초코볼의 inside Tech

알리에 처음 눈을 뜨기 시작하던 2017년쯤에 Transistor Tester 라는 것을 구입해서 납때해서 만들고, 잘 사용하고 있었습니다.

전자 부품 테스트 하기에는 이만한 것이 없죠.

* Hardware | Transistor Tester

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Transistor-Tester

이 테스터기에 사용되는 건전지가 9V 인데, 교체하게 되면 케이스 안에 수납되어 있는 형태라 반분해를 해야 해서 매우 귀찮습니다.

또한 새로 건전지를 구매해야 하기도 하구요.

3년 썼더니만, 올 것이 왔습니다.

1. 대세는 무선 충전

일전에 휴대폰용 무선 충전 DIY 할 때 봐 놨던 제품이 생각나, 이놈도 무선 충전으로 개조해 보기로 합니다.

* Hardware | 무선충전기를 만들어 보자 DIY

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-Wireless-Charger-DIY

동일한 날 다른 부품도 AliExpress 에서 주문 했더니만, 동시에 도착했습니다.

필요한 구성품은 다음과 같습니다.

- 무선 충전 코일 (receiver)

- 충전 5V input / 9V output 컨버터 모듈

- 3.7V 배터리

2. 무선충전 receiver 코일

자기장을 이용하여 전기를 만들어 주는 코일 입니다. 디자인이 심플하고 소형이어서 딱 사용하기 좋은 크기네요.

* DIY Qi Standard Wireless Charging Coil Receiver Module Circuit Board DIY Coil For Phone For Battery 5V 1A Fast Quick Charger

- https://www.aliexpress.com/item/32995630744.html

특징은 웹사이트에서 가져왔습니다.

Features

1. Pure copper coil, high permeability, low loss, assuring fast charging.

2. Can charge the battery directly.

3. Charging current is around 5V 1A.

4. Can be directly connected to the phone's motherboard, the phone will display wireless charging.

5. Red is positive and gold is negative. The wire can be bent freely.

Specification

Material : PCB

Product Name : Wireless Charger Receiver Module

Input Power : 5V 1A or 9V 0.5A

Output : Power up to 5W

Charging Efficiency : 75%

Transmission distance : 2~8mm

Charger Applicable Form : Wireless Charger

Executive Standard : Qi Wireless Charging Standard

Product Certification : CE/FCC/ROSH

Board Size : 1.9 * 3.2cm / 0.7 * 1.3in

Copper Coil Size : 4.1 * 2.9cm / 1.6 * 1.4in

Cable Length : 5cm / 2.0in

Weight : approx. 6g

Note

Wireless charging = transmitter + receiver (both can be charged together)

1. There is a "charger" (i.e. coil patch) : If your phone has a built-in "receiver", or you have already purchased a "receiver" in another home, then you only need to buy a "transmitter" Charging.

2. There is a "generator" (i.e. the base) : If you have already purchased the "transmitter", then you can just recharge by purchasing the "receiver".

Package List

1 * Charger Receiver Module

소형인지라 코일과 breakout board 가 앙증맛게 생겼습니다.

PCB 도 말랑말랑한 재질이라 여러 환경에서 사용될 수 있도록 제작되었습니다.

뒷면입니다. iPhone / Android 에 무선 충전 모듈이 없는 스마트폰에 사용할 수 있게끔 만들어져 있습니다.

3. 컨버터 모듈

충전 코일 / 배터리 등을 연결하고 9V를 출력해주는 모듈 입니다.

* Charging Step Up Booster Module Dc 5v-12v To 9v/12v For 18650 Lithium Battery Ups Voltage Protection Converter Charge Discharge

- https://www.aliexpress.com/item/4000123591565.html

크기가 그리 크지 않아, Transistor Tester 밑의 공간, 즉 9V 건전지가 위치한 공간에 무리 없이 들어갈 듯.

이 부품을 선택한 이유는 5V 계열로 충전하고 / 3.7V Lithium Ion 배터리를 충방전 / 9V 출력을 내주는 기능이 모두 들어있기 때문입니다.

12V output 버전도 있지만, 9V output 버전을 구매했습니다.

1. Description

It is a UPS uninterruptible power supply control board.

2. Features

1) Support charging and discharging at the same time

2) Large current

3) Small size

4) High efficiency

5) Support short circuit protection

3. Parameters

1) Product Name : UPS Voltage Converter Module 

2) Working Voltage : DC 5.0V~12.0V

3) Output Voltage : DC 9.0V

4) Output Power : 9W

5) Support Battery(No include!) : 3.7V Lithium or polymer battery 15Ah(Max)

6) Working Temperature range : -40℃~85℃

7) Working Humidity range : 0%~95%RH

8) Size : 50*20*6.3mm

4. Using Steps

1) Connect right input voltage at input terminal.

