Cursusproject Technologie 2024-25 PXL Elektronica PDF

1 Project technologie Onderwerpen Project technologie Soldeertechnieken Montagetechnieken voor het bestukken van een gedrukte schakeling (PCB) Functioneel testen van een PCB ESD (elektrostatische ontlading) Milieuvriendelijke richtlijnen betreffende solderen PXL Elek...

1 Project technologie Onderwerpen Project technologie Soldeertechnieken Montagetechnieken voor het bestukken van een gedrukte schakeling (PCB) Functioneel testen van een PCB ESD (elektrostatische ontlading) Milieuvriendelijke richtlijnen betreffende solderen PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  2 Inhoudsopgave Project technologie 1 Soldeertechnieken............................................................................................... 5 1.1 De soldeerkarakteristiek............................................................................... 5 1.2 Gedrag van het soldeer in functie van de temperatuur................................. 7 1.2.1 Hel smelttraject van een soldeer........................................................... 8 1.2.2 De werktemperatuur van een soldeer................................................... 8 1.2.3 De bevochtigingstemperatuur............................................................... 9 1.2.4 De bindtemperatuur van een soldeer.................................................... 9 1.2.5 De werktemperatuur van het vloeimiddel............................................ 10 1.3 De soldeerbout........................................................................................... 11 1.3.1 Niet regelbare Soldeerbouten............................................................. 11 1.3.2 Regelbare Soldeerstations.................................................................. 12 1.3.3 Autonome soldeerbouten op gas........................................................ 12 1.4 Soldeerpunten(stiften)................................................................................ 12 1.5 De soldeerdraad (soldeer).......................................................................... 13 1.5.1 Dikte:................................................................................................... 14 1.5.2 Legeringen:......................................................................................... 14 1.5.3 Soorten vloeimiddel (flux):................................................................... 14 1.5.4 Hoeveelheid vloeimiddel (flux):........................................................... 14 1.5.5 Fluxkanalen:........................................................................................ 14 1.6 Vloeimiddel (soldeer flux)........................................................................... 15 1.6.1 De tin voldoende uitvloeit:................................................................... 15 1.6.2 De oxidaties worden verwijderd:......................................................... 15 1.6.3 Verwijderen van het fluxresidu na het solderen................................... 16 1.7 Soldeerspons............................................................................................. 16 1.8 Manueel solderen....................................................................................... 17 1.8.1 ALGEMENE SOLDEERTECHNIEK.................................................... 18 1.8.2 Solderen op enkelzijdige printen......................................................... 22 1.8.3 Solderen van een draadverbinding..................................................... 25 1.8.4 Solderen op dubbelzijdige printen met doormetallisatie...................... 27 1.8.5 SMD componenten solderen............................................................... 29 1.9 Solderen van SMD’s................................................................................... 33 1.9.1 Manuele plaatsen en solderen met soldeerbout en soldeertin............ 33 1.9.2 Manuele plaatsen en solderen met soldeerbout en soldeerpasta....... 33 Soldeerpasta aanbrengen met pasta dispenser of screenprinter...................... 33 1.9.3 Manuele plaatsen en solderen met reflowoven en soldeerpasta......... 36 Soldeerpasta aanbrengen met pasta dispenser of screen................................ 36 1.9.4 Machinaal plaatsen en solderen met reflow oven en soldeerpasta..... 38 Soldeerpasta aanbrengen met pasta dispenser of screen................................ 38 1.9.5 Solderen met hete lucht...................................................................... 41 1.10 Desolderen................................................................................................. 41 1.10.1 Desolderen met een desoldeerwick.................................................... 42 1.10.2 Desolderen met een vacuümpompje................................................... 43 1.10.3 Desolderen met een desoldeerstation................................................. 43 1.10.4 Desolderen met hete lucht.................................................................. 44 2 Montagetechnieken voor het bestukken van een gedrukte schakeling (PCB)... 46 2.1 Algemeen................................................................................................... 46 2.2 Technologie van de gebruikte componenten.............................................. 48 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  3 2.2.1 Weerstanden....................................................................................... 48 2.2.2 Bepaal de weerstandwaarde door middel van de kleurcode............... 50 2.2.3 Condensatoren.................................................................................... 51 2.2.4 Actieve componenten.......................................................................... 53 2.3 Bouwbeschrijving....................................................................................... 54 2.3.1 Screen, plaats en soldeer de SMD componenten............................... 54 2.3.2 Plaats en soldeer de weerstanden...................................................... 55 2.3.3 Plaats en soldeer de capaciteiten....................................................... 56 2.3.4 Plaats en soldeer de IC voetjes........................................................... 57 2.3.5 Plaats en soldeer de weerstand array................................................. 57 2.3.6 Plaats en soldeer de Trimmers........................................................... 57 2.3.7 Plaats en soldeer de DIP-switch......................................................... 57 2.3.8 Plaats en soldeer de drukknoppen...................................................... 57 2.3.9 Plaats en soldeer de LED's................................................................. 58 2.3.10 Plaats en soldeer de transistor T1....................................................... 58 2.3.11 Plaats en soldeer de schroefconnector............................................... 58 2.3.12 P Plaats en soldeer de Rotary-Switch................................................. 58 2.3.13 Plaats en soldeer de Pin sockets........................................................ 58 2.3.14 Plaats en soldeer de 8x8 ledmatrix..................................................... 59 2.3.15 Assembleer het 2X16 LCD(optie)........................................................ 59 2.3.16 Plaats en soldeer de Arduinoverbindingen(optie)................................ 59 2.3.17 Plaatsen van de IC’s........................................................................... 60 3 Testprocedure voor PCB project technologie.................................................... 62 3.1 Aansluiten op een externe spanningbron................................................... 63 3.2 Testen van de SMD ledjes......................................................................... 64 3.2.1 Testprogramma arduino...................................................................... 65 3.3 Testen van de potentiometers.................................................................... 66 3.4 Testen van de dipschakelaars.................................................................... 67 3.4.1 Testprogramma arduino...................................................................... 68 3.5 Testen van de rotary-encoder met drukknopjes......................................... 69 3.6 Testen van de vier drukknoppen met antidender-hardware....................... 70 3.7 Functionele test met ARDUINO NANO...................................................... 71 3.7.1 Testen van de motorsturing................................................................. 