Project Technologie. P. Hilven Elektronica-ICT Project technologie

1

Project Technologie 1

Montagetechnieken voor het bestukken van een gedrukte schakeling (PCB) ..... 2 1.1 Algemeen ..................................................................................................... 2 1.2 Technologie van de gebruikte componenten ................................................ 3 1.2.1 Weerstanden ......................................................................................... 4 1.2.2 Bepaal de weerstandwaarde door middel van de kleurcode. ................ 5 1.2.3 Condensatoren...................................................................................... 6 1.2.4 Actieve componenten ............................................................................ 7 1.3 Bouwbeschrijving ......................................................................................... 7 1.3.1 Plaats en soldeer de SMD componenten .............................................. 7 1.3.2 Plaats en soldeer de weerstanden ........................................................ 8 1.3.3 Plaats en soldeer de capaciteiten ......................................................... 9 1.3.4 Plaats en soldeer de IC voetjes........................................................... 10 1.3.5 Plaats en soldeer de weerstand array ................................................. 10 1.3.6 Plaats en soldeer de Trimmers ........................................................... 10 1.3.7 Plaats en soldeer de DIP-switch ......................................................... 11 1.3.8 Plaats en soldeer de drukknoppen ...................................................... 11 1.3.9 Plaats en soldeer de LED's ................................................................. 11 1.3.10 P Plaats en soldeer de Rotary-Switch ................................................. 11 1.3.11 Plaats en soldeer de transistor T1....................................................... 11 1.3.12 Plaats en soldeer de schroefconnector ............................................... 11 1.3.13 Plaats en soldeer de Pin sockets ........................................................ 12 1.3.14 Plaats en soldeer de 8x8 ledmatrix ..................................................... 12 1.3.15 Assembleer het 2X16 LCD .................................................................. 13 1.3.16 Plaats en soldeer de Arduinoverbindingen(optie)................................ 13 1.3.17 Plaatsen van de IC’s ........................................................................... 13

P. Hilven

Elektronica-ICT Project technologie

2

1 Montagetechnieken voor het bestukken van een gedrukte schakeling (PCB) Belangrijk Deze bouwbeschrijving is bedoeld voor degene die over voldoende soldeerervaring beschikt en de nodige kennis heeft van de verschillende componenten. Mis je deze ervaring en kennis om dit op een goede manier uit te voeren, dan is het raadzaam om de print onder begeleiding te bestukken. Tijdens het opleidingsonderdeel Project is er tijd en begeleiding voorzien om de verschillende montagetechnieken te leren beheersen.

1.1

Algemeen

De print heeft als doel enerzijds de student montage- soldeeertechnieken aan te leren en anderzijds als oefenbord te gebruiken tijdens de praktische werkzittingen en thuis. De PCB (Printed Circuit Board) is een dubbelzijdige printplaat. Elke print bestaat uit een componenten zijde (bovenkant) en een soldeerzijde (onderkant). Meestal verstaan we onder componentzijde deze zijde waar de componenten zichtbaar zijn en de soldeerzijde waar de soldeerpunten zichtbaar zijn.

Figuur 1 Figuur 1 laat een doorsnede van de PCB zien, met een beschrijving van de verschillende lagen waaruit deze is opgebouwd. Opdruk componentenzijden: Witte opdruk die informatie geeft over de componenten. Soldeermasker componentenzijde: Deze extra groen film voorkomt kortsluitingen tussen de vertinde koperbanen en eilanden, tijdens het solderen. Layout componentenzijde: Dit zijn de koperbanen, componenteilanden (pads) en doorverbindingen (via’s) tussen de twee lagen. P. Hilven


3 Printmateriaal: Dit basismateriaal bestaat uit glasvezel versterkte epoxy. Een minder duurzaam materiaal is pertinax of hardpapier dat vooral in de consumenten elektronica wordt gebruikt. Lay-out soldeerzijde: Dit zijn de koperbanen, componenteilanden (Pads) en doorverbindingen (Via’s) tussen de twee lagen. Soldeermasker soldeerzijde: Deze extra groene film voorkomt kortsluitingen tussen de vertinde koperbanen en eilanden, tijdens het solderen. Op beide zijden lopen kopersporen die vertind zijn. Vaak is het nodig om een verbinding tussen deze zijden (soldeer en component) te maken. Zo een verbindingen noemen we een "via". Op de plaats van de via is een gat geboord. Tijdens het elektrochemische proces worden de wanden van de via’s en componentgaten bekleed met een laagje koper zodat er een verbinding bestaat tussen de beide zijden ontstaat. In deze via gaten worden geen componenten aangebracht. 1:Through Hole via, 2:Blind via, 3:Burried via