2) Check output voltage by voltmeter and ammeter.

3) Connect battery at B+ and B-.

5. Note

1) Its max output current is 1A and can not keep output 1A.

2) The positive and negative poles of the input power supply cannot be reversed Otherwise the module will be damaged.

3) Users can install a common anode Red-Blue LED by yourself as charging indicators. Blue light indicates whether there is a load at output. Keep Red is charging. There is no battery if Red flashing. Red OFF if charged.

4) Due to the large current, it is recommended to use a thicker wire. Wire cross-section greater than 1.5 square millimeters.

5) Please read use manual and description before use.

6. Application

1) Ordinary power supply

2) Battery charger

3) Mobile power

4) Power conversion

5) Infrared alarm

6) Network equipment such as switches

7) Router

8) Battery car modification

7. Package

1) 1pc UPS Voltage Converter Module

이놈도 다른 부품 도착할 때 같이 왔네요.

알리에서 전자 부품이 도착하는 평범한 모습.

깔끔한 PCB.

전압 control 및 안정용 IC chip 들이 보입니다.

입력부와 출력부 등에는 코일 부품으로 전압 제어용 인덕터와 IC 들이 달려 있습니다. 정전압 다이오드 등도 보이네요.

왼쪽 부분에 LED1 으로 표시된 곳이 상태 indicator 용 LED 가 위치하는 듯 합니다만, 3 pin LED 는 동봉되어 있지 않았습니다.

찾아보니, 3-pin LED 는 + 또는 - 를 공유하는 LED 2 개가 하나로 되어 있다고 하네요.

* LED pinouts – 2, 3, 4-pin and more

- http://lednique.com/leds-with-more-than-two-pins/

0805 SMD LED 를 사용하면 될 듯 하군요. 마침 자가 arduino 만들어 보려고 구입해 놓은 0805 SMD LED 가 있으니 활용해 보면 되겠습니다.

SMD LED 실장시에는 극성을 조심해야 합니다.

밑의 사진처럼 Red / Green LED 를 이쁘게 잘 붙였습니다.

4. 배터리

3.7V Lithium Ion 배터리는, 방사능 측정기 DIY 때, battery upgrade 하고 남은 것을 활용합니다.

집안에서 3년동안이나 굴러다니고 있었는데, 잘 되었어요.

* Hardware | bGeigie Nano 의 battery 를 업그레이드 해보자

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-bGeigie-Nano-battery-upgrade

Lithium Ion / Polymer 배터리의 표기들이 3.7V / 4.2V 두 가지고 있는데, 이는 동일한 스펙이고 다른건 아니라 합니다.

3.7V 는 평소 voltage 이고, 4.2V 는 peak voltage 라고 하네요.

* Voltages | adafruit

- https://learn.adafruit.com/li-ion-and-lipoly-batteries/voltages

For example, almost all lithium polymer batteries are 3.7V or 4.2V batteries. What this means is that the maximum voltage of the cell is 4.2v and that the "nominal" (average) voltage is 3.7V.

그 사이 한번도 충/방전을 안했는데도 3년동안 voltage 가 변하지 않았네요. 용량도 그대로 였습니다.

5. 연결

충전용 receiver coil 과 converter module 을 납땜하고 무선 충전 해 봅니다.

충전쪽으로 가는 전압은 약 4V.

출력은 9.19V 나와서 정상 동작 하네요.

이제 테스터기 본체를 분리하고, 9V 연결선을 제거.

Converter module 에서 본체로 가는 선은 조금 굵은 것을 사용하고자, 예전에 구입한 충전 connector 에서 적출한 선을 사용 했습니다.

배터리는 선이 짧아서 연장해주고 쇼트를 막기 위해 수축 튜브로 마무리.

전원 스위치 ON 하니, converter module 에 납땜한 녹색 0805 SMD LED 이 켜지면서 전원이 들어 옵니다.

전압도 문제 없습니다.

충전하면서 전원을 켜도 잘 작동 하네요.

충전과 출력이 동시에 되고 있다는 것을 알려주는 LED 가 이쁘게 잘 들어오니, 상태 확인이 쉽습니다.

6. 조립

기판 뒷면에 배터리와 PCB 가 들어가게 되는데, 쇼트 방지를 위해 쿠션을 제단하여 깔아 줍니다.

밑판에 캡톤 테이브로 코일과 회로를 고정해 줍니다.

Converter module 은 그 크기가 테스터기 아래부분의 뒷면에 맞춤형 처럼 들어 맞네요.

투명 아크릴 케이스이고, 캡톤 테이프가 노란색을 띄어서 그런지 멋지게 보입니다.

이번 프로젝트는 구상한 대로, 만족스러운 결과가 나와서 기분이 좋습니다.

