PCB圣诞树的制作

第1步：所需的BOM，工具和技能

您将需要：

必要的工具：

烙铁

焊锡丝

砂纸

扁嘴钳

剪钳

精细镊子

可选（但方便）工具：

烟雾提取器

万用表

华丽的玻璃

技能：

基本的焊接技巧

物料清单：

组件供应商批发价格（$）每PCB价格（$）

11x 0805 SMD闪烁LEDAliexpress15，790，2 9

1x CR1220电池Aliexpress0，750，15

1x电池座Aliexpress6，580，07

1x切换开关Aliexpress2，620，03

2x 2针头Aliexpress0，510，01

1x PCBSeeedStudio4， 900，12

我选择了便宜的元件，以使BOM低于每个圣诞树PCB 1美元的象征性价格。焊接所有电子元件的一块PCB圣诞树的总价估计为0.67美元。

第2步：寻找灵感。..。..

我想设计一个真实的PCB圣诞树，其中两个垂直组装的PCB可以提供可以站立的3D形状。创建两个不同的PCB并不会使设计变得更复杂，但更昂贵，因为当PCB包含多个设计时，制造商会收取更多费用。为了保持尽可能低的价格，我需要考虑对PCB设计进行巧妙的空间管理，以减少浪费和成本。在我为自己的目的设计完美的PCB圣诞树的过程中，我在Google和Instructables上搜索了类似的项目。

我遇到了bluquesh的设计，我发现这个设计特别有趣并且记录得非常好。在他的第一个Instructable中，这个成员描述了他如何设法创建一个具有许多功能的小型PCB圣诞树：

嵌入式Arduino芯片

双色SMD LED

电容式触控

嵌入式电池

DC/DC升压电路

。..。..等等！

其中一些功能与我的项目不兼容，该项目旨在简单且低成本。尽管如此，他的项目的另一个细节引起了我的注意：bluquesh成功地将他的3D圣诞树设计融入了一个没有浪费空间的方形区域。通过在主冷杉旁边创造两个半杉木形状的鳍，他重复利用浪费的空间创造了另一个完整的树，尽管他的形状复杂。

我在我的项目中改编并重用了这个聪明的设计。

第3步：PCB设计

我使用Autodesk EAGLE设计了我的PCB圣诞树。 EAGLE是一款电子设计自动化（EDA）软件，可实现原理图设计，元件布局和PCB布线。

我通过创建电子电路原理图开始设计。它由11个并联的闪烁LED组成，由3 V纽扣电池供电。开关可以打开或关闭电路。最后，在电池电压和地之间放置一个10μF的可选滤波电容。

我选择不包括与LED串联的电阻，因为3 V非常接近正向电压许多LED颜色：

原理图和PCB分为三个部分：

主板：它有圣诞树形状，包括电池座，开关，顶面有3个LED，底面有2个LED。两个2针针头连接器允许连接两个散热片并为其供电，一个位于顶面，另一个位于底面。

顶部翅片：它的形状有半个圣诞树，电池座有一个凹口，顶面有1个LED，底面有2个LED。一个2针脚头连接器占位面积允许翅片连接并供电到主板。

底部翅片：它的形状为半个圣诞树，顶面有2个LED，底面有1个LED。一个2针脚头连接器占位面积允许翅片连接并供电到主板。

我决定通过绘制轮廓选择每个冷杉48 * 48 mm的缩小尺寸具有第20层“维度”的董事会。

我使用宽度为3毫米的第46层“铣削”绘制了杉树的形状：该线被解释为制造商的铣削区域，并将冷杉与其翅片分开。

一旦电路轮廓清晰明确，我就放置了最大的元件，如电池座和开关，然后是LED，这样它们的分布是令人愉快的。

我在一个翅片上添加了另一个铣削区域，因此电池座可以放在树顶上的一个洞，以便能够将它挂在任何地方（例如，在真正的圣诞树中）。

然后，我使用顶层和底层布线所有组件：电池电压分配到具有0.5 mm宽度走线和整个接地层的LED。

最后，我设计了两个分离式标签，将它们放置在主冷杉和3毫米铣削轨迹上的散热片之间，以便将我的电路板保持为单一设计并允许PCB面板化。

所有Eagle文件都可以在我的github 或以下▼

找到

步骤4：PCB面板化

大多数PCB制造商现在为10个PCB提供5美元的单一价格最大尺寸为100 * 100 mm。无论电路是50 * 50 mm还是100 * 100 mm，价格都保持不变。然后，通过最大化该最大区域上的电路数量，可以实现成本优化。 PCB面板化包括从几个小PCB创建单个PCB，以降低成本和浪费。

