Projekt: "0402-Challenge"

Der Name dieses kleinen Projekts kommt daher, dass ich als Herausforderung einmal eine Platine mit SMD-Komponenten in der Größe 0402 bauen wollte. Da diese Komponenten Abmessungen von nur 1,02mm × 0,50mm besitzen ist es schon eine Herausforderung, diese Bauteile "unfallfrei" zu verlöten.

Fertige 0402-Challenge mit Ausschaltverzögerung
Abb.: Fertige 0402-Challenge mit Ausschaltverzögerung (siehe unten)

Schaltplan

Der Aufbau der Schaltung ist recht simpel, d.h. es werden 20 LEDs mit jeweils einem Vorwiderstand verbaut. Dazu kommen noch die Anschlüsse für (+) und (-), um eine Batterie oder einen Akku anzuschließen.

Schaltplan der 0402-Challenge

Herstellung der Platine

Nach Erstellung des Schaltplans habe ich mit EasyEDA das Layout der Platine entworfen und dann beim JLCPCB-Service die Platinen zu Fertigung gegeben.

Layout der Platine für die Fertigung
Gerber-Dateien für 0402-Challenge [20kB]

Knapp 7 Tage später kamen die fertigen Platinen aus China an. Da ich mir nicht sicher war, ob gleich der erste Versuch mit der Bestückung der Platinen erfolgreich wird, habe ich gleich 20 Platinen fertigen lassen, das war preislich kaum ein Unterschied.

Gefertigte Platinen von JLCPCB für die 0402-Challenge
Abb.: Gefertigte Platinen von JLCPCB für die 0402-Challenge

Verwendete Bauteile

Verpackung der 0402-SMD-Komponenten
Abb.: Übliche Verpackung der 0402-SMD-Komponenten in gerollten Blistern
Detailansicht der SMD-Widerstände (1kΩ)
Abb.: Detailansicht der SMD-Widerstände (1kΩ)
Vergrößerte Ansicht eines 0402-SMD-Widerstandes
Abb.: Vergrößerte Ansicht eines 0402-SMD-Widerstandes (die beiden dunklen Zacken sind die die Spitzen einer feinen Pinzette)
Vergrößerte Ansicht einer 0402-SMD-LED
Abb.: Vergrößerte Ansicht einer 0402-SMD-LED (Maßeinheit oben zwischen den Strichen sind 5mm)

Einlöten der Komponenten

USB-Mikroskop zum Löten der SMD-Komponenten
Abb.: Es empfiehlt sich ein USB-Mikroskop für das Einlöten der winzigen 0402-Komponenten zu verwenden. Eine Keramik-Pinzette hilft dabei sowohl die Bauteile gut zu greifen, als auch keine statische Aufladung auf die Bauteile weiterzugeben.
Arbeitsplatz zum Löten der SMD-Komponenten
Abb.: Arbeitsplatz: Ein Live-Bild des USB-Mikroskops hilft beim Einlöten der Komponenten.
Einlöten der SMD-Widerstände unter dem Mikroskop
Abb.: Einlöten der SMD-Widerstände unter dem Mikroskop
Das kurze Video zeigt das Einlöten des ersten Lötpunktes eines 0402-SMD-Widerstandes. (1,4MB)
Testen jeder eingebauten LED auf Funktionsfähigkeit
Abb.: Testen jeder eingebauten LED auf Funktionsfähigkeit
Eingelötete Widerstände auf der Platine
Abb.: Alle Widerstände sind auf die Platine gelötet

Test und Betrieb

Grüne LEDs sind fertig eingebaut
Abb.: Die grünen LEDs sind alle fertig eingebaut und zwei Hex-Abstandshalter lassen die Platine aufrecht stehen
Testen aller grünen LEDs
Abb.: Alle eingebauten grünen LEDs werden mit 2× AA-Batterien (3V) getestet und leuchten hell.

Bei Entwurf der Platine habe ich mit 5V Spannungsversorgung gerechnet, z.B. mit einem USB-Anschluss, dennoch können auch verschiedene andere Stromquelle verwendet werden. Wenn (wie oben beschrieben) als Vorwiderstand 1kΩ verwendet werden, ergeben sich abhängig von der Spannungsquelle folgende theoretische Werte pro LED bei ~2,2V Vorwärtsspannung:

Betriebsspannung Spannungsquelle Betriebsstrom Verlustleistung
9V 9V-Block-Batterie (6LR61) 6,8mA 46,3mW
7,4V Lithium-Polymer-Akku (2s) 5,2mA 27mW
5V USB/Powerbank/Arduino 2,8mA 7,9mW
3,7V Lithium-Polymer-Akku (1s) 1,5mA 2,2mW
3V CR2032 Knopfzelle oder 2×AA-/AAA-Batterien 0,8mA 640µW
2,4V 2× NiMH 0,2mA 40µW

Ausschaltverzögerung

Wie im Beitrag für die Ausschaltverzögerung für eine LED II. beschrieben, habe ich die Schaltung soweit ergänzt, dass man nun die LEDs durch Druck auf einen Mikrotaster anschalten kann und sie dann nach ca. 1 Minute langsam erlöschen. Hier ist eine deutliche Differenzierung zwischen den 3 Farben zu beobachten, denn die Vorwärtsspannung ist bei den LEDs unterschiedlich, so dass zuerst die blauen, dann die grünen und dann viel später die orangen LEDs ausgehen.

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