71 3.7.2 Testen van de LEDMATRIX................................................................ 71 4 Het µClab voor Arduino UNO, NANO en Arduino UNO pin-compatible processorbordjes...................................................................................................... 73 5 Statische elektriciteit in de elektronica (ESD).................................................... 82 5.1 Statische elektriciteit................................................................................... 82 5.2 Wat is statische elektriciteit?...................................................................... 83 5.3 Statische elektriciteit in de elektronica........................................................ 84 5.4 Het neutraliseren van statische ladingen in de elektronische industrie...... 86 5.5 Het neutraliseren van statische ladingen op geleiders............................... 87 5.6 Het neutraliseren van een statische lading op een niet geleider................ 88 5.7 Bestrijden van statische ladingen gedurende transport.............................. 88 5.8 Praktische tips voor een bescherming tegen statische elektriciteit............ 88 6 Europese richtlijnen betreffende solderen... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 6.1 Bescherming van ons milieu met RoHS en AEEA....... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 6.2 RoHS:................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 6.3 WEEE:.................................................. Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  4 6.4 Loodvrij a.u.b........................................ Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 6.5 Groene productie.................................. Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 6.6 Registreren is verplicht......................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 6.7 Recycling heeft de voorkeur................. Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 6.8 Wat is nu verboden.............................. Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 6.9 Loodvrij solderen in de praktijk............. Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  5 1 Soldeertechnieken 1.1 De soldeerkarakteristiek Bij het solderen worden metalen delen verbonden door er een ander, vloeibaar metaal (=soldeer) tussen te laten vloeien en dit vervolgens te laten stollen. Kenmerkend is dus dat het soldeer een lager smeltpunt heeft dan de te verbinden delen. Het vloeien van het soldeer gebeurt spontaan als het soldeer de vaste metaaldelen bevochtigt. De contactvlakken van de te verbinden onderdelen worden niet tot smelten gebracht doch er ontstaat een "metallisch" contact. Vergelijk hierbij het verschil tussen lijmen, solderen en lassen. Onderstaande tabel vergelijkt drie verbindingstechnieken met elkaar waaronder: lassen, solderen en lijmen. lijmen solderen lassen (laser) Harsen gieten temperatuur/ tijd laag/lang afhankelijk van hoog/kort zeer kamertemperatuur lijmsoort alles op temp. ±230°C/ 2 s hoog/kort 1500°C/0,5 soms alles, soms lokaal s l o uitzetting van de te opvangen in de lijm minder starre verbinding kstar geen verbinden delen (flexibel) a a l corrosie goed matig goed goed elektrisch afhankelijk van verbinding metallisch contact (± l goed < 1mOhm) Volledige isolatie (druk) mOhm) voorbehandeling ontvetten opruwen schoonmaken schoonmaken Schoonmaken, ontvetten schoonhouden problemen doseren van lijm schoon oppervlak hoge temperatuur Bereiding, uithardtijd, tweecomponenten Besluit: In deze tabel zien we dat een soldeerverbinding tot stand komt bij relatief lage temperaturen en dat de weerstand van de verbinding zeer laag is. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  6 Figuur 1 geeft het toestandsdiagram weer van een lood-tin legering. Figuur 1 Op de verticale as staat de temperatuur in °C aangegeven. Op de horizontale as staat de verhouding in procenten tin en lood. Links 0% tin en 100% lood, rechts 100% tin en 0% lood. Je kan op deze twee lijnen reeds de smelttemperatuur van lood en tin aflezen in de punten P (lood= 327°C) en S (tin=232°C ). Het verloop van de smelttemperatuur in de tabel tussen de punten P en S mag je dus niet zomaar met een rechte lijn verbinden. Er is namelijk een bepaalde verhouding die het laagste smeltpunt geeft dat heel wat lager ligt dan het smeltpunt van lood. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  7 Dit smeltpunt noemt men het "eutecticum". De eutectische legering van twee metalen is de legering met die verhouding die het laagste smeltpunt oplevert van alle legeringsverhoudingen. Voor de tin-lood-legering is het eutectisch punt ± 183°C. De eutectische legering verhoudt zich als volgt: 62% tin en 38% lood. In figuur 1 staat dit aangegeven met het punt E. Boven de lijn P, E, S zijn de tin-lood legeringen volledig gesmolten. Onder de lijn D, E, G zijn alle legeringen vast. De in de elektronica meest gebruikte soldeer heet zachtsoldeer en bestaat uit ±60% tin en ±40% lood. In soldeer worden nog enkele andere restmaterialen toegevoegd aan de legering: Antimoon  0,12% verhoogt de mechanische sterkte Bismut  0,10% verlaagt het smeltpunt IJzer  0,02% verhoogt de mechanische sterkte Arseen  0,01% verlaagt het smeltpunt Zink  0,002% verlaagt het smeltpunt Aluminium  0,002% verlaagt het smeltpunt Cadmium  0,002% verlaagt het smeltpunt Zilver  5% verlaagt het smeltpunt De sterkte van soldeer in vaste toestand is erg laag. Soldeer is daarom niet geschikt om permanente of wisselende belastingen op te vangen. De soldeerverbinding moet dus zo ontworpen zijn dat de optredende krachten zo laag mogelijk zijn. 1.2 Gedrag van het soldeer in functie van de temperatuur Figuur 3 laat de verschillende fases van het soldeer zien tijdens het opwarmen. Je ziet dat soldeer zeer specifieke eigenschappen vertoont bij de verschillende temperaturen. Het soldeergebied met temperaturen die een goede soldeerverbinding toelaten, is echter klein. Het is daarom van belang de karakteristieke temperaturen van soldeer te kennen. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  8 Het smelttraject van het soldeer De werktemperatuur van het soldeer De bevochtigingtemperatuur De bindtemperatuur van het soldeer De werktemperatuur van het vloeimiddel Figuur 3 De bij het solderen karakteristieke temperaturen die hierin worden beschreven, moet je tijdens het solderen ook aanhouden. 1.2.1 Hel smelttraject van een soldeer Het smelttraject van een soldeer is het temperatuurgebied van het begin van het smelten (solidustemperatuur) tot het volledig gesmolten zijn (liquidustemperatuur) Het begrip 'smelttraject' van een soldeer wordt in een aantal normen genoemd, en in gegevens van soldeerfabrikanten vermeld. Het smelttraject van een soldeer ligt tussen zijn solidus- en zijn liquidustemperatuur. 1.2.2 De werktemperatuur van een soldeer Onder werktemperatuur verstaan we de laagste oppervlaktetemperatuur op de soldeerplaats van het werkstuk, waarbij het soldeer zich daarover kan verspreiden en zich aan het basismateriaal kan hechten. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  9 De werktemperatuur kan bij toepassing van geschikte flux als een soldeerconstante beschouwd worden. De werktemperatuur is altijd hoger dan de solidustemperatuur van het soldeer, en kan zowel onder als boven de liquidustemperatuur liggen, of er mee samenvallen. Voor de praktijk van het solderen heb je aan het 'smelttraject' en de 'werktemperatuur' niet genoeg. Je moet namelijk ook de hoogste temperatuur kennen, waarop het werkstuk en het soldeer maximaal verwarmd mogen worden. Daartoe is het begrip 'maximale soldeertemperatuur' ingevoerd. In de meeste gevallen wordt de maximale soldeertemperatuur door het te solderen werkstuk bepaald. Ga je over deze maximale temperatuur dan wordt het soldeer en zijn toegevoegde flux onbruikbaar 1.2.3 De bevochtigingstemperatuur Een optimale bevochtiging vereist een metallisch schoon oppervlak, en soldeer op de werktemperatuur. Het bevochtigende, vloeibare soldeer gedraagt zich in een capillair op dezelfde wijze als andere vloeistoffen. Het vult zowel horizontale als verticale nauwe soldeerspleten. De bevochtigingtemperatuur is de laagste temperatuur, waarbij een soldeer het basismateriaal nog goed bevochtigt. 1.2.4 De bindtemperatuur van een soldeer Onder het begrip 'bindtemperatuur' verstaat men de laagste bevochtigingtemperatuur. Dit is dus de laagste temperatuur waarbij een soldeerverbinding nog mogelijk is. In de praktijk van het solderen met hardsoldeer wordt het basismateriaal plaatselijk verwarmd tot een temperatuur die lager is dan de werktemperatuur. Op het aldus verwarmde basismateriaal brengt men nu een gesmolten oververhitte druppel soldeer. