LED matris küpeler

• Küpenin ön yüzüne mümkün olduğunca çok 0201 LED sığdırmak için hazır LED saplama küpelerin metal pil tutucusu korundu; taş süsleme ve tek LED ise özel devre kartıyla değiştirildi
• Daha önceki CH32V003 tabanlı rozet devresi ve firmware’i 3 kat küçülterek, 1 mm aralıklı 8x8 matris 9 mm çaplı bir daire içinde 52 LED ile gerçekleştirildi
• Pahalı HDI kart yerine iki adet 2 katmanlı kartı birbirine yapıştıran el yapımı kart sandviçi oluşturularak toplam maliyet 50 doların altında tutulmaya çalışıldı
• 0201 bileşenler pick-and-place makinesinin teknik özelliklerinin dışındaydı; ancak banttan alma konumu düzeltmesi ve reflow sonrası hizalama sayesinde çoğu tutarlı bir ızgaraya oturdu
• İki küçük LR521 pil ilk akım tüketimini karşılamakta zorlandığı için kapasitör ekleme, saat hızını düşürme ve yaklaşık %0,25 duty cycle ile toplam akım yaklaşık 8 mA’e indirildi

---

Hazır küpeyi 52 LED’li matrise dönüştürmek

• Çıkış noktası, saplama küpenin ön yüzüne mümkün olduğunca çok 0201 LED yerleştirmekti
• Hazır LED saplama küpeler çok ucuz ve iki LR521 hücre alan küçük, işlenmiş bir pil tutucusuna sahip
• Plastik taş ve tek LED çıkarıldı; metal yapı ise yeni devrenin güç bağlantısı olarak yeniden kullanıldı
• Elektriksel olarak, daha önce yapılan CH32V003 tabanlı rozet ile devre ve firmware aynı
• En büyük zorluk, 3 mm LED aralıklı rozeti 1 mm aralığa indirip alanı 1/9’a düşürürken kart çevresinde kalın bir kenar bırakmayan bir tasarım yapmaktı

HDI yerine el yapımı kör ve gömülü via yapısı

• Kör via veya gömülü via içeren çok katmanlı kartlar gereken hassasiyeti sağlayabilir; ancak küçük HDI kart siparişleri bile yüzlerce dolardan başlıyor
• Tüm proje maliyetini 50 doların altında tutmak için iki adet 2 katmanlı kartı lehim pad dizileriyle yüz yüze birleştirme yöntemi seçildi
• Pad’lerin çoğu, bağlantı durumunun kontrol edilebilmesi için çevreye yerleştirildi; ancak pratikte kontrol için kartın panelden ayrılması gerekiyor
• Via matkap çapı 0,25 mm; bu, en ucuz PCB seçeneklerinin tipik minimumu olan 0,3 mm’den küçük olduğu için ikinci fiyat kademesine giriyor
• LED aralığı 1 mm’ye kadar indiğinde, kaplamalı delik çevresindeki bakır kalınlığının düzensizliği de göze çarpan bir sorun oluyor

1 mm aralıklı 8x8 matrisin montajı

• Ana ekran 1 mm aralıklı 8x8 matris; dairesel dış forma uyması için köşeler kesilerek 9 mm çaplı dairenin içine 52 LED yerleştirildi
• Panelin üst-alt genişliği 5 mm, toplam panel boyutu ise 23 mm × 28,5 mm
• Kartlardan birine stencil ile lehim pastası uygulandı; pasta uygulanmamış diğer kart üstüne konarak sandviç yapı oluşturuldu
• Kart kalınlıkları ayrı ayrı 0,6 mm olduğundan sandviç sonrası toplam kalınlık 1,2 mm’nin biraz üzerine çıkıyor
• Daha yüksek sıcaklıklı lehim kullanmak, sonraki bağlantıların kopma riskini azaltabilirdi; ancak 0,5 mm çaplı pad’ler ve eldeki lehim pastası kısıtları nedeniyle standart yöntemle ilerlenildi

Stencil ve 0201 bileşen yerleşiminde deneme yanılma

• Çelik stencil’e birden fazla tasarım birlikte kondu; yalnızca tek kart için stencil sipariş etmek bile maliyet açısından mümkün olacak kadar ucuzdu
• İlk hata, stencil’e fiducial eklememekti
  • İlk kartta hizalama QFN pad’leriyle kontrol edilebildi
  • Panelden bir kart kesildikten sonra ikinci kartın hizalanması çok zorlaştı
• İkinci hata, 0201 pad’leri için delikleri fazla küçük yapmak olabilir
  • Biraz daha büyük yapılsaydı stencil işleminin yükü azalabilirdi
• İlk denemede pad’lerin çoğu iyi çıktı; ancak bazılarında pasta yetersizdi ve yüksek kaliteli sonuç için sileceğin basıncını ve hızını tam tutturmak gerekiyordu
• İlk küpeden sonra stencil yeterince temizlenmediği için kalan artıklar kurudu; ikinci küpe üzerinde çalışmak daha zor hale geldi

