Un microcomputer completo in soli 1 millimetro di spessore

I marketer amano scrivere "delle dimensioni di una carta di credito" su qualsiasi dispositivo la cui lunghezza e larghezza corrispondono approssimativamente alla plastica che teniamo nel portafoglio. Nel frattempo, lo spessore del dispositivo può facilmente raggiungere un centimetro. Il vero standard ISO 7816 richiede solo 0,76 mm di spessore. Prova a infilare un microcontrollore, una batteria, uno schermo e interfacce wireless in quello spazio senza trasformare la scheda in un vetro fragile.

Lo sviluppatore con il nickname krauseler ha creato il progetto muxcard. È un microcomputer funzionante basato su ESP32-C3 con display E-Paper e NFC che si adatta a circa 1 mm di spessore. L'intera costruzione può entrare facilmente in uno slot per schede standard.

Cosa c'è dentro la scheda

Come base, l'autore ha preso un normale alloggiamento per schede NFC, tagliando degli spazi per il montaggio dei componenti nella plastica.

Il prototipo ospita quattro componenti chiave:

1. Microcontrollore ESP32-C3. Il chip con supporto Wi-Fi e Bluetooth LE ha un'altezza nominale di 0,85 mm. In modalità sleep con timer RTC attivo, consuma circa 8 μA. L'autore ha testato anche l'nRF52832 in un package BGA spesso 0,4 mm, che consuma ancora meno, ma ESP32 è più facile da programmare tramite Arduino e ESP-IDF.
2. Display E-Paper da 1,54 pollici. La matrice con risoluzione di 200×200 pixel supporta l'aggiornamento parziale dell'immagine. Viene utilizzata una versione flessibile del display, che tollera leggere deformazioni in un portafoglio e non si romperà sotto una leggera pressione.
3. Modulo NFC basato su RC522. A differenza dei tag passivi, il chip può sia leggere che emulare schede degli standard ISO/IEC 14443 Tipo A e MIFARE.
4. Accelerometro LIS2DW12. L'altezza del package è di 0,7 mm. Il sensore di movimento funziona continuamente e risveglia il microcontrollore dal sonno scuotendolo o ruotandolo.

Il dispositivo è alimentato da una batteria LiPo ultra-sottile da 30 mAh che misura 23×23×1 mm. La ricarica avviene attraverso contatti magnetici piatti sul retro, anche se l'autore sta cercando di inserire anche una porta USB-C da корпусный.

Litografia su stampante 3D e schede flessibili fatte in casa

Quando ordini circuiti stampati flessibili (Flex PCB) dalle fabbriche, devi aspettare settimane, pagare la spedizione e sperare che non ci siano piccoli errori nel layout. Il creatore di Muxcard ha scelto la strada difficile del fai-da-te e ha realizzato la scheda a casa.

La base era nastro Kapton con lamina di rame attaccata e uno strato di fotoresist secco. Le tracce sono state esposte usando una stampante 3D SLA fotopolimerica standard con l'utilità UVTools. Dopo la corrosione, le tracce sono venute con una chiarezza vicina a quella delle schede prodotte in fabbrica. Lo stencil per la pasta saldata è stato assemblato da diversi strati di film fotoresist esposto.

Il cavo flessibile del display E-Paper si è rivelato un problema a parte. I connettori standard non fisicamente non ci stanno—superano immediatamente il limite di spessore. La soluzione è stata saldatare a mano tracce sottili con passo di 0,5 mm usando fili individuali direttamente sulla scheda.

Meccanica e lotta alla flessione

Una scheda nella tasca posteriore dei jeans si fletterà inevitabilmente. Il materiale PCB normale o il montaggio rigido dei componenti farà rompere le giunzioni di saldatura dopo poche volte che ci si siede.

L'autore ha usato il metodo delle isole. I chip di silicio di grandi dimensioni sono posizionati su zone rigide, e lo stress meccanico li aggira attraverso linee di tracce flessibili appositamente calcolate sulla scheda. I componenti hanno una piccola quantità di gioco tra gli strati protettivi esterni della scheda, quindi il carico meccanico non viene trasferito direttamente ai fragili terminali del chip.

La situazione della batteria è più complicata. L'attuale batteria da 1 mm di spessore tocca le pareti esterne della scheda. Per proteggerla da perforazioni e pressione puntiforme, le revisioni future prevedono di passare a celle da 0,5 mm con sottili piastre in acciaio inossidabile su entrambi i lati.

A cosa serve

Il fattore di forma detta casi d'uso interessanti dove i gadget ingombranti non ci stanno:

• Portafoglio minimalista per codici e biglietti. Carte d'imbarco, carte sconto o biglietti del trasporto pubblico possono essere visualizzati sullo schermo E-Paper. L'immagine non scompare quando l'alimentazione è spenta, e non devi estrarre il telefono.
• Generatore offline di 2FA e vault per password. Il dispositivo è isolato dalla rete, genera codici TOTP tramite timer e li mostra sullo schermo al tocco di un pulsante capacitivo.
• Strumento di audit di sicurezza tascabile. Come un Flipper Zero, ma in un formato che non attira l'attenzione dei sistemi di sicurezza.
• Biglietto da visita interattivo. Mostra i contatti correnti, cambia i codici QR dei link e trasferisce il profilo tramite NFC toccando lo smartphone.

Vale la pena seguire il progetto

Muxcard è nella fase di prototipo funzionante V0.1. Schemi e lavoro di layout di base sono già stati pubblicati nel repository. L'autore sta raccogliendo feedback dalla comunità, testando la durata e preparando un prototipo di fabbrica.

Se lavori su elettronica indossabile, microcontrollori ESP32, o vuoi semplicemente ispirazione per layout PCB densi, aggiungi il repository ai preferiti. Studiare come qualcuno ha cercato di adattare un sistema completo nello spessore di una carta di credito amplia davvero i tuoi orizzonti nella progettazione dei circuiti.