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  10 Deze druppel soldeer geeft zijn overschot aan warmte plaatselijk af, zodat de contactplaats tussen het soldeer en het basismateriaal op de werktemperatuur komt. Deze gang van zaken wordt als verklaring van de bindtemperatuur gebruikt. Vaak meent men een zeer laagsmeltend hardsoldeer gekocht te hebben, wanneer dit wordt aangeboden voor een 'bindtemperatuur' van 550 "C. Dit is echter hetzelfde hardsoldeer dat een 'werktemperatuur' van 610 °C heeft; het is technisch namelijk in het geheel niet mogelijk, een laagsmeltend hardsoldeer voor zware metalen te maken. Hel begrip 'bindtemperatuur' wordt op de desbetreffende normbladen niet genoemd, wél echter het begrip 'werktemperatuur'. Daar echter enige soldeerfabrikanten de 'bindtemperatuur' vermelden, moet men er attent op zijn de begrippen 'werktemperatuur' en 'bindtemperatuur' nauwkeurig uit elkaar te houden. Onder de 'bindtemperatuur' verstaat men de laagste temperatuur van het basis- materiaal, waaraan een oververhitte druppel soldeer zijn overtollige warmte nog afstaat en waarbij dan hel contactvlak van hel soldeer en het basismateriaal de voor hel solderen vereiste werktemperatuur krijgt. De bindtemperatuur is dus altijd lager dan de werktemperatuur. 1.2.5 De werktemperatuur van het vloeimiddel Het begrip 'werktemperatuur' omvat het temperatuurgebied, waarin een vloeimiddel het bevochtigen van werkstukken door vloeibaar soldeer mogelijk maakt. Het werktemperatuur gebied van een vloeimiddel dat bij een bepaald soldeer past, ligt altijd ongeveer 50 tot 100 °C lager dan de werktemperatuur van het daarbij behorende soldeer. De indeling van de soldeervloeimiddelen geschiedt hoofdzakelijk volgens hun werktemperatuurgebieden. Onder het begrip 'werktemperatuur van het vloeimiddel' verstaat men het temperatuurgebied, waarin een soldeer vloeimiddel, samen met het toegepaste soldeer kan werken. Bij temperaturen boven en onder dit gebied werkt het vloeimiddel niet meer. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  11 1.3 De soldeerbout Figuur 4 Figuur 4 laat de soldeerbout zien in zijn elementaire vorm. Het verwarmingselement zorgt voor de warmte, de warmtebuffer zorgt voor een constante temperatuur en de punt brengt de warmte naar het te solderen oppervlak. Uiteraard zijn de huidige soldeerstations heel wat complexer maar het basisprincipe blijft hetzelfde. Soldeerbouten kan je thuisbrengen in drie groepen namelijk: 1.3.1 Niet regelbare Soldeerbouten Deze soldeerbouten kan je voor het standaard soldeerwerk gebruiken. Voor het solderen op printen met kleine elektronische componenten is een bout van 30W voldoende. Naarmate de te solderen oppervlakken groter worden is een hoger vermogen vereist. De punttemperatuur van deze soldeerbouten ligt rond de 400°. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  12 1.3.2 Regelbare Soldeerstations Met deze soldeerbouten kan je de punttemperatuur regelen hetgeen je tijdens het solderen een groter procesvenster geeft. Omdat deze soldeerbouten in de professionele omgeving het meest gebruikt worden, zijn er ook meer soorten soldeerpunten beschikbaar. 1.3.3 Autonome soldeerbouten op gas Meestal gebruikt op plaatsen waar geen netspanning voorzien is of voor een zeer sporadische soldering. Soldeer je veel en is je soldeerwerk nogal uiteenlopend, dan is een regelbare soldeerbout die duurder is in aankoop, een gerechtvaardige aankoop. Indien je een professioneel soldeerstation koopt, dan is de kans groot dat je hiermee heel wat jaren kan solderen. Meestal kan je ook van elk onderdeel reserveonderdelen kopen. 1.4 Soldeerpunten(stiften) De soldeerpunt bepaald de kwaliteit van de soldering. De keuze en het onderhoud van de punt zijn hierin essentieel. Voor professioneel gebruik is dan ook een soldeerstation de beste keuze. Het voordeel van een goed station is een uitgebreide reeks punten die snel vervangen kunnen worden. In figuur 5 staan enkele modellen van punten. Figuur 5 De punten kunnen onderverdeeld worden in: vertinde koperen punten: goedkoper, sneller versleten gemetalliseerde punten(koper+metaal): duurzamer, duurder, intens gebruik PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  13 Voor elke soldering is er een passende punt in dikte en vorm. Zo zijn er de conische en piramide punten die voor algemeen soldeer en reparatie werk worden gebruikt. De derde punt wordt gebruikt voor het solderen op eenzijdige printen terwijl de vierde punt voor oppervlakte (massavlakken) waar veel warmte nodig is wordt gebruikt. Praktische tips: Zorg ervoor dat de punt tijdens het solderen, vast in het soldeertoestel zit Verwijder voor een lange periode van inactiviteit de punt uit het toestel zodat er geen oxidatie tussen de contactvlakken van punt en verwarming ontstaat Maak de gemetalliseerde punten in koude toestand zuiver met staalwol en vertin ze in warme toestand Maak je tip voor elke soldering zuiver door middel van een natte soldeerspons Laat de punt niet nat achter na het solderen. 1.5 De soldeerdraad (soldeer) Als je een soldeerverbinding wil maken tussen twee componenten dan moet er soldeer aan toegevoegd worden. Soldeer is te verkrijgen in verschillende vormen waaronder staven (machinaal solderen), pasta (SMT solderen) en draad (manueel solderen) Een veel voorkomende vorm is een soldeerdraad (figuur 2) die te verkrijgen is in: verschillende dikten verschillende legeringen verschillende soorten vloeimiddel (flux) verschillende hoeveelheden vloeimiddel (flux) positie en hoeveelheid van de fluxkanalen PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  14 Figuur 2 1.5.1 Dikte: De meest gebruikte dikten van soldeerdraad bevinden zich tussen 0,4 mm en 2,5 mm. Afhankelijk van de te solderen materialen (afmetingen)kies je een dikte. voor het solderen op printen: 0,8 mm of 1 mm voor het solderen van draden: 1,5 mm of 2,5mm voor het solderen van SMT: 0,4 mm of 0,8mm 1.5.2 Legeringen: Meest gebruikte verhouding is Sn60Pb of met een toevoeging van een derde materiaal, afhankelijk van de toepassing. Loodhoudende tin: SN60Pb38Cu2, SN60Pb39Cu1 Loodvrije tin : Sn99Cu1, Sn97Cu3 1.5.3 Soorten vloeimiddel (flux): Iedere fabrikant heeft zijn specifieke chemische samenstelling. Kies je flux in functie van het achterlaten van residu en/of de nodige effectiviteit. 1.5.4 Hoeveelheid vloeimiddel (flux): Deze wordt in procenten t.o.v. de draad uitgedrukt. Voor een gebruikelijke draad gaat dit van 1 tot 3%. Kies de hoeveelheid in functie van de te maken verbinding. 1.5.5 Fluxkanalen: Het aantal varieert van 1 tot 20, afhankelijk van de fabrikant. Meerdere kanalen geeft een betere spreiding van de flux tijdens het solderen PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  15 1.6 Vloeimiddel (soldeer flux) Zonder een vloeimiddel kan je niet solderen. De kern van elke soldeerdraad is voorzien van een flux die als doel heeft het soldeeroppervlak te bevochtigen waardoor: De tin voldoende uitvloeit De oxidaties wordt verwijderd 1.6.1 De tin voldoende uitvloeit: Een goede soldeerverbinding wordt bepaald door de vorm van de verbinding. Om een kwalitatieve goede verbinding te verkrijgen moet de tin elk te solderen oppervlak bedekken. Het vloeimiddel dat een capillaire eigenschap heeft, zorgt hier voor. 1.6.2 De oxidaties worden verwijderd: Metalen blootgesteld aan zuurstof oxideren. Deze oxidatie vormt een microfilm op de te solderen oppervakken waardoor we geen metallische verbinding kunnen maken. Het vloeimiddel verwijdert deze film. Samenstelling van het vloeimiddel een chemisch werkzame stof om de oxiden op de metaaloppervlakken aan te tasten. een stof die de chemisch werkzame stof in contact houdt met het metaaloppervlak, de aangetaste oxiden opneemt en bovendien het metaal tegen hernieuwde oxidatie beschermt. een oplosmiddel, waaraan soms een bevochtigingmiddel wordt toegevoegd, zodat de werkzame stof gemakkelijk kan worden gedoseerd en verspreid. Keuze van het vloeimiddel Effectiviteit = de sterkte van de werking van een vloeimiddel Corrosieviteit = de mate van corrosie PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  16 Beide eigenschappen staan diametraal tegenover elkaar. Hoe effectiever de flux hoe groter de kans op corrosie. De corrosie is een lange termijn effect, dat schadelijke gevolgen voor de verbinding kan veroorzaken. Eigenschappen van het vloeimiddel is in vaste toestand niet corrosief heeft in vaste toestand gunstige isolatie eigenschappen is in staat om in vloeibare toestand het metaaloppervlak te bevochtigen is in staat om in vloeibare toestand een beperkt aantal metaaloxiden aan te tasten en op te nemen beschermt de metalen tegen hernieuwde oxidatie tijdens het soldeerproces na het solderen blijft het als een goed hechtende laag op het oppervlak achter 1.6.3 Verwijderen van het fluxresidu na het solderen Sommige resten zijn plakkerig waardoor stukjes draad blijven hangen die op hun beurt een sluiting kunnen veroorzaken. Gemakkelijker te controleren De print geeft heeft een meer afgewerkt uitzicht Flux is los te verkrijgen in vloeibare vorm of als gel. 1.7 Soldeerspons Klein sponsje dat tijdens het solderen vochtig is en gebruikt wordt tijdens het solderen om de soldeerresten van de soldeerpunt te verwijderen. Zorg er voor dat de spons vochtig is. Gebruik hiervoor water. Na veelvuldig gebruik is een spons versleten, vuil en aan vervanging toe. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  17 1.8 Manueel solderen Warmte en warmteoverdracht zijn belangrijk voor het solderen. De te de solderen delen moeten zeer snel tot de juiste temperatuur worden opgewarmd. Bij het solderen met een soldeerbout bereiken we geen evenwichtssituatie (alles op gelijke temperatuur) en daarenboven wordt de opwarming snel gestopt als de soldeerverbinding tot stand is gebracht. De uitlopers komen snel op temperatuur, het lichaam volgt later waardoor de uitlopers na 1 sec een temperatuur van > 200° hebben terwijl het lichaam na 4 sec nog altijd geen temperatuur van 100° heeft. Oppervlakken met veel koper kunnen best voorverwarmd worden tot 80 ° alvorens te solderen. Dit kan eenvoudig door warme luchtblazers of verwarmingselementen. Zorg er ook voor dat de soldeerverbinding stressless is. Er mag geen mechanische en thermische stress ontstaan. Mechanische stress: Wring niet met de componenten tijdens het solderen. Zorg ervoor dat tijden het afknippen van de leads een minimale kracht wordt gebruikt Thermische stress: Te lang verwarmen met een te hoge temperatuur Een soldeervlak meerdere keren opnieuw solderen. Het gevolg van deze stess is dat de structuur van een soldeerverbinding bij hoge en lage werktemperaturen kan veranderen. Praktische gevolgen: Microbarsten kunnen ontstaan in de verbinding Loskomen van de leads Verandering van de weerstandswaarde van deze verbinding. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  18 1.8.1 ALGEMENE SOLDEERTECHNIEK Kies de juiste soldeerpunt De soldeerbout is op temperatuur Plaatst de punt op de juiste plaats met als gevolg: Maximale warmteoverdracht. Maximaal zicht op het soldeervlak. Alle onderdelen worden verwarmd. Voldoende voorverwarmen: Onderdelen + soldeeroppervlak op de juiste temperatuur brengen. Tin toevoegen: Via het soldeeroppervlak. De juiste hoeveelheid. Tin wegnemen Soldeerbout wegnemen Soldering laten afkoelen Controle van de soldeerverbinding: Goede uitvloeiing. Juiste hoeveelheid tin. Gesloten en glad oppervlak. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  19 Aandachtspunten voor een goede verbinding: Breng het soldeer niet aan op de soldeerpunt tijdens het solderen Verwarm kort met een hoge temperatuur Verwarm niet te lang want dan beschadig je de component Maak je punt regelmatig zuiver Een soldering moet in één keer gebeuren, hersmelten en nog wat tin toevoegen kan niet Is de verbinding niet goed, verwijder dan de tin en soldeer opnieuw Het juiste gebruik van en de goede zorg voor de soldeerstift bevordert de soldeerproductie en leidt tot minder slechte soldeerverbindingen. Bijna alle soldeerstiften zijn gemaakt van koper, bekleed met ijzer. Het verkrijgen van optimale resultaten met dit materiaal begint met het zorgen voor een goede vertinning van de punt van de stift. De meeste industriële soldeerstiften zijn al door de fabrikant vertind. Door het aanbrengen van soldeer op het werkoppervlak van de stift wordt oxidatie van dat oppervlak voorkomen en de stift is klaar voor gebruik. Een van de meest gangbare oorzaken van slechte soldeerverbindingen is het verdwijnen van de beschermende tinlaag op de stift, met als gevolg dat het werkoppervlak oxideert. Men spreekt dan van 'detinning' van de stift. Een geoxideerde stift is niet meer in staat om soldeer aan te nemen en om efficiënt warmte over te brengen naar de twee metalen die met elkaar moeten worden verbonden. Een paar van de belangrijkste oorzaken van het verdwijnen van de tinlaag zijn: ✓ De stift is onvoldoende bedekt met soldeer gedurende een periode dat hij niet wordt gebruikt; ✓ Er wordt gewerkt met te hoge temperaturen - dat versnelt oxidatie. Houdt waar mogelijk de temperatuur altijd lager dan 427 "C. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  20 ✓ Er wordt soldeerdraad gebruikt met een te kleine diameter. Dit bevat on- voldoende flux om de stift vertind te houden. ✓ Tekort aan flux bij het solderen. Het gebruik van 'no-clean' fluxen of 'low- residue' fluxen. ✓ Het gebruik van soldeer meteen laag tingehalte. ✓ Reparatiewerk en het gebruik van desoldeerlitze. ✓ Het afvegen van de stift met een droge spons, een spons van niet natuurlijk materiaal, doekjes, papieren tissues of metaalwol, in plaats van een vochtige cellulosespons. ✓ De soldeerstift gebruiken voor andere doeleinden(smelten van kunststof) Het wordt ook aanbevolen om de stift niet heen en weer te wrijven over de metalen die moeten worden verbonden, en om het soldeer niet eerst op de stift aan te brengen. Om goed te solderen moet het soldeer direct aan de verbinding worden toegevoerd. Om de prestaties van een soldeerstift optimaal te houden, wordt een simpele onderhoudsprocedure aanbevolen: ✓ Werk met de laagst mogelijke temperatuur, maximaal 427 °C. Het werken met hogere temperaturen leidt tot een drastische toename van de vorming van ijzeroxiden en dat is een van de belangrijkste oorzaken van detinning. ✓ Maak voor het afvegen uitsluitend gebruik van vochtige, zwavelvrije sponsjes van puur cellulose. ✓ Breng regelmatig harskernsoldeer met een diameter (0,80 mm of meer) aan op het werkoppervlak van de stift. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  21 Als de soldeerstift geoxideerd is kan dat op een aantal manieren worden hersteld: ✓ Gebruik een polijstoppervlak van polyurethaanschuim. Met een schuurmiddel kan de polyurethaanschuim worden gebruikt om het werkoppervlak van de stift te polijsten en oppervlakteoxiden te verwijderen. Vertin de stift daarna onmiddellijk met harskers soldeer. ✓ Gebruik een reinigings- en vertinningsmiddel. Het is een halidevrije soldeerpasta waarmee de stift snel wordt gereinigd en vertind. Haal de stift op normale soldeertemperatuur enkele seconden door de 'tip tinner' totdat het werkoppervlak weer helder vertind is. Het werkt snel, is acceptabel vanuit milieuoogpunt en vrij van residuen. ✓ Gebruik conventioneel soldeerdraad met harsflux en met voldoende diameter (0,80 mm of meer, met een voldoende hoog percentage flux) om de stift opnieuw te vertinnen. Bevochtig de stift regelmatig met soldeer. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  22 1.8.2 Solderen op enkelzijdige printen goede verbindingen slechte verbindingen Figuur 6 Bij enkelzijdige printen zal enkel aan het oppervlak een soldeerverbinding tussen component en printoppervlak gemaakt worden. Het is dan ook belangrijk dat deze soldeerpunt goed is. Zorg dat het soldeeroppervlak voldoende groot zodat een goede soldeerverbinding wordt verkregen. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  23 Figuur 7 In figuur 7 zie je een van de meest vervelende foute soldeerverbindingen. Er is geen contact tussen de draad van de component en het soldeeroppervlak. Je ziet het probleem zeer moeilijk met als gevolg dat bij het zoeken van de fout de reparatietijd behoorlijk kan oplopen. Dit probleem kan na jaren optreden. De oorzaak is meestal een slechte soldeerpunt die het gevolg is van foute soldeertechnieken. Een andere mogelijke oorzaak is stress. Dit probleem wordt verder in de cursus besproken. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  24 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  25 1.8.3 Solderen van een draadverbinding De toepassing bepaalt de keuze van draad. Als standaard om de draaddikte aan te geven wordt meestal de Amerikaanse AWG standaard gebruikt. Onderstaande tabel laat deze draden zien met hun maximale stroomsterkte. AWG #30 …………0.8A AWG #28 …………1.1A AWG #26 …………1.4A AWG #24 …………1.9A AWG #22 …………2.7A AWG #20 …………3.5A AWG #18 …………5 A AWG #16 …………7 A De tabel laat de relatie zien tussen draaddikte, stroomsterkte en temperaturen die in de draden zullen optreden. