$1 PCB Weihnachtsbaum - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

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Über: Mein Name ist Loann Boudin, ich bin ein Maker und ein französischer Student, der in der Nähe von Paris Elektrotechnik studiert. Ich liebe es, Dinge selbst zu machen und meine Projekte mit allen zu teilen. Mehr über loboat »

PCB Weihnachtsbaum von Loann BOUDIN | 2018

Was kann ein Elektronik-Liebhaber tun, wenn Weihnachten kommt? Natürlich ein PCB-Weihnachtsbaum!

Als Mitglied eines kleinen Elektronik-Bastlerclubs teile ich gerne meine Leidenschaft für Elektronik und PCB-Design durch kleine Projekte. Zu Weihnachten wollte ich neuen Mitgliedern das SMD-Lötuniversum mit einem lustigen und einfachen Projekt vorstellen: Löten Sie einen Miniatur-PCB-Weihnachtsbaum mit eingebetteten 0805-SMD-Blinkleuchten.

Dieses anweisbare beschreibt den Prozess, den ich befolgt habe, um einen Haufen billiger, kleiner, leuchtender Weihnachtsbäume auf Leiterplatten für weniger als 1 US-Dollar pro Einheit vorzustellen, zu entwerfen und zu erstellen. Genießen:)

Und… wenn Ihnen dieses Instructable gefallen hat, ziehen Sie in Betracht, für dieses Projekt im PCB-Wettbewerb zu stimmen! Dankeschön !

Schritt 1: Stückliste, benötigte Tools und Fähigkeiten

Du wirst brauchen:

Notwendige Werkzeuge:

• Lötkolben
• Lötdraht
• Sandpapier
• Flachzange
• Schneidezange
• feine Pinzette

Optionale (aber praktische) Werkzeuge:

• Rauchabzug
• Multimeter
• herrliches Glas

Fähigkeiten:

Grundkenntnisse im Löten

Stückliste:

Komponenten	Anbieter	Großhandelspreis ($)	Preis pro Leiterplatte ($)
11x 0805 SMD blinkende LEDs	Aliexpress	15, 79	0, 29
1x CR1220-Batterie	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x Batteriehalter	Aliexpress	6, 58	0, 07
1x Kippschalter	Aliexpress	2, 62	0, 03
2x 2-poliger Header	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x Platine	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Ich habe billige Komponenten gewählt, um die Stückliste unter dem symbolischen Preis von 1 USD pro Weihnachtsbaum-PCB zu halten. Der Gesamtpreis für einen PCB-Weihnachtsbaum mit allen gelöteten elektronischen Komponenten wird auf $0,67 geschätzt.

Schritt 2: Auf der Suche nach Inspiration…

Ich wollte einen realistischen PCB-Weihnachtsbaum entwerfen, bei dem zwei senkrecht montierte PCBs eine 3D-Form ergeben können, die aufrecht stehen kann. Das Erstellen von zwei verschiedenen PCBs macht das Design nicht viel komplizierter, aber teurer, da die Hersteller mehr verlangen, wenn eine PCB mehr als ein Design enthält. Um den Preis so gering wie möglich zu halten, musste ich über ein cleveres Platzmanagement des PCB-Designs nachdenken, um Abfall und Kosten zu reduzieren. Auf der Suche nach dem perfekten PCB-Weihnachtsbaum für meinen Zweck suchte ich nach ähnlichen Projekten bei Google und Instructables.

Dabei bin ich auf das Design von bluquesh gestoßen, das ich besonders interessant und sehr gut dokumentiert fand. In seinem ersten Instructable beschreibt dieses Mitglied, wie es ihm gelungen ist, einen kleinen PCB-Weihnachtsbaum mit vielen Funktionen zu erstellen:

• Eingebetteter Arduino-Chip
• Zweifarbige SMD-LEDs
• Kapazitive Berührung
• Eingebetteter Akku
• DC/DC-Boost-Schaltung
• … und mehr !

Einige dieser Funktionen sind nicht mit meinem Projekt kompatibel, das einfach und kostengünstig sein soll. Nichtsdestotrotz erregte ein weiteres Detail seines Projekts meine Aufmerksamkeit: bluquesh schaffte es, sein 3D-Weihnachtsbaum-Design ohne Platzverschwendung in eine quadratische Fläche einzupassen. Indem er neben der Haupttanne zwei halbtannenförmige Flossen schuf, nutzte er den verschwendeten Raum, um trotz seiner komplexen Form einen weiteren vollen Baum zu schaffen.

