$ 1 PCB Christmas Tree: 7 Steps (with pictures)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

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Sobre: Meu nome é Loann Boudin, sou um fabricante e estudante francês que estuda engenharia eletrônica perto de Paris. Adoro fazer coisas sozinha e compartilhar meus projetos com todos. Mais sobre loboat »

Árvore de Natal PCB por Loann BOUDIN | 2018

Quando o Natal está chegando, o que um amante da eletrônica pode fazer? Uma árvore de Natal PCB, é claro!

Como membro de um pequeno clube de entusiastas de eletrônicos, gosto de compartilhar minha paixão por eletrônicos e design de PCB por meio de pequenos projetos. Para o Natal, eu queria apresentar o universo da solda SMD para novos membros com um projeto simples e divertido: soldar uma árvore de Natal PCB em miniatura com leds flash SMD 0805 embutidos.

Este instrutível descreve o processo que segui para imaginar, projetar e criar um monte de árvores de Natal baratas, pequenas e brilhantes em placas de circuito impresso por menos de US $ 1 a unidade. Aproveitar:)

E… se você gostou deste Instructable, considere votar neste projeto no Concurso PCB! Obrigado !

Etapa 1: BOM, ferramentas e habilidades necessárias

Você vai precisar de:

Ferramentas necessárias:

• ferro de solda
• fio de solda
• lixa
• alicate plano
• alicate de corte
• pinças finas

Ferramentas opcionais (mas úteis):

• Extrator de fumaça
• multímetro
• vidro magnífico

Habilidades:

habilidades básicas de solda

Lista de materiais:

Componentes	Fornecedor	Preço de atacado ($)	Preço por PCB ($)
11x 0805 SMD piscando leds	Ali Express	15, 79	0, 29
1 bateria CR1220	Ali Express	0, 75	0, 15
1 porta-bateria	Ali Express	6, 58	0, 07
1x interruptor de alternância	Ali Express	2, 62	0, 03
2x cabeçalho de 2 pinos	Ali Express	0, 51	0, 01
1x PCB	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Escolhi componentes baratos para manter o BOM abaixo do preço simbólico de US $ 1 por PCB da árvore de Natal. O preço total de uma árvore de Natal PCB com todos os componentes eletrônicos soldados é estimado em US $ 0,67.

Etapa 2: em busca de inspiração …

Eu queria projetar uma árvore de Natal de PCB realista, onde duas PCBs montadas perpendicularmente podem dar uma forma 3D que pode ficar em pé. A criação de dois PCBs diferentes não torna o design muito mais complicado, mas mais caro, pois os fabricantes cobram mais quando um PCB contém mais de um design. Para manter o preço o mais baixo possível, precisei pensar em um gerenciamento de espaço inteligente do design de PCB para reduzir o desperdício e o custo. Em minha busca para projetar a árvore de Natal PCB perfeita para meu propósito, pesquisei projetos semelhantes no Google e no Instructables.

Me deparei com o design do bluquesh, que achei particularmente interessante e muito bem documentado. Em seu primeiro Instructable, este membro descreve como ele conseguiu criar uma pequena árvore de Natal PCB com muitos recursos:

• Chip Arduino integrado
• LEDs SMD bicolores
• Toque capacitivo
• Bateria embutida
• Circuito de reforço DC / DC
• … e mais !

Alguns desses recursos não são compatíveis com o meu projeto, que pretende ser simples e de baixo custo. No entanto, outro detalhe de seu projeto me chamou a atenção: bluquesh conseguiu encaixar seu design de árvore de Natal em 3D em uma área quadrada sem perda de espaço. Ao criar duas barbatanas em forma de meio-abeto ao lado do abeto principal, ele reutilizou o espaço desperdiçado para criar outra árvore completa, apesar de sua forma complexa.

Adaptei e reutilizei este design inteligente em meu projeto.

Etapa 3: Design de PCB

Projetei minha árvore de Natal PCB usando o Autodesk EAGLE. EAGLE é um software de automação de projeto eletrônico (EDA) que permite o projeto de diagramas esquemáticos, a colocação de componentes e o roteamento de PCB.

Comecei o projeto criando o esquema do circuito eletrônico. Consiste em 11 LEDs piscando em paralelo, alimentados por uma bateria de botão de 3 V. Um switch pode abrir ou fechar o circuito. Finalmente, um capacitor de filtragem opcional de 10 µF é colocado entre a tensão da bateria e o aterramento.