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  26 Figuur 8 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  27 1.8.4 Solderen op dubbelzijdige printen met doormetallisatie In tegenstelling tot enkelzijdige printen wordt de soldeerverbinding aan beide zijden en in de doormetallisatie uitgevoerd. Figuur 9 Figuur 9 laat de doorsnede zien van een soldeerverbinding. Je ziet dat de doormetallisatie wordt opgevuld met tin. Hier bepaalt de soldeerverbinding in de doormetallisatie de sterkte. De soldeereilanden zullen dan ook kleiner zijn dan de soldeereilanden bij een enkelzijdige print. Onderstaande figuren vergelijken slechte soldeerverbindingen met goede. Figuur 10 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  28 Figuur 11 Figuur 12 Wetted = bedekt met soldeer Dimples= de tin is niet helemaal opgetrokken PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  29 1.8.5 SMD componenten solderen SMD staat voor “Surface Mount Devices”. Dit zijn componenten die door hun kleine afmetingen op zowel de soldeerzijde als de componentzijde van een print gesoldeerd kunnen worden. De soldeertechniek die we bespreken kan worden toegepast op componenten met een 1210, 1206, 0805, 0603, SOT23 en een MELF behuizing. Niet gepolariseerde SMD condensatoren Ceramisch = niet gepolariseerd Beperkt in waarde. Voor grotere moet er naar gepolariseerde worden gegaan. De waarde kan niet worden afgelezen maar moet worden gemeten of worden afgelezen op de verpakking. Gepolariseerde SMD condensatoren + There are different polarized capacitors, for example the yellow ones are tantalum capacitors which have higher performance over normal polarized capacitors but its price is higher too. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  30 SMD Resistors + To know the value you can look at the code written on the resistors. (e.g if the resistor says 332 it means 33*10^(2) == 3.3K Ohm) SMD Diodes(Melf) + Zener, Schottky, etc For Diodes usually the gray or black line indicates the Cathode (-). You can use the multi-meter to find out the direction. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  31 + LEDs For Leds usually the green dot or line indicates the Cathode (-). You can use the multi-meter to find out the direction. + Find diode direction For both Diodes and Leds you can use the multi-meter in diode test mode. SMD Inductors PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  32 SMD ICs + We normally call to them ICs (Integrated Circuit) + This components come normally from a wafer which means they are made from silicon. + The package SOT-23 is commonly used for raw transistor. + The packages SOT-23 and SOT-223 are commonly used for voltage regulators. + The packages DPAK and DDPACK are commonly used for high power transistors like mosfets, triacs, etc. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  33 1.9 Solderen van SMD’s 1.9.1 Manuele plaatsen en solderen met soldeerbout en soldeertin. Soldeergereedschap: Een soldeerstation met regelbare temperatuur en een zeer fijne soldeerpunt (figuur 13). Gebruik ook een kleine soldeerboutje dat goed in de hand ligt. Figuur 13 Soldeer: Ofwel gebruiken we een fijne soldeerdraad (0,5mm of nog kleiner) Pincetje: Gebruik een pincetje met fijne uiteinden waarmee we de componenten kunnen plaatsen. 1.9.2 Manuele plaatsen en solderen met soldeerbout en soldeerpasta Soldeerpasta aanbrengen met pasta dispenser of screenprinter Soldeer: Figuur 14 soldeerpasta in een spuitje voor de dispenser en in een potje voor de screenprinter. Soldeerpasta is samengesteld uit soldeerpoeder en flux. Deze soldeerpoeder bestaat uit minuscule tinbolletjes met een diameter tussen de 25 en 150µm. Figuur 15 laat een microscopische foto van soldeerpasta zien. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  34 Figuur 14 Figuur 15 Soldeerpasta in een potje: PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  35 Dispenser: Screenprinter: PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  36 1.9.3 Manuele plaatsen en solderen met reflowoven en soldeerpasta Soldeerpasta aanbrengen met pasta dispenser of screen. Manuele pick and placer: Reflow oven: PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  37 Soldeercurve Reflow of Reflow Profile Elk Reflow profile kan je verdelen in 4 fases. Afhankelijk van de grootte van de print, de dikte van de print(multilayers), het aantal componenten en de grootte van de componenten wordt een profiel gemaakt. Samengevat: de massa die gesoldeerd moet worden. Fase1: Opwarmen tot ongeveer 100° Fase2: Alle componenten moeten deze 100° bereiken waardoor vocht dat in de componenten zit kan verdampen en een thermische shock wordt vermeden Fase3: Solderen. De piek temperatuur is afhankelijk van de samenstelling van de paste Fase4: Afkoelen Elke fase heeft een inloop en uitlooptijd. Hierdoor is een strak profiel moeilijk te programmeren. Elke print heeft dus een eigen profiel. Fase 2 en 3 zijn de belangrijkste en moeten nauwkeurig opgetekend worden tijdens het solderen. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  38 1.9.4 Machinaal plaatsen en solderen met reflow oven en soldeerpasta Soldeerpasta aanbrengen met pasta dispenser of screen Machinaal plaatsen: Soldeertechniek voor 1210, 1206, 0805, 0603, MELF en SOT 23 1. Kies de juiste soldeerpunt en de juiste temperatuur 2. Breng een klein beetje soldeer aan op één van beide vlakken 3. Pak de component met het pincet, en plaats ze op het soldeereiland 4. Soldeer de kant met het aangebrachte soldeer 5. De component is nu vast zodat het pincet niet meer nodig is 6. Soldeer nu de andere zijde 7. Werk dan de eerste soldeerpunt af 8. Controleer het resultaat PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  39 Figuur 16 laat deze techniek zien en een slechte en goede soldeerverbinding. Figuur 16 Figuur 17 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  40 Soldeertechniek voor IC’s 1. Kies de juiste soldeerpunt(holle) punten de juiste temperatuur 2. Breng een beetje soldeer aan op één van de vlakken 3. Pak de component met de hand of pincet, en positioneer ze op het soldeereiland 4. Soldeer de pin met het aangebrachte soldeer. Maak contact met de te solderen pen boven de soldeerverbinding. 5. Controleer of hij juist staat. 6. Soldeer nu een tweede pen en controleer of hij juist staat. 7. De component staat nu vast 8. Soldeer nu al de andere pennen. 9. Werk ook de eerste soldeerpunt af 10. Controleer het resultaat PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  41 1.9.5 Solderen met hete lucht Deze techniek wordt gebruikt om SMT componenten contactloos te solderen. Je kan zowat alle SMT componenten met een aangepaste nozzle solderen. Als soldeermiddel gebruik je best tin van 0,5mm of soldeerpasta. Gebruik je soldeerpasta, dan moet eerste de pasta op het soldeervlak van de print aangebracht worden. Dan plaats je de SMD op de print en soldeer je zonder de component aan te raken met de hete luchtstroom. Voor het aanbrengen van pasta worden twee technieken gebruikt: dispensen screenprinten 1.10 Desolderen Wanneer moet er gedesoldeerd worden? Verwijderen van een component (verkeerde component, defecte component) Verwijderen van een slechte soldeerverbinding Slechte soldeerverbindingen: Te veel of te weinig tin Kortsluiting Om te desolderen bestaan er verschillende technieken waaronder: Desolderen met een desoldeerwick Desolderen met een vacuümpompje Desolderen met een desoldeerstation Desolderen met hete lucht PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  42 1.10.1 Desolderen met een desoldeerwick Desoldeerwick is een koperen gevlochten draad voorzien met flux. Techniek: Plaats de wick tegen de te verwijderen soldeerverbinding (figuur 18) Verwarm de wick met de soldeerbout waardoor de tin van de soldeerverbinding wordt opgenomen door de wick. Zorg ervoor dat je een kwalitatief goede wick gebruikt. Er moet dus voldoende flux in de koperen gevlochten draad aanwezig zijn om het capillair effect te laten plaatsvinden. Opgelet: Wanneer de wick verzadigd (vol met tin) is kan hij niet meer worden gebruikt en moet worden afgeknipt. Flux extra bij wanneer de tin moeilijk wordt opgenomen. Het kan dat de flux in de wick onvoldoende actief is Figuur 18 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  43 1.10.2 Desolderen met een vacuümpompje Manueel pompje dat de vloeibare tin opzuigt. Techniek: 1. Plaats de pomp zo kort mogelijk bij de soldeerverbinding 2. Niet tegen de te verwarmen oppervlakken. 