Ich habe dieses clevere Design in meinem Projekt angepasst und wiederverwendet.

Schritt 3: PCB-Design

Ich habe meinen PCB-Weihnachtsbaum mit Autodesk EAGLE entworfen. EAGLE ist eine Electronic Design Automation (EDA)-Software, die das Design von Schaltplänen, die Platzierung von Komponenten und das PCB-Routing ermöglicht.

Ich begann das Design, indem ich den Schaltplan der elektronischen Schaltung erstellte. Es besteht aus 11 parallel blinkenden LEDs, die von einer 3-V-Knopfzellenbatterie gespeist werden. Ein Schalter kann den Stromkreis öffnen oder schließen. Schließlich wird ein optionaler Siebkondensator von 10 µF zwischen Batteriespannung und Masse gelegt.

Ich habe die Wahl getroffen, keinen Widerstand in Reihe mit den LEDs einzuschließen, da 3 V der Durchlassspannung vieler LED-Farben sehr nahe kommen:

Der Schaltplan und die Platine sind in drei Teile unterteilt:

• das Mainboard: es hat eine Weihnachtsbaumform und beinhaltet den Batteriehalter, den Schalter, 3 LEDs auf der Oberseite und 2 LEDs auf der Unterseite. Zwei 2-polige Pinhead-Anschlüsse ermöglichen den Anschluss und die Stromversorgung der beiden Finnen, eine auf der Oberseite und die andere auf der Unterseite.
• die obere Flosse: Sie hat die Form eines halben Weihnachtsbaums mit einer Kerbe für den Batteriehalter und enthält 1 LED auf der Oberseite und 2 LEDs auf der Unterseite. Ein 2-poliger Pinhead-Anschluss ermöglicht den Anschluss und die Stromversorgung der Finne an die Hauptplatine.
• die untere Flosse: Sie hat die Form eines halben Weihnachtsbaums und enthält 2 LEDs auf der Oberseite und 1 LED auf der Unterseite. Ein 2-poliger Pinhead-Anschluss ermöglicht den Anschluss und die Stromversorgung der Finne an die Hauptplatine.

Ich habe mich für eine reduzierte Größe von 48 * 48 mm pro Tanne entschieden, indem ich den Umriss der Platte mit der 20. Schicht "Dimension" gezeichnet habe.

Die Form des Tannenbaums habe ich mit der 46. Schicht "Fräsen" mit einer Breite von 3 mm gezeichnet: Diese Linie wird für den Hersteller als Fräsfläche interpretiert und trennt die Tanne von ihren Flossen.

Nachdem der Umriss der Schaltung klar definiert war, platzierte ich die größten Komponenten wie den Batteriehalter und den Schalter, dann die LEDs so, dass ihre Verteilung angenehm ist.

Ich habe eine weitere Fräsfläche an einer Finne hinzugefügt, damit der Batteriehalter passt und ein Loch oben am Baum, um ihn überall aufhängen zu können (in einem echten Weihnachtsbaum zum Beispiel).

Dann habe ich alle Komponenten mit Top- und Bottom-Layer geroutet: Die Batteriespannung wird mit 0,5 mm breiten Leiterbahnen und einer Gesamtmasse auf die LEDs verteilt.

Schließlich entwarf ich zwei abbrechbare Laschen und platzierte sie zwischen der Haupttanne und ihren Finnen auf der 3 mm-Frässpur, um mein Board als einzelnes Design zu erhalten und die Leiterplattenbestückung zu ermöglichen (siehe nächster Schritt für weitere Details).

Alle Eagle-Dateien finden Sie auf meinem Github oder unten ▼

Schritt 4: PCB-Panelisierung

Die meisten Leiterplattenhersteller bieten jetzt einen Einzelpreis von 5 USD für 10 Leiterplatten mit einer Größe von bis zu 100*100 mm an. Der Preis bleibt gleich, egal ob die Schaltung 50*50 mm oder 100*100 mm beträgt. Eine Kostenoptimierung ist dann möglich, indem die Anzahl der Schaltungen auf dieser maximalen Fläche maximiert wird. Die Leiterplattenbestückung besteht darin, eine einzelne Leiterplatte aus mehreren kleinen zu erstellen, um Kosten und Abfall zu reduzieren.