1.2

Technologie van de gebruikte componenten

Passieve componenten Passieve componenten

weerstanden

lineaire

  

draadgewonden metaalfilm koollaag

P. Hilven

condensatoren

niet-lineaire

    

PTC NTC LDR VDR enz.

vaste

regelbare

 

trimmers potentiometer

   

keramisch elektrolytisch tantaal mica

regelbare



trimmers


4 1.2.1 Weerstanden Toepassingen van een weerstand in een elektronisch schema zijn: regelen van de stroom, instellen van actieve componenten, bepalen van de laad en ontlaadtijd van een condensator.

De waarde van een weerstand: De waarde uitgedrukt in ohm, wordt op verschillende manieren geschreven zoals 100 ohm = 100 E = 0,1K = 100Ω. Op de weerstanden zelf, wordt de waarde in een kleurcode gedrukt. Niet alle waarden zijn verkrijgbaar. Weerstandsreeksen geven aan welke waarden beschikbaar zijn. Heb je een waarde nodig die niet beschikbaar is dan kan je een regelbare gebruiken of je kan er eentje maken door een parallel en/of serieschakeling van wel verkrijgbare weerstanden. De tolerantie van een weerstand: Tijdens de productie van een weerstand zal men proberen de waarde zo nauwkeurig mogelijk proberen te benaderen. Afhankelijk van gebruikte materialen en soort van productieproces, zal een bepaalde nauwkeurigheid worden bereikt. Een koollaag weerstand heeft standaard een nauwkeurigheid van 5%. Voor een weerstand van 100 Ohm wil dit zeggen dat zijn waarde tussen de 95 Ohm en 105 Ohm ligt. Het dissipatievermogen van een weerstand : Wanneer er stroom(I) door een weerstand vloeit, wordt elektrische energie omgezet in warmte: PD=I2.R. Dit verlies van vermogen noem je gedissipeerd vermogen. De grootte en soort behuizing van een weerstand bepalen het maximum toegelaten gedissipeerd vermogen. Als je dit overschrijdt, kan de weerstand beschadigd worden of verbranden. De afmetingen van een weerstand bepalen meestal dit vermogen.

Lineaire weerstanden Lineaire weerstanden hebben een constante weerstandwaarde, zeer weinig beïnvloedbaar door de omgeving.

Niet-lineaire weerstanden Niet-lineaire weerstanden hebben geen constante weerstandwaarde. De invloeden van de omgeving (temperatuur, licht, warmte,…..) bepalen de weerstandwaarde van de niet-lineaire weerstand.

P. Hilven


5 NTC weerstanden: De weerstandwaarde verandert omgekeerd evenredig met de temperatuur Hij heeft dus een negatief temperatuurcoëfficiënt. PTC weerstanden: De weerstandwaarde verandert evenredig met de temperatuur Hij heeft dus een positief temperatuurcoëfficiënt. LDR weerstanden: Bij deze “Light dependent resistor” verandert de weerstandwaarde in functie van de lichtsterkte. Meer licht= afname van de weerstand. VDR weerstanden: Bij deze “Voltage dependent resistor” verandert de weerstandwaarde in functie van de spanning over de weerstand. Grotere spanning= afname van de weerstand.

Regelbare weerstanden Regelbare weerstanden of potentiometers kan je indelen volgens hun:  Samenstelling (draad, koollaag, metaalfilm, geleidende kunststof).  Bediening (draai, schuif).  Weerstandvariatie ( lineair, logaritmisch, omgekeerd logaritmisch).

