Árbol de Navidad de PCB de $ 1: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

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Acerca de: Mi nombre es Loann Boudin, soy un fabricante y un estudiante francés que estudio ingeniería electrónica cerca de París. Me encanta hacer cosas por mi cuenta y compartir mis proyectos con todos. Más sobre loboat »

PCB Christmas tree de Loann BOUDIN | 2018

Cuando se acerca la Navidad, ¿qué puede hacer un amante de la electrónica? ¡Un árbol de Navidad con PCB, por supuesto!

Como miembro de un pequeño club de aficionados a la electrónica, me gusta compartir mi pasión por la electrónica y el diseño de PCB a través de pequeños proyectos. Para Navidad, quería presentar el universo de soldadura SMD a los nuevos miembros con un proyecto simple y divertido: soldar un árbol de Navidad en PCB en miniatura con leds intermitentes 0805 SMD integrados.

Este instructivo describe el proceso que seguí para imaginar, diseñar y crear un montón de árboles de Navidad baratos, pequeños y brillantes en placas de circuito impreso por menos de $ 1 la unidad. Disfrutar:)

Y … si te gustó este Instructable, ¡considera votar por este proyecto en el Concurso de PCB! Gracias !

Paso 1: BOM, herramientas y habilidades necesarias

Necesitará:

Herramientas necesarias:

• soldador
• alambre de soldar
• papel de lija
• alicates planos
• alicates de corte
• pinzas finas

Herramientas opcionales (pero útiles):

• Extractor de humo
• multímetro
• magnifico vidrio

Habilidades:

habilidades básicas de soldadura

Lista de materiales:

Componentes	Proveedor	Precio al por mayor ($)	Precio por PCB ($)
11 leds intermitentes SMD 0805	Aliexpress	15, 79	0, 29
1x batería CR1220	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x soporte de batería	Aliexpress	6, 58	0, 07
1x interruptor de palanca	Aliexpress	2, 62	0, 03
2x encabezado de 2 pines	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x placa de circuito impreso	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Elegí componentes baratos para mantener la lista de materiales por debajo del precio simbólico de $ 1 por PCB de árbol de Navidad. El precio total de un árbol de Navidad de PCB con todos los componentes electrónicos soldados se estima en $ 0, 67.

Paso 2: Buscando inspiración …

Quería diseñar un árbol de Navidad de PCB realista, donde dos PCB ensamblados perpendicularmente puedan dar una forma 3D que se pueda sostener. Crear dos PCB diferentes no hace que el diseño sea mucho más complicado sino más caro, ya que los fabricantes cobran más cuando un PCB contiene más de un diseño. Para mantener el precio lo más bajo posible, necesitaba pensar en una gestión inteligente del espacio del diseño de la PCB para reducir el desperdicio y el costo. En mi búsqueda por diseñar el árbol de Navidad de PCB perfecto para mi propósito, busqué proyectos similares en Google e Instructables.

Me encontré con el diseño de bluquesh, que me pareció particularmente interesante y muy bien documentado. En su primer Instructable, este miembro describe cómo logró crear un pequeño árbol de Navidad de PCB con muchas características:

• Chip Arduino integrado
• LED SMD bicolores
• Tacto capacitivo
• Batería incorporada
• Circuito de refuerzo DC / DC
• … y más !

Algunas de estas características no son compatibles con mi proyecto, que pretende ser simple y de bajo costo. Sin embargo, otro detalle de su proyecto me llamó la atención: bluquesh logró encajar su diseño de árbol de Navidad en 3D en un área cuadrada sin desperdicio de espacio. Al crear dos aletas en forma de medio abeto junto al abeto principal, reutilizó el espacio desperdiciado para crear otro árbol completo a pesar de su forma compleja.

Adapté y reutilicé este ingenioso diseño en mi proyecto.

Paso 3: Diseño de PCB

Diseñé mi árbol de Navidad de PCB con Autodesk EAGLE. EAGLE es un software de automatización de diseño electrónico (EDA) que permite el diseño de diagramas esquemáticos, la colocación de componentes y el enrutamiento de PCB.

Comencé el diseño creando el esquema del circuito electrónico. Consiste en 11 LEDs intermitentes en paralelo, alimentados por una pila de botón de 3 V. Un interruptor puede abrir o cerrar el circuito. Finalmente, se coloca un condensador de filtrado opcional de 10 µF entre el voltaje de la batería y la tierra.

