Anting matriks LED
(mitxela.com)- Untuk menempatkan sebanyak mungkin LED 0201 di bagian depan anting, dudukan baterai logam dari anting stud LED yang sudah jadi dipertahankan, lalu hiasan permata dan satu LED diganti dengan PCB kustom
- Rangkaian dan firmware badge berbasis CH32V003 yang sudah ada diperkecil 3 kali, sehingga matriks 8x8 pitch 1mm dapat diwujudkan dengan 52 LED di dalam lingkaran berdiameter 9mm
- Alih-alih PCB HDI yang mahal, dibuat sandwich papan buatan tangan dengan menempelkan dua PCB 2 lapis agar total biaya tetap di bawah 50 dolar
- Komponen 0201 berada di luar spesifikasi mesin pick-and-place, tetapi dengan koreksi posisi pickup pada tape dan perataan setelah reflow, sebagian besar tetap terpasang dalam grid yang konsisten
- Dua baterai LR521 kecil sulit menangani konsumsi arus awal, sehingga dengan penambahan kapasitor, penurunan clock, dan duty cycle sekitar 0,25%, arus total diturunkan hingga sekitar 8mA
Mengubah anting jadi menjadi matriks 52 LED
- Titik awalnya adalah menempatkan sebanyak mungkin LED 0201 di bagian depan anting stud
- Anting stud LED jadi sangat murah, dan memiliki dudukan baterai kecil yang sudah diproses untuk memuat dua sel LR521
- Permata plastik dan satu LED dilepas, lalu struktur logamnya digunakan kembali sebagai sambungan daya untuk rangkaian baru
- Secara elektrik, rangkaian dan firmware-nya sama dengan badge berbasis CH32V003 yang pernah dibuat sebelumnya
- Tantangan terbesarnya adalah mengecilkan badge dengan pitch LED 3mm menjadi pitch 1mm sehingga luasnya menjadi 1/9, sambil tetap merancang tanpa bingkai tebal di tepi PCB
Struktur via blind dan buried buatan tangan sebagai pengganti HDI
- PCB multilapis dengan blind via atau buried via dapat memberikan presisi yang dibutuhkan, tetapi bahkan batch kecil PCB HDI dimulai dari ratusan dolar
- Agar total biaya proyek tetap di bawah 50 dolar, dipilih metode menempelkan dua PCB 2 lapis melalui susunan pad solder
- Sebagian besar pad ditempatkan di sekeliling agar status koneksi bisa diperiksa, tetapi untuk benar-benar memeriksanya PCB harus dilepas dari panel
- Diameter pengeboran via adalah 0,25mm, lebih kecil dari nilai minimum umum 0,3mm pada opsi PCB termurah, sehingga masuk ke tingkat harga kedua
- Saat jarak antar-LED turun menjadi 1mm, ketidakseragaman ketebalan tembaga di sekitar lubang berlapis menjadi masalah yang terlihat jelas
Perakitan matriks 8x8 pitch 1mm
- Display utamanya adalah matriks 8x8 pitch 1mm, dan sudut-sudutnya dipotong agar sesuai bentuk lingkaran sehingga 52 LED muat di dalam lingkaran berdiameter 9mm
- Lebar panel bagian atas dan bawah adalah 5mm, dan ukuran panel keseluruhan 23mm × 28,5mm
- Pasta solder diaplikasikan ke satu PCB dengan stencil, lalu PCB lain yang tidak diberi pasta diletakkan di atasnya untuk membentuk struktur sandwich
- Masing-masing PCB setebal 0,6mm, sehingga setelah disandwich ketebalan totalnya sedikit lebih dari 1,2mm
- Menggunakan solder bersuhu lebih tinggi bisa mengurangi risiko sambungan terlepas di tahap berikutnya, tetapi karena keterbatasan pad berdiameter 0,5mm dan pasta solder yang tersedia, proses dilakukan dengan cara biasa
Trial and error pada stencil dan penempatan komponen 0201
- Beberapa desain dimasukkan bersama dalam satu stencil baja, dan biayanya cukup murah sampai-sampai memesan stencil hanya untuk satu PCB pun masih masuk akal
- Kesalahan pertama adalah tidak menambahkan fiducial pada stencil
- Pada PCB pertama, penyelarasan bisa dicek lewat pad QFN
- Setelah satu PCB dipotong dari panel, menyelaraskan PCB kedua menjadi jauh lebih sulit
- Kesalahan kedua mungkin adalah membuat lubang untuk pad 0201 terlalu kecil
- Jika dibuat sedikit lebih besar, beban kerja stencil mungkin bisa berkurang
