stroom worden voorzien op het moederbord.

Ik besloot te kiezen voor een verkleind formaat van 48 * 48 mm per spar door de omtrek van het bord te tekenen met de 20e laag "Dimension".

Ik tekende de vorm van de dennenboom met behulp van de 46e laag "Frezen" met een breedte van 3 mm: deze lijn wordt geïnterpreteerd als een freesgebied voor de fabrikant en scheidt de dennen van zijn vinnen.

Nadat de omtrek van het circuit duidelijk was gedefinieerd, plaatste ik de grootste componenten zoals de batterijhouder en de schakelaar, daarna de LED's zodat hun verdeling aangenaam is.

Ik heb nog een freesgebied op een vin toegevoegd zodat de batterijhouder past en een gat aan de bovenkant van de boom om hem overal op te kunnen hangen (in een echte kerstboom bijvoorbeeld).

Vervolgens heb ik alle componenten gerouteerd met behulp van de bovenste en onderste lagen: de batterijspanning wordt verdeeld over de LED's met sporen van 0,5 mm breedte en een algemeen grondvlak.

Ten slotte heb ik twee afgescheiden lipjes ontworpen en deze tussen de hoofdspar en de vinnen op het freesspoor van 3 mm geplaatst om mijn bord als een enkel ontwerp te houden en PCB-panelen mogelijk te maken (zie de volgende stap voor meer details).

Alle Eagle-bestanden zijn te vinden op mijn github of hieronder ▼

Stap 4: PCB-panelisatie

De meeste PCB-fabrikanten bieden nu een enkele prijs van $ 5 voor 10 PCB's tot 100 * 100 mm groot. De prijs blijft hetzelfde, of het circuit nu 50*50 mm of 100*100 mm is. Kostenoptimalisatie is dan mogelijk door het aantal circuits op dit maximale oppervlak te maximaliseren. PCB-panelisatie bestaat uit het maken van een enkele PCB van verschillende kleine om kosten en afval te verminderen.

De meeste PCB-fabrikanten brengen geen extra kosten in rekening voor identieke ontwerppanelen. Het betekent dat het je lukt om meerdere kleine PCB's gratis in één te passen, maar het moet voor iedereen hetzelfde ontwerp blijven. Meer informatie is te vinden op de website van de PCB-fabrikant Seeedstudio.

PCB-panelisatie kan op 2 manieren:

V-groef panelisatiemethode: het bestaat uit het snijden van 1/3 van de dikte van de plaat vanaf de bovenkant en 1/3 van de dikte van de onderkant, evenwijdig aan de bovensnede, met een cirkelvormig snijblad van 30 tot 45 graden. Dit kan alleen langs rechte lijnen door de hele PCB-array

Breakaway-tab panelization methode: het bestaat uit het verlaten van geperforeerde tabs routeringsruimte tussen PCB's. De afstand tussen twee PCB's is ongeveer 2,5 mm, aangezien dit de standaard freesmaat is in de meeste fabricagehuizen en er slechts een enkele doorgang van de frees nodig is om het bord te frezen. Perforatiepatronen met N-gaten zijn standaard voor afbreekbare lipjes en zijn ontworpen om gemakkelijk te worden verwijderd zonder ongewenste uitsteeksels aan de zijplanken achter te laten

Meer informatie over het ontwerp van PCB-panelen is te vinden in het zeer goed gedocumenteerde artikel geschreven door Jack Lucas voor www. ElectronicDesign.com.

Om de kosten van mijn project te verlagen, heb ik besloten om vier van mijn PCB-kerstbomen in één enkel bord te panelen. Eerst moest ik de twee vinnen van de PCB-kerstboom koppelen aan het moederbord. Ik ontwierp twee afgescheiden lipjes met een perforatiepatroon met 3 gaten die elke vin verbinden met het hoofdkerstboombord. De breeklipjes zijn gemaakt van 2*3 gaten met een diameter van 0, 9 mm.

Toen het ontwerp van één PCB-kerstboom klaar was, heb ik deze vier keer gedupliceerd en ze naast elkaar verzonden om het door de fabrikant opgelegde gebied van 100 * 100 mm te vullen. Alle ontwerpen hebben een tussenruimte van 3 mm en zijn verbonden met afgescheiden lipjes met een perforatiepatroon met 3 gaten.

De uiteindelijke print heeft een afmeting van 100*100 mm en bevat 4 kerstboomprintjes. De kosten van een PCB-eenheid zijn dus gedeeld door 4!

Stap 5: Solderen van de PCB

Als alle componenten zijn verzameld kan het solderen van de print beginnen!

