STERNENLABOR

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====== SMD Bausatz "Weihnachtsbaum 2022" ======

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

  * Bauzeit für Ungeübte (ca.): 3h
  * Bauzeit für Könner: 1h

===== Bausatz Inhalt =====

  * 2x Platine "Tannenbaum"
  * 1x Sperrholz Ständer
  * 1x Mikro USB Breakout Board
  * 1x Mikro USB Buchse
  * 2x Schraube M3x6mm, Innensechskant 2,5
  * 1x Kabel Schwarz, 22AWG Solid Core
  * 1x Kabel Rot, 22AWG Solid Core
  * 50x SMD Widerstand 200Ohm, 0805
  * 50x SMD RGB LED slow fading, 0805 (0807)

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==== Benötigte Werkzeuge und Materialien ====

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/

=== Lötpaste ===

z.B. CHIPQUICK TS391AX

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=== Lötzinn ===

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

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=== Flussmittel ===

z.B. AMTECH NC-559-ASM

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=== Geeignete Pinzette ===

z.B. von iFixit

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=== Heißluft Lötstation ===

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

=== Lupenleuchte ===

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

=== Lötkolben ===

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

=== Hot Plate / Herdplatte ===

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=== Multimeter ===

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

=== Seitenschneider / Flush Cutter ===

z.B. Knipex 78 61 125 Elektronik Super Knips

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=== Sechskant-Schraubendreher - Hex 2,5 ===

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

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=== Zahnstocher ===

Zum Aufbringen der Lötpaste

=== Feuerfeste Arbeitsunterlage ===

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==== Zusammenbau ====

Wir beginnen mit Platine 1. Etwas Lötpaste aus der Spritze drücken und mit dem Zahnstocher auf den SMD Pads verteilen. Darauf ist zu achten, dass nicht zu viel Lötpaste genutzt wird. Das musst nicht zu genau und perfekt sein, lediglich die richtige Menge ist wichtig. Beim schmelzen wird sich das Lötzinn von allein gleichmäßig auf dem Pad verteilen.

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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)

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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.

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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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 ...

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... 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.

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=== BugFix ===

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:

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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):

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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. ;)

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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)

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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 ;) )

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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.

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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.

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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.

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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.

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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).

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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.

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