- Pada percobaan pertama, sebagian besar pad tercetak dengan baik tetapi beberapa kekurangan pasta, dan hasil berkualitas tinggi hanya bisa dicapai jika tekanan serta kecepatan squeegee diatur dengan tepat
- Setelah anting pertama, stencil tidak dibersihkan dengan cukup baik sehingga residu yang tersisa mengering, dan pengerjaan anting kedua menjadi lebih sulit
Menempatkan LED 0201 dengan mesin pick-and-place
- Menempatkan 52 LED 0201 dengan tangan bukan hal yang mustahil, tetapi tujuannya adalah melihat apakah itu bisa dilakukan dengan mesin pick-and-place
- Komponen 0201 berada di luar spesifikasi resmi mesin, tetapi nozzle vakum terkecil tampaknya tidak mengalami masalah besar saat mengambil komponen
- Masalah awal lebih banyak ada pada feeding tape daripada akurasi penempatan
- Jika meja bergetar saat mesin bekerja, LED 0201 mudah terpental keluar dari tape yang lapisan pelindungnya sudah terkelupas
- Lubang tape berpitch 4mm, tetapi komponen 0402 dan 0201 memiliki jarak antar-komponen yang lebih rapat dari itu
- Pada tape berjarak 2mm, mesin harus maju setengah langkah, bukan satu langkah penuh
- Untuk pickup yang stabil, diterapkan offset pada posisi pengambilan komponen dari tape
- Posisi default hampir 4mm dari area tempat film pelindung terkelupas, sehingga komponen punya banyak ruang untuk terpental keluar
- Hasil penempatan pertama menunjukkan kesalahan sistematis yang secara keseluruhan sedikit bergeser ke bawah, tetapi konsistensi antar-komponen cukup baik
- Beberapa LED miring, tetapi bisa didorong lurus dengan tangan, dan setelah reflow hampir semuanya sejajar dalam grid yang presisi
Menyelesaikan sambungan daya dan masalah konsumsi daya
- Di bawah permata plastik pada rangkaian anting asli terdapat PCB kecil dan dua komponen
- Casing baterai adalah kutub positif, dan kawat tipis di tengah post adalah kutub negatif, jadi rangkaian baru cukup dihubungkan ke dua titik ini
- Pada awalnya rangkaian disolder dan dirakit tanpa pengujian penuh, tetapi segera harus dibuka lagi untuk diperbaiki
- Konsumsi daya firmware asli terlalu besar sehingga baterai kecil tidak mampu menyuplai arus, dan penurunan tegangan membuat brownout detector CH32V003 mereset chip
- Pemrograman ulang masih bisa dilakukan saat perangkat sudah terpasang, tetapi sangat merepotkan
- Kutub positif dihubungkan dengan penjepit buaya
- Satu kabel disentuhkan ke ujung untuk membuat kutub negatif, dan kabel lain disentuhkan ke bagian dalam untuk menyentuh pin debug
- Untuk menstabilkan daya, kapasitor 22uF dan 0,1uF ditambahkan secara paralel
- Kapasitor keramik berkapasitas besar yang kecil secara fisik bisa memiliki resistansi internal tinggi, sehingga menggabungkan beberapa nilai secara paralel dapat membantu
- Clock chip diturunkan dari 48MHz menjadi 1,5MHz
- Perubahan ini juga memengaruhi koneksi debugger
- Biasanya hal ini bisa dipulihkan dengan utilitas yang terhubung tepat setelah power cycle, tetapi pada struktur anting ini mengendalikan catu daya untuk debug cukup sulit
- Kondisi akhirnya adalah duty cycle sekitar 0,25%, dengan konsumsi arus total sekitar 8mA
Hasil akhir dan kode sumber
- Setelah selesai, anting kedua juga dibuat dengan cara yang sama, dengan kesulitan tambahan karena peralatan perekaman video mengganggu area kerja
- Bersama foto saat dipakai, dicoba juga gambar yang menggabungkan long exposure dan flash agar jejak LED terlihat
- Kode sumber proyek sama dengan badge dan tersedia di git.mitxela.com serta GitHub
- Setelah itu LED mati di tengah salah satu anting diganti, dan alih-alih membuat halaman proyek terpisah, diunggah video perbaikannya
1 komentar
Komentar Hacker News
Dari sisi desain, saya lebih suka versi yang lebih industrial, terasa lebih cyberpunk. Meski begitu, yang ini juga sangat rapi.