Solderen van de LED's -

Het is het beste om te beginnen met solderen met LED's, omdat dit de kleinste componenten zijn. Als ze als laatste worden gesoldeerd, zou de taak mogelijk moeilijker worden, omdat grotere componenten hun plaatsing zouden kunnen verstoren. LED's zijn gepolariseerde componenten en het is belangrijk om op de print te identificeren hoe ze moeten worden gesoldeerd. De voetafdruk van de leds op de print is altijd hetzelfde: de pad die is aangesloten op het grondvlak is de massa (kathode) en de pad die is aangesloten op een spoor is de voedingsspanning (anode). Een groene pijl onder de CMS-led geeft de stroomrichting van de stroom aan en daarmee de polariteit.

Het testen van een LED met een multimeter in een "diodetester" -configuratie kan helpen bij het bepalen van de polariteit en kleur.

Om de LED's te solderen, begon ik eerst met het plaatsen van een kleine hoeveelheid soldeer op een van de LED-pads. Ik naderde toen de LED met een fijn pincet terwijl ik het soldeer gesmolten hield met mijn soldeerbout. Nadat de led correct was geplaatst, verwijderde ik mijn soldeerbout om het soldeer te laten stollen. Het tweede soldeer kan dan worden gemaakt zonder de LED met het pincet vast te houden. Dit proces wordt herhaald voor de 10 resterende LED's.

Solderen van de batterijhouder -

De batterijhouder houdt de knoopcel tegen de print om de elektrische verbinding tot stand te brengen. Om de batterij stevig vast te houden, heb ik een klein laagje tin op het batterijhouderpad gedeponeerd. Vervolgens wordt de connector geplaatst en gesoldeerd.

De schakelaar solderen -

Ten slotte wordt de schakelaar aan dezelfde kant gesoldeerd als de batterijconnector. De schakelaar steekt uit de printplaat voor eenvoudige bediening.

Stap 6: De printplaat monteren

Nadat alle componenten zijn gesoldeerd, is het tijd om de kerstboom te monteren.

Scheiden van de planken -

Ik begon het bord te breken met een platte tang om de twee vinnen van het hoofdbord te scheiden. Ik gebruikte een kniptang om eventuele resterende grote randen te verwijderen die mogelijk pijn zouden kunnen doen. Daarna heb ik schuurpapier gebruikt om de zijkanten van de kerstboom glad te strijken en uiteindelijk heb ik drie schone planken: de hoofdboom en zijn twee vinnen.

Aansluiten van de borden -

Een vin is bevestigd aan het moederbord door er een 2-pins pinhead-connector tussen te solderen. De pinhead-connector heeft hier twee toepassingen: houd de vleugel tegen het moederbord en breng de spanning en massa naar de LED's van de vin.

Ik sneed 2* 2 pins pinhead connectoren uit een grote pinhead connector strip en maakte de plastic randen schoon met schuurpapier. Daarna heb ik ze kop aan staart op het moederbord gesoldeerd zoals op de foto's, een aan de bovenzijde en de andere aan de onderzijde.

Ik heb de twee vinnen aan de connectoren gesoldeerd, voorzichtig om ze goed uit te lijnen en de vin met een inkeping aan de kant van de batterijconnector te plaatsen.

De PCB-kerstboom is nu eindelijk gemonteerd!

Het circuit aanzetten -

De print wordt gevoed door een CR1220 lithium batterij van 3V. Zodra de knoopcel in de batterijhouder op het bord is geplaatst en de schakelaar is gesloten, beginnen alle LED's als magie te knipperen!

De knoopcel die in dit project wordt gebruikt, heeft een gemiddelde capaciteit van 40 mAh, wat betekent dat hij bijvoorbeeld tot 40 mA kan leveren gedurende 1 uur, of 20 mA gedurende 2 uur. Het stroomverbruik van de PCB-kerstboom ligt rond de 80 mA en is afhankelijk van de kleuren van de gekozen leds: witte, blauwe en paarse leds trekken meer stroom dan rode, oranje en gele leds.

Uit ervaring raad ik je aan om rode, oranje, gele en groene LED's te gebruiken, omdat ze de levensduur van de batterij sparen en tegelijkertijd mooie kleuren geven in het kerstsfeerthema:) Met deze kleuren in gelijke verhoudingen, gloeien mijn PCB-kerstbomen gedurende 1 uur totdat de groene LED's beginnen te vervagen.

Stap 7: Conclusie

Ik heb een leuke tijd gehad bij het ontwerpen van deze kleine PCB-kerstbomen en ik heb veel geleerd over PCB-productie en PCB-panelisatie.

Dankzij het goedkope ontwerp van het project is de soldeerworkshop gratis aangeboden aan degenen die het wilden proberen. Deze PCB's zijn zeer succesvol geweest in mijn club en veel nieuwe leden hebben hun eerste chip gesoldeerd op basis van SMD-componenten. Ik was meer dan blij om te horen dat sommige van mijn creaties de kerstbomen van mijn vrienden hadden versierd.

Vandaag ben ik er trots op dat ik via deze workshop en deze tutorial de kennis die ik tijdens dit project heb opgedaan, kan overbrengen. Ik hoop dat je het leuk vond en ik wens je het beste voor het komende jaar:)