Die meisten Leiterplattenhersteller berechnen keine zusätzlichen Kosten für die Bestückung mit identischem Design. Das bedeutet, dass Sie mehrere kleine Leiterplatten kostenlos in eine Platine einbauen können, aber das Design muss für alle gleich bleiben. Weitere Informationen finden Sie auf der Website des PCB-Herstellers Seeedstudio.

Die Leiterplattenbestückung kann auf zwei Arten erfolgen:

V-Nut-Verkleidungsmethode: Es besteht darin, 1/3 der Dicke der Platte von oben und 1/3 der Dicke von unten parallel zum oberen Schnitt mit einem 30- bis 45-Grad-Kreismesser zu schneiden. Dies kann nur entlang gerader Linien durch das PCB-Array erfolgen

Breakaway-Tab Panelization-Methode: Es besteht darin, perforierte Tabs zum Verlegen von Platz zwischen den Leiterplatten zu lassen. Der Abstand zwischen zwei Leiterplatten beträgt etwa 2,5 mm, da dies die Standard-Routergröße in den meisten Fertigungshäusern ist und nur einen einzigen Durchgang des Fräsers zum Fräsen der Leiterplatte erfordert. N-Loch-Perforationsmuster sind Standard für abbrechbare Laschen und sind so konzipiert, dass sie leicht entfernt werden können, ohne unerwünschte Seitenbordvorsprünge zu hinterlassen

Weitere Informationen zum PCB-Panelisierungsdesign finden Sie in dem sehr gut dokumentierten Artikel von Jack Lucas für www. ElectronicDesign.com.

Um die Kosten meines Projekts zu reduzieren, habe ich beschlossen, vier meiner PCB-Weihnachtsbäume in eine einzige Platine zu integrieren. Zuerst musste ich die beiden Finnen des PCB-Weihnachtsbaums mit der Hauptplatine verbinden. Ich habe zwei Abreißlaschen mit einem 3-Loch-Perforationsmuster entworfen, die jede Flosse mit dem Hauptweihnachtsbaumbrett verbinden. Die Abreißlaschen bestehen aus 2*3 Löchern mit einem Durchmesser von 0,9 mm.

Sobald das Design eines PCB-Weihnachtsbaums fertig war, duplizierte ich ihn viermal und schickte jeden von ihnen nebeneinander, um die vom Hersteller vorgegebene Fläche von 100 * 100 mm zu füllen. Alle Designs haben einen Abstand von 3 mm und sind mit Abreißlaschen mit einem 3-Loch-Perforationsmuster verbunden.

Die fertige Platine hat eine Größe von 100*100 mm und enthält 4 Weihnachtsbaumplatinen. Die Kosten für eine Leiterplatteneinheit werden also durch 4 geteilt!

Schritt 5: Löten der Platine

Wenn alle Bauteile zusammengebaut sind, kann das Löten der Platine beginnen!

Löten der LEDs -

Beginnen Sie am besten mit dem Löten von LEDs, da es sich um die kleinsten Bauteile handelt. Sie zuletzt zu löten würde die Aufgabe potenziell schwieriger machen, da größere Komponenten ihre Platzierung stören könnten. LEDs sind polarisierte Bauteile und es ist wichtig, auf der Leiterplatte zu erkennen, wie sie gelötet werden sollen. Der Footprint der LEDs auf der Leiterplatte ist immer gleich: Das mit der Masseplatte verbundene Pad ist die Masse (Kathode) und das mit einer Leiterbahn verbundene Pad ist die Versorgungsspannung (Anode). Ein grüner Pfeil unter der CMS-LED zeigt die Flussrichtung des Stroms und damit seine Polarität an.

Das Testen einer LED mit einem Multimeter in der Konfiguration "Diodentester" kann helfen, ihre Polarität und Farbe zu bestimmen.

Um die LEDs zu löten, begann ich zunächst, indem ich eine kleine Menge Lot auf eines der LED-Pads platzierte. Ich näherte mich dann der LED mit einer feinen Pinzette, während ich das Lot mit meinem Lötkolben geschmolzen hielt. Sobald die LED richtig platziert war, entfernte ich meinen Lötkolben, um das Lot zu verfestigen. Das zweite Lot kann dann hergestellt werden, ohne dass die LED mit der Pinzette gehalten werden muss. Dieser Vorgang wird für die verbleibenden 10 LEDs wiederholt.