Decidi não incluir um resistor em série com os LEDs, pois 3 V está muito próximo da tensão direta de muitas cores de LEDs:

O esquema e o PCB são divididos em três partes:

• placa principal: tem formato de árvore de natal e inclui porta-bateria, switch, 3 LEDs na face superior e 2 LEDs na face inferior. Dois conectores de cabeça de pino de 2 pinos permitem conectar e alimentar as duas aletas, uma na face superior e outra na face inferior.
• Aleta superior: tem o formato de meia árvore de Natal com entalhe para o porta-bateria e inclui 1 LED na face superior e 2 LEDs na face inferior. Uma pegada de conector de cabeça de pino de 2 pinos permite que a aleta seja conectada e ligada à placa principal.
• barbatana inferior: tem a forma de meia árvore de Natal e inclui 2 LEDs na face superior e 1 LED na face inferior. Uma pegada de conector de cabeça de pino de 2 pinos permite que a aleta seja conectada e ligada à placa principal.

Decidi optar por um tamanho reduzido de 48 * 48 mm por abeto desenhando o contorno do tabuleiro com a 20ª camada "Dimensão".

Desenhei a forma do abeto usando a 46ª camada "Fresagem" com largura de 3 mm: essa linha é interpretada como uma área de fresagem para o fabricante, e separa o abeto de suas aletas.

Uma vez que o contorno do circuito foi claramente definido, coloquei os componentes maiores como o porta-bateria e o switch, depois os LEDs para que sua distribuição seja agradável.

Eu adicionei outra área de fresagem em uma das aletas para que o suporte da bateria possa caber e um orifício no topo da árvore para poder pendurá-la em qualquer lugar (em uma árvore de Natal de verdade, por exemplo).

Em seguida, direcionei todos os componentes usando as camadas Superior e Inferior: a tensão da bateria é distribuída para os LEDs com traços de 0, 5 mm de largura e um plano de aterramento geral.

Finalmente, projetei duas abas separáveis e as coloquei entre o abeto principal e suas aletas no traço de fresagem de 3 mm para manter minha placa como um único design e permitir a panelização de PCB (consulte a próxima etapa para mais detalhes).

Todos os arquivos do Eagle podem ser encontrados no meu github ou abaixo ▼

Etapa 4: Panelização PCB

A maioria dos fabricantes de PCB agora oferece um preço único de US $ 5 por 10 PCBs de até 100 * 100 mm de tamanho. O preço permanece o mesmo se o circuito é 50 * 50 mm ou 100 * 100 mm. A otimização de custos é então possível maximizando o número de circuitos nesta área máxima. A panelização de PCB consiste na criação de uma única PCB a partir de várias pequenas para reduzir custos e desperdício.

A maioria dos fabricantes de PCB não cobra custo extra para painéis de design idêntico. Isso significa que você pode conseguir encaixar vários pequenos PCBs em um gratuitamente, mas deve permanecer o mesmo design para todos. Mais informações podem ser encontradas no site do fabricante de placas de circuito impresso Seeedstudio.

O painel de PCB pode vir de 2 maneiras:

Método de painelização com ranhura em V: consiste em cortar 1/3 da espessura da placa na parte superior e 1/3 da espessura na parte inferior, paralelamente ao corte superior, com lâmina de corte circular de 30 a 45 graus. Isso pode ser feito apenas em linhas retas em todo o conjunto de PCB

Método de painelização de abas separáveis: consiste em deixar abas perfuradas para rotear o espaço entre os PCBs. O espaçamento entre dois PCBs é de cerca de 2,5 mm, pois é o tamanho do roteador padrão na maioria das casas de fabricação e requer apenas uma única passagem da broca do roteador para fresar a placa. Os padrões de perfuração N-orifícios são padrão para guias separáveis e são projetados para serem facilmente removidos sem deixar protuberâncias indesejadas na placa lateral

Mais informações sobre o design de painéis de PCB podem ser encontradas no artigo muito bem documentado escrito por Jack Lucas para www. ElectronicDesign.com.

Para reduzir o custo do meu projeto, decidi agrupar quatro das minhas árvores de Natal PCB em uma única placa. Primeiro, tive que ligar as duas aletas da árvore de Natal do PCB à placa principal. Eu projetei duas abas separáveis com um padrão de perfuração de 3 orifícios que ligam cada barbatana à placa principal da árvore de Natal. As guias separáveis são feitas de 2 * 3 orifícios com um diâmetro de 0, 9 mm.

Assim que o projeto de uma árvore de Natal PCB foi concluído, dupliquei quatro vezes e despachei cada uma delas lado a lado para preencher a área de 100 x 100 mm imposta pelo fabricante. Todos os designs são espaçados por 3 mm e conectados com guias separáveis com um padrão de perfuração de 3 orifícios.

O PCB final tem um tamanho de 100 * 100 mm e contém 4 PCBs de árvore de Natal. O custo de uma unidade de PCB é dividido por 4!

