Deine eigene Leiterplatte / PCB, von der Idee bis zur Inbetriebnahme

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martinez

martinez

Erfahrener Benutzer
#1
#1
Seid gegrüßt!

Hier im FPV Community Forum gibt es immer wieder tolle „Freds“ wo es um Leiterplatten und die fertigen „Geräte“ geht.
Wie z.B.
3D-FPV mit der NerdCam3D - Offizielle Diskussion
Bauanleitung 4fach-Video-Diversity mit Foxtech-Modulen
"UltraESC" bald gibt's was Neues
IR Control V2.0 - Auslöser für SONY, CANON....
Gimbal Brushless Controller V3.0 50x50mm by Martinez
4ESC by Martinez
…..
und viele, viele mehr.
Manche sind CloseSource und viele sind OpenSource :D

Ich möchte euch hier zeigen wie man selbst eine eigene PCB (Printed Circuit Board, deutsch Leiteplatte) erstellt oder von einen OpenSource Projekt die PCB bestellt und lötet.

Gerne können hier auch weitere Tipps und Ideen von euch veröffentlich werden, oder wenn ihr Fragen zu diesen Thema habt, schreibt das in diesen Thread.
Da mir der „CNC Fräsdateien / Vorlagen“ Fred super gefällt, habe ich für unsere Layouts hier mal ein Gegenstück erstellt:
PCB Layout Daten / Vorlagen

Vor 12 Monaten dachte ich, dass es extrem schwierig sei eine PCB zu bestellen, geschweige denn eine PCB selbst zu layouten.
Ich kann euch sagen, es ist nicht schwer! Ich denke mit ein bisschen Lernbereitschaft kann das jeder, der etwas von Elektronik versteht. Ein fertiges Layout bestellen ist erst recht ein Kinderspiel.
Um eine fertige elektronische Baugruppe zu „produzieren“ sind folgende Schritte notwendig:
  1. die Idee einer Schaltung oder eine Aufgabe die erledigt werden soll
  2. welche Bauelemente passen, welche Bauelemente will ich verwenden
  3. der Schaltplan muss gezeichnet werden
  4. das Layout wird erstellt
  5. die PCB und ggf. die Schablone (Stencil, zum Lötpaste auftragen) wird bestellt
  6. die benötigten Bauteile werden bestellt
  7. die PCB wird mit den Bauteilen bestückt und gelötet
  8. Inbetriebnahme der fertigen Baugruppe
Ich versuche euch an Hand von einen Beispielen diese Punkte zu erklären…

Flightcontroller for Airplane

1. Die Idee:
Seit längeren finde ich die Funktion „Airplane“ von den MultiWii Projekt klasse, damit kann man sehr günstig auch kleine zappelige Flieger sehr ruhig bekommen. Ich habe das in mein Dragonfly eingebaut. Super lässig sag ich nur!!! http://hobbyking.com/hobbyking/stor...1_EPP_Slow_Fly_Rear_Motor_Great_for_FPV_.html
Ich möchte also eine kompakte Baugruppe die ein Arduino Mini und Stromversorgung für die Servos beinhaltet.
EDIT: Die Stromversorgung hat max. 3A

2. Die Bauelemte:
Natürlich braucht man ein Atmega, der 328p wird bei den ArduinoMini eingebaut. Die Stromversorgung wird durch einen Stepdown Regler realisiert.
Welchen Stepdown? Das ist Geschmackssache :) es gibt sehr, sehr viele.
Auf der Website von ANALOG DEVICES http://www.analog.com/en/power-management/products/index.html
kann man über einen Filter den passenden Stepdown Regler finden.
Ich habe mich für den ADP2303 entschieden. Vin max. 20V Iout max 3A
Wichtig ist, das ihr euer Wunsch Bauteil auch bekommt.
Den ADP2303 gibt es bei HBE (Farnell Privatshop) https://hbe-shop.de/Art-1843647-ANALOG-DEVICES-ADP2303ARDZ-BUCK-REGLER-3A-8SOIC
für 2,33 €.
Im Datenblatt Seite 25 http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADP2302_2303.pdf
sieht man die typische Beschaltung mit allen nötigen Bauelemten (6 Stück).

