$ 1 PCB Albero di Natale: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

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Informazioni: Mi chiamo Loann Boudin, sono un maker e uno studente francese che studia ingegneria elettronica vicino a Parigi. Amo fare cose da solo e condividere i miei progetti con tutti. Maggiori informazioni su loboat »

PCB albero di Natale di Loann BOUDIN | 2018

Quando si avvicina il Natale, cosa può fare un amante dell'elettronica? Un albero di Natale PCB ovviamente!

Come membro di un piccolo club di appassionati di elettronica, mi piace condividere la mia passione per l'elettronica e la progettazione di circuiti stampati attraverso piccoli progetti. Per Natale, volevo presentare l'universo della saldatura SMD ai nuovi membri con un progetto semplice e divertente: saldare un albero di Natale PCB in miniatura con LED lampeggianti 0805 SMD incorporati.

Questa istruzione descrive il processo che ho seguito per immaginare, progettare e creare un gruppo di alberi di Natale economici, piccoli e luminosi su circuiti stampati per meno di $ 1 l'unità. Godere:)

E… se ti è piaciuto questo Instructable, considera di votare per questo progetto nel PCB Contest! Grazie !

Passaggio 1: Distinta materiali, strumenti e competenze necessarie

Avrai bisogno:

Strumenti necessari:

• saldatore
• filo di saldatura
• carta vetrata
• pinze piatte
• pinze da taglio
• pinzette fini

Strumenti opzionali (ma utili):

• Aspiratore fumi
• multimetro
• bicchiere magnifico

Abilità:

abilità di saldatura di base

Distinta base:

Componenti	Fornitore	Prezzo all'ingrosso ($)	Prezzo per PCB ($)
11x 0805 led lampeggianti SMD	Aliexpress	15, 79	0, 29
1x batteria CR1220	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x portabatteria	Aliexpress	6, 58	0, 07
1x interruttore a levetta	Aliexpress	2, 62	0, 03
Intestazione 2x 2 pin	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x PCB	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Ho scelto componenti economici per mantenere la distinta base al di sotto del prezzo simbolico di $ 1 per PCB dell'albero di Natale. Il prezzo totale per un albero di Natale PCB con tutti i componenti elettronici saldati è stimato a $ 0,67.

Passaggio 2: in cerca di ispirazione…

Volevo progettare un albero di Natale PCB realistico, in cui due PCB assemblati perpendicolarmente possano dare una forma 3D che possa stare in piedi. La creazione di due PCB diversi non rende il design molto più complicato ma più costoso, poiché i produttori fanno pagare di più quando un PCB contiene più di un design. Per mantenere il prezzo il più basso possibile, avevo bisogno di pensare a una gestione intelligente dello spazio del design del PCB per ridurre sprechi e costi. Nella mia ricerca per progettare l'albero di Natale PCB perfetto per il mio scopo, ho cercato progetti simili su Google e Instructables.

Mi sono imbattuto nel design di bluquesh, che ho trovato particolarmente interessante e molto ben documentato. Nel suo primo Instructable, questo membro descrive come è riuscito a creare un piccolo albero di Natale PCB con molte funzionalità:

• Chip Arduino integrato
• LED SMD bicolore
• tocco capacitivo
• Batteria incorporata
• Circuito boost CC/CC
• … e altro!

Alcune di queste funzionalità non sono compatibili con il mio progetto, che mira ad essere semplice ea basso costo. Tuttavia, un altro dettaglio del suo progetto ha attirato la mia attenzione: bluquesh è riuscito a inserire il suo albero di Natale 3D in un'area quadrata senza sprechi di spazio. Creando due pinne a forma di mezzo abete accanto all'abete principale, ha riutilizzato lo spazio sprecato per creare un altro albero pieno nonostante la sua forma complessa.

Ho adattato e riutilizzato questo design intelligente nel mio progetto.

Passaggio 3: progettazione PCB

Ho progettato il mio albero di Natale PCB utilizzando Autodesk EAGLE. EAGLE è un software di automazione della progettazione elettronica (EDA) che consente la progettazione di diagrammi schematici, il posizionamento dei componenti e l'instradamento del PCB.

Ho iniziato la progettazione creando lo schema del circuito elettronico. E' costituito da 11 led lampeggianti in parallelo, alimentati da una batteria a bottone da 3V. Un interruttore può aprire o chiudere il circuito. Infine, un condensatore di filtraggio opzionale da 10 µF è posto tra la tensione della batteria e la massa.

