$ 1 PCB julgran: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Följ mig på Twitter! Följ mer av författaren:

Om: Jag heter Loann Boudin, jag är en tillverkare och en fransk student som studerar elektronikteknik nära Paris. Jag älskar att göra saker själv och dela mina projekt med alla. Mer om loboat »

PCB -julgran av Loann BOUDIN | 2018

När kan julen komma, vad kan en elektronikälskare göra? En PCB -julgran förstås!

Som medlem i en liten elektronikhobbyklubb delar jag gärna min passion för elektronik och PCB -design genom små projekt. Till jul ville jag presentera SMD -lödningsuniversum för nya medlemmar med ett roligt och enkelt projekt: löd en miniatyr PCB -julgran med inbyggda 0805 SMD -blinkande lysdioder.

Denna instruerbara beskriver processen jag följde för att föreställa mig, designa och skapa ett gäng billiga, små, glödande julgranar på kretskort för mindre än 1 dollar enheten. Njut av:)

Och … om du gillade detta Instructable, överväg att rösta på det här projektet i PCB -tävlingen! Tack !

Steg 1: BOM, verktyg och färdigheter som behövs

Du kommer behöva:

Nödvändiga verktyg:

• lödkolv
• Lödtråd
• sandpapper
• platt tång
• skärande tång
• fina pincetter

Valfria (men praktiska) verktyg:

• Rökutsug
• flera meter
• magnifikt glas

Kompetens:

grundläggande lödningskunskaper

Materialförteckning:

Komponenter	Leverantör	Grossistpris ($)	Pris per kretskort ($)
11x 0805 SMD blinkande lysdioder	Aliexpress	15, 79	0, 29
1x CR1220 batteri	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x batterihållare	Aliexpress	6, 58	0, 07
1x omkopplare	Aliexpress	2, 62	0, 03
2x 2 pins header	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x PCB	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Jag har valt billiga komponenter för att hålla BOM under det symboliska priset på $ 1 per julgransplatta. Det totala priset för en PCB -julgran med alla elektroniska komponenter lödda uppskattas till $ 0, 67.

Steg 2: Letar efter inspiration …

Jag ville designa en realistisk PCB -julgran, där två kretskort monterade vinkelrätt kan ge en 3D -form som kan stå upp. Att skapa två olika kretskort gör inte designen mycket mer komplicerad men dyrare, eftersom tillverkare tar ut mer när ett kretskort innehåller mer än en design. För att hålla priset så lågt som möjligt behövde jag tänka på en smart utrymmehantering av PCB -designen för att minska avfall och kostnad. I min strävan att designa den perfekta PCB -julgranen för mitt ändamål letade jag efter liknande projekt på Google och Instructables.

Jag stötte på bluqueshs design, som jag tyckte var särskilt intressant och mycket väl dokumenterad. I sin första Instructable beskriver denna medlem hur han lyckades skapa en liten PCB -julgran med många funktioner:

• Inbyggt Arduino -chip
• Tvåfärgade SMD-lysdioder
• Kapacitiv beröring
• Inbyggt batteri
• DC/DC boostkrets
• … och mer !

Några av dessa funktioner är inte kompatibla med mitt projekt, som syftar till att vara enkelt och billigt. Ändå fångade en annan detalj av hans projekt min uppmärksamhet: bluquesh lyckades passa in sin 3D -julgransdesign i ett fyrkantigt område utan slöseri med utrymme. Genom att skapa två halvgranformade fenor bredvid huvudgranen återanvände han det bortkastade utrymmet för att skapa ytterligare ett fullt träd trots sin komplexa form.

Jag anpassade och återanvände denna smarta design i mitt projekt.

Steg 3: PCB -design

Jag designade min PCB -julgran med Autodesk EAGLE. EAGLE är en elektronisk designautomatisering (EDA) som möjliggör schematiska diagramdesign, komponentplacering och PCB -routning.

Jag började designen med att skapa schemat över den elektroniska kretsen. Den består av 11 blinkande lysdioder parallellt, drivs av ett 3 V knappcellsbatteri. En strömbrytare kan öppna eller stänga kretsen. Slutligen placeras en valfri filtreringskondensator på 10 µF mellan batterispänningen och marken.