Zum Atmega 328p:
Hier empfehle ich direkt bei Arduino das Eagle File zu laden.
http://arduino.cc/de/Main/ArduinoBoardProMini
http://arduino.cc/de/uploads/Main/arduino-pro-mini-reference-design.zip
somit geht hier nichts schief ;)

3. Der Schaltplan:
Ich benutze Eagle http://www.cadsoftusa.com/eagle-pcb-design-software/product-overview/?language=en
Die Freeware reicht für die meisten Sachen!
Bei Youtube findet ihr sehr schöne Tutorials, damit kommt man sehr schnell zurecht mit den Programm. z.B. http://www.youtube.com/watch?v=YoVen9os4Sk
Mit den Referenz Schaltplan als Vorlage und den Datenblatt des Stepdown Reglern plus die nötigen Stiftleisten bekommt man in kurzer Zeit den fertigen Schaltplan in Eagle erstellt.
So sieht mein Schaltplan aus.
Schematics Airplane.png

4. Das Layout
Das Layout wird auch in Eagle erstellt. Layouten erfordert ein bisschen Übung, ihr werdet sehen, es klappt mit der Zeit immer besser.
Nehmt auch Zeit, schaut euch das fertige Layout min. noch an 2 neuen Tagen an! Es gibt immer etwas was man verbessert ;)
Ein paar Tipps schaden nie: http://www.mikrocontroller.net/articles/Richtiges_Designen_von_Platinenlayouts
Noch ein Tipp von mir, schreibt immer eine Versionsnummer auf die PCB ;) Ich habe das leider am Anfang nicht gemacht…. das erspart so manche Frage…
Layout Airplane.png

Da auf der 50x50mm PCB noch 50% Platz ist, habe ich gleich noch von das tollen Open Source DIY Headtracker ein Layout erstellt.
Das fertige Layout sieht also so aus. Die kompletten Eagle Files werde ich hier wieder veröffentlichen. PCB Layout Daten / Vorlagen
Airplane.Headtracker.png

5. PCB / Stencil (Schablone) bestellen
Wenn alles fertig ist kann man endlich bestellen.
milz hat gesagt.:
Hier ist eine Liste mit einigen Platinenherstellern.
http://www.mikrocontroller.net/articles/Platinenhersteller
mfg milz
Zum Vergrößern anklicken....
Bis jetzt habe ich meine PCB bei ITead Studio bestellt. http://imall.iteadstudio.com/open-pcb/pcb-prototyping.html
Ein grüne 5x5cm 2lagige PCB kostet dort ca. 1 EUR!!!
Wie ergibt sich der Preis?
10x PCBs 5x5cm grün 2lagig kosten 9,90 USD + 3,90 USD Versand = 13,80 USD / 10 PCBs = 1,38 USD à 1,03 EUR :)
Von der Bestellung bis zur Lieferung durch die Post dauert es ca. 4 Wochen.
Hier habe ich euch ein Video gemacht wie man die Daten aus Eagle ausleitet und bei ITead Studio bestellt.
VIDEO kommt noch…

Die Schablone zu bestellen wird super tricki und ist echt günstig :)
Damit die „einzelne“ Schablone günstig wird braucht man min. 4 Layouts. Warum? :)
Bei PCB Pool gibt es eine free Stencil zu jeder PCB-Bestellung!
http://www.pcb-pool.com/ppde/index.html
Wenn man dort eine 2 lagige 100x100mm PCB (ohne Lötstopplack, Bedruckung, E-Test), aber mit Free Stencil bestellt kostet das 31,42 EUR inkl. MwSt.!!!!!
Das bedeutet man bekommt im Idealfall 4x 50x50mm PCB auf ein 100x100mm Layout, wenn auf beiden Seiten SMD Bauteile sind bekommt man wirklich auch 2 Stencil. Somit wäre das ein „Einzel“Stencilpreis von 31,42 EUR / 8 Stencil = 3,93 EUR!!!
Oder wenn man nur eine Stencil für eine Seite braucht kostet das 8 EUR pro 50x50 Layout.
Zu PCB Pool könnt ihr direkt eure Eagle File hochladen, hier ist kein CAM Export nötig.

6. Die Bauteile bestellen
Bauteile bestelle ich bei Reichelt, HBE (Privat Farnell), Distrelec, AliExpress, eBay, Conrad…..

