Arbre de Nadal PCB de 1 $: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Per loboat Segueix-me a Twitter! Segueix-ne més per l'autor:

Quant a: Em dic Loann Boudin, sóc un fabricant i estudiant francès que estudia enginyeria electrònica a prop de París. M'encanta fer coses per mi mateix i compartir els meus projectes amb tothom. Més informació sobre loboat »

Arbre de Nadal de PCB de Loann BOUDIN | 2018

Quan arribi el Nadal, què pot fer un amant de l’electrònica? Un arbre de Nadal de PCB, per descomptat!

Com a membre d’un petit club d’aficionats a l’electrònica, m’agrada compartir la meva passió per l’electrònica i el disseny de PCB mitjançant petits projectes. Per Nadal, volia presentar l'univers de soldadura SMD als nous membres amb un projecte senzill i divertit: soldar un arbre de Nadal en miniatura de PCB amb leds intermitents SMD 0805 incrustats.

Aquest instructiu descriu el procés que he seguit per imaginar, dissenyar i crear un munt d’arbres de Nadal petits, barats i brillants a les plaques de circuits impresos per menys d’1 $ la unitat. Gaudeix:)

I … si us ha agradat aquest Instructable, penseu a votar per aquest projecte al Concurs PCB! Gràcies !

Pas 1: NOM, eines i habilitats necessàries

Necessitarà:

Eines necessàries:

• soldador
• filferro de soldadura
• paper de vidre
• alicates planes
• alicates de tall
• pinces fines

Eines opcionals (però útils):

• Extractor de fums
• multímetre
• magnífic got

Habilitats:

habilitats bàsiques de soldadura

Factura de materials:

Components	Proveïdor	Preu a l'engròs ($)	Preu per PCB ($)
LED parpellejants 11x 0805 SMD	Aliexpress	15, 79	0, 29
1 bateria CR1220	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x suport de bateria	Aliexpress	6, 58	0, 07
1 commutador de commutació	Aliexpress	2, 62	0, 03
Capçalera de 2x 2 pins	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x PCB	SeeedStudio	4, 90	0, 12

He triat components econòmics per mantenir la BOM per sota del preu simbòlic d’1 dòlar per PCB d’arbre de Nadal. El preu total d’un arbre de Nadal de PCB amb tots els components electrònics soldats s’estima en 0,67 dòlars.

Pas 2: busqueu inspiració …

Volia dissenyar un arbre de Nadal de PCB realista, on dos PCB muntats perpendicularment puguin donar una forma 3D que es pugui posar de peu. La creació de dos PCB diferents no fa que el disseny sigui molt més complicat sinó més car, ja que els fabricants cobren més quan un PCB conté més d’un disseny. Per tal de mantenir el preu el més baix possible, calia pensar en una gestió intel·ligent de l’espai del disseny de PCB per reduir els residus i els costos. En la meva intenció de dissenyar l'arbre de Nadal de PCB perfecte per al meu propòsit, vaig buscar projectes similars a Google i Instructables.

Em vaig trobar amb el disseny de bluquesh, que em va semblar especialment interessant i molt ben documentat. En el seu primer Instructable, aquest membre descriu com va aconseguir crear un petit arbre de Nadal de PCB amb moltes funcions:

• Xip Arduino incrustat
• LEDs SMD bicolors
• Tacte capacitiu
• Bateria incorporada
• Circuit d’augment de CC / CC
• … i més !

Algunes d’aquestes funcions no són compatibles amb el meu projecte, que vol ser senzill i de baix cost. No obstant això, un altre detall del seu projecte em va cridar l’atenció: bluquesh va aconseguir encabir el seu disseny d’arbres de Nadal en 3D en una zona quadrada amb zero residus d’espai. En crear dues aletes en forma de mig avet al costat de l'avet principal, va reutilitzar l'espai desaprofitat per crear un altre arbre complet malgrat la seva forma complexa.

Vaig adaptar i reutilitzar aquest disseny intel·ligent al meu projecte.

Pas 3: disseny de PCB

Vaig dissenyar el meu arbre de Nadal de PCB amb Autodesk EAGLE. EAGLE és un programari d’automatització de disseny electrònic (EDA) que permet el disseny de diagrames esquemàtics, la col·locació de components i l’encaminament de PCB.

Vaig començar el disseny creant l’esquema del circuit electrònic. Consisteix en 11 LED intermitents en paral·lel, alimentats per una bateria de 3 V. Un interruptor pot obrir o tancar el circuit. Finalment, es col·loca un condensador de filtratge opcional de 10 µF entre la tensió de la bateria i la terra.