Ho fatto la scelta di non includere un resistore in serie con i LED poiché 3 V è molto vicino alla tensione diretta di molti colori dei LED:

Lo schema e il PCB sono divisi in tre parti:

• la scheda madre: ha la forma di un albero di Natale e comprende il portabatterie, l'interruttore, 3 led sulla faccia superiore e 2 led sulla faccia inferiore. Due connettori pinhead a 2 pin consentono di collegare e alimentare le due alette, una sulla faccia superiore e l'altra sulla faccia inferiore.
• la pinna superiore: ha la forma di un mezzo albero di Natale con una tacca per il supporto della batteria e include 1 LED sulla faccia superiore e 2 LED sulla faccia inferiore. Un connettore pinhead a 2 pin consente di collegare e alimentare l'aletta alla scheda principale.
• la pinna inferiore: ha la forma di un mezzo albero di Natale e comprende 2 LED sulla faccia superiore e 1 LED sulla faccia inferiore. Un connettore pinhead a 2 pin consente di collegare e alimentare l'aletta alla scheda principale.

Ho deciso di optare per un formato ridotto di 48*48 mm per abete disegnando il contorno della tavola con il 20° strato "Dimension".

Ho disegnato la forma dell'abete utilizzando il 46° strato "Fresatura" con una larghezza di 3 mm: questa linea viene interpretata come una zona di fresatura per il produttore e separa l'abete dalle sue alette.

Una volta definito chiaramente il contorno del circuito, ho posizionato i componenti più grandi come il portabatteria e l'interruttore, quindi i LED in modo che la loro distribuzione sia piacevole.

Ho aggiunto un'altra area di fresatura su un'aletta in modo che il supporto della batteria possa adattarsi e un foro sulla parte superiore dell'albero per poterlo appendere ovunque (in un vero albero di Natale per esempio).

Quindi, ho instradato tutti i componenti utilizzando i livelli Top e Bottom: la tensione della batteria è distribuita ai LED con tracce di larghezza 0,5 mm e un piano di massa complessivo.

Infine, ho progettato due linguette staccabili e le ho posizionate tra l'abete principale e le sue alette sulla traccia di fresatura da 3 mm per mantenere la mia scheda come un design unico e consentire la pannellizzazione del PCB (vedi il passaggio successivo per maggiori dettagli).

Tutti i file Eagle possono essere trovati sul mio github o sotto ▼

Passaggio 4: pannellizzazione PCB

La maggior parte dei produttori di PCB ora offre un prezzo unico di $ 5 per 10 PCB di dimensioni fino a 100*100 mm. Il prezzo rimane lo stesso se il circuito è 50*50 mm o 100*100 mm. L'ottimizzazione dei costi è quindi possibile massimizzando il numero di circuiti su questa area massima. La pannellizzazione del PCB consiste nel creare un singolo PCB da più piccoli PCB al fine di ridurre i costi e gli sprechi.

La maggior parte dei produttori di PCB non addebita costi aggiuntivi per la pannellatura di design identico. Significa che puoi riuscire a inserire gratuitamente diversi piccoli PCB in uno, ma deve rimanere lo stesso design per tutti. Maggiori informazioni possono essere trovate sul sito web del produttore di PCB Seeedstudio.

La pannellizzazione del PCB può avvenire in 2 modi:

Metodo di pannellatura con scanalatura a V: consiste nel tagliare 1/3 dello spessore della tavola dall'alto e 1/3 dello spessore dal basso, parallelamente al taglio superiore, con una lama di taglio circolare da 30 a 45 gradi. Questo può essere fatto solo lungo linee rette che attraversano l'array PCB

Metodo di pannellizzazione con linguette staccabili: consiste nel lasciare lo spazio di instradamento delle linguette perforate tra i PCB. La distanza tra due PCB è di circa 2,5 mm poiché è la dimensione standard del router nella maggior parte delle case di fabbricazione e richiede solo un singolo passaggio della punta del router per fresare la scheda. I modelli di perforazione N-Holes sono standard per le linguette staccabili e sono progettati per essere facilmente rimossi senza lasciare sporgenze indesiderate sul pannello laterale

Maggiori informazioni sulla progettazione della pannellizzazione PCB possono essere trovate nell'articolo molto ben documentato scritto da Jack Lucas per www. ElectronicDesign.com.

Per ridurre il costo del mio progetto, ho deciso di riunire quattro dei miei alberi di Natale PCB in un'unica scheda. Per prima cosa, ho dovuto collegare le due alette dell'albero di Natale PCB alla scheda madre. Ho progettato due linguette staccabili con uno schema di perforazione a 3 fori che collegano ciascuna pinna alla tavola principale dell'albero di Natale. Le linguette staccabili sono costituite da 2*3 fori con un diametro di 0, 9 mm.

Una volta terminato il disegno di un albero di Natale PCB, l'ho duplicato quattro volte e inviato ciascuno di essi uno accanto all'altro per riempire l'area di 100*100 mm imposta dal produttore. Tutti i design sono distanziati di 3 mm e collegati con linguette staccabili con uno schema di perforazione a 3 fori.

Il PCB finale ha una dimensione di 100*100 mm e contiene 4 PCB dell'albero di Natale. Il costo di un'unità PCB è così diviso per 4!

Passaggio 5: saldatura del PCB

Quando tutti i componenti sono raccolti, la saldatura del PCB può iniziare!