Pick-and-place makinesiyle 0201 LED yerleştirmek

• 52 adet 0201 LED’i elle yerleştirmek imkânsız değildi; ancak amaç bunun pick-and-place makinesiyle mümkün olup olmadığını görmekti
• 0201 bileşenler makinenin belirtilen özelliklerinin dışındaydı; fakat en küçük vakum nozulu bileşenleri almakta büyük bir sorun göstermedi
• İlk sorun, yerleştirme doğruluğundan çok bant besleme tarafındaydı
  • Makine çalışırken masa sallanırsa 0201 LED’ler, koruyucu filmi soyulmuş banttan kolayca dışarı fırlayabiliyordu
  • Bant delikleri 4 mm aralıklı; ancak 0402 ve 0201 bileşenlerde bileşen aralığı bundan daha dar
  • 2 mm aralıklı bantta makinenin bir adım değil, yarım adım ilerlemesi gerekiyor
• Kararlı pickup için, bileşenin banttan alındığı konuma offset uygulandı
  • Varsayılan konum, filmi soyulmuş bölgeden neredeyse 4 mm uzakta olduğundan bileşenin fırlaması için geniş bir alan bırakıyordu
• İlk yerleştirme sonucunda genel olarak biraz aşağı kaymış sistematik bir hata vardı; ancak bileşenler arası tutarlılık iyiydi
• Bazı LED’ler eğik duruyordu ama elle itilerek düzeltilebildi; reflow’dan sonra neredeyse hepsi tam ızgara hizasına oturdu

Küpe güç bağlantısı ve güç sorunlarını çözme

• Plastik taşın altındaki mevcut küpe devresinde küçük bir kart ve iki bileşen vardı
• Pil yuvası pozitif, saplamanın ortasındaki ince tel negatifti; dolayısıyla yeni devrenin bu iki noktaya bağlanması yeterli
• Başta devre tamamen test edilmeden lehimlenip ayarlandı; ancak kısa süre sonra tekrar açılıp düzeltilmesi gerekti
• Orijinal firmware’in güç tüketimi çok yüksekti; küçük pil akımı karşılayamadı ve voltaj düşüşü CH32V003 brownout detector’ın çipi sıfırlamasına yol açtı
• Takılı durumdayken yeniden programlama mümkündü ama çok zahmetliydi
  • Timsah klipsle pozitife bağlanıldı
  • Bir kablo uca dokundurularak negatif oluşturuldu, başka bir kablo da iç tarafa dokundurularak debug pinine temas ettirildi
• Güç kararlılığı için 22 uF ve 0,1 uF kapasitörler paralel eklendi
  • Fiziksel olarak küçük, yüksek kapasiteli seramik kapasitörlerin iç direnci yüksek olabilir; bu yüzden birden fazla değeri paralel bağlamak yardımcı olabilir
• Çip saat hızı 48 MHz’den 1,5 MHz’e düşürüldü
  • Bu değişiklik debugger bağlantısını da etkiliyor
  • Normalde güç döngüsünden hemen sonra bağlanan bir yardımcı araçla kurtarma yapılabilir; ancak bu küpe yapısında güç beslemesini debug üzerinden kontrol etmek zor
• Son durumda duty cycle yaklaşık %0,25, toplam akım tüketimi yaklaşık 8 mA

Bitmiş ürün ve kaynak kodu

• Tamamlandıktan sonra ikinci küpe de aynı yöntemle üretildi; video çekim ekipmanının çalışma alanını engellemesi ek bir zorluk yarattı
• Takılı fotoğrafla birlikte, uzun pozlama ve flaş birleştirilerek LED izlerinin kaldığı görüntüler denenildi
• Projenin kaynak kodu rozetle aynı; git.mitxela.com ve GitHub üzerinde bulunuyor
• Daha sonra küpelerden birinin ortasındaki ölü LED değiştirildi; ayrı bir proje sayfası yerine onarım videosu yayımlandı

[GN⁺]

Hacker News yorumları

• Tasarım açısından daha endüstriyel versiyonu hoşuma gitti; daha siberpunk görünüyordu. Yine de bu da çok temiz.
  Şaşırtıcı olan, 0,65×0,65 mm RGB LED bulunması; yazıda geçen LED’in uzun kenarının karesi kadar bir boyut. Kalınlığı da yalnızca 0,25 mm, yani birkaç yaprak kâğıt kalınlığında. Böyle bir şeyi yüze yapıştırıp makyajla doğal biçimde harmanlarsanız epey siberpunk bir etki elde edilebilir. Kablolamayı da isterseniz neredeyse istediğiniz kadar ince bulmak mümkün.

  • 5-10 yıl kadar önce LED kirpikler bir ara popüler olmuştu. Üst göz kapağına yapıştırılıyor, çok ince bir kablo da kulak yakınındaki pile gidiyordu.
    Elektriksel olarak nasıl çalıştığını bilmiyorum ama üst seviye olanlar, üst göz kapağı boyunca ayrı ayrı kontrol edilebilen LED’ler varmış gibi görünüyordu ve epey havalıydı.

