Boeing 737NG Homecockpit
5.3 Fertige Karten kaufen oder selber löten?
Grundsätzlich gibt es 2 Möglichkeiten an Opencockpits- Karten zu kommen. Entweder sie werden komplett fertig bestückt und getestet gekauft oder man kauft die Karte als Set um sie selber zusammenzulöten.
Eigentlich ist es auch möglich die Karte komplett selber herzustellen. Alle Bauelemente können in irgendeinem Elektronikteilehändler gekauft werden und das Layout des PCB (Leiterplatte) wird auf der Homepage von Opencockpits als Gerber Daten zur Verfügung gestellt. Der IC- Code ist ebenfalls Opensource und wird da zum Download angeboten.
Diese Variante ist ziemlich sicher die kostengünstigste, setzt aber einige Kenntnisse und „Werkzeuge“ voraus um die Leiterplatte herzustellen und den IC zu „beschreiben“.
Mir ist diese Variante zu aufwändig aber wer sich dafür interessiert findet im Internet viele Informationen und Berichte zur Leiterplattenherstellung und zum Programmieren von IC’s.
Ich habe meine Karten als Set gekauft und sie selber bestückt. Das Löten bedingt eine ruhige Hand, entsprechendes Werkzeug zum Löten und etwas handwerkliches Geschick. (Wer dies nicht mitbringt, sollte vielleicht auch besser keine OC- Karten kaufen)
Das Löten der Karten ist aber bestimmt für jeden durchschnittlich Begabten (wie mich) machbar.
5.3.1 Löten der Karten
5.3.1.1 Werkzeuge
Der richtige Lötkolben
Benötigt wird ein Lötkolben mit feiner Spitze. Es braucht kein elektronisch- gesteuerter Lötkolben mit Temperatureinstellung zu sein. Ein Lötkolben mit Temperatursteuerung vereinfacht aber das Löten, weil die jeweils optimale Temperatur eingestellt werden kann. Es ist zu beachten, dass teils wärmeempfindliche Bauteile eingelötet werden müssen und es deshalb von Vorteil ist, wenn nicht die volle Leistung des Kolbens auf das Bauteil wirkt. Bei Steckern oder anderen massiveren Bauteilen mit grosser Masse ist es vorteilhaft wenn wir genügend Leistung zur Verfügung haben und den Temperaturregler nach oben drehen können.
Bestimmt fehl am Platz ist aber ein Grosslötkolben wie er zum Beispiel bei Spenglerarbeiten eingesetzt wird!
Das richtige Lot
Mindestens genau so wichtig wie der Lötkolben ist das richtige Lot.
Das manuelle löten (von Hand) funktioniert am einfachsten, wenn wir ein Lot mit mindestens 60% Blei verwenden. Der Lötdraht sollte einen Durchmesser von 1.5 bis 0.5mm (je nach Bedarf) aufweisen und eine Flussmittelseele auf Kolophonium-Basis haben. Wichtig ist auch, dass das Lot säurefrei ist um keine Langzeitbeschädigungen zu verursachen. Die Säure würde sich durch die vergoldeten Pads und durch den Lötstopplack der Leiterplatte fressen und langfristig zu Leiterunterbrüchen oder Kurzschlüssen führen.
Flussmittel
Auf keinen Fall zusätzliches Flussmittel und Lötfett verwenden. Dieses ist meist nicht säurefrei. Das Flussmittel im Lot ist mehr als ausreichend.
Die dritte Hand
Ein praktisches Hilfsmittel zum Löten ist die Sogenannte dritte Hand. Diese erleichtert das Fixieren von Bauteilen auf der Leiterplatte. Diese kleine Vorrichtung gibt es in verschieden Ausführungen relativ kostengünstig im Baumark. Es können aber auch nur Wäscheklammern usw. zum Festhalten der Bauteile verwendet werden
Entlötlitze / Entlötsaugpumpe
Irgendwann wird es passieren; Ein Bauteil muss ausgelötet werden.