3. Hersmelt de soldeerverbinding met een soldeerbout 4. Breng de pomp in de gesmolten tin en zuig de vloeibare tin op met het pompje 5. Verhinder contact tussen de soldeerpunt en de meestal in kunststof uitgevoerde desoldeerpunt. 6. Reinig regelmatig de ruimte van je pompje waar zich de harde tinresten bevinden. Figuur 19 1.10.3 Desolderen met een desoldeerstation Professioneel toestel dat uitvoerig wordt besproken en gebruikt tijdens de werkzittingen. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  44 Preventief onderhoud van het station is fundamenteel voor een goede werking Maak het desoldeerstation zuiver voor en na gebruik. Gebruik tijdens het onderhoud het juiste gereedschap. Verwijder de tinresten na elke desoldeerbeurt uit het glazen opvangbuisje. Maak de punt voor het desolderen zuiver met het natte sponsje. Controleer tijdens het desolderen de zuigkracht. Vervang regelmatig de filters. 1.10.4 Desolderen met hete lucht. Deze techniek wordt vooral gebruikt om SMD IC’s te verwijderen Voordelen: De hele component kan vlot worden verwijderd. Geen schade aan de pads van de PCB. Nadelen: De hele component kan tot 300° en meer worden opgewarmd. Als de temperatuur niet onder controle is kan wordt de component beschadigd en kan niet opnieuw gebruikt worden. Desoldeertechniek: Kies de juiste nozzle Stel de juiste temperatuur in Alvorens te solderen breng je voldoende vloeibare flux of flux in pastavorm aan op de te desolderen pennen. Het verwarmen van de component doe je door met een permanente beweging die alle pennen opwarmt Voor een vierkante SMD IC maak je een vierkante beweging die de pennen opwarmt. Om te controleren of de component verwijderd kan worden gebruik je een pincetje of vacuumpompje. Hiermee voel je of hij los zit en verwijdert kan worden. Werk snel om de PCB en IC niet permanent te beschadigen. Doe dit met begeleiding van een ervaringsdeskundige om permanente schade aan de PCB en/of component te voorkomen Na het desolderen wordt de overtollige flux verwijdert. Hiervoor wordt isopropyl alcohol gebruikt. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  45 Tip voor het solderen van THT en SMD componenten Een soldeervlak dat verbonden is met een groot kopervlak heeft een grotere warmteoverdracht nodig om de smelttemperatuur te bereiken. Bij een professionele soldeerbout wordt de smelttemperatuur snel gehaald. in tegenstelling tot een goedkoop boutje waarbij het veel te lang duurt. Dit heeft als gevolg dat door de afgegeven warmte van de soldeerbout de te solderen component te lang te warm wordt. Voorbeeld: Een vlakje van een 1206 is verbonden met het massavlak van de print. Dit massavlak kan behoorlijk groot zijn , afhankelijk van het pcb ontwerp. Om de 1206 te positioneren wordt best het vlakje genomen dat niet met het massavlak is verbonden. Op die manier kan je beter en sneller een SMD een 1206 positioneren. Is het kopervlak zeer groot dan kan er worden voorverwarmt door middel van een oven of een warmte plaat. Steek nooit een PCB in microwave om op te warmen. Metalen en µgolven is geen goede combinatie. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  46 2 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 technologie is er tijd en begeleiding voorzien om de verschillende montagetechnieken te leren beheersen. 2.1 Algemeen Het PXL-bordje heeft tot doel enerzijds de student montagetechnieken 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. Alle componenten zijn met elkaar verbonden door koperbanen die uitmonden in gaatjes of vlakjes. In die gaatjes of vlakjes worden de componenten gesoldeerd. Layout componentenzijde en Lay-out soldeerzijde. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  47 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. 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 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  48 2.2 Technologie van de gebruikte componenten Passieve componenten Passieve componenten weerstanden condensatoren lineaire niet-lineaire regelbare vaste regelbare  trimmers  keramisch  trimmers  draadgewonden  PTC  elektrolytisch  metaalfilm  NTC  potentiometer  tantaal  koollaag  LDR  mica  VDR  enz. 2.2.1 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. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  49 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. 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). PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  50 2.2.2 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 = tientallen (1-9) Tweede ring = eenheden (0-9) Derde ring = vermenigvuldigingsfactor(10-2 tot 107) van de eerste twee ringen Vierde ring = tolerantie (5%) Weerstanden met vijf ringen (metaalfilm): Eerste ring = honderdtallen (1-9) Tweede ring = tientallen (0-9) Derde ring = eenheden (0-9) Vierde ring = vermenigvuldigingsfactor(10-2 tot 107) van de eerste drie ringen Vijfde ring = tolerantie(0,1%,0,2%,0,5%,1%,2%, 5%) ZWART = 0 BRUIN = 1 ROOD = 2 ORANJE = 3 GEEL = 4 GROEN = 5 BLAUW = 6 PAARS = 7 GRIJS = 8 WIT = 9 GOUD = 0,1 ZILVER = 0,01 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  51 SMD 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. Eerste cijfer = tientallen (1-9) Tweede cijfer= eenheden (0-9) Derde cijfer = vermenigvuldigingsfactor(1tot 107) van de eerste twee cijfers 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 2.2.3 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. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  52 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. 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. SMD condensator Niet gepolariseerde SMD condensatoren Ceramisch = niet gepolariseerd Beperkt in waarde. Voor grotere moet er naar gepolariseerde worden gegaan. De waarde kan niet worden afgelezen maar moet worden gemeten of worden afgelezen op de verpakking. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  53 Gepolariseerde SMD condensatoren + There are different polarized capacitors, for example the yellow ones are tantalum capacitors which have higher performance over normal polarized capacitors but its price is higher too. 2.2.4 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. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  54 2.3 Bouwbeschrijving Bij deze beschrijving gaan we er vanuit dat je de print dusdanig voor je legt zodat de tekst "PXL-elektronica-ICT”" 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. Starten met de SMD componenten We starten met het plaatsen van de SMD componenten. Dit doen we omdat we de SMD’s niet manueel gaan solderen maar via een soldeeroven(reflowen, reflowtechniek). We gaan dus eerst screenen om de soldeerpasta aan te brengen, dan plaatsen we met een pincet de componenten op de juiste plaats en solderen de componenten door de print in de soldeeroven te plaatsen. Eerste de THT plaatsen kan wel als we de SMD’s manueel solderen. Maken we gebruik van de reflowtechniek dan moeten we eerst de SMD componenten plaatsen. Het onmogelijk is om via een screen de soldeerpaste aan te brengen als er reeds componenten op de PCB staan. In de stuklijst kan je opzoeken welk component bij het betreffende componentnummer hoort. Bijv. R2 = weerstand van 220K.ohm. Raadpleeg en bestudeer eerst ook de afdruk van de PCB verderop in de handleiding. Zo ben je al voorbereid, weet waarop je moet letten en verlies je geen tijd door te zoeken. 2.3.1 Screen, plaats en soldeer de SMD componenten Condensatoren: 220nF(1206) 6 C1,C2,C3,C4,C12,C24 Zie video “solderen van een 1206” Ledjes: let op de polariteit van de diode Groen, Rood(1206) 4 LD1, LD2, LD3, LD4 Weerstanden(330): 330Ohm_5%(1206) 16 R3 ,R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18 220Ohm_5%(0805) 4 R19 ,R20, R21, R22 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  55 IC’s: :let op de polariteit van de IC’s IC4, IC5, IC6 2 74HC595 1 PCF8574 Welke behuizingen hebben de IC’s? IC4: IC5: IC6: Begin hier niet aan zonder kennis van de soldeertechnieken. 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. 2.3.2 Plaats en soldeer de weerstanden 10kOhm_5% 2 R37, R38 470Ohm_5% 7 R23, R24, R25, R33, R34, R35, R36 390Ohm_5% 1 R28 220Ohm_5% 1 R26 100Ohm_5% 4 R29, R30, R31, R32 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. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  56 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 soldeerverbinding 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 2.3.3 Plaats en soldeer de capaciteiten 220nF(ceramics) 5 C11, C17, C18, C19, C20 100nF(tantaal) 6 C5, C6, C7, C8, C9, C10 10µF(elco) 3 C21, C22, C23 0,47µF(elco) 4 C13, C14, C15, C16 Deze componenten moeten niet voorgevormd worden en kunnen dus op dezelfde manier als de weerstanden gesoldeerd worden. 