Vaig triar no incloure una resistència en sèrie amb els LED, ja que 3 V és molt a prop de la tensió directa de molts colors de LED:

L’esquema i el PCB es divideixen en tres parts:

• la placa principal: té forma d’arbre de Nadal i inclou el suport de la bateria, l’interruptor, 3 LED a la cara superior i 2 LED a la cara inferior. Dos connectors de pin de 2 pins permeten connectar i alimentar les dues aletes, una a la cara superior i l’altra a la cara inferior.
• l'aleta superior: té la forma de mig arbre de Nadal amb una osca per al suport de la bateria i inclou 1 LED a la cara superior i 2 LED a la cara inferior. Una petjada de connector de pin de 2 pins permet connectar l’aleta i alimentar-la a la placa principal.
• l'aleta inferior: té la forma de mig arbre de Nadal i inclou 2 LED a la cara superior i 1 LED a la cara inferior. Una petjada de connector de pin de 2 pins permet connectar l’aleta i alimentar-la a la placa principal.

Vaig decidir optar per una mida reduïda de 48 * 48 mm per avet dibuixant el contorn del tauler amb la capa 20 "Dimensió".

Vaig dibuixar la forma de l'avet amb la 46a capa "Fresat" amb una amplada de 3 mm: aquesta línia s'interpreta com una zona de fresat per al fabricant i separo l'avet de les seves aletes.

Un cop definit l’esquema del circuit, he col·locat els components més grans, com ara el suport de la bateria i l’interruptor, i després els LED perquè la seva distribució sigui agradable.

Vaig afegir una altra zona de fresat en una aleta perquè el porta-bateria hi cabés i un forat a la part superior de l'arbre per poder penjar-lo en qualsevol lloc (en un arbre de Nadal real, per exemple).

Després, he encaminat tots els components mitjançant capes superior i inferior: la tensió de la bateria es distribueix als LED amb traços d’amplada de 0, 5 mm i un pla de terra total.

Finalment, vaig dissenyar dues llengüetes separables i les vaig col·locar entre l’avet principal i les seves aletes a la traça de fresat de 3 mm per tal de conservar la meva placa com a disseny únic i permetre la panelització de PCB (vegeu el següent pas per obtenir més detalls).

Tots els fitxers Eagle es poden trobar al meu github o a sota ▼

Pas 4: Panelització de PCB

La majoria dels fabricants de PCB ofereixen ara un preu únic de 5 dòlars per a 10 PCB de fins a 100 * 100 mm de mida. El preu continua sent el mateix, tant si el circuit és de 50 * 50 mm com de 100 * 100 mm. L’optimització de costos és possible, doncs, maximitzant el nombre de circuits en aquesta àrea màxima. La panelització de PCB consisteix a crear un PCB únic a partir de diversos petits per tal de reduir costos i residus.

La majoria dels fabricants de PCB no cobren costos addicionals per un panellatge de disseny idèntic. Vol dir que podeu encabir diversos PCB petits en un de forma gratuïta, però ha de seguir sent el mateix disseny per a tots. Podeu trobar més informació al lloc web del fabricant de PCB Seeedstudio.

La panellització de PCB es pot presentar de dues maneres:

Mètode de panellització de ranures en V: consisteix en tallar 1/3 del gruix del tauler des de la part superior i 1/3 del gruix de la part inferior, paral·lel al tall superior, amb una fulla de tall circular de 30 a 45 graus. Això només es pot fer al llarg de línies rectes a través de la matriu de PCB

Mètode de panelització de pestanyes separades: consisteix en deixar pestanyes perforades encaminant espai entre PCBs. L’espai entre dos PCB és d’uns 2, 5 mm, ja que és la mida estàndard del router a la majoria de cases de fabricació i només requereix una sola passada del bit del router per fresar la placa. Els patrons de perforació N-Holes són estàndard per a les llengüetes separables i estan dissenyats per eliminar-se fàcilment sense deixar sortints de tauler lateral no desitjats

Podeu trobar més informació sobre el disseny de panellització de PCB a l’article molt ben documentat escrit per Jack Lucas per a www. ElectronicDesign.com.

Per tal de reduir el cost del meu projecte, he decidit col·locar quatre arbres de Nadal PCB en un sol tauler. Primer, vaig haver d’enllaçar les dues aletes de l’arbre de Nadal del PCB amb la placa principal. Vaig dissenyar dues pestanyes separables amb un patró de perforació de 3 forats que uneixen cada aleta amb el tauler principal de l'arbre de Nadal. Les llengüetes separables estan formades per 2 * 3 forats amb un diàmetre de 0, 9 mm.

Un cop acabat el disseny d'un arbre de Nadal de PCB, el vaig duplicar quatre vegades i vaig enviar cadascun d'ells un al costat de l'altre per omplir l'àrea de 100 * 100 mm imposada pel fabricant. Tots els dissenys estan separats per 3 mm i connectats amb pestanyes separables amb un patró de perforació de 3 forats.

El PCB final té una mida de 100 * 100 mm i conté 4 PCB d’arbres de Nadal. El cost d’una unitat de PCB es divideix així entre 4.