1.2.2 Bepaal de weerstandwaarde door middel van de kleurcode. Gebruik een kleurcodekaart en/of multimeter om een weerstandwaarde te bepalen. Weerstanden met vier ringen (koollaag): Eerste ring Tweede ring Derde ring Vierde ring

= tientallen (1-9) = eenheden (0-9) = vermenigvuldigingsfactor(10-2 tot 107) van de eerste twee ringen = tolerantie (5%)

Weerstanden met vijf ringen (metaalfilm): Eerste ring Tweede ring Derde ring Vierde ring Vijfde ring ZWART = 0 GEEL = 4 GRIJS = 8

P. Hilven

= honderdtallen (1-9) = tientallen (0-9) = eenheden (0-9) = vermenigvuldigingsfactor(10-2 tot 107) van de eerste drie ringen = tolerantie(0,1%,0,2%,0,5%,1%,2%, 5%) BRUIN = 1 GROEN = 5 WIT = 9

ROOD = 2 BLAUW = 6 GOUD = 0,1

ORANJE = 3 PAARS = 7 ZILVER = 0,01


6 Surface Mount weerstanden

Om de waarde aan te duiden is een SMC weerstand voorzien van een getal. Naarmate de weerstanden kleiner worden (1206, 0805, 0402, 0201,…..) zal het niet mogelijk zijn nog iets te drukken op de weerstand en kan de waarde enkel worden gemeten. Voor een 1206 behuizing is het relatief gemakkelijk om een waarde aan te geven. Voorbeeld: 103 = 10.000 ohm 333 = 33.000 ohm 100 = 10 ohm

1.2.3 Condensatoren Een condensator gedraagt zich als een gesloten schakelaar voor wisselspanning en als een open schakelaar voor gelijkspanning. Deze nogal eenvoudige omschrijving van zijn eigenschappen is voorlopig voldoende. Capaciteit: Bepaalt de grootte van de lading die kan worden opgeslagen. Deze wordt uitgedrukt in Farad. Omdat in de elektronica kleine condensatoren met een kleine lading nodig zijn, zijn de gebruikelijke hoogste waarden μF(10-6 F) en de kleinste pF (10-12 F). vb: 0,1 μF = 100 nF = 100.000 pF. Werkspanning: Maximale spanning die over de condensator mag staan. Tolerantie: Bepaalt de nauwkeurigheid van de opgegeven capaciteit. Polariteit: Voor elektrolytische en tantaal condensatoren die enkel op DC spanning werken is een positieve en negatieve aansluiting voorzien. Indien hiermee geen rekening wordt gehouden gaat de elco warm worden, waardoor de inwendige vloeistof gaat koken, waardoor de elco gaat openspringen. Keramische condensator Meest gebruikte in de elektronica. Zij hebben een geringe afmeting en goede elektronische eigenschappen.  

Nominale werkspanning: van 40V tot 6kV DC. Capaciteit: van 1nF tot 2,5 μF.

P. Hilven


7 De capaciteit staat meestal in pF op de condensator.  105 = 100.000pF of 100nF  473 = 47.000pF of 47nF Elektrolytische condensator Deze enkel op DC werkende condensator of elektrolyt, kan door zijn constructie een grote capaciteitswaarden met een betrekkelijk geringe afmeting aan.  

Nominale werkspanning: van 3V tot 240V DC. Capaciteit: van 0,1 tot 2200 μF.

De capaciteit staat meestal in μF op de elco. De polariteit wordt duidelijk aangegeven door een – of + teken. Is dit niet meer aanwezig dan mag je ervan uitgaan dat de – pen aangesloten is aan zijn behuizing die meestal uit aluminium bestaat. 1.2.4 Actieve componenten De soorten en werking van deze componenten waaronder diodes en IC’s worden grondig besproken in de lessen en elektronica en digitale techniek.

1.3

Bouwbeschrijving

Bij deze beschrijving gaan we er vanuit dat je de print dusdanig voor je legt zodat de tekst "ARDUINO NANO" normaal leesbaar is. De boven- en onderkant als ook de linker-en rechterkant waarover we in de volgende beschrijving gaan spreken, zijn nu bepaald. De gemakkelijkste manier om de print op te bouwen is te beginnen met de laagste componenten en vervolgens gaan we dan de hoogte in. We zouden dus moeten beginnen met de SMD componenten maar gezien de moeilijkheidsgraad van dit soort componenten, is het aangeraden met de weerstanden te beginnen. In de stuklijst kan je opzoeken welk component bij het betreffende componentnummer hoort. Bijv. R2 = weerstand van 220K.ohm. Raadpleeg ook de afdruk van de printlay-out, verderop in de handleiding.