• “Etkileyici bir elektronik projesi ama gerçekten kim takmak ister ki böyle bir küpeyi?” demek şaka gibi. STEM alanındaki kadınlar arasında böyle bir set için epey para ödeyecek çok kişi olur bence.
  industrial[0] biraz fazla anlaşılması zor, led-ring variant[1] ise biraz sade kalıyor; ama tam LED matrisi gerçekten çok etkileyici.
  [0]: https://mitxela.com/projects/scaffold
  [1]: https://mitxela.com/projects/charliestar

  • Katılıyorum. Kulağım delik değil ama bir küpeye bakıp bu kadar imrendiğim pek olmamıştı.

• Gerçekten harika; bunu satın alıp takacak çok kişi tanıyorum. Ürünleştirip şarj edilebilir hâle getirir ve LED programlamayı da kolaylaştırırlarsa kesin satar gibi geliyor.

  • Neyse ki asıl yazar açısından o kısım çok kolay. Teknoloji medyasının bu hikâyeyi kapmasını bekleyip, Temu’da benzer ürünlerin çıkmaya başlamasını rahatça izlemek yeterli.
  • Şarj edilebilirlikten emin değilim ama programlama için LED dizisinin ortasına küçük bir kızılötesi alıcı koymak yeterli olabilir. Tek yönlü veri aktarımı yeterli; Bluetooth fazla kaçar.
  • Burada ağırlık da yavaş yavaş sorun olabilir gibi. Pili kulağın arkasında bir yere saklamak yardımcı olur ama kavramsal zarafeti bozar.
  • Sonunda yaygınlaşmasından endişeliyim. Ne de olsa gösteriş uğruna daha fazla elektronik atığa mutlaka ihtiyacımız var…

• Web sitem yazarın https://mitxela.com/projects sayfası gibi görünür hâle gelirse hayatta başarılı olduğumu ilan edebilirim.

  • Keşke o kadar yetkinliğim, enerjim, zamanım ve ekipmanım olsa.
  • Aynen; gerçekten çok sayıda ilginç proje var ve bunların önemli bir kısmı da tamamlanmış.

• Bundan yola çıkarak kolye ucu, OLED ekran ve kulağa takılıp bağlanan ayrı bir pil tutucu gibi fikirler karaladım [1].
  Benzer bir tasarım kulaklıklar veya IEM’ler için de harika olabilir; özellikle ışıkları müzikle senkronize etmek mümkünse. Ciddi söylüyorum, herkes aklındaki tasarımları karalamayı öğrenmeli. İyi çizmenize gerek yok; fikri aktarabilecek kadar olması yeterli.

  1. https://i.ibb.co/wwTKNJ2/image.jpg

• Bu ölçekte mümkün mü bilmiyorum ama sese veya müziğe göre seçici biçimde animasyon ya da nabız efekti veren bir versiyon gece kulüplerinde çok iş yapar gibi.

• PCB’leri 2×2 katmanlı sandviç olarak üst üste koyduklarını görmek oldukça güzel. Küçük ölçekli üretimde 1-2-1 PCB’den daha ucuz olur; Apple da aynı yöntemi kullanıyor.

• Mike Harrison’ı ilham kaynağı olarak anan bir videoya zaten olumlu bakarım. https://electricstuff.co.uk/

  • Bu yorumun paylaşılan yazıyla nasıl bir ilgisi var, pek anlayamadım.

• En küçük yuvarlak OLED ekranın ne boyutta olduğunu merak ediyorum. Burada kullanılan 0201’den bir kademe küçük 01005 LED’ler de var ama o seviyeye inince OLED ekranla fiilen benzer hâle geliyor.

  • 0,5 inçe, yani 12,7 mm’ye kadar inen modeller görüyorum; ama hepsinin konnektörü büyük, gizlemek ya da bir mikrodenetleyiciye bağlamak için epey uğraşmak gerekecek gibi.
  • İndiyum galyum arsenit ve galyum nitrür muhtemelen OLED’den çok daha uzun ömürlüdür ve daha yüksek sıcaklıklara da dayanabilir. Ancak kapsülleme reçinesi için aynı şey geçerli olmayabilir.

• Bu noktada boyutu küçültmenin önündeki en büyük sınır LED’in kendisi değil, via gibi görünüyor. LED’de 3 pad varsa ve dıştaki 2 pad birbirine bağlıysa, via kullanmadan tek yüzlü bir kart üzerinde matris yapılabilir.

  • OLED mikroekran nasıl olur? Full HD ve binlerce nit parlaklık da mümkün.
  • LED’lerin arasına 0201 0 Ω direnç koyup hatları bağlarsak nasıl görünür merak ediyorum. Satır hattının üzerinden geçen bir jumper gibi kullanmak. Kare piksel aralığı isteniyorsa oldukça iyi uyabilir.
  • Tek seferlik bir üretimse LED’leri öylece yerleştirip çok dikkatli şekilde emaye kaplı tel ile elle kablolamak da mümkün olmaz mı? İzolasyon için biraz Kapton bant da eklenir.