Tomé la decisión de no incluir una resistencia en serie con los LED ya que 3 V está muy cerca del voltaje directo de muchos colores de LED:

El esquema y la PCB se dividen en tres partes:

• la placa principal: tiene forma de árbol de Navidad e incluye el portapilas, el interruptor, 3 LEDs en la cara superior y 2 LEDs en la cara inferior. Dos conectores de cabeza de alfiler de 2 pines permiten conectar y alimentar las dos aletas, una en la cara superior y la otra en la cara inferior.
• la aleta superior: tiene forma de medio árbol de Navidad con una muesca para el portapilas e incluye 1 LED en la cara superior y 2 LED en la cara inferior. Una huella de conector de cabeza de alfiler de 2 pines permite que la aleta se conecte y alimente a la placa principal.
• la aleta inferior: tiene forma de medio árbol de Navidad e incluye 2 LED en la cara superior y 1 LED en la cara inferior. Una huella de conector de cabeza de alfiler de 2 pines permite que la aleta se conecte y alimente a la placa principal.

Decidí optar por un tamaño reducido de 48 * 48 mm por abeto dibujando el contorno del tablero con la capa 20 "Dimensión".

Dibujé la forma del abeto utilizando la capa número 46 "Fresado" con un ancho de 3 mm: esta línea se interpreta como un área de fresado para el fabricante, y separa el abeto de sus aletas.

Una vez definido claramente el contorno del circuito, coloqué los componentes más grandes como el portapilas y el interruptor, luego los leds para que su distribución sea agradable.

Agregué otra área de fresado en una aleta para que quepa el soporte de la batería y un agujero en la parte superior del árbol para poder colgarlo en cualquier lugar (en un árbol de Navidad real, por ejemplo).

Luego, enrute todos los componentes usando las capas Superior e Inferior: el voltaje de la batería se distribuye a los LED con trazos de 0, 5 mm de ancho y un plano de tierra general.

Finalmente, diseñé dos pestañas separables y las coloqué entre el abeto principal y sus aletas en la traza de fresado de 3 mm para mantener mi placa como un diseño único y permitir la panelización de PCB (consulte el siguiente paso para obtener más detalles).

Todos los archivos de Eagle se pueden encontrar en mi github o debajo ▼

Paso 4: Panelización de PCB

La mayoría de los fabricantes de PCB ofrecen ahora un precio único de $ 5 por 10 PCB de hasta 100 * 100 mm de tamaño. El precio sigue siendo el mismo si el circuito es de 50 * 50 mm o 100 * 100 mm. La optimización de costos es entonces posible maximizando el número de circuitos en esta área máxima. La panelización de PCB consiste en crear un solo PCB a partir de varios pequeños para reducir costos y desperdicios.

La mayoría de los fabricantes de PCB no cobran un costo adicional por paneles de diseño idéntico. Significa que puede colocar varios PCB pequeños en uno de forma gratuita, pero debe seguir siendo el mismo diseño para todos. Se puede encontrar más información en el sitio web del fabricante de PCB Seeedstudio.

La lata de panelización de PCB viene de 2 maneras:

Método de panelización con ranura en V: consiste en cortar 1/3 del grosor del tablero desde la parte superior y 1/3 del grosor desde la parte inferior, paralelo al corte superior, con una cuchilla circular de 30 a 45 grados. Esto solo se puede hacer a lo largo de líneas rectas a lo largo de la matriz de PCB

Método de panelización de pestañas separables: consiste en dejar un espacio de enrutamiento de pestañas perforadas entre las placas de circuito impreso. El espacio entre dos PCB es de alrededor de 2,5 mm, ya que es el tamaño estándar del enrutador en la mayoría de las casas de fabricación y solo requiere una sola pasada de la broca del enrutador para fresar la placa. Los patrones de perforación N-Holes son estándar para las lengüetas separables y están diseñados para quitarse fácilmente sin dejar protuberancias indeseadas en las tablas laterales

Puede encontrar más información sobre el diseño de paneles de PCB en el artículo muy bien documentado escrito por Jack Lucas para www. ElectronicDesign.com.

Para reducir el costo de mi proyecto, decidí panelizar cuatro de mis árboles de Navidad de PCB en una sola placa. Primero, tuve que conectar las dos aletas del árbol de Navidad de PCB a la placa principal. Diseñé dos pestañas separables con un patrón de perforaciones de 3 agujeros que unen cada aleta a la tabla principal del árbol de Navidad. Las lengüetas separables están hechas de 2 * 3 orificios con un diámetro de 0, 9 mm.

Una vez que terminó el diseño de un árbol de Navidad de PCB, lo dupliqué cuatro veces y envié cada uno de ellos uno al lado del otro para llenar el área de 100 * 100 mm impuesta por el fabricante. Todos los diseños están espaciados por 3 mm y conectados con pestañas separables con un patrón de perforación de 3 orificios.

El PCB final tiene un tamaño de 100 * 100 mm y contiene 4 PCB de árbol de Navidad. ¡El costo de una unidad de PCB se divide por 4!

Paso 5: Soldar la PCB

Cuando todos los componentes están reunidos, ¡puede comenzar la soldadura de la PCB!

