Dieser Bausatz ist als SMD Löt-Übung gedacht, er darf aber auch aus Spaß aufgebaut werden. ;)

• Bauzeit für Ungeübte (ca.): 5h
• Bauzeit für Könner: 3h

• 2x Platine „Tannenbaum“
• 1x Sperrholz Ständer zweiteilig
• 1x Mikrocontroller-Board „D1 Mini Type-C“ mit WLED Firmware vorinstalliert
• 2x Schraube M3x10mm, Innensechskant 2,5
• 1x Kabel Schwarz, 26AWG Solid Core
• 1x Kabel Rot, 26AWG Solid Core
• 1x Kabel Grün, 26AWG Solid Core
• 1x Kabel Blau, 26AWG Solid Core
• 55x SMD Kondensator 25V 10uF X5R ±10%, 0805 (50 Stück werden benötigt + 5 Ersatz)
• 52x SMD RGB LED WS2812B 3535 (48 Stück werden benötigt + 4 Ersatz)
• 3x SMD RGB LED WS2812B 4020 (2 Stück werden benötigt + 1 Ersatz)

Alle benötigten Werkzeuge und Materialien sind im Sternenlabor verfügbar und können zum Aufbau genutzt werden!

Andere regionale Makerspaces zum Bau dieses Bausatz es können auf folgender Karte gefunden werden: https://maker-faire.de/makerspaces/

z.B. Stannol Kristall 611 Fairtin Lötzinn, 1mm

z.B. AMTECH NC-559-ASM

z.B. von iFixit

https://wiki.sternenlabor.de/doku.php?id=bereiche:elektronik:geraete:trinocular-mikroskop

https://wiki.sternenlabor.de/doku.php?id=bereiche:elektronik:geraete:lupenleuchte

https://wiki.sternenlabor.de/doku.php?id=bereiche:elektronik:geraete:loetstation-aixun-t3b

https://wiki.sternenlabor.de/doku.php?id=bereiche:elektronik:geraete:heissluft-station

https://wiki.sternenlabor.de/doku.php?id=bereiche:elektronik:geraete:voltkraft_vc165

z.B. Knipex 78 61 125 Elektronik Super Knips

z.B. Wera Sechskant-Schraubendreher 5118070001 2,5 mm

Zur Übung nehmen wir den kleinen Lötkolben (T210). Die Platinen werden beidseitig bestückt, wodurch das HotPlate nur für eine Seite benutzt werden könnte (siehe Bausatz 2022). Es wäre möglich auch Heißluft zum Löten zu nehmen, allerdings ist das Plastik-Gehäuse der LEDs sehr empfindlich und schmilzt sehr (!) schnell. Es empfiehlt sich also den Lötkolben für alle Aufgaben zu nutzen. Dadurch bekommt man auch etwas mehr Übung im Umgang damit. Falls eine LED beschädigt wurde und wieder entlötet werden muss, sollte man allerdings Heißluft benutzen (siehe dazu Bausatz 2022).

Als Lötspitze empfiehlt sich die Messerspitze (C210-K030).

Die Lötstation nach Möglichkeit so niedrig wie möglich einstellen. Für Bleifreies Lötzinn ca. 350°C.

Wir beginnen mit Platine 1. Dort geben wir etwas Flussmittel auf die Pads markiert mit C101 (Kondensator zur Spannungsstabilisierung). Das Foto zeigt fälschlicherweise C201 - bitte mit C101 beginnen!

Danach geben wir etwas Lötzinn auf eines der beiden Pads, nehmen einen Kondensator mit der Pinzette aus dem Papierstreifen und verlöten diesen erst einmal auf einer Seite. Die Richtung ist dabei egal, der Keramik-Kondensator verhält sich identisch in beide Richtungen - er hat keine Polung. Nicht zu verwechseln mit Elektrolytkondensatoren, diese haben einen Plus- und einen Minuspol!

Danach dann die andere Seite des Kondesator verlöten.

Genauso verfahren wir mit der LED D101. Eine LED mit der Pinzette aus dem Plastikstreifen nehmen. Die vier Pads mit etwas Flussmittel präparieren, ein Pad mit Lötzinn versehen und die LED mit diesem Pad verlöten. Bei der Platzierung der LED ist darauf zu achten, dass die markierte Ecke (weiße Ecke) mit der Markierung auf der Platine übereinstimmt. Danach dann die restlichen 3 Pads verlöten.

Zum Testen, ob die LED richtig verlötet ist, können wir das Mikrocontroller-Board temporär anschließen.