Yang mengejutkan adalah adanya LED RGB 0,65×0,65 mm; ukurannya sama dengan kuadrat sisi panjang LED yang disebut di artikel. Ketebalannya juga hanya 0,25 mm, setipis beberapa lembar kertas. Kalau benda seperti ini ditempelkan ke wajah lalu dibaurkan secara natural dengan riasan, sepertinya bisa menghasilkan tampilan yang cukup cyberpunk. Kabelnya pun, kalau mau, bisa didapat hampir setipis yang diinginkan.
Saya tidak tahu bagaimana cara kerjanya secara elektrik, tetapi versi kelas atas tampak seperti punya LED yang dapat dikendalikan satu per satu di sepanjang kelopak mata atas, dan itu terlihat cukup keren.
Pernyataan “ini memang proyek elektronik yang mengesankan, tapi siapa yang benar-benar mau memakai anting seperti ini?” terdengar seperti lelucon. Menurut saya banyak perempuan STEM yang rela membayar cukup mahal untuk satu set seperti ini.
industrial[0] agak terlalu esoteris, dan led-ring variant[1] sedikit hambar, tetapi kalau berupa seluruh matriks LED, itu benar-benar luar biasa.
[0]: https://mitxela.com/projects/scaffold
[1]: https://mitxela.com/projects/charliestar
Sangat keren, dan saya kenal banyak orang yang akan membeli lalu memakainya. Kalau dijadikan produk, dibuat isi ulang, dan pemrograman LED-nya dipermudah, saya yakin ini akan laku.
Kalau situs web saya bisa terlihat seperti halaman https://mitxela.com/projects milik penulis, saya bisa menyatakan hidup saya sukses.
Berdasarkan ini, saya membuat sketsa beberapa ide seperti liontin, layar OLED, dan dudukan baterai terpisah yang dikaitkan ke telinga [1].
Desain serupa juga akan terlihat keren untuk earbud atau IEM, terutama jika pencahayaannya bisa disinkronkan dengan musik. Serius, semua orang sebaiknya belajar cara membuat sketsa desain yang ada di kepala. Tidak perlu pandai menggambar; cukup bisa menyampaikan gagasan.
Saya tidak tahu apakah memungkinkan pada ukuran sebesar ini, tetapi versi yang bisa menampilkan animasi atau efek berdenyut secara selektif mengikuti suara atau musik sepertinya akan sangat laku di klub malam.
Melihat PCB ditumpuk sebagai sandwich 2×2 layer cukup keren. Untuk produksi kecil, ini akan lebih murah daripada PCB 1-2-1, dan Apple juga memakai metode yang sama.
Kalau sebuah video menyebut Mike Harrison sebagai inspirasi, saya otomatis akan menilainya cukup baik. https://electricstuff.co.uk/
Saya penasaran seberapa kecil layar OLED bundar terkecil. Ada LED 01005 yang satu tingkat lebih kecil daripada 0201 yang dipakai di sini, tetapi pada ukuran itu secara praktis sudah mirip dengan layar OLED.
Pada titik ini, sepertinya batas terbesar untuk mengecilkan ukuran bukan lagi LED itu sendiri, melainkan via. Jika LED punya 3 pad dan 2 pad luar saling terhubung, matriks bisa dibuat di atas papan satu sisi tanpa via.