Batteriehalter verlöten -

Der Batteriehalter hält die Knopfzelle gegen die Leiterplatte, um die elektrische Verbindung herzustellen. Um den Akku fest zu halten, habe ich eine kleine Schicht Zinn auf dem Akkuhalterpad aufgetragen. Anschließend wird der Stecker platziert und verlötet.

Schalter anlöten -

Schließlich wird der Schalter an der gleichen Seite wie der Batteriestecker angelötet. Der Knebel ragt für eine einfache Bedienung aus der Platine heraus.

Schritt 6: Zusammenbau der Platine

Sobald alle Komponenten gelötet sind, ist es Zeit, den Weihnachtsbaum zusammenzubauen.

Trennen der Bretter -

Ich fing an, das Board mit einer Flachzange zu brechen, um die beiden Finnen von der Hauptplatine zu trennen. Ich benutzte eine Schneidezange, um alle verbleibenden großen Kanten zu entfernen, die möglicherweise verletzen könnten. Dann benutzte ich Sandpapier, um die Seiten des Weihnachtsbaums zu glätten und schließlich drei saubere Bretter zu haben: den Hauptbaum und seine beiden Flossen.

Anschließen der Platinen -

Eine Finne wird an der Hauptplatine befestigt, indem ein 2-Pin-Stiftkopfverbinder dazwischen gelötet wird. Der Pinhead-Anschluss hat hier zwei Verwendungszwecke: Halten Sie den Flügel an die Hauptplatine und bringen Sie die Spannung und Masse an die LEDs der Finne.

Ich schneide 2 * 2 Pins Pinhead-Anschlüsse aus einer großen Pinhead-Anschlussleiste und reinige die Kunststoffkanten mit Sandpapier. Dann lötete ich sie Kopf an Schwanz auf der Hauptplatine, wie auf den Bildern gezeigt, eine auf der Oberseite und die andere auf der Unterseite.

Ich lötete die beiden Rippen an die Anschlüsse, wobei darauf geachtet wurde, sie richtig auszurichten und die Rippe mit einer Kerbe auf der Seite des Batterieanschlusses zu platzieren.

Der PCB-Weihnachtsbaum ist nun endlich montiert!

Einschalten des Stromkreises -

Die Platine wird von einer CR1220 Lithiumbatterie von 3V gespeist. Sobald die Knopfzelle in den Batteriehalter auf der Platine eingesteckt und der Schalter geschlossen ist, beginnen alle LEDs wie von Zauberhand zu blinken!

Die in diesem Projekt verwendete Knopfzelle hat eine durchschnittliche Kapazität von 40 mAh, was bedeutet, dass sie beispielsweise bis zu 40 mA während 1 Stunde oder 20 mA während 2 Stunden liefern kann. Der Stromverbrauch des PCB-Weihnachtsbaums beträgt etwa 80 mA und hängt von den Farben der gewählten LEDs ab: weiße, blaue und violette LEDs ziehen mehr Strom als rote, orange und gelbe LEDs.

Aus Erfahrung empfehle ich Ihnen rote, orange, gelbe und grüne LEDs zu verwenden, da sie die Akkulaufzeit schonen und gleichzeitig schöne Farben im Weihnachtsstimmungsthema liefern:) Mit diesen Farben zu gleichen Anteilen leuchten meine PCB-Weihnachtsbäume 1 Stunde lang bis die grünen LEDs zu verblassen beginnen.

Schritt 7: Fazit

Ich hatte viel Spaß beim Entwerfen dieser kleinen PCB-Weihnachtsbäume und habe viel über die PCB-Herstellung und die Leiterplattenbestückung gelernt.

Dank der kostengünstigen Gestaltung des Projekts wurde der Lötworkshop allen, die es ausprobieren wollten, kostenlos angeboten. Diese Leiterplatten waren in meinem Club sehr erfolgreich und viele neue Mitglieder haben ihren ersten Chip auf Basis von SMD-Bauteilen gelötet. Ich war mehr als glücklich zu hören, dass einige meiner Kreationen die Weihnachtsbäume meiner Freunde geschmückt hatten.

Heute bin ich stolz darauf, durch diesen Workshop und dieses Tutorial das Wissen, das ich während dieses Projekts gewonnen habe, weitergeben zu können. Ich hoffe es hat euch gefallen und ich wünsche euch alles Gute für das kommende Jahr:)