Dazu die vier beiliegenden Drähte auf beiden Seiten etwas abisolieren und verzinnen. Das Abisolieren geht bei diesen Kabeln (Silikon ummantelt) ganz gut mit dem Fingernagel:

Danach verlöten wir die Kabel zuerst wie folgt mit dem Mikrocontroller-Board:

• Rot an 5V
• Schwarz an GND
• Grün an D4
• Gelb an D2

Bitte korrekt anlöten, sonst funktioniert es nicht richtig! Pin D3 nicht benutzen!

Bitte auch darauf achten, dass die Kabel auf der richtigen Seite angelötet werden! Sonst lässt sich das Mikrocontroller-Board später nicht ins Gehäuse einbauen!

Wenn alle Pads mit Lötpaste benetzt sind, entfernen wir vorsichtige die SMD LEDs aus dem Trägerstreifen. Dafür müssen wir mit der Pinzette vorsichtig den transparenten Film entfernen. Die LEDs am besten in eine Mulde auf der Silikon-Unterlage geben. Vorsicht: Die LEDs können leicht davon fliegen! Diese vorsichtig „ausschütten“. (hier am Beispiel des SMD Widerstand Lochstreifens)

Es liegen jedem Bausatz 50 LEDs und 50 Widerstände bei. Benötigt werden jeweils nur 48 Stück. 2 sind als „Reserve“, falls ein Bauteil beim Löten beschädigt oder verloren gehen sollte.

Nun platzieren wir die LEDs auf den entsprechenden Pads. Die SMD LEDs haben einen (sehr schwer zu erkennenden) grünen Streifen an der Seite. Dieser markiert die Kathode (K oder „-“) der LED. An der Unterseite der LED ist auch ein grüner Pfeil, welcher immer von der Anode zur Kathode zeigt. Dies ist die Flussrichtung des Stromes, Plus zu Minus.

Auf der Platine ist ebenfalls der kleine Pfeil sowie ein „K“ für Kathode aufgedruckt.

Nachdem alle LEDs auf der ersten Seite platziert wurden, verfahren wir mit den Widerständen genauso. Bei den Widerständen ist es jedoch egal, in welcher Richtung diese aufgelötet werden.

Um das Ganze etwas zu vereinfachen, kann man sich die LEDs und Widerstände auch erst grob auf der Platine zurecht legen und danach unter der Lichtlupe exakt platzieren.

Nun nehmen wir unsere Heißluftstation und stellen diese auf wenig Luftfluss (wir wollen die kleinen SMD Bauteile ja nicht davon pusten) und eine Temperatur von 350 - 400°C. Es muss heiß genug sein, um die verwendete Lötpaste zu schmelzen, aber kalt genug, um das Flussmittel oder gar die SMD Bauteile nicht zu verbrennen.

Nun erhitzen wir ein SMD Bauteil nach dem anderen, bis das Lötzinn schmilzt. Dazu halten wir den Heißluft-„Lötkolben“ möglichst Senkrecht (90° Winkel) ca. 2cm über das SMD Bauteil und machen kleine kreisende Bewegungen. Sobald das Lötzinn schmilzt (Geduld!) kann man sehr schön sehen, wie sich das SMD Bauteil selbständig zu den Löt-Pads ausrichtet. Dies geschieht durch die Oberflächenspannung des Lötzinn. Nachdem es geschmolzen ist, erhitzen wir es noch ein / zwei Sekunden länger - um sicher zu gehen, dass auch wirklich das gesamte Lot geschmolzen ist.

Dies wiederholen wir für jedes Bauteil. Die Reihenfolge ist dabei egal.

Alternativ kann man die erste Seite der Platine auch auf der Hot Plate oder Herdplatte erhitzen. Dies geht schneller, funktioniert allerdings nur auf einer Seite. Die Herdplatte im Sternenlabor muss dazu auf Stufe 2 gestellt werden.

Mit der Rückseite von Platine 1 und mit den beiden Seiten von Platine 2 (Tannenbaum) verfahren wir genauso.

Nachdem beide Platinen verlötet sind, sollte man testweise 5V Spannung anlegen und schauen, ob alle LEDs leuchten. Eine Korrektur einer falsch angelöteten oder beschädigten LED ist jetzt noch einfach möglich.

Wenn alle LEDs korrekt leuchten, ist nun der Zeitpunkt beide Platinen zusammen zu führen. Dazu steckt man diese ineinander …

… bis die jeweils zugehörigen Pads (GND an GND, 5V an 5V) exakt aneinander stoßen. Achtung: Nicht GND mit 5V verbinden! Sondern immer GND mit GND und 5V mit 5V! Danach verlötet man die Pads miteinander. Dazu den Löt-Draht und den Lötkolben (ca. 320°C) benutzen. So lange Lötzinn zuführen, bis eine stabile Verbindung entsteht.