1.3.1 Plaats en soldeer de SMD componenten

Maak gebruik van een heel fijne scherpe soldeerpunt. Gebruik tin met een diameter van 0,5mm. Gebruik ook een pincetje om de componenten te pakken en te positioneren.

P. Hilven


8 Condensatoren: 100nF

6

C1,C2,C3,C4,C12,C24 Zie video “solderen van een 1206”

4

LD1, LD2, LD3, LD4 :let op de polariteit van de diode Zie video “solderen van een 1206 diode”

16

R3 ,R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18

2

74HC595 Zie video “solderen van een TSSOP16”

Ledjes: Groen

Weerstanden(330): 330Ohm_5% IC’s IC4, IC5

Begin hier niet aan zonder de soldeertechnieken besproken te hebben. Best dat je eerst soldeert met THT componenten. Controleer je soldeerverbinding en/of elke component op de juiste plaats staat. Is dit niet goed, verwijder de verbinding en/of component en begin opnieuw Controle op soldeersluitingen: Meet met je multimeter tussen Vcc en Gnd. Meet je een kortsluiting, stop dan met verder solderen en zoek eerst de oorzaak van de sluiting.

1.3.2 Plaats en soldeer de weerstanden

10kOhm_5% 470Ohm_5% 390Ohm_5% 220Ohm_5%

1 3 4 1

R37, R38 R23, R24, R25, R33, R34, R35, R36 R19,R20,R21,R22, R28 R6

Voordat je de weerstanden op de overeenkomstige plaats kan steken, moeten de axiale uitlopers naar radiale omgebogen worden. Dit kan door met je duim de uitlopers tegen de behuizing aan te drukken zodat ze een hoek van 90° met de behuizing vormen.

P. Hilven


9

Na het plaatsen van één weerstand draai je de print om en druk je met een vinger de weerstand tegen de print aan. Buig nu de draden aan de soldeerzijde een beetje uit elkaar (30 graden). De weerstand mag er nu niet meer uitvallen.

Omdat een weerstand geen polariteit heeft maakt het niets uit hoe hij verdraaid wordt Het is ordelijker als bijvoorbeeld voor de horizontaal geplaatste weerstanden alle tolerantieringen (gouden) naar links gericht worden terwijl voor de verticale geplaatste weerstanden de tolerantieringen naar beneden worden gericht. Soldeer nu de draden en knip deze boven de soldeertin af. Controleer je soldeerverbinding en/of elke component op de juiste plaats staat. Is dit niet goed, verwijder de verbinding en/of component en begin opnieuw

1.3.3 Plaats en soldeer de capaciteiten 220nF 100nF(tantaal) 10µF(elco) 0,47µF(elco)

5 6 3 4

C11, C17, C18, C19, C20 C5, C6, C7, C8, C9, C10 C21, C22, C23 C13, C14, C15, C16

Deze componenten moeten niet voorgevormd worden en kunnen dus op dezelfde manier als de weerstanden gesoldeerd worden.

P. Hilven


10

Let op de polariteit bij de tantaal en elco

Controleer je soldeerverbinding en/of elke component op de juiste plaats staat. Is dit niet goed, verwijder de verbinding en/of component en begin opnieuw

1.3.4 Plaats en soldeer de IC voetjes Omdat alle IC’s op voetjes staan, gaan we deze eerst solderen. IC Socket 16 PIN

2

IC6,IC7

IC Socket 14 PIN

1

IC9

Let goed op het merkteken (ronde inkeping). Pin 1 van een DIL IC ligt aan de onderkant van de ronde inkeping. Kijk dit voor alle veiligheid na in de datasheets. Na het plaatsen van een voetje draai je de print om en plooi je de twee uiterste pinnetjes om zodat de voet vast zit. Soldeer nu de pinnen. Let op dat je tijdens het solderen deze componenten niet te lang verwarmt want hun kunststof behuizing kan beschadigd worden. Na het solderen hoeven de pinnen niet worden afgeknipt.

1.3.5 Plaats en soldeer de weerstand array 1X5SIP

4

RA1, RA2, RA3, RA5

Let hier op de polariteit. Het bolletje is de gemeenschappelijke aansluiting. Let op de positie van deze array. Zorg dat hij tegen de print ligt.

