Ein vollwertiger Mikrocomputer mit nur einem Millimeter Dicke

Marketingexperten schreiben gerne „in Kreditkartengröße" auf jedes Gerät, dessen Länge und Breite ungefähr mit dem Plastik in Ihrem Geldbeutel übereinstimmen. Die Dicke des Geräts kann dabei leicht einen Zentimeter erreichen. Der eigentliche ISO-78-16-Standard erfordert nur 0,76 mm Dicke. Versuchen Sie einmal, einen Mikrocontroller, einen Akku, einen Bildschirm und drahtlose Schnittstellen in diesen Spalt zu packen, ohne dass die Platine zu zerbrechlichem Glas wird.

Der Entwickler mit dem Handle krauseler hat das Projekt muxcard erstellt. Es ist ein funktionierender Mikrocomputer auf Basis des ESP32-C3 mit E-Paper-Display und NFC, der in etwa 1 mm Dicke passt. Die gesamte Konstruktion passt problemlos in einen standardmäßigen Kartenschlitz.

Was befindet sich in der Karte

Als Basis verwendete der Autor ein standardmäßiges NFC-Kartengehäuse und schnitt Halterungen für die Komponenten aus dem Kunststoff heraus.

Der Prototyp beherbergt vier Hauptkomponenten:

1. ESP32-C3 Mikrocontroller. Der Chip mit Wi-Fi- und Bluetooth-LE-Unterstützung hat eine Nennhöhe von 0,85 mm. Im Schlafmodus mit aktivem RTC-Timer verbraucht er etwa 8 μA. Der Autor testete auch den nRF52832 in einem 0,4 mm dicken BGA-Gehäuse, der noch weniger Strom verbraucht, aber der ESP32 ist einfacher über Arduino und ESP-IDF zu programmieren.
2. 1,54-Zoll E-Paper-Display. Die Matrix mit einer Auflösung von 200×200 Pixel unterstützt partielle Bildaktualisierung. Eine flexible Version des Displays wird verwendet, die leichte Verformungen in einem Geldbeutel verträgt und bei leichtem Druck nicht splittert.
3. NFC-Modul basierend auf RC522. Im Gegensatz zu passiven Tags kann der Chip sowohl ISO/IEC 14-443 Typ A als auch MIFARE-Standardkarten lesen als auch emulieren.
4. LIS2DW12 Beschleunigungsmesser. Die Gehäusehöhe beträgt 0,7 mm. Der Bewegungssensor läuft kontinuierlich und weckt den Mikrocontroller aus dem Schlaf bei Erschütterung oder Drehung.

Das Gerät wird von einem ultradünnen 30-mAh-LiPo-Akku mit den Maßen 23×23×1 mm betrieben. Das Laden erfolgt über flache magnetische Kontakte auf der Rückseite, obwohl der Autor versucht, auch einen корпусный USB-C-Anschluss unterzubringen.

Lithografie auf einem 3D-Drucker und selbstgemachte flexible Platinen

Wenn Sie flexible Leiterplatten (Flex-PCB) in Fabriken bestellen, müssen Sie Wochen warten, Versandkosten bezahlen und hoffen, dass keine kleinen Fehler im Layout vorhanden sind. Der Muxcard-Ersteller wählte den schwierigen DIY-Weg und stellte die Platine zu Hause her.

Die Basis war Kapton-Klebeband mit aufgebrachtem Kupferfolie und einer Schicht Trockenphotolack. Die Leiterbahnen wurden mit einem Standard-Fotopolymer-SLA-3D-Drucker unter Verwendung des UVTools-Programms belichtet. Nach dem Ätzen wiesen die Leiterbahnen eine Klarheit auf, die nahe an der von werksgefertigten Platinen lag. Die Lötpastenschablone wurde aus mehreren Schichten belichteter Photolackfolie zusammengesetzt.

Das Flexkabel des E-Paper-Displays erwies sich als separates Problem. Standardanschlüsse passen physisch nicht hierher – sie überschreiten sofort die Dickentoleranz. Die Lösung bestand darin, dünne Leiterbahnen mit 0,5 mm Rastermaß von Hand mit einzelnen Drähten direkt auf der Platine zu verlöten.

Mechanik und Kampf gegen Biegung

Eine Karte in der hinteren Hosentasche wird unweigerlich biegen. Materialien für gewöhnliche Platinen oder starre Bauteilmontage führen dazu, dass Lötstellen nach dem Hinsetzen ein paar Mal brechen.

Der Autor verwendete die Island-Methode. Große Siliziumchips werden auf starren Zonen platziert, und mechanische Belastung umgeht sie durch speziell berechnete flexible Leiterbahnen auf der Platine. Komponenten haben ein kleines Spiel zwischen den äußeren Schutzschichten der Karte, sodass mechanische Belastung nicht direkt auf die fragilen Chip-Anschlüsse übertragen wird.

Die Akkusituation ist komplizierter. Der 1 mm dicke Akku berührt derzeit die Außenwände der Karte. Um ihn vor Durchstichen und Punktdruck zu schützen, planen zukünftige Versionen auf 0,5-mm-Zellen mit dünnen Edelstahlplatten auf beiden Seiten umzusteigen.

Wofür ist das gut

Das Formfaktor diktiert interessante Anwendungsfälle, in die sperrige Gadgets nicht passen:

• Minimalistisches Wallet für Codes und Tickets. Bordkarten, Rabattkarten oder Fahrkarten können auf dem E-Paper-Bildschirm angezeigt werden. Das Bild verschwindet nicht, wenn der Strom ausgeschaltet ist, und Sie müssen Ihr Telefon nicht herausnehmen.
• Offline-2FA-Generator und Passwort-Tresor. Das Gerät ist vom Netzwerk isoliert, generiert TOTP-Codes per Timer und zeigt sie auf Knopfdruck auf einem kapazitiven Taster auf dem Bildschirm an.
• Taschen-Sicherheits-Audit-Tool. Wie ein Flipper Zero, aber in einem Format, das keine Aufmerksamkeit von Sicherheitssystemen erregt.
• Interaktive Visitenkarte. Zeigt aktuelle Kontakte an, ändert Link-QR-Codes und überträgt das Profil per NFC bei Smartphone-Berührung.

Lohnt es sich, dem Projekt zu folgen

Muxcard befindet sich im Stadium des funktionierenden Prototyps V0.1. Schaltpläne und grundlegende Layoutarbeiten wurden bereits im Repository veröffentlicht. Der Autor sammelt Community-Feedback, testet die Haltbarkeit und bereitet einen Fabrikprototypen vor.

Wenn Sie mit Wearable-Elektronik, ESP32-Mikrocontrollern arbeiten oder einfach Inspiration für dichte PCB-Layouts suchen, setzen Sie ein Lesezeichen für das Repository. Zu studieren, wie jemand versucht hat, ein komplettes System in die Dicke einer Bankkarte zu packen, erweitert wirklich Ihre Horizonte im Schaltungsdesign.