第1步：所需的BOM，工具和技能

您將需要：

必要的工具：

烙鐵

焊錫絲

砂紙

扁嘴鉗

剪鉗

精細鑷子

可選（但方便）工具：

煙霧提取器

萬用表

華麗的玻璃

技能：

基本的焊接技巧

物料清單：

組件供應商批發(fā)價格（$）每PCB價格（$）

11x 0805 SMD閃爍LEDAliexpress15，790，2 9

1x CR1220電池Aliexpress0，750，15

1x電池座Aliexpress6，580，07

1x切換開關(guān)Aliexpress2，620，03

2x 2針頭Aliexpress0，510，01

1x PCBSeeedStudio4， 900，12

我選擇了便宜的元件，以使BOM低于每個圣誕樹PCB 1美元的象征性價格。焊接所有電子元件的一塊PCB圣誕樹的總價估計為0.67美元。

第2步：尋找靈感。..。..

我想設計一個真實的PCB圣誕樹，其中兩個垂直組裝的PCB可以提供可以站立的3D形狀。創(chuàng)建兩個不同的PCB并不會使設計變得更復雜，但更昂貴，因為當PCB包含多個設計時，制造商會收取更多費用。為了保持盡可能低的價格，我需要考慮對PCB設計進行巧妙的空間管理，以減少浪費和成本。在我為自己的目的設計完美的PCB圣誕樹的過程中，我在Google和Instructables上搜索了類似的項目。

我遇到了bluquesh的設計，我發(fā)現(xiàn)這個設計特別有趣并且記錄得非常好。在他的第一個Instructable中，這個成員描述了他如何設法創(chuàng)建一個具有許多功能的小型PCB圣誕樹：

嵌入式Arduino芯片

雙色SMD LED

電容式觸控

嵌入式電池

DC/DC升壓電路

。..。..等等！

其中一些功能與我的項目不兼容，該項目旨在簡單且低成本。盡管如此，他的項目的另一個細節(jié)引起了我的注意：bluquesh成功地將他的3D圣誕樹設計融入了一個沒有浪費空間的方形區(qū)域。通過在主冷杉旁邊創(chuàng)造兩個半杉木形狀的鰭，他重復利用浪費的空間創(chuàng)造了另一個完整的樹，盡管他的形狀復雜。

我在我的項目中改編并重用了這個聰明的設計。

第3步：PCB設計

我使用Autodesk EAGLE設計了我的PCB圣誕樹。 EAGLE是一款電子設計自動化（EDA）軟件，可實現(xiàn)原理圖設計，元件布局和PCB布線。

我通過創(chuàng)建電子電路原理圖開始設計。它由11個并聯(lián)的閃爍LED組成，由3 V紐扣電池供電。開關(guān)可以打開或關(guān)閉電路。最后，在電池電壓和地之間放置一個10μF的可選濾波電容。

我選擇不包括與LED串聯(lián)的電阻，因為3 V非常接近正向電壓許多LED顏色：

原理圖和PCB分為三個部分：

主板：它有圣誕樹形狀，包括電池座，開關(guān)，頂面有3個LED，底面有2個LED。兩個2針針頭連接器允許連接兩個散熱片并為其供電，一個位于頂面，另一個位于底面。

頂部翅片：它的形狀有半個圣誕樹，電池座有一個凹口，頂面有1個LED，底面有2個LED。一個2針腳頭連接器占位面積允許翅片連接并供電到主板。

底部翅片：它的形狀為半個圣誕樹，頂面有2個LED，底面有1個LED。一個2針腳頭連接器占位面積允許翅片連接并供電到主板。

我決定通過繪制輪廓選擇每個冷杉48 * 48 mm的縮小尺寸具有第20層“維度”的董事會。

我使用寬度為3毫米的第46層“銑削”繪制了杉樹的形狀：該線被解釋為制造商的銑削區(qū)域，并將冷杉與其翅片分開。

一旦電路輪廓清晰明確，我就放置了最大的元件，如電池座和開關(guān)，然后是LED，這樣它們的分布是令人愉快的。

我在一個翅片上添加了另一個銑削區(qū)域，因此電池座可以放在樹頂上的一個洞，以便能夠?qū)⑺鼟煸谌魏蔚胤剑ɡ纾谡嬲氖フQ樹中）。

然后，我使用頂層和底層布線所有組件：電池電壓分配到具有0.5 mm寬度走線和整個接地層的LED。

最后，我設計了兩個分離式標簽，將它們放置在主冷杉和3毫米銑削軌跡上的散熱片之間，以便將我的電路板保持為單一設計并允許PCB面板化。

所有Eagle文件都可以在我的github 或以下▼

找到

步驟4：PCB面板化

大多數(shù)PCB制造商現(xiàn)在為10個PCB提供5美元的單一價格最大尺寸為100 * 100 mm。無論電路是50 * 50 mm還是100 * 100 mm，價格都保持不變。然后，通過最大化該最大區(qū)域上的電路數(shù)量，可以實現(xiàn)成本優(yōu)化。 PCB面板化包括從幾個小PCB創(chuàng)建單個PCB，以降低成本和浪費。