7. Die Flachbaugruppe wird „produziert“
Folgende Schritte sind nötig:
  • Lotpaste auftragen
  • Bauteile bestücken
  • Flachbaugruppe löten
  • Sichtprüfen, ggf. Nachlöten
Lotpaste auftragen, auch Schablonendrucken genannt. Schablone ausrichten (so genau es nur geht), Schablone fixieren, Lotpaste auftragen, Lotpaste mit einen „Rakel“ über die Schablone „schieben“ / „abziehen“, Schablone gerade anheben, FERTIG.
Hier ein paar Bilder:

BILDER folgen

Bauteile bestücken, wichtig ist hier das alle Bauteile auf den richtigen Einbauplatz kommen und das die Polung der gepolten Bauteile stimmt.
Ich benutze zum Bestücken eine Pinzette und eine Saugpipette.
Die Bauteile stelle ich mir in solchen Klappboxen bereit.

http://www.youtube.com/watch?v=FXatjreRwWo

Der Lötprozess wird bei mir in einen wertvollen ALDI Pizzaofen durch geführt :D 27 EUR pure 1500W Hightech!
Gepaart mit dem Reflow Controller V2 http://www.beta-estore.com/rkde/order_product_details.html?p=242
für 129 EUR, bin ich super zufrieden.
Der 129 EUR teuer Ofen von PCB Pool http://www.beta-estore.com/rkde/order_product_details.html?p=13
ist zu 99% der gleiche wie meine ALDI Röhre ;)
IMG_2674.jpg IMG_2675.jpg

Sichtgeprüft wird dann unter den Mikroskop (oder eben „nur“ eine Lupe).
Es kann immer mal vorkommen das ein Beinchen eines IC leicht verbogen ist und deshalb nicht gelötet ist, also besser mal drüber schauen ;) und ggf. nachlöten.


Die erste Inbetriebnahme sollte immer über eine begrenzte Stromversorgung laufen, nur so kann man bei einen Fehler (z.B. Kurzschluss zwischen VCC und GND) die Baugruppe schützen. Ein Lipo Akku schickt im Fehlerfall gern mal über 100A auf so eine süße kleine Leiterbahn….weg ist sie….. ;)

Fertig ist die Baugruppe!

So, ich bin gespannt was wir aus diesen Thread machen.

Viele Grüße

Martinez


PS: Die Bilder, Videos und Links kommen nach und nach dazu. Ich wollte einfach mal den Text loswerden ;)
 
Zuletzt bearbeitet:
J

jreise

gelöscht
#4
#4
Danke, der Thread kommt mir gerade recht. Bin mit meinen Projekten bisher immer bei Lochraster stehengeblieben, funktioniert ja auch ganz gut für einen Prototypen. Aber nach dem Veröffentlichen kommen dann alle an und fragen nach einer Platine :D. Und da musste ich passen, oder hoffen, dass jemand einspringt und ein Layout macht. Hat beim Lipoblitzer und beim Diversity ja sehr gut geklappt, aber das ist leider nicht immer so.

Nun hab ich mir für den Winter vorgenommen, auch mal Layouts und Platinen zu machen. Meine bisherigen Erfahrungen dazu sind schon etwas veraltet (Routen auf dem Papier, Zeichnen mit Lack und Röhrchenfeder, Ätzen mit Eisen-III-Chlorid). Ich hoffe, dass ich gut in das Thema reinkomme. Die größte Hürde wird wohl sein, als Anfänger mit Eagle zurechtzukommen. Vielleicht ist ja auch DesignSpark PCB von RS eine Alternative, zumal es komplett kostenlos und frei von Beschränkungen ist. Jedenfalls passt dein Thread sehr gut :).
 
ApoC

ApoC

Moderator
#5
#5
Gute Sache, so ein Tut. Wenn ich mich mal erinnere, wie ich "damals" noch Platinen gebastelt habe...mit Rubbelzeugs, Leiterbahnen, Lötaugen, UV Licht und Ätzküvette. Regelmässig die Klamotten versaut..ihr kennt das sichr. ;)

Hatte schon lange vor, endlich wieder PCBs zu designen, weil ich das früher schon gern gemacht habe. Heute ist es ja sehr einfach geworden, mit Eagle und den PCB Firmen.