Saldare i LED -

È meglio iniziare con la saldatura dei LED poiché sono i componenti più piccoli. Saldarli per ultimi renderebbe il compito potenzialmente più difficile in quanto componenti più grandi potrebbero interferire con il loro posizionamento. I LED sono componenti polarizzati ed è importante identificare sul PCB come dovrebbero essere saldati. L'ingombro dei LED sul PCB è sempre lo stesso: il pad collegato al piano di massa è la massa (catodo) e il pad collegato a una traccia è la tensione di alimentazione (anodo). Una freccia verde sotto il LED CMS indica la direzione del flusso della corrente e quindi la sua polarità.

Testare un LED con un multimetro in configurazione "tester diodi" può aiutare a determinarne la polarità e il colore.

Per saldare i LED, ho iniziato mettendo una piccola quantità di saldatura su uno dei pad LED. Mi sono quindi avvicinato al LED con una pinzetta fine mantenendo la saldatura fusa con il mio saldatore. Una volta posizionato correttamente il led, ho rimosso il mio saldatore per solidificare la saldatura. La seconda saldatura può quindi essere eseguita senza la necessità di tenere il LED con le pinzette. Questo processo viene ripetuto per i 10 LED rimanenti.

Saldare il portabatteria -

Il supporto della batteria tiene la cella a bottone contro il PCB per creare il collegamento elettrico. Per tenere saldamente la batteria, ho depositato un piccolo strato di stagno sul pad del supporto della batteria. Il connettore viene quindi posizionato e saldato.

Saldare l'interruttore -

Infine, l'interruttore è saldato sullo stesso lato del connettore della batteria. La levetta sporge dal PCB per un facile utilizzo.

Passaggio 6: assemblaggio del PCB

Una volta saldati tutti i componenti, è il momento di assemblare l'albero di Natale.

Separare le tavole -

Ho iniziato a rompere la tavola con delle pinze piatte per separare le due pinne dalla tavola principale. Ho usato le pinze da taglio per rimuovere qualsiasi bordo grande rimasto che potrebbe ferire. Quindi, ho usato la carta vetrata per levigare i lati dell'albero di Natale e finalmente ho tre tavole pulite: l'albero principale e le sue due pinne.

Collegamento delle schede -

Un'aletta è collegata alla scheda principale saldando tra loro un connettore a testa di spillo a 2 pin. Il connettore pinhead ha qui due usi: tenere l'ala sulla scheda madre e portare la tensione e la massa ai LED della pinna.

Ho tagliato connettori a testa di spillo a 2* 2 pin da una grande striscia di connettori a testa di spillo e ho pulito i bordi di plastica con carta vetrata. Quindi, li ho saldati testa a coda sulla scheda madre come mostrato nelle immagini, uno sulla faccia superiore e l'altro sulla faccia inferiore.

Ho saldato le due alette ai connettori facendo attenzione ad allinearle correttamente e posizionando l'aletta con una tacca sul lato del connettore della batteria.

L'albero di Natale PCB è ora finalmente assemblato!

Accensione del circuito -

Il PCB è alimentato da una batteria al litio CR1220 da 3V. Una volta che la pila a bottone inserita nel portabatterie ha abbassato la scheda e l'interruttore si è chiuso, tutti i LED iniziano a lampeggiare come per magia!

La pila a bottone utilizzata in questo progetto ha una capacità media di 40 mAh, il che significa ad esempio che può erogare fino a 40 mA in 1 ora, o 20 mA in 2 ore. Il consumo di corrente dell'albero di Natale PCB è di circa 80 mA e dipende dai colori dei LED scelti: i LED bianchi, blu e viola assorbono più corrente dei LED rossi, arancioni e gialli.

Per esperienza, ti consiglio di utilizzare LED rossi, arancioni, gialli e verdi, poiché risparmieranno la durata della batteria fornendo al tempo stesso bei colori nel tema dello spirito natalizio:) Con questi colori in proporzioni uguali, i miei alberi di Natale PCB si illuminano per 1 ora fino a quando i LED verdi iniziano a spegnersi.

Passaggio 7: conclusione

Mi sono divertito a progettare questi piccoli alberi di Natale PCB e ho imparato molto sulla produzione di PCB e sulla pannellizzazione dei PCB.

Grazie alla concezione low cost del progetto, il laboratorio di saldatura è stato offerto gratuitamente a chi volesse provarlo. Questi PCB hanno avuto molto successo nel mio club e molti nuovi membri hanno saldato il loro primo chip basato su componenti SMD. Sono stato più che felice di sapere che alcune delle mie creazioni avevano decorato gli alberi di Natale dei miei amici.

Oggi sono orgoglioso di poter trasmettere attraverso questo workshop e questo tutorial le conoscenze che ho acquisito durante questo progetto. Spero vi sia piaciuto e vi auguro il meglio per l'anno che viene:)