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 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  57 2.3.4 Plaats en soldeer de IC voetjes Omdat alle IC’s op voetjes staan, gaan we deze eerst solderen. IC Socket 16 PIN 1 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 worden de leads die te lang zijn afgeknipt. 2.3.5 Plaats en soldeer de weerstand array van 10K 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. 2.3.6 Plaats en soldeer de Trimmers 10k trimmer 3 PT1,PT2,PT3 + inbus Let op de positie van deze trimmer. Zorg dat hij tegen de print ligt. Na het solderen hoeven de pinnen niet worden afgeknipt. 2.3.7 Plaats en soldeer de DIP-switch DIP-SWITCH4 1 DP1 Let op de positie van deze switch. De ON moet leesbaar zijn. Na het solderen hoeven de pinnen niet worden afgeknipt. 2.3.8 Plaats en soldeer de drukknoppen Drukknop 6 SWT1, SWT2, SWT3, SWT4, SWT5, SWT6 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  58 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. 2.3.9 Plaats en soldeer de LED's LED rood 1 LED5 LED geel 2 LED6, LED8 LED groen 1 LED7 De LED's hebben een lange draad (anode) en een korte draad (kathode). Voor de ledjes LED5, LED6 en LED7 plaats je het lange draadje in het linkse gaatje. Positie van de print: teksten op de PCB zijn leesbaar. Voor LED8 plaats je het lange draadje in het linkse 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. 2.3.10 Plaats en soldeer de transistor T1 BC557 1 T1 Let op de polariteit van de transistor 2.3.11 Plaats en soldeer de schroefconnector Connector 6 pins 1 MOT_OUT Connector 2 pins 1 PWRNANO 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. 2.3.12 P Plaats en soldeer de Rotary-Switch Rotary 2OUT 1 ROTA1 Soldeer de vijf punten. Overdrijf niet met tin als je de verstevigingspennen soldeert. 2.3.13 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. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  59 HDR1X5 4 5.0VBUS, GNDBUS, 3.3VBUS, TXD_RXD LEDMATRIX, IIC_BUS, IIC_P0_4, PMOD2, PMOD3, PMOD4, PMOD5, PMOD6, PMOD7, CNN1, HDR1X6 12 CNN2,MOTORSTURING, HDR1X14 1 LCD HDR1X16 4 NANO1, NANO2, ARDUINO NANO Dit zijn strips die je moet knippen op lengte HDR2X3 1 J_LCD HDR2X8 1 CN1 HDR2X1 2 GNDSW, VCCSW HDR2X6 1 PMOD1 2.3.14 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 1 ledmatrix 2.3.15 Assembleer het 2X16 LCD(optie) 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. 2.3.16 Plaats en soldeer de Arduinoverbindingen(optie) Strips lange pins 4 UNO_1, UNO_2, UNO_3, UNO_4 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  60 Als laatste plaats je de verbindingen tussen Arduino en shield. De lange uitlopers plaats je aan de soldeerzijde. 2.3.17 Plaatsen van de IC’s 74AHC14 1 IC9 L293D 1 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. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  61 Waarden Behuizing Aantal Component Bestelnummer SMD LED 1206 4 LD1…LD4 TME 220nF 1206 6 C1,C2,C3,C4,C12,C24 TME 330Ohm-5% 1206 16 R3..R18 TME 220Ohm-5% 0805 4 R19 ,R20, R21, R22 TME 74HC595 SO16 2 IC4, IC5 TME 74AHC14 DIL14 1 IC9 REICHELT PCF8574P SO16W 1 IC6 TME L293D DIL16 1 IC7 TME 10k trimmer trimmer 3 PT1, PT2, PT3 TME IC Socket DIP16 1 IC6, IC7 TME IC Socket DIP14 1 IC9 TME 10k array 5SIP 4 RA1, RA2, RA3, RA5 TME DIP-SWITCH4 DIP8 1 DP1 REICHELT Ledmatrix DIL16XW 1 IC3 China Drukknop 3301B 6 SW1,SW2,SW3 SW4,SW5,SW6 TME 220nF KERkO5X4R5A 5 C11, C17, C18, C19, C20 TME 100nF Tantaal 6 C5, C6, C7, C8, C9, C10 TME 10µF elco 3 C21, C22, C23 PXL 0,47µF elco 4 C13, C14, C15, C16 REICHELT LED geel LED 3mm 2 LED6, LED8 REICHELT LED rood LED 3mm 1 LED5 REICHELT LED groen LED 3mm 1 LED7 REICHELT 10kOhm_5% RES10A 2 R37, R38 TME 470Ohm_5% RES10A 7 R23, R24, R25, R33, R34, R35, R36 TME 390Ohm_5% RES10A 1 R28 TME 220Ohm_5% RES10A 1 R6 TME 100Ohm_5% RES10A 4 R29, R30, R31, R32 TME ROTARY Typical 1 ROT1 TME BC557 TO 1 T1 TME Connector 6PIN schroef 1 MOT_OUT Reichelt Connector 2PIN schroef 1 PWRNANO Reichelt 5.0VBUS, GNDBUS, 3.3VBUS, TME HDR1X5 pins female 4 TXD_RXD pins female LEDMATRIX, IIC_BUS, IIC_P0_4, TME PMOD2, PMOD3, PMOD4, PMOD5, HDR1X6 12 PMOD6, PMOD7, CNN1, CNN2,MOTORSTURING, HDR1X10 pins female 1 UNO-1R TME HDR1X8 pins female 2 UNO-2R, UNO-4R TME HDR1X14 pins female 1 LCD TME HDR1X16 pins female 4 NANO1, NANO2, ARDUINO NANO TME HDR2x3 pins male 1 J_LCD TME HDR2x6 pins male 1 CN1 TME HDR2x1 pins male 2 GNDSW, VCCSW TME HDR2x8 pins male 1 PMOD1 TME HDR1X6 pins male 1 TME PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  62 3 Testprocedure voor PCB project technologie Om te controleren of er geen sluitingen tussen GND en VCC zijn gemaakt wordt een stroommeting uitgevoerd. Sluit een spanningsbron van 5V aan op de 5.5VBUS connector en de GNDBUS connector. 5V -> verbinden met 5.5VBUS GND -> verbinden met GNDBUS Meet de stoom met ingebouwde stroommeting van een voeding of sluit een stroommeter tussen de 5.5VBUS en de 5V van de voeding. De gemeten stroom max niet meer dan 50mA bedragen. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  63 3.1 Aansluiten op een externe spanningbron Het voeden van het µClab moet via een externe spanningsbron gebeuren. Dit kan op verschillende manieren, afhankelijk van hoeveel Arduinobordjes gebruikt gaan worden. Er zijn verschillende mogelijkheden die besproken worden. Eén Arduino UNO aan de soldeerzijde aansluiten. 1) Een USB verbinding, direct aan de mini USB van het Arduino UNO aangesloten zorgt voor de voeding van het Arduino UNO alsook de voeding van het µClab. Let op dat het vermogen van een USB pc beperkt is tot 500mA. 2) Door middel van een externe DC voeding (min 6V max 12V) aangesloten aan connector PWNANO. Om te zorgen dat deze voeding de Vin van het Arduino UNO bereikt, moet er met een draadje een verbinding gemaakt worden tussen Vin van connector NANO1 en Vin van connector UNO_4R.1. Plaats ook een jumper op GNDSW. Eén Arduino NANO aan de componentzijde aansluiten. 1) Een USB verbinding, direct aan de mini USB van het Arduino NANO aangesloten zorgt voor de voeding van het Arduino NANO alsook de voeding van het µClab. Om het µClab te voeden moeten er jumpers geplaatst worden op GNDSW en VCCSW. Let op dat het vermogen van een USB pc beperkt is tot 500mA. 2) Door middel van een externe DC voeding (min 6V max 12V) aangesloten aan connector PWNANO. Om het µClab te voeden moeten er jumpers geplaatst worden op GNDSW en VCCSW. Eén Arduino UNO aan de soldeerzijde en één Arduino NANO aan de componentzijde aansluiten. Hier is maar één mogelijkheid veilig. 1) Door middel van een externe DC voeding (min 6V max 12V) aangesloten aan connector PWNANO. Om te zorgen dat deze voeding de Vin van het Arduino UNO bereikt, moet er met een draadje een verbinding gemaakt worden tussen Vin van connector NANO1 en Vin van connector UNO_4R.1. Plaats ook een jumper op GNDSW. De 5V uitgang van de Arduino UNO zorgt voor de VCC van het µClab PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  64 PLAATS BIJ DEZE SETUP GEEN JUMPER OP VCCSW. ZO ONTSTAAT ER EEN KORTSLUITING TUSSEN BEIDE BORDJES  De 3.3V van de NANO is aanwezig op connector NANO1 maar is niet verbonden met de connector 3_3VBUS. Wil je een 3,3V op deze connector dan moet er een jumper aangesloten worden. Volgende testen kan je alleen doen als de voeding aansluiting in orde is. 3.2 Testen van de SMD ledjes Sluit een spanningsbron van 5V aan op de 5.5VBUS connector en de GNDBUS connector. 5V -> verbinden met 5.5VBUS connector GND -> verbinden met GNDBUS connector PMOD2 R22 R28 R20 R19 R21 LED2 LED4 LED8 LED1 LED3 Stap1: PMOD2.6-> verbinden met 5.5VBUS connector PMOD2.5 -> verbinden met GNDBUS connector Resultaat: LED8 moet branden Stap2: PMOD2.4-> verbinden met 5.5VBUS connector PMOD2.5 -> verbinden met GNDBUS connector Resultaat: LED1 moet branden Stap3: PMOD2.3-> verbinden met 5.5VBUS connector PMOD2.5 -> verbinden met GNDBUS connector PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  65 Resultaat: LED2 moet branden Stap4: PMOD2.2-> verbinden met 5.5VBUS connector PMOD2.5 -> verbinden met GNDBUS connector Resultaat: LED3 moet branden Stap4: PMOD2.1-> verbinden met 5.5VBUS connector PMOD2.5 -> verbinden met GNDBUS connector Resultaat: LED4 moet branden 3.2.1 Testprogramma arduino int led1 = 2; int led2 = 3; int led3 = 4; int led4 = 5; void setup() { // put your setup code here, to run once: pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); pinMode(led3, OUTPUT); pinMode(led4, OUTPUT); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: digitalWrite(led1, HIGH); digitalWrite(led2, HIGH); digitalWrite(led3, HIGH); digitalWrite(led4, HIGH);} PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  66 3.3 Testen van de potentiometers Sluit een spanningsbron van 5V aan op de 5.5VBUS connector en de GNDBUS connector. 