Um ein Bauteil wieder zu entlöten gibt es zwei Hilfsmittel:
Die Kupfer- Entlötlitze wird mit dem Lötkolben von oben auf die Lötstelle gedrückt und erwärmt. Das Lot wird durch die Kupferlitze wie mit einem Schwamm aufgesogen.
Die zweite Möglichkeit ist die Verwendung einer Entlötsaugpumpe. Die Pumpe wird vorgespannt, die Lötstelle mit dem Lötkolben erhitzt bis das Lot flüssig ist, die Saugpumpe an die Lötstelle gehalten und mit einem Tastendruck das Vakuum der Pumpe ausgelöst. Das flüssige Lot wird in die Pumpe gesogen. Bei der Verwendung von solchen Pumpen ist aber Vorsicht geboten. Bei durchkontaktierten Bohrungen (zum Beispiel die Bohrung wo Widerstände, ICs, usw. eingelötet werden) kann die Kontaktierungsbuchse mit eingesogen werden und somit entsteht ein Leiterunterbruch. Immer darauf achten dass die Lötstelle nicht zu heiss wird. Allgemein beim Löten gilt: nur so heiss als nötig!
5.3.1.2 ESD (electrostatic discharge)
Ich möchte es nicht unterlassen auch hier kurz auf ESD einzugehen. Nachfolgend die Definition von ESD gemäss www.wiikipedia.de:
„Elektrostatische Entladung, kurz ESD ist ein durch große Potenzialdifferenz in einem elektrisch isolierenden Material entstehender Funke oder Durchschlag, der einen sehr kurzen hohen elektrischen Stromimpuls verursacht. Ursache der Potenzialdifferenz ist meist eine Aufladung durch Reibungselektrizität. Reibungselektrizität tritt zum Beispiel auch beim Laufen über einen Teppichboden auf, wobei ein Mensch auf ca. 30.000 V aufgeladen werden kann.“
In unserem Fall beim Löten von Elektronikbauteilen wird der Schutz vor ESD bestimmt ein Thema werden. Durch das Berühren von Bauteilen kann sich unser Körper an den Elektronikkomponenten entladen und dadurch die Teile beschädigen. Es gilt zu beachten, dass ein Bauteil nicht direkt nach dem eintreffen des ESD-Schadens ausfallen muss. Dies kann auch Wochen, Monate oder Jahre später passieren. Wir in unserem Fall mit den Opencockpits Karten verwenden nicht hochgefährdete Bauteile, weshalb wir nicht einen voll ESD- geschützten Arbeitsplatz benötigen.
Im Allgemeinen gilt aber folgende Regel um sich möglichst vor solchen Schäden zu schützen:
1. Vermeidung der Aufladung – unvermeidbare parasitäre Aufladungen zu minimieren, zum Beispiel durch Ableiten und Erdung der Körper.
2.Vermeidung von Berührungen der leitenden Teile der Komponenten. Das heisst, zum Beispiel die IC’s nicht an den Beinchen anfassen!
Auch wenn die Gefahr von ESD-Schäden nicht heruntergespielt werden darf ist zu beachten, dass hinter dem ganzen ESD-Schutz auch eine Lobby steht die ihre Schutzprodukte verkaufen will.
Ich denke wenn ihr die Karten nicht in einem Raum mit Teppichboden Lötet und der Raum nicht eine all zu tiefe Luftfeuchtigkeit aufweist, hält sich die Gefahr von ESD-Schäden in Grenzen und ihr könnt ohne schlechtes Gewissen eure Karten löten.
5.3.1.3 Bauteile
Die Opencockpits Karten werden mit unterschiedlichsten Bauteilen bestückt. Unter Bestücken versteht man im Allgemeinen das Auflöten der einzelnen Bauteile auf der Leiterplatte. Neben einer guten und korrekten Lötverbindung gibt es zwei weitere wesentliche Punkte zu beachten:
1.) Einige Bauteile müssen funktionsbedingt richtungsorientiert eingelötet werden.
2.) Die Bauteile müssen an der richtigen Position eingelötet werden.
Mit „richtiger“ Position meine ich ausdrücklich auch auf der richtigen Leiterplattenseite. Im Eifer des Gefechts ist ein Bauteil schnell mal auf der falschen Leiterplattenseite eingelötet.