Soldar los LED -

Es mejor comenzar con la soldadura de LED, ya que son los componentes más pequeños. Soldarlos al final haría la tarea potencialmente más difícil ya que los componentes más grandes podrían interferir con su colocación. Los LED son componentes polarizados y es importante identificar en la PCB cómo se supone que deben soldarse. La huella de los LED en la PCB es siempre la misma: la almohadilla conectada al plano de tierra es la masa (cátodo) y la almohadilla conectada a una pista es el voltaje de suministro (ánodo). Una flecha verde debajo del LED CMS indica la dirección del flujo de la corriente y, por lo tanto, su polaridad.

Probar un LED con un multímetro en la configuración de "probador de diodos" puede ayudar a determinar su polaridad y color.

Para soldar los LED, primero comencé colocando una pequeña cantidad de soldadura en una de las almohadillas de LED. Luego me acerqué al LED con unas pinzas finas mientras mantenía la soldadura fundida con mi soldador. Una vez que el led se colocó correctamente, quité mi soldador para solidificar la soldadura. La segunda soldadura se puede realizar sin necesidad de sujetar el LED con las pinzas. Este proceso se repite para los 10 LED restantes.

Soldar el portapilas -

El soporte de la batería sostiene la pila de botón contra la PCB para crear la conexión eléctrica. Para sujetar la batería firmemente, deposité una pequeña capa de estaño en la almohadilla del soporte de la batería. A continuación, se coloca y se suelda el conector.

Soldar el interruptor -

Finalmente, el interruptor se suelda al mismo lado que el conector de la batería. La palanca sobresale de la PCB para facilitar la operación.

Paso 6: Montaje de la PCB

Una vez soldados todos los componentes, es hora de montar el árbol de Navidad.

Separación de las tablas -

Empecé a romper el tablero con unos alicates planos para separar las dos aletas del tablero principal. Utilicé unos alicates de corte para eliminar cualquier borde grande que pudiera doler. Luego, usé papel de lija para alisar los lados del árbol de Navidad y finalmente tener tres tablas limpias: el árbol principal y sus dos aletas.

Conexión de las placas -

Una aleta se une a la placa principal soldando un conector de cabeza de alfiler de 2 pines entre ellos. El conector de cabeza de alfiler tiene dos usos aquí: sujetar el ala a la placa principal y llevar el voltaje y la masa a los LED de la aleta.

Corté conectores de cabeza de alfiler de 2 * 2 pines de una tira de conectores de cabeza de alfiler grande y limpié los bordes de plástico con papel de lija. Luego, los soldé de la cabeza a la cola en el tablero principal como se muestra en las imágenes, uno en la cara superior y el otro en la cara inferior.

Soldé las dos aletas a los conectores teniendo cuidado de alinearlas correctamente y colocando la aleta con una muesca en el lado del conector de la batería.

¡El árbol de Navidad de PCB ahora está finalmente ensamblado!

Encendido del circuito -

El PCB está alimentado por una batería de litio CR1220 de 3V. Una vez que la celda del botón se inserta en el soporte de la batería en la placa y el interruptor se cierra, ¡todos los LED comienzan a parpadear como por arte de magia!

La pila de botón utilizada en este proyecto tiene una capacidad promedio de 40 mAh, lo que significa, por ejemplo, que puede entregar hasta 40 mA durante 1 hora, o 20 mA durante 2 horas. El consumo de corriente del árbol de Navidad de la PCB es de alrededor de 80 mA, y depende de los colores de los LED elegidos: los LED blancos, azules y morados consumen más corriente que los LED rojos, naranjas y amarillos.

Por experiencia, te recomiendo que utilices LED rojos, naranjas, amarillos y verdes, ya que ahorrarán la vida útil de la batería y proporcionarán colores agradables en el tema del espíritu navideño:) Con estos colores en proporciones iguales, mis árboles de Navidad de PCB brillan durante 1 hora hasta que los LED verdes comiencen a apagarse.

Paso 7: Conclusión

Me divertí mucho diseñando estos pequeños árboles de Navidad de PCB y aprendí mucho sobre la fabricación de PCB y la panelización de PCB.

Gracias al diseño de bajo costo del proyecto, el taller de soldadura se ha ofrecido de forma gratuita a quienes quisieran probarlo. Estos PCB han tenido mucho éxito en mi club y muchos miembros nuevos han soldado su primer chip basado en componentes SMD. Estaba más que feliz de escuchar que algunas de mis creaciones habían decorado los árboles de Navidad de mis amigos.

Hoy me enorgullece poder transmitir a través de este taller y este tutorial los conocimientos adquiridos durante este proyecto. Espero que les haya gustado y les deseo lo mejor para el año que viene:)