Etapa 5: Soldando o PCB

Quando todos os componentes estiverem reunidos, a soldagem do PCB pode começar!

Soldando os LEDs -

É melhor começar com a soldagem dos LEDs, pois eles são os menores componentes. Soldá-los por último tornaria a tarefa potencialmente mais difícil, pois componentes maiores poderiam interferir em sua colocação. Os LEDs são componentes polarizados e é importante identificar no PCB como eles devem ser soldados. A pegada dos LEDs na placa de circuito impresso é sempre a mesma: a almofada conectada ao plano de aterramento é a massa (cátodo) e a almofada conectada a uma faixa é a tensão de alimentação (ânodo). Uma seta verde sob o LED CMS indica a direção do fluxo da corrente e, portanto, sua polaridade.

Testar um LED com um multímetro na configuração de "testador de diodo" pode ajudar a determinar sua polaridade e cor.

Para soldar os LEDs, comecei colocando uma pequena quantidade de solda em uma das placas de LED. Em seguida, aproximei-me do LED com uma pinça fina, mantendo a solda fundida com meu ferro de solda. Depois de colocar o led corretamente, retirei meu ferro de solda para solidificar a solda. A segunda solda pode então ser feita sem a necessidade de segurar o LED com a pinça. Este processo é repetido para os 10 LEDs restantes.

Soldando o suporte da bateria -

O suporte da bateria mantém a célula do botão contra o PCB para criar a conexão elétrica. Para segurar a bateria com firmeza, coloquei uma pequena camada de estanho na almofada do suporte da bateria. O conector é então colocado e soldado.

Soldando a chave -

Finalmente, a chave é soldada no mesmo lado do conector da bateria. O alternador se projeta do PCB para fácil operação.

Etapa 6: Montagem do PCB

Depois que todos os componentes estiverem soldados, é hora de montar a árvore de Natal.

Separando as placas -

Comecei a quebrar a placa com um alicate chato para separar as duas aletas da placa principal. Usei um alicate de corte para remover qualquer gume remanescente que pudesse machucar. Em seguida, usei uma lixa para alisar as laterais da árvore de Natal e finalmente consegui três pranchas limpas: a árvore principal e suas duas nadadeiras.

Conectando as placas -

Uma aleta é presa à placa principal soldando um conector de cabeça de pino de 2 pinos entre elas. O conector de cabeça de pino tem dois usos aqui: prender a asa na placa principal e trazer a tensão e a massa para os LEDs da aleta.

Cortei conectores de cabeça de alfinete de 2 * 2 pinos de uma grande tira de conector de cabeça de alfinete e limpei as bordas de plástico com uma lixa. Então, eu os soldei da cabeça à cauda na placa principal como mostrado nas fotos, um na face superior e outro na face inferior.

Eu soldava as duas aletas aos conectores tomando cuidado para alinhá-los corretamente e colocando a aleta com um entalhe no lado do conector da bateria.

A árvore de Natal do PCB está finalmente montada!

Ligando o circuito -

O PCB é alimentado por uma bateria de lítio CR1220 de 3V. Assim que a célula do botão inserida no suporte da bateria abaixe a placa e a chave seja fechada, todos os LEDs começam a piscar como mágica!

A célula-botão utilizada neste projeto tem capacidade média de 40 mAh, o que significa, por exemplo, que pode entregar até 40 mA por 1 hora, ou 20 mA por 2 horas. O consumo atual da árvore de natal PCB é de cerca de 80 mA e depende das cores dos LEDs escolhidos: LEDs branco, azul e roxo consomem mais corrente do que LEDs vermelho, laranja e amarelo.

Por experiência, recomendo que você use LEDs vermelho, laranja, amarelo e verde, pois eles vão poupar a bateria ao mesmo tempo em que proporcionam belas cores no tema espírito natalino:) Com essas cores em proporções iguais, minhas árvores de natal PCB brilham durante 1 hora até que os LEDs verdes comecem a desaparecer.

Etapa 7: Conclusão

Eu me diverti projetando essas pequenas árvores de Natal de PCB e aprendi muito sobre fabricação de PCB e panelização de PCB.

Graças ao design de baixo custo do projeto, a oficina de soldagem foi oferecida gratuitamente para quem quisesse experimentá-la. Esses PCBs têm sido muito bem-sucedidos em meu clube e muitos novos membros soldaram seu primeiro chip baseado em componentes SMD. Fiquei mais do que feliz em saber que algumas de minhas criações decoraram as árvores de Natal de meus amigos.

Hoje, tenho o orgulho de poder transmitir através deste workshop e deste tutorial os conhecimentos que adquiri durante este projeto. Espero que tenham gostado e desejo o melhor para o ano que vem:)