Anschliessend einen Kurzen Überblick über die meist verwendeten Bauteile auf Opencockpits Karten. Die Reihenfolge wie sie aufgeführt sind entspricht auch in etwa der Reihenfolge wie sie auf die Leiterplatte gelötet werden sollten. Mit andern Worten die Bauteile sind von unempfindlich nach empfindlich sortiert (Wärme).
Widerstände
Ein Widerstand ist ein zweipoliges passives elektrisches Bauelement zur Realisierung eines ohmschen Widerstandes in elektrischen und elektronischen Schaltungen. Widerstände werden beispielsweise verwendet, um
- den elektrischen Strom auf sinnvolle Werte zu begrenzen
- die elektrische Spannung in einer Schaltung aufzuteilen
- elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln.
Ausser dass Widerstände auf den Opencockpits Karten verwendet werden, wird zum Beispiel auch vor jede LED ein Widerstand gelötet um die Spannung zu reduzieren und den Strom zu erhöhen. Widerstände werden meist mit Farbringen gekennzeichnet. Durch die verschieden Farbigen ringe lässt sich die Grösse des Widerstands (in Ohm) und die Toleranz bestimmen. Im Internet gibt es einen sehr guten Widerstandsrechner der auch das Bestimmen der Widerstandgrösse erheblich erleichtert. (Widerstandsrechner 1.0)
http://www.ab-tools.com/de/software/widerstandsrechner
Widerstände sind wärmeunempfindlich und auch gering ESD gefährdet. (siehe dazu auch Kapitel ESD)
Kondensatoren
Ein Kondensator (von lateinisch condensare ‚verdichten‘) ist ein passives elektrisches Bauelement mit der Fähigkeit, elektrische Ladung und damit zusammenhängend Energie zu speichern. Die Fähigkeit, Ladung zu speichern, wird als elektrische Kapazität bezeichnet und in der Einheit Farad gemessen. Kondensatoren wirken Spannungsänderungen aufgrund ihrer Ladungsspeicherfähigkeit entgegen, während eine Spule Stromänderungen entgegenwirkt. Kondensatoren sind im Allgemeinen nicht wärmeempfindlich und beschränkt ESD gefährdet.
LED’s und Dioden
Eine Diode ist ein elektrisches Bauelement, das Strom nur in einer Richtung passieren lässt und in der anderen Richtung als Isolator wirkt. Daher wird von Durchlassrichtung und Sperrrichtung gesprochen. Bei Wechselstrom bewirken Dioden aufgrund ihrer Eigenschaften eine Gleichrichtung, also eine Umwandlung in Gleichstrom. Die Funktion von Umwandlung in Gleichstrom ist bei den Opencockpits Karten unrelevant, da diese Karten auf jeden Fall mit Gleichstrom betrieben werden! Insbesondere bei der Mastercard gibt es einige Dioden richtungsorientiert einzulöten. Dioden in dieser Grösse sind meist mit einem Farbring gekennzeichnet um die Einbaurichtung („Durchlassrichtung“) zu bestimmen.
Die LED ist wie es der Name sagt (Leucht Diode) auch eine Diode und gleich zu behandeln. Dioden sind im Allgemeinen nicht wärmeempfindlich und beschränkt ESD gefährdet.
Anschlussstecker (USB, Seriell, Parallel, Kastenanschlussbuchse-/ Stecker, Schraubkl.)
Verschiedene Anschlussstecker- und Buchsen dienen zur Kommunikation mit anderer Hardware wie zum Beispiel dem PC oder der Schalter, LED’s etc. des Homecockpits. Diese Elemente sind nicht wärmeempfindlich und auch nicht ESD gefärdet und benötigen teils viel Heizleistung des Lötkolbens.