大多数PCB制造商不会为相同的设计面板收取额外成本。这意味着您可以免费将几个小型PCB组合成一个，但它必须保持相同的设计。更多信息可以在PCB制造商Seeedstudio的网站上找到。

PCB面板化有两种方式：

V-凹槽镶板方法：它包括从顶部切割板厚度的1/3和从底部切割厚度的1/3，与顶部切口平行，使用30至45度圆形切割刀片。这只能沿着直线穿过PCB阵列完成。

分离标签面板化方法：它包括在PCB之间留下穿孔标签布线空间。两块PCB之间的间距约为2.5毫米，因为它是大多数制造厂中的标准路由器尺寸，并且只需要一次通过路由器钻头来铣削电路板。 N孔穿孔图案是分离片的标准配置，设计易于拆卸而不会留下不需要的侧板突出物。

更多信息关于PCB面板设计可以在Jack Lucas为www.ElectronicDesign.com撰写的文章中找到。

为了降低我的项目成本，我决定将我的四个PCB圣诞树成一块单板。首先，我必须将PCB圣诞树的两个翅片连接到主板上。我设计了两个带有3孔穿孔图案的分离式标签，将每个翅片连接到主圣诞树板上。分离片由2 * 3个孔组成，直径为0.9 mm。

一旦完成了一棵PCB圣诞树的设计，我将其重复四次，然后将它们并排发送，以填充制造商施加的100 * 100 mm区域。所有设计间隔3毫米，并与带有3孔穿孔图案的分离片连接。

最终PCB的尺寸为100 * 100 mm，包含4个圣诞树PCB。 PCB单元的成本除以4！

步骤5：焊接PCB

收集完所有元件后，可以开始焊接PCB！

- 焊接LED -

最好从LED焊接开始，因为它们是最小的元件。最后焊接它们会使任务变得更加困难，因为较大的组件会干扰它们的放置。 LED是极化元件，因此在PCB上识别它们应该如何焊接是很重要的。 PCB上的LED占位面积始终相同：连接到接地层的焊盘是质量（阴极），连接到轨道的焊盘是电源电压（阳极）。 CMS LED下方的绿色箭头表示电流的流向，因此表示其极性。

使用“二极管测试仪”配置的万用表测试LED有助于确定其极性和颜色。

为了焊接LED，我首先在一个LED焊盘上放置少量焊料。然后我用精细的镊子接近LED，同时用我的烙铁保持焊料熔化。一旦LED正确放置，我就移除了烙铁以固化焊料。然后可以制造第二焊料而无需用镊子保持LED。对剩余的10个LED重复此过程。

- 焊接电池座 -

电池座将纽扣电池固定在PCB上以形成电气连接。为了牢固地固定电池，我在电池座垫上放了一小层锡。然后放置并焊接连接器。

- 焊接开关 -

最后，将开关焊接到与电池连接器相同的一侧。肘节从PCB伸出，便于操作。

步骤6：组装PCB

一旦焊接了所有组件，就可以组装圣诞树了。

- 分离电路板 -

我开始打破电路板扁平钳子将两个散热片与主板分开。我用剪钳来移除任何可能受伤的大边缘。然后，我使用砂纸平滑圣诞树的两侧，最后有三块干净的木板：主树和两个鳍。

- 连接板 -

一个鳍是通过焊接它们之间的2针针头连接器连接到主板上。针头连接器有两种用途：将机翼固定在主板上，并将电压和质量带到散热片的LED上。

我从一个大针头连接器条上切下2 * 2针头针头连接器用砂纸清洁塑料边缘。然后，我将它们从头到尾焊接在主板上，如图所示，一个在顶面，另一个在底面。

我将两个散热片焊接到连接器上，小心地将它们正确对齐，然后在电池连接器侧放置一个凹口。

现在最终组装了PCB圣诞树！

- 打开电路 -

PCB由3V的CR1220锂电池供电。一旦纽扣电池插在电池座上并且开关关闭，所有的LED都会像魔术一样闪烁！

此项目中使用的纽扣电池平均容量为40 mAh，这意味着它可以在1小时内提供高达40 mA的电流，或在2小时内提供20 mA的电流。 PCB圣诞树的电流消耗约为80 mA，取决于所选LED的颜色：白色，蓝色和紫色LED比红色，橙色和黄色LED吸收的电流更多。

根据经验，我建议你使用红色，橙色，黄色和绿色LED，因为它们可以节省电池寿命，同时在圣诞精神主题中提供漂亮的颜色：）这些颜色的比例相等，我的PCB圣诞树在1小时内发光，直到绿色LED开始褪色。