5V -> verbinden met 5.5VBUS connector GND -> verbinden met GNDBUS connector PMOD3 PT2 50 % PT1 50 % Stap1: PMOD3.6-> verbinden met 5.5VBUS connector PMOD3.5 -> verbinden met GNDBUS connector Stap2: Meet met een voltmeter de spanning tussen PMOD3.1 en GNDBUS. Terwijl de potentiometer PT1 van links naar rechts wordt gedraaid zal de spanning ook variëren tussen 0V en 5V Stap3: Meet met een voltmeter de spanning tussen PMOD3.3 en GNDBUS. Terwijl de potentiometer PT2 van links naar rechts wordt gedraaid zal de spanning ook variëren tussen 0V en 5V PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  67 3.4 Testen van de dipschakelaars Sluit een spanningsbron van 5V aan op de 5.5VBUS connector en de GNDBUS connector. 5V -> verbinden met 5.5VBUS connector GND -> verbinden met GNDBUS connector RA2 PMOD4 S1 Stap1: Meet met een voltmeter de spanning tussen PMOD4.1 en GNDBUS. Terwijl de schakelaar DP1 tussen ON en OFF schakelt zal de spanning ook schakelen tussen 0V en 5V. Stap2: Meet met een voltmeter de spanning tussen PMOD4.2 en GNDBUS. Terwijl de schakelaar DP2 tussen ON en OFF schakelt zal de spanning ook schakelen tussen 0V en 5V. Stap3: Meet met een voltmeter de spanning tussen PMOD4.3 en GNDBUS. Terwijl de schakelaar DP3 tussen ON en OFF schakelt zal de spanning ook schakelen tussen 0V en 5V. Stap4: Meet met een voltmeter de spanning tussen PMOD4.4 en GNDBUS. Terwijl de schakelaar DP4 tussen ON en OFF schakelt zal de spanning ook schakelen tussen 0V en 5V. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  68 3.4.1 Testprogramma arduino int led1 = 2; int led2 = 3; int led3 = 4; int led4 = 5; int scha1 =6; int scha2 =7; int scha3 =8; int scha4 =9; void setup() { // put your setup code here, to run once: pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); pinMode(led3, OUTPUT); pinMode(led4, OUTPUT); pinMode(scha1, INPUT); pinMode(scha2, INPUT); pinMode(scha3, INPUT); pinMode(scha4, INPUT); } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: digitalWrite(led1, digitalRead(scha1)); digitalWrite(led2, digitalRead(scha2)); digitalWrite(led3, digitalRead(scha3)); digitalWrite(led4, digitalRead(scha4)); } PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  69 3.5 Testen van de rotary-encoder met drukknopjes Sluit een spanningsbron van 5V aan op de 5.5VBUS connector en de GNDBUS connector. 5V -> verbinden met 5.5VBUS connector GND -> verbinden met GNDBUS connector RA1 PMOD5 sw1 sw2 rot1 Stap1: Meet met een oscilloscoop de spanning tussen PMOD5.3 en GNDBUS. Terwijl de drukknop SW2 wordt ingedrukt en losgelaten zal de spanning variëren tussen 0V en 5V. Stap2: Meet met een oscilloscoop de spanning tussen PMOD5.4 en GNDBUS. Terwijl de drukknop SW1 wordt ingedrukt en losgelaten zal de spanning variëren tussen 0V en 5V. Stap3: Meet met een oscilloscoop met twee meetprobe 1 de spanning tussen PMOD5.1 en GNDBUS en met meetprobe 2 de spanning tussen PMOD5.2 en GNDBUS. Door aan de draaischakelaar te draaien worden pulsen gemeten. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  70 3.6 Testen van de vier drukknoppen met antidender-hardware Sluit een spanningsbron van 5V aan op de 5.5VBUS connector en de GNDBUS connector. 5V -> verbinden met 5.5VBUS connector GND -> verbinden met GNDBUS connector PMOD6 RA5 sw3 C17 IC9A R29 R33 sw4 C13 IC9B R30 R34 sw5 C14 IC9C R31 R35 IC9F C15 sw6 IC9D R32 R36 IC9E C16 Stap1: Meet met een oscilloscoop de spanning tussen PMOD6.1 en GNDBUS. Terwijl de drukknop SW3 wordt ingedrukt en losgelaten zal de spanning variëren tussen 0V en 5V. Doe dezelfde meting voor SW4,5 en 6 PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  71 3.7 Functionele test met ARDUINO NANO Voor het testen van de motorsturing, matrixdisplay, IICBUS en Display wordt een functionele test met een ARDUINO NANO uitgevoerd. 3.7.1 Testen van de motorsturing MOTORSTURING RA3 C9 IC7 5_0V C10 C5 C8 C7 C6 MOTOROUT Software beschikbaar via BB 3.7.2 Testen van de LEDMATRIX IC4 IC5 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 R1 R2 K7 R8 K5 R3 R5 K8 K4 K6 K3 R4 K1 R6 R7 K2 LEDMATRIX LEDMATRIX Bij een wissel van de matrix PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  72 IC4 IC5 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 K6 K3 R4 K1 R6 R7 K2 K4 K8 R1 R2 K7 R8 K5 R3 R5 LEDMATRIX LEDMATRIX PINS LEDMATRIX K8 K6 R5 K3 R3 R4 K5 K1 R8 R6 K7 R7 R2 K2 R1 K4 Software beschikbaar via BB Schrijf een testverslag met de resultaten van alle testen. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  73 4 Het µClab voor Arduino UNO, NANO en Arduino UNO pin-compatible processorbordjes. Shieldjes voor Arduino µC boards zijn nodig om praktische elektronische toepassingen met een Arduino te kunnen uitvoeren. Met een Arduino bordje alleen kan je weinig doen. Extra hardware is nodig om leuke toepassingen uit te voeren. Het µC-shield is een op maat gemaakt bordje voor de opleiding elektronica-ICT. Het heeft dan ook een specifieke educatieve functie voor projecten en labo’s. Naast het leren solderen en testen is het vooral bedoeld om het te gebruiken met alle Arduino pin-compatibele processorbordjes en FPGA bordjes. Gemakshalve benoemen we het bordje hierna µClab. Het µClab is voorzien om één Arduino Nano en een Arduino Uno bordje te gebruiken. Aan de componentzijde kan een Arduino Nano worden aangesloten en aan de soldeerzijde een Arduino Uno. Het µClab is opgebouwd met basisschakeling met als doel om samen met een Arduino deze basisschakelingen te gebruiken in functie van een C-programma. Omdat niet alle basisschakelingen aangesloten zijn aan uitgangen van een Arduinobord is het noodzakelijk om met kabeltjes verbindingen te maken tussen de schakelingen en de processor. Dit is ook de reden waarom er veel connectoren aanwezig zijn. Volgende basisschakelingen zijn aanwezig en kunnen mits de juiste verbindingen worden gebruikt door een Arduino. 8x8 ledmatrix Specificaties: Voedingspanning: VCC en GND van het µClab. De VCC en GND van deze schakeling zijn verbonden met de VCC en GND van het µClab. De ledmatrix wordt aangestuurd door twee 8-bits schuifregisters 74HC595. Elke uitgang van de 74HC595 is verbonden met ofwel een rij van 8 anodes(r1..r8) of een kolom(k&..k8) van 8 kathodes. Omdat de aansluitingen van de ledmatrix willekeurig verdeeld zijn over de DIL 16 pins, zijn de verbindingen tussen beide IC’s en de ledmatrix ook willekeurig. Dit wil zeggen dat de kolommen en rijen over de twee 8 bits registers willekeurig verdeeld zijn. Aan alle PMOD connectoren is VCC pin 6 (PMODx.6) en GND (PMODx.5) PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  74 IC4 IC5 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 R1 R2 K7 R8 K5 R3 R5 K8 K4 K6 K3 R4 K1 R6 R7 K2 LEDMATRIX LEDMATRIX Bij een wissel van de matrix IC4 IC5 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 K6 K3 R4 K1 R6 R7 K2 K4 K8 R1 R2 K7 R8 K5 R3 R5 LEDMATRIX LEDMATRIX PINS LEDMATRIX K8 K6 R5 K3 R3 R4 K5 K1 R8 R6 K7 R7 R2 K2 R1 K4 Om kolom 8 te laten oplichten wordt is Q7 van IC4= ‘1’(5V) en alle rijen van de ledmatrix = ‘0 ‘(0V). De kolommen en rijen van de ledmatrix zijn random aanwezig in de registers van IC4 en IC5. 4 drukknoppen met een hardware anti-denderschakeling. Specificaties: Voedingspanning: VCC en GND van het µClab. De VCC en GND van deze schakeling zijn verbonden met de VCC en GND van het µClab. De vier drukknoppen zijn te gebruiken via SW3, SW4,SW5 en SW6 aansluiting op connector PMOD. De VCC en GND aansluiting die ook aanwezig zijn op de connector is de voedingsspanning van het µClab. Bij het indrukken van de drukknoppen zal er een 5V signaal op de uitgangen aanwezig zijn. PXL Elektronica-ICT Project Technologie 24-25 P. Hilven  75 PMOD6 RA5 sw3 C17 IC9A R29 R33 sw4 C13 IC9B R30 R34 sw5 C14 IC9C R31 R35 IC9F C15 sw6 IC9D R32 R36 IC9E C16 Rotaryencoder met twee drukknoppen. Specificaties: Voedingspanning : VCC en GND van het µClab of externe voeding via PMOD. De VCC en GND van deze schakeling zijn niet verbonden met de VCC en GND van het µClab. De rotaryencoder heeft twee uitgangen die bij het draaien twee pulsen genereren die onderling 90° zijn verschoven. Deze twee uitgangen zijn beschikbaar via RT1 en RT2 van PMO