Leider ist uns beim Design der Platinen ein Fehler passiert, welcher sich leider nicht noch beseitigen lies. Zum Glück ist dieser nicht weiter schlimm und kann mithilfe eines so genannten Bodge Wire (frei übersetzt: Pfusch-Draht) behoben werden.

Eine GND-Plane (Ground-Plane, Masse-Platte) hat keine Verbindung zum GND-Anschluss. Das Kupfer dieser wurde bereits frei gelegt und mit etwas Lötzinn versehen:

Von dieser Stelle muss ein kurzes Stück Kabel des schwarzen Drahtes zum GND-Anschluß gelötet werden (es ist hilfreich die Kabelenden mit etwas Flussmittel zu benetzen):

Ist dieser Fehler behoben, schneidet man ca. 1,5cm vom roten und vom schwarzen Draht ab. Zum Messen kann auch das beiliegende Mikro USB Breakout Board genutzt werden. ;)

Diese beiden Drähte werden nun an die Tannenbaum Platine(en) gelötet. Der Rote an 5V und der Schwarze an GND. Es ist hilfreich die Kabelenden mit etwas Flussmittel zu benetzen. (Bild dienst nur als Beispiel, beide Drähte sind etwas zu kurz, außerdem fehlt im Bild das Bodge Wire)

Nun den Tannenbaum in den Sperrholz Ständer stecken. Die beiden Kabelenden dabei so durchführen, dass das schwarze Kabel links und das rote Kabel rechts ist. Siehe dazu das nachfolgende Bild (beide Kabel sind immer noch zu kurz ;) )

Als Nächstes widmen wir uns dem USB Breakout Board (5V Strom-Anschluß).

Als Erstes geben wir etwas Lötpaste auf die 5 Anschlüsse des Mikro USB Löt-Pads. Danach nehmen wir den Löt-Kolben und schmelzen damit die Löt-Paste / das Löt-Zinn bis diese gut sichtbar verzinnt sind. Wichtig dabei ist, dass keine Lötbrücken zwischen den Löt-Pads entstehen. Danach geben wir etwas (reichlich) Löt-Paste auf die 4 Pads mit Löchern. Diese stellen die mechanische Verbindung des Anschlusses dar und nehmen die Kräfte auf, welche beim rein stecken des Steckers entstehen. Die beiden größeren Pads in der Mitte ohne Löcher lassen wir frei.

Zusätzlich ist es für den nächsten Schritt hilfreich, etwas Flussmittel auf die bereits verzinnten / gelöteten Anschlüsse zu geben. (ist im Bild kaum ersichtlich, da transparent).

Nun entfernen wir die Mikro USB Buchse aus ihrer Transportverpackung und „stecken“ diese in die vorgesehenen Löcher, welche wir bereits mit Löt-Paste versehen haben.

Danach legen wir diese vorsichtig auf das Hot Plate / die Herdplatte (Stufe 2, nicht MAX wie im Bild ;) ) und warten, bis das Lötzinn geschmolzen ist. Bitte nicht versuchen, die Buchse mit Heißluft zu löten. In den meisten Fällen schmilzt dadurch der kleine Plastik-Stecker in der Mitte der Buchse.

Sobald das Lötzinn geschmolzen ist, nehmen wir diese mit der Pinzette vorsichtig von der Herdplatte und legen sie zum Abkühlen auf die Silikon-Unterlage.

Sobald das Breakout-Board abgekühlt ist, müssen wir es noch auf Kurzschluss prüfen. Dazu nehmen wir das Multimeter und stellen es auf Durchgangsprüfung. Testweise halten wir beide Prüfspitzen aneinander. Ein Piepen sollte die korrekte Funktion bestätigen.

Nun prüfen wir zuerst 5V und GND auf Kurzschluss. In unserem Fall würde dies bereits reichen, da wir keine Datenverbindung benötigen. Wer es richtig machen möchte, prüft zudem noch alle benachbarten Pins auf Kurzschluss.

Ist alles korrekt, stecken wir das rote Kabel von Tannenbaum-Ständer in das 5V Loch des Breakout Boards und das schwarze Kabel in das Loch mit GND Kennzeichnung. Danach die beiden Kabel mit etwas Flussmittel und Lötzinn verlöten.

Sind beide verlötet, schrauben wir das Board mit den beiden Innensechskant Schrauben in die dafür vorgesehenen Löcher (siehe Bild).

Glückwunsch, der Tannenbaum sollte nun fertig sein. Fehlt nur noch, ihn an ein USB Netzteil anzuschließen. Wer mag, kann Flußmittelreste auf den Platinen noch mit Isopropanol (IPA) abwischen.