Pas 5: soldar el PCB

Quan tots els components estan reunits, la soldadura del PCB pot començar.

Soldar els LEDs -

El millor és començar per soldar els LED, ja que són els components més petits. Soldar-los per darrere dificultaria la tasca, ja que components més grans podrien interferir amb la seva col·locació. Els LED són components polaritzats i és important identificar al PCB com se suposa que han de ser soldats. La petjada dels LEDs a la PCB és sempre la mateixa: el coixinet connectat al pla de terra és la massa (càtode) i el coixinet connectat a una pista és la tensió d’alimentació (ànode). Una fletxa verda sota el LED CMS indica la direcció del flux del corrent i, per tant, la seva polaritat.

Provar un LED amb un multímetre en configuració de "provador de díodes" us pot ajudar a determinar la polaritat i el color.

Per soldar els LEDs, primer vaig començar col·locant una petita quantitat de soldadura en un dels coixinets LED. Després em vaig acostar al LED amb unes pinces fines mentre mantenia la soldadura fosa amb el meu soldador. Un cop col·locat el led correctament, vaig treure el soldador per solidificar la soldadura. La segona soldadura es pot fer sense necessitat de subjectar el LED amb les pinces. Aquest procés es repeteix per als 10 LED restants.

Soldar el suport de la bateria -

El suport de la bateria subjecta la cèl·lula del botó contra el PCB per crear la connexió elèctrica. Per mantenir la bateria fermament, vaig dipositar una petita capa de llauna al coixinet del suport de la bateria. El connector es col·loca i es solda.

Soldar l’interruptor -

Finalment, l’interruptor es solda al mateix costat que el connector de la bateria. La palanca sobresurt del PCB per facilitar el funcionament.

Pas 6: Muntatge del PCB

Un cop soldats tots els components, és el moment de muntar l’arbre de Nadal.

Separació dels taulers -

Vaig començar a trencar el tauler amb unes alicates planes per separar les dues aletes del tauler principal. Vaig utilitzar unes alicates de tall per eliminar qualsevol vora gran que pogués ferir. Després, he utilitzat paper de vidre per allisar els costats de l’arbre de Nadal i finalment he tingut tres taules netes: l’arbre principal i les seves dues aletes.

Connexió de les plaques -

Una aleta s’uneix a la placa principal soldant un connector de pin de 2 pins entre ells. El connector de capçal de pin té dos usos aquí: mantenir l’ala a la placa principal i portar el voltatge i la massa als LED de l’aleta.

Vaig tallar els connectors de capçal de pin de 2 * 2 pins d’una gran tira de connectors de cap de pin i vaig netejar les vores de plàstic amb paper de vidre. Després, els vaig soldar de cap a cua al tauler principal com es mostra a les imatges, un a la cara superior i l’altre a la cara inferior.

Vaig soldar les dues aletes als connectors amb precaució per alinear-les correctament i col·locar l’aleta amb una osca al costat del connector de la bateria.

L’arbre de Nadal del PCB ja està muntat.

Activació del circuit -

El PCB funciona amb una bateria de liti CR1220 de 3V. Un cop la cel·la del botó inserida al suport de la bateria al tauler i l’interruptor tancat, tots els LED començaran a parpellejar com si fos una màgia.

La cel·la de botó utilitzada en aquest projecte té una capacitat mitjana de 40 mAh, el que significa, per exemple, que pot lliurar fins a 40 mA durant 1 hora o 20 mA durant 2 hores. El consum actual de l’arbre de Nadal del PCB és d’uns 80 mA i depèn dels colors dels LED triats: els LED blancs, blaus i morats atrauen més els LEDs vermells, taronja i groc.

Per experiència, us recomano que utilitzeu LED vermells, taronja, grocs i verds, ja que estalviaran la durada de la bateria i proporcionaran bons colors en el tema de l’esperit nadalenc:) Amb aquests colors en proporcions iguals, els arbres de Nadal del meu PCB brillen durant 1 hora fins que els LED verds comencin a esvair-se.

Pas 7: Conclusió

M’ho vaig passar molt bé dissenyant aquests petits arbres de Nadal de PCB i vaig aprendre moltes coses sobre la fabricació de PCB i la seva panellització.

Gràcies al disseny econòmic del projecte, el taller de soldadura s’ha ofert de manera gratuïta a tots aquells que el volguessin provar. Aquests PCB han tingut molt d'èxit al meu club i molts nous membres han soldat el seu primer xip basat en components SMD. Em va alegrar més que escoltar que algunes de les meves creacions havien decorat els arbres de Nadal dels meus amics.

Avui estic orgullós de poder transmetre a través d’aquest taller i d’aquest tutorial els coneixements que he adquirit durant aquest projecte. Espero que us hagi agradat i us desitjo el millor per a l'any que ve:)