Jag valde att inte inkludera ett motstånd i serie med lysdioderna eftersom 3 V är mycket nära framspänningen i många LED -färger:

Schemat och kretskortet är uppdelat i tre delar:

• huvudkortet: den har en julgransform och innehåller batterihållare, strömbrytare, 3 lysdioder på ovansidan och 2 lysdioder på undersidan. Två 2-stifts stifthuvudkontakter gör det möjligt att ansluta och driva de två fenorna, en på ovansidan och den andra på undersidan.
• den övre fenan: den har formen av en halv julgran med ett hack för batterihållaren och innehåller 1 lysdiod på ovansidan och 2 lysdioder på undersidan. Ett 2-stifts stifthuvudkontaktfotavtryck gör att fenan kan anslutas och matas till huvudkortet.
• bottenfenan: den har formen av en halv julgran och innehåller 2 lysdioder på ovansidan och 1 lysdiod på undersidan. Ett 2-pins stifthuvudkontaktfotavtryck gör att fenan kan anslutas och matas till huvudkortet.

Jag bestämde mig för att välja en reducerad storlek på 48 * 48 mm per gran genom att rita tavlans kontur med det tjugonde lagret "Dimension".

Jag ritade granens form med det 46: e lagret "Fräsning" med en bredd på 3 mm: denna linje tolkas som ett fräsområde för tillverkaren och skiljer granen från dess fenor.

När kretsens konturer tydligt definierade placerade jag de största komponenterna, till exempel batterihållaren och omkopplaren, sedan lysdioderna så att deras fördelning är trevlig.

Jag lade till ytterligare ett fräsområde på en fena så att batterihållaren får plats och ett hål på toppen av trädet för att kunna hänga det var som helst (i ett riktigt julgran till exempel).

Sedan dirigerade jag alla komponenter med över- och underlager: batterispänningen fördelas till lysdioderna med 0, 5 mm breddspår och ett övergripande markplan.

Slutligen konstruerade jag två utbrytflikar och placerade dem mellan huvudgranen och dess fenor på 3 mm fräspår för att behålla min bräda som en enda design och tillåta PCB -panelisering (se nästa steg för mer information).

Alla Eagle -filer finns på min github eller nedan ▼

Steg 4: PCB -panelisering

De flesta kretskortstillverkare erbjuder nu ett enda pris på $ 5 för 10 kretskort upp till 100*100 mm i storlek. Priset förblir detsamma oavsett om kretsen är 50*50 mm eller 100*100 mm. Kostnadsoptimering är sedan möjlig genom att maximera antalet kretsar på denna maximala yta. PCB -panelisering består av att skapa ett enda PCB från flera små för att minska kostnader och slöseri.

De flesta kretskortstillverkare tar inte ut extra kostnad för identisk designpanelisering. Det betyder att du kan klara av att passa flera små kretskort gratis i ett, men det måste förbli samma design för alla. Mer information finns på kretskortstillverkarens Seeedstudios webbplats.

PCB -paneliseringsburk kommer på två sätt:

V-spårpaneliseringsmetod: den består av att skära 1/3 tjockleken på brädet uppifrån och 1/3 tjockleken från botten, parallellt med det övre snittet, med ett 30- till 45-gradigt cirkulärt skärblad. Detta kan endast göras längs raka linjer hela vägen genom PCB -arrayen

Breakaway-tab paneliseringsmetod: den består genom att lämna perforerade flikar och leda utrymme mellan PCB. Avståndet mellan två kretskort är cirka 2, 5 mm eftersom det är standardfrässtorleken i de flesta tillverkningshus och kräver bara ett enda pass av fräsbiten för att fräsa kortet. N-håls perforeringsmönster är standard för utbrytningsflikar och är utformade för att enkelt kunna tas bort utan att lämna oönskade sidokortsprång

Mer information om PCB -paneliseringsdesign finns i den mycket väldokumenterade artikeln skriven av Jack Lucas för www. ElectronicDesign.com.

För att minska kostnaden för mitt projekt har jag bestämt mig för att panelera fyra av mina PCB -julgranar till en enda bräda. Först måste jag koppla de två fenorna på PCB -julgranen till huvudkortet. Jag designade två brytflikar med ett 3-håls perforeringsmönster som länkar varje fena till julgranens huvudsakliga bräda. Utbrytningsflikarna är gjorda av 2*3 hål med en diameter på 0, 9 mm.

När designen av ett PCB -julgran var klar kopierade jag det fyra gånger och skickade var och en av dem sida vid sida för att fylla det 100*100 mm stora område som tillverkaren påtvingade. Alla mönster är 3 mm åtskilda och anslutna med brytflikar med ett 3-håls perforeringsmönster.

Det slutliga kretskortet har en storlek på 100*100 mm och innehåller 4 julgrans -kretskort. Kostnaden för en kretskortsenhet divideras med 4!