Danke für deine Tips und die Hinweise zur Bestellung der PCBs, da kann man gut was sparen.

Jetzt müsste man nurnoch was vom Arduino coden verstehen - und es würde Sinn machen, ein PCB zu erstellen. ;)
 
martinez

martinez

Erfahrener Benutzer
#6
#6
Sehr gut :) Ich freu mich, das es euch gefällt! :)

Welches Layout Programm man nimmt ist natürlich Geschmackssache.
Man sollte aber bedenken, dass man bei Eagle sehr viele Daten findet, wie eben z.B. die Arduino Sachen….
Zu den Kosten:
Eagle ist in der Grundversion kostenlos.
Layout max. 100x80mm
2 Layer

Die Eagle Hobbyist Version sollte fast immer reichen.
160x100mm
6 Layer
für 140 EUR

Ich werde versuchen heute Abend die fehlenden Fotos und Video in den ersten Beitrag zu ergänzen.

Gruß
Martinez
 
R

rossi

Erfahrener Benutzer
#7
#7
Fühlt sich jemand in der Lage die Herstellung von Platinen auf einer CNC-Fräse zu beschreiben? Ich hab mich da mal ein wenig eingelesen und Tutorials gefunden, die beschreiben, wie man in Eagle die CAM Daten erstellen kann und welches Werkzeug man auf der Fräse nehmen sollte und wo die Probleme liegen (Z-Eintauchtiefe...)
Das ist aber leider bisher bei der theoretischen Betrachtung geblieben. Besser wäre es wenn jemand von praktischen Erfahrungen berichten könnte.
 
fofi1

fofi1

Gesperrt
#10
#10
Schöner Text bis jetzt :) . Beim Layouten darf man aber auch nicht vergessen dass es wirklich hunderte kleiner Fettnäpfchen gibt in die man treten kann. Diese Fehler zu erkennen und zu umgehen lernt man dann mit der zeit. Bis jetzt ist noch kein Meister vom Himmel gefallen ;) . Eagle halte ich persönlich auch für eine gute Software (nutze sie sowohl privat als auch in der Arbeit), da man als Anfänger recht schnell reinkommt. Wenn man mal etwas länger mit Eagle zu tun hat kennt man auch die schwarzen Seiten (Version5 vs version6...würg , Footprinteditor...) aber die weiss man dann auch zu umgehen :)

Vllt solltest du noch auf so bestimmte Grundregeln beim Layouten eingehen. Dann die ganzen Einstellungen in der .dru erklären. Dann vllt noch zeigen, wie man die Angaben der Leiterplattenhersteller in Eagle umsetzt usw.

Bei der ersten Leiterplatte hilft es auch mal eine Platine in Deutschland zu bestellen, denn die Firmen merken schnell wenn das Layout unproduzierbar ist und melden sich dann auch. Das machen die Chinesen nicht...oder fast nicht.
 
Erhaltene "Gefällt mir": bimmi
nachbrenner

nachbrenner

Erfahrener Pfuscher
#12
#12
Für alle die die Kosten eines SMD-Ofens und Controllers scheuen hier noch ein brauchbarer Link zum SMD-Löten von Hand: http://www.mikrocontroller.net/articles/SMD_Löten#Handl.C3.B6ten

Mit dieser Anleitung habe ich ein DIY-OSD zusammen gelötet (erstes SMD-Lötprojekt, auch mit Atmega 328P im QFP-Gehäuse) - funktionierte auf Anhieb. Ich hätte nie gedacht, dass das so leicht geht.


(Platine war mit der Direkt Toner-Methode selbstgemacht. Ok, sieht scheiße aus, funktioniert aber und ist kompatibel mit meiner kurzen Aufmerksamkeitsspanne ;) )
 
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martinez

martinez

Erfahrener Benutzer
#13
#13
Hi fofi1,

danke für dein Beitrag.