大多數(shù)PCB制造商不會為相同的設計面板收取額外成本。這意味著您可以免費將幾個小型PCB組合成一個，但它必須保持相同的設計。更多信息可以在PCB制造商Seeedstudio的網(wǎng)站上找到。

PCB面板化有兩種方式：

V-凹槽鑲板方法：它包括從頂部切割板厚度的1/3和從底部切割厚度的1/3，與頂部切口平行，使用30至45度圓形切割刀片。這只能沿著直線穿過PCB陣列完成。

分離標簽面板化方法：它包括在PCB之間留下穿孔標簽布線空間。兩塊PCB之間的間距約為2.5毫米，因為它是大多數(shù)制造廠中的標準路由器尺寸，并且只需要一次通過路由器鉆頭來銑削電路板。 N孔穿孔圖案是分離片的標準配置，設計易于拆卸而不會留下不需要的側(cè)板突出物。

更多信息關(guān)于PCB面板設計可以在Jack Lucas為www.ElectronicDesign.com撰寫的文章中找到。

為了降低我的項目成本，我決定將我的四個PCB圣誕樹成一塊單板。首先，我必須將PCB圣誕樹的兩個翅片連接到主板上。我設計了兩個帶有3孔穿孔圖案的分離式標簽，將每個翅片連接到主圣誕樹板上。分離片由2 * 3個孔組成，直徑為0.9 mm。

一旦完成了一棵PCB圣誕樹的設計，我將其重復四次，然后將它們并排發(fā)送，以填充制造商施加的100 * 100 mm區(qū)域。所有設計間隔3毫米，并與帶有3孔穿孔圖案的分離片連接。

最終PCB的尺寸為100 * 100 mm，包含4個圣誕樹PCB。 PCB單元的成本除以4！

步驟5：焊接PCB

收集完所有元件后，可以開始焊接PCB！

- 焊接LED -

最好從LED焊接開始，因為它們是最小的元件。最后焊接它們會使任務變得更加困難，因為較大的組件會干擾它們的放置。 LED是極化元件，因此在PCB上識別它們應該如何焊接是很重要的。 PCB上的LED占位面積始終相同：連接到接地層的焊盤是質(zhì)量（陰極），連接到軌道的焊盤是電源電壓（陽極）。 CMS LED下方的綠色箭頭表示電流的流向，因此表示其極性。

使用“二極管測試儀”配置的萬用表測試LED有助于確定其極性和顏色。

為了焊接LED，我首先在一個LED焊盤上放置少量焊料。然后我用精細的鑷子接近LED，同時用我的烙鐵保持焊料熔化。一旦LED正確放置，我就移除了烙鐵以固化焊料。然后可以制造第二焊料而無需用鑷子保持LED。對剩余的10個LED重復此過程。

- 焊接電池座 -

電池座將紐扣電池固定在PCB上以形成電氣連接。為了牢固地固定電池，我在電池座墊上放了一小層錫。然后放置并焊接連接器。

- 焊接開關(guān) -

最后，將開關(guān)焊接到與電池連接器相同的一側(cè)。肘節(jié)從PCB伸出，便于操作。

步驟6：組裝PCB

一旦焊接了所有組件，就可以組裝圣誕樹了。

- 分離電路板 -

我開始打破電路板扁平鉗子將兩個散熱片與主板分開。我用剪鉗來移除任何可能受傷的大邊緣。然后，我使用砂紙平滑圣誕樹的兩側(cè)，最后有三塊干凈的木板：主樹和兩個鰭。

- 連接板 -

一個鰭是通過焊接它們之間的2針針頭連接器連接到主板上。針頭連接器有兩種用途：將機翼固定在主板上，并將電壓和質(zhì)量帶到散熱片的LED上。

我從一個大針頭連接器條上切下2 * 2針頭針頭連接器用砂紙清潔塑料邊緣。然后，我將它們從頭到尾焊接在主板上，如圖所示，一個在頂面，另一個在底面。

我將兩個散熱片焊接到連接器上，小心地將它們正確對齊，然后在電池連接器側(cè)放置一個凹口。

現(xiàn)在最終組裝了PCB圣誕樹！

- 打開電路 -

PCB由3V的CR1220鋰電池供電。一旦紐扣電池插在電池座上并且開關(guān)關(guān)閉，所有的LED都會像魔術(shù)一樣閃爍！

此項目中使用的紐扣電池平均容量為40 mAh，這意味著它可以在1小時內(nèi)提供高達40 mA的電流，或在2小時內(nèi)提供20 mA的電流。 PCB圣誕樹的電流消耗約為80 mA，取決于所選LED的顏色：白色，藍色和紫色LED比紅色，橙色和黃色LED吸收的電流更多。

根據(jù)經(jīng)驗，我建議你使用紅色，橙色，黃色和綠色LED，因為它們可以節(jié)省電池壽命，同時在圣誕精神主題中提供漂亮的顏色：）這些顏色的比例相等，我的PCB圣誕樹在1小時內(nèi)發(fā)光，直到綠色LED開始褪色。