Steg 5: Lödning av kretskortet

När alla komponenter har samlats kan lödningen av kretskortet börja!

Lödning av lysdioderna -

Det är bäst att börja med LED -lödning eftersom de är de minsta komponenterna. Lödning av dem sist skulle göra uppgiften potentiellt svårare eftersom större komponenter kan störa deras placering. Lysdioder är polariserade komponenter och det är viktigt att identifiera på kretskortet hur de ska lödas. LED -fotavtrycket på kretskortet är alltid detsamma: dynan som är ansluten till markplanet är massan (katoden) och plattan ansluten till ett spår är matningsspänningen (anoden). En grön pil under CMS -lysdioden indikerar strömens flödesriktning och därmed dess polaritet.

Att testa en LED med en multimeter i "diodtester" -konfiguration kan hjälpa till att bestämma dess polaritet och färg.

För att löda lysdioderna började jag först med att lägga en liten mängd löd på en av LED -plattorna. Jag närmade mig sedan LED: n med fina pincetter medan jag höll lodet smält med mitt lödkolv. När lysdioden placerats korrekt tog jag bort mitt lödkolv för att stelna lödet. Det andra lödet kan sedan göras utan att LED -lampan behöver hållas med pincetten. Denna process upprepas för de återstående 10 lysdioderna.

Lödning av batterihållaren -

Batterihållaren håller knappcellen mot kretskortet för att skapa den elektriska anslutningen. För att hålla fast batteriet lade jag ett litet lager tenn på batterihållardynan. Anslutningen placeras sedan och löds.

Lödning av omkopplaren -

Slutligen löds omkopplaren på samma sida som batterikontakten. Växeln sticker ut från kretskortet för enkel användning.

Steg 6: Montering av kretskortet

När alla komponenter har lödts är det dags att montera granen.

Separera brädorna -

Jag började bryta brädet med en plattång för att skilja de två fenorna från huvudkortet. Jag använde skärtång för att ta bort eventuell stor kant kvar som eventuellt kan skada. Sedan använde jag sandpapper för att släta ut sidorna på julgranen och slutligen ha tre rena brädor: huvudträdet och hans två fenor.

Anslutning av brädorna -

En fena fästs på huvudkortet genom att löda en 2 -pins stifthuvudkontakt mellan dem. Pinhead -kontakten har två användningsområden här: håll vingen mot huvudkortet och för spänningen och massan till lamperna i fenan.

Jag skar 2* 2 stift stifthuvudkontakter från en stor stifthuvudkontaktremsa och rengjorde plastkanterna med sandpapper. Sedan lödde jag dem från huvud till svans på huvudkortet som visas på bilderna, en på ovansidan och den andra på undersidan.

Jag lödde de två fenorna till kontakterna och var noga med att rikta dem ordentligt och placera fenan med ett hack på batterikontakten.

PCB -julgranen är nu äntligen monterad!

Slå på kretsen -

Kretskortet drivs av ett CR1220 litiumbatteri på 3V. När knappcellen sätts in i batterihållaren ner på kortet och strömbrytaren stängs börjar alla lysdioder blinka som en magi!

Knappcellen som används i detta projekt har en genomsnittlig kapacitet på 40 mAh, vilket till exempel betyder att den kan leverera upp till 40 mA under 1 timme eller 20 mA under 2 timmar. Den nuvarande förbrukningen av PCB -julgranen är cirka 80 mA och beror på färgerna på de valda lysdioderna: vita, blå och lila lysdioder drar mer ström än röda, orange och gula lysdioder.

Av erfarenhet rekommenderar jag dig att använda röda, orange, gula och gröna lysdioder, eftersom de kommer att spara batteritiden samtidigt som de ger fina färger i julstämningstemat:) Med dessa färger i lika stora proportioner lyser mina PCB -julgranar under 1 timme tills de gröna lysdioderna börjar blekna.

Steg 7: Slutsats

Jag hade roligt att designa dessa små PCB -julgranar och jag lärde mig mycket om PCB -tillverkning och PCB -panelisering.

Tack vare projektets låga kostnad har lödningsverkstaden erbjudits gratis till dem som ville prova det. Dessa kretskort har varit mycket framgångsrika i min klubb och många nya medlemmar har lödt sitt första chip baserat på SMD -komponenter. Jag var mer än glad över att höra att några av mina skapelser hade dekorerat mina vänners julgranar.

Idag är jag stolt över att kunna överföra den kunskap jag fick under detta projekt genom denna workshop och denna handledning. Jag hoppas att du gillade det och jag önskar dig det bästa för året som kommer:)