Da gebe ich dir vollkommen recht. Die Fettnäpfchen wird jeder haben, ich glaube ein perfektes Layout gibt es nicht :D
Es macht einfach richtig Spaß und dass wollte ich euch weitergeben.
Ein Meister des Layouten werde ich wahrscheinlich nie, aber besser kann jeder werden.
Mit Übung und Erfahrung wird das was.
Und wenn es erst einmal nur ein kleiner Summensignalwandler ist, wie von mein UNI-Board http://fpv-community.de/showthread....Daten-Vorlagen&p=443945&viewfull=1#post443945

Mit so etwas sollte man starten und dann sieht man das es nicht so schwer ist überhaupt mal ein Layout zu machen...
Die NerdCam3D z.B. ist schon eine ganz andere Liga, das ist klar!
Ich möchte mit diesen Thread nicht den Zauber, die Ehre und den Glanz der Layouter nehmen, vielmehr möchte ich diesen Spaß, den ich beim Layouten habe auch anderen weiter geben.
So ein paar kleine 50x50mm PCBs kann bestimmt jeder der ein bisschen bastelt gebrauchen ;)

Ein paar Grundregeln hatte ich oben schon verlinkt, wenn du noch welche für uns hast kannst du die gern hier reinschreiben. Ich würde mich sehr freuen!
Auf die Design Rules gehe ich auch noch ein, danke für den Tipp! Den CAM Export auch...

Viele Grüße
Martinez
 
fofi1

fofi1

Gesperrt
#17
#17
martinez hat gesagt.:
Die NerdCam3D z.B. ist schon eine ganz andere Liga, das ist klar!
Ich möchte mit diesen Thread nicht den Zauber, die Ehre und den Glanz der Layouter nehmen, vielmehr möchte ich diesen Spaß, den ich beim Layouten habe auch anderen weiter geben.
Zum Vergrößern anklicken....
Habe ich auch nie behauptet :D . Die Nerdcam ist wahnsinn. Ich persönlich hätte nicht die Durchhaltekraft wie der Erbauer, da ist meine Ist-cool-Zeitspanne viel zu kurz ;) .

Tipps muss ich mal zusammenschreiben, aber die hängen halt sehr stark vom persönlichen layoutstil und Vorgehensweise ab. Am Handy wurde mir der Link nicht angezeigt, deswegen auch die "Kritik" (Verbesserung wars eher ;) ), aber der mikrocontroller Artikel beinhaltet sowieso alles wichtige.


Darf man bei deiner Layoutsammlung auch was einstellen? Hätte da einen alten Boardentwurf für mein Diversity (V1, aktuell bin ich bei V4). Ist jetzt kein Designwunder aber als Beispiel dürfte es allemal taugen ;)
Edit: Ich sollte besser lesen...ja man darf :p
 
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helijoy

helijoy

EXplorer
#20
#20
rossi hat gesagt.:
Fühlt sich jemand in der Lage die Herstellung von Platinen auf einer CNC-Fräse zu beschreiben? Ich hab mich da mal ein wenig eingelesen und Tutorials gefunden, die beschreiben, wie man in Eagle die CAM Daten erstellen kann und welches Werkzeug man auf der Fräse nehmen sollte und wo die Probleme liegen (Z-Eintauchtiefe...)
Das ist aber leider bisher bei der theoretischen Betrachtung geblieben. Besser wäre es wenn jemand von praktischen Erfahrungen berichten könnte.
Zum Vergrößern anklicken....
Hallo Rossi,

Grundsätzlich ist es wichtig, was du erreichen willst. Zu filigrane Schaltungen würde ich damit nicht fräsen.

Etwas Prototyping mit Isolationsfräsen, ja ok, habe mir so ein paar ARDU-PPM2DSM Sender-Adapterplatten gefräst.

ISOfraesen.jpg

Wenn du es stetig nutzen willst, muß auf jeden Fall ein Tiefenregler für die Z-Achse her. Die Fräse sollte auch entsprechende Wiederholgenauigkeit aufweisen. Ich persönlich nutze Target3001, beinhaltet eine CAM, da ist der Export für die Bohr- sowie Isolations-GCode (diverse Export-Formate unterstützt CNC ISO, XGerber, LinuxCNC usw.) gleich mit inbebgriffen.

Natürlich eine plan gefräste Opferplatte als Voraussetzung, alles andere ist dann erst einmal testen.
Der Rest verhält sich nicht anders wie normales 2,5D fräsen.

Grüße Jörg
 
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