7. 실사용

조립 후, 충전기 위에 올려 놓으면 충전 불이 들어오면서 문제 없이 충전 됩니다.

충전이 완료 되면 모든 불이 꺼집니다.

충전 중에 전원을 키면, 역시나 동시에 불이 켜지구요.

전체 샷은 이렇게 보여요.

8. 미세 전류

대기상태가 되면, Green LED 가 아주 조그맣게 깜빡입니다.

아마도 확인 전류인 듯 한데, 미세하게 깜빡이면서 소비되는 전류가 싫다면 LED 를 제거하면 되겠죠.

그래도 사용 중에 불이 들어오는 모습이 멋져 그냥 놔두기로.

FIN

1. SMD

Surface-Mount Device 의 약자로, PCB 기판을 뚫고 납땜하는 것이 아닌, PCB 기판 위에 바로 납땜할 수 있는 부품을 일컫습니다.

결과적으로 PCB 의 상하부 양면을 다양한 부품들로 채울 수 있고,

부품 자체를 소형화 할 수 있어, 제한된 공간 안에 많은 부품을 실장할 수 있는 장점이 있습니다.

다만, 작아진 부품 크기로 인해, 일반 인두기로는 한계가 있습니다.

그리하여, SMD 납땜은 다음과 같은 준비가 필요합니다.

- Solder Paste : 납 알갱이와 flux 가 결합된 paste. 가열하면 이쁜 납 접점이 만들어 집니다.

- 액체 Flux : 비교적 낮은 온도로 납을 녹여 패턴을 정리할 수 있슴.

- 온풍기 : 작은 소자에 열을 가해야 하므로, 인두기가 아닌 뜨겨운 바람으로 가열해 주는 장비.

- 트위저 : 핀셋 같은 것으로, 작은 부품을 세밀하게 위치시킬 수 있는 기구.

Arduino 를 DIY 하면서 SMD 실장을 하게 되었고, 그 시행착오 과정을 공유해 봅니다.

2. Solder Paste

솔더 페이스트는 주걱으로 떠서, 스텐실 위에 바르는 형식과, 주사기 같은 형식이 있습니다.

* High quality 35GSolder Paste Flux Original HK MECHANIC Soldering Paste XG-40 XG-50 XG-Z40Solder Tin Sn63/Pb67 For soldering iron

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스텐실이 없어 불필요함에도, 왜 구입했는지 이유는 모르겠지만, 깡통형과 주사기형 둘다 구입했습니다.

주사기형은 위와 같습니다. 183 도쯤에서 녹는다고 하네요.

구글에서 찾은, Solder paste 가 발라진 모양을 보면 아래 사진과 같습니다. 저게 녹아서 깔끔한 납접점을 만들어 줍니다.

인두기로 지져서 하는 납땜과는 결과물이 하늘과 땅 차이 입니다.

3. Solder Paste 주둥이

위의 주사기형 solder paste 는 조금씩 사용하기에는 주둥이가 너무 넓습니다.

조금씩 짜서 사용하려면, 주사기 바늘같은 제품이 필요합니다.

* 10pcs/set Dispensing Needles Syringe Tip Needle 1.5" Length 14 Gauge Syringes for Mixing Many Liquid

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위의 링크에서 구입했습니다.

도착샷은 예의 입니다.

각각 따로 구입한 solder paste 와 바늘.

설마 맞을까 했지만 기우.

딱 들어맞고 고정되는 바늘.

4. 트위저

끝이 뭉툭한 일반 핀셋으로는 힘들고, 끝부분이 첨예하게 만들어져 있는 트위저가 필수 입니다.

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도착샷은 예의.

2천원 정도에 이정도 제품이면 만족.

이 정도로 예리해야 조그마한 SMD 부품들을 집어서 원하는 위치에 안착시킬 수 있습니다.

오무렸을 때, 이렇게 끝이 딱 맞아야 사용하기 편합니다.

살짝 꺾인 트위저가 손목이 편한 상태로 작업이 가능합니다.

딱 2천원 정도의 품질. 많이 아쉬운 부분.

비교적 길이가 긴 부품을 잡을 수 있는 트위져.

강철로 만들어져 있어서, 끝 맞춰 보겠다고 구부려서 구부려지는게 아님.

5. 주사기

액체 Flux 를 적당량 뿌리기 위한 주사기도 필요합니다.

일반 약국에서 500원인가... 주고 샀던 기억이 (확실하지 않지만, 매우 저렴).

그냥 사용하기에는 너무 위험하니, 끝부분을 잘라냅니다.

액체 플럭스를 주입하고 사용하면, 엄청 경제적으로, 소량 / 적정량을 사용 가능합니다.