IC’s (Integratet Circuit, integrierter Schaltkreis)
Ein IC ist eine auf einem einzelnen (Halbleiter-) substrat (Chip) untergebrachte elektronische Schaltung bestehend aus miteinander verdrahteten elektronischen Bauelementen. Er wird daher auch als Festkörperschaltkreis oder monolithischer Schaltkreis bezeichnet. Ein IC wird in jedem Fall richtungsorientiert eingelötet und ist relativ wärmeempfindlich und auch ESD gefährdet. (siehe dazu auch Kapitel ESD)
5.3.1.4 Lötprozess und Lötstellen, Löten der Opencockpits Karten
So, nun hab ich wirklich weit genug ausgeholt. Jetzt wollen wir endlich loslegen und die karten bestücken. Ich erspare mir und euch dass ich hier auf jede einzelne Karte im detail eingehe. Wenn ihr aber beim Löten einer Karte Probleme habt dürft ihr euch natürlich bei mir melden!
Auf der Opencockpits Webseite www.Opencockpits.com findet ihr im Downloadbereich unter der jeweiligen Kartenrubrik Videos und eine PDF- Anleitung in Englisch wo ihr sehen könnt, wo welches Bauteil in welcher Richtung hin kommt. In den PDF Dokumenten ist insbesondere die Komponentenstückliste für das Bestücken der Leiterplatten hilfreich.
Die Videos geben auch Aufschluss über die Reihenfolge wie ihr die Komponenten am einfachsten einlötet. Bitte lasst euch nicht irritieren wenn in den Videos für die IC’s überall Sockel verwendet werden, bei mir waren diese auch nur vereinzelt im Set (nur für IC’s die evt. mal bei einem Versionsupdate ausgetauscht werden können). Beachtet aber dass die IC’s immer am Schluss eingelötet werden. Als allerletztes werden die IC’s in die Sockel gesteckt. Bitte passt auf, dass beim einstecken die kleinen Beinchen auch richtig in den Sockel gesteckt werden. Die Beinchen schieben sich auch gerne zwischen Sockel und Gehäuse des Sockels.
Das Löten versuche ich anhand eines zu lötenden Drahtwiderstands zu erklären.
Als erstes werden die beiden Drähte des Widerstands rechtwinklig abgebogen und durch die beiden kleinen Bohrungen der Leiterplatte geführt. Beachte dass der Widerstand auf der richtigen Seite der Leiterplatte ist und die zwei Drähte auf der Rückseite abstehen. Die Vorderseite der Opencockpits Leiterplatte hat in der Regel den Umriss der Bauteile weiss aufgedruckt. In unserem Fall sollte jetzt unter dem Widerstand ein kleines Rechteck mit dem Buchstaben R und einer Nummer aufgedruckt sein.
Die beiden Drähte des Widerstands können nun etwas nach aussen gespreizt werden damit der Widerstand nicht mehr so einfach herausfallen kann.
(1.) Nun führen wir den Lötkolben an den Draht des Widerstandes. Der Lötkolben muss den Draht wie auch die Leiterplatte selbst berühren.
(2.) Jetzt führen wir vorsichtig den Lötzinndraht hinzu. Am einfachsten ist, wenn wir den Lötdraht genau zwischen den Lötkolben und den Draht des Widerstands führen und etwas Lot abschmelzen. Das Lot umfliesst nun den Draht des Widerstands und die Leiterplatte, besser gesagt das Lötauge der Leiterplatte. – Fertig
Nun kann der restliche, vorstehende Draht mit einer Seitenschneidzange einfach weggeknippst werden.
Das Löten ist eine reine Übungssache und nach ein paar erfolgreichen Lötstellen geht’s auch ziemlich schnell und die Karte ist fertig gelötet.
Wichtig ist dass das Lot die Lötstelle umschliesst und schön silbern glänzt. Eine Richtig gute Lötstelle zeichnet sich dadurch aus, dass das Lot nach unten fliesst und auf der Vorderseite der Leiterplatte am Draht des Widerstandes noch sichtbar ist. Dies ist mir aber auch nicht immer gelungen.
Wer noch nie mit einem Lötkolben gearbeitet hat, sollte erst mit einem verzinkten Draht etwas üben. Einfach mal versuchen zwei Drähte zusammen zu löten und eine schöne Lotstelle zu erhalten.