1.3.6 Plaats en soldeer de Trimmers 10k trimmer

3

PT1, PT2, PT3

Let op de positie van deze trimmer. Zorg dat hij tegen de print ligt. Na het solderen hoeven de pinnen niet worden afgeknipt.

P. Hilven


11 1.3.7 Plaats en soldeer de DIP-switch DIP-SWITCH4

1

DIP1

Let op de positie van deze switch. De ON moet leesbaar zijn. Na het solderen hoeven de pinnen niet worden afgeknipt.

1.3.8 Plaats en soldeer de drukknoppen Drukknop

6

SW1,SW2,SW3 SW4,SW5,SW6

Zoals je zal merken kan je ze niet fout steken. Let op dat je tijdens het solderen deze componenten niet te lang verwarmt want hun kunststof behuizing kan beschadigd worden.

1.3.9 Plaats en soldeer de LED's LED rood LED geel LED groen

1 2 1

LED5 LED6, LED8 LED7

De LED's hebben een lange draad (anode) en een korte draad (kathode). De lange draad hoort in het rechter gaatje. Soldeer van iedere LED eerst het lange draadje. Draai de print om en kijk of de LED's allemaal op een lijn zitten. Eventueel kun je ze nog een beetje bijbuigen. Zit er een te hoog, maak dan de soldering met de bout weer heet en druk de LED naar onder.

1.3.10 P Plaats en soldeer de Rotary-Switch Rotary 2OUT

1

ROT1

Soldeer de vijf punten. Overdrijf niet met tin als je de verstevigingspennen soldeert.

1.3.11 Plaats en soldeer de transistor T1 BC557

1

T1

Let op de polariteit van de transistor

1.3.12 Plaats en soldeer de schroefconnector Connector 6 pins

1

MOT_OUT

Connector 2 pins

1

PWRNANO

P. Hilven


12 Hier moet je voldoende tin gebruiken omdat we een grote, platte soldeerpin moeten solderen. Zorg dat er geen gat in de soldering ontstaat. Zorg er voor dat de schroefverbinding buitenkant print staat. 1.3.13 Plaats en soldeer de Pin sockets Tijdens het solderen soldeer je best één pin vast. Controleer dan eerst of de header goed tegen de print aanligt alvorens verder te solderen.

HDR1X5

4

5.0VBUS, GNDBUS, 3.3VBUS, TXD_RXD

HDR1X6

12

LEDMATRIX, IIC_BUS, IIC_P0_4, PMOD2, PMOD3, PMOD4, PMOD5, PMOD6, PMOD7, CNN1, CNN2,MOTORSTURING,

HDR1X8

2

UNO_2R, UNO_4R,

HDR1X10

2

UNO_1R, CYP3

HDR1X14

1

LCD

HDR1X16

4

NANO1, NANO2, ARDUINO NANO

Dit zijn strips die je moet knippen op lengte HDR2X3

1

J_LCD

HDR2X6

1

CN1

HDR1X2

1

GNDSW, VCCSW

1.3.14 Plaats en soldeer de 8x8 ledmatrix Deze component wordt niet op socket geplaats. Let op dat de tekst op de zijkant aan de rechterkant staat. IC3

P. Hilven

1

ledmatrix


13 1.3.15 Assembleer het 2X16 LCD Voor de assemblage heb je volgende onderdelen nodig:  Stuk flat cable van 16  Een 16 pins connector voor de flat cable.  Het LCD Er zijn verschillende manieren om deze assemblage te maken. De docent zal hier dieper op ingaan. 1.3.16 Plaats en soldeer de Arduinoverbindingen(optie) Strips lange pins

4

UNO_1, UNO_2, UNO_3, UNO_4

Als laatste plaats je de verbindingen tussen Arduino en shield. De lange uitlopers plaats je aan de soldeerzijde. 1.3.17 Plaatsen van de IC’s 74AHC14 PCF8574P L293D

1 1 1

IC9 IC6 IC7

Plaats de IC’s in de sockets. Let op de pinbezetting. Alvorens de IC’s in de sockets kunnen geplaatst worden moeten ze eerst voorgevormd worden. Zie onderstaande figuur die deze techniek laat zien.

Alle componenten zijn nu gesoldeerd. Controleer alvorens je de print onder spanning gaat zetten of alle componenten op de juiste plaats staan.

P. Hilven


Project Technologie. P. Hilven Elektronica-ICT Project technologie

Recommend Documents