주사기를 활용하기 전까지는 거의 들이 붙다 싶이 하여, 필요 없이 많이 낭비했습니다.

액제 플럭스 구입기는 아래 링크 참조.

* Hardware | 납땜 주변 용품

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-soldering-gadgets

6. 열풍기 / 오븐

열풍기로는 부분적으로 가열할 수 있어, 원하는 부분만 땜을 할 수 있습니다.

오븐을 이용하더라도 solder paste 를 녹일 수 있습니다.

다만, 오븐을 사용하면, PCB 전체를 가열하게 되므로, 작업을 한방에 해결할 수 있도록 밑작업이 필요합니다.

오븐 취득기는 아래 눈물의 포스트를 참고해 보세요.

* Hardware | SMD 부품 납땜용 오븐 취득기

- https://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-SMD-soldering-oven-salvage

오븐을 이용하여 solder paste 를 녹이면, 다음 동영상처럼 진행됩니다.

바쁘신 분은 40초부터 보시길.

제가 구한 오븐을 가지고 작업하면, solder paste 가 녹는 온도인 183도까지 대략 3분정도 걸립니다.

(알기 쉽도록 아래 사진에서는 타이머 10분부터 시작)

"쪼륵~" 하면서 붙는 모습을 지켜 보는 것이, 왠지 모를 쾌감.

7. Solder Paste 납땜의 주의점

아래는 실패한 arduino duemilanove 기판입니다. 좋은점과 실패한 부분을 하나씩 짚어 보죠.

- 빨간색 화살표 : solder paste + 오븐 작업 후, IC 다리가 서로 붙은 상태로 완성되는 경우가 많습니다.

인두기 + 액체 flux 로 살짝씩 지져주면서 정리해 줍니다.

- 파란색 화살표 : LED 전극이 잘못된 것을 알고, solder wick 으로 납을 제거 후, 기판에서 때어 내려고 했으나,

납이 완전히 제거되지 않은 상태에서 힘을 가해버려, PCB 기판 패턴이 일어나버린 상태. 이것때문에 이 기판은 폐기.

- 노란색 화살표 : solder paste 를 아주 조금만 했으나, 가장 적절하고 이쁘게 붙은 케이스.

부족하다 싶을 정도만 solder paste 를 도포하는 것이 맞는 방법인 듯 합니다.

위의 사진은 일반 인두기로 땜한 작품.

열이 너무 많이 가해지거나, 납이 필요 이상 많아진 결과를 보여줍니다.

일반 인두기로는 패턴이 부품 밑으로만 만들어져 있는 납땜은 거의 불가능 합니다.

Oscillator 바닥에 만들어진 패턴에 어찌어찌 인두기로 작업 했으나, 너무 많은 열을 가해서 정상 작동하지 못할 것으로 예상.

그 외의 부분은 납이 필요 이상 많은 경우.

Solder paste 끼리 가깝게 도포되었을 경우, 서로 붙어버리는 결과가.

오픈에서 구운 다음, 빨리 식힌다고 바로 꺼내면, 미처 굳지 못한 납으로 인하여 부품이 떨어져 버리는 결과도 생김.

시간을 충분히 들여, 완전히 식을 때까지 기다리는 것이 필요.

Solder paste 도포 후, 부품 실장 시, 살포시 올려만 놓으면, 삐뚤삐툴하게 고정됩니다.

Solder paste 도포한 위에, 부품을 꾹 눌러서 안착시키는 것이 필요.

더욱이 부품이 확실히 붙지 못하고 분리되어 버릴 수도 있슴.

부족하다 싶은 정도가 가장 적절.

대략 이런 모양으로 되면 best.

빨간색 사각형 안은, 전원 관련 부품들이 올라갈 부분이며, 패턴 면적도 크므로, 일반 부품보다 많이 도포한 케이스.

파란색 사각형 안은, 밀집된 IC 다리일 경우, 지그재그로 하면, 서로 붙지도 않고 후처리 필요 없는 깔끔한 땜이 됨.

Before.

After. 어때요? 잘 되었죠?

(4개 기판 실패 후, 겨우 성공)

세밀한 다리를 가지는 IC 는 최소한의 solder paste 만을 사용.

8. 양면 기판일 경우

양면 PCB 의 경우는 한쪽을 굽고, 열을 차단시키는 캡톤 테이프로 감쌓아,

반대편 작업 시, 먼저 작업한 부품들이 이탈되는 것을 방지.

양면 PCB 기판이지만, 위의 과정을 통해 성공한 케이스.

뒷면도 깔끔하게 마무리 되었습니다.

시행착오를 꽤 겪었지만, 하나씩 알아가는 것이 즐겁습니다.

이 경험들을 바탕으로, 최종적으로 성공한 arduino DIY 글을 올려보도록 하겠습니다.