設計精密 72 顆 LED 可穿戴手錶：使用 JLCPCB SMT 組裝製作 40 mm 圓形 PCB

最初發布於 Oct 22, 2026, 更新於 Oct 22, 2026

2 分鐘

重點摘要

本案例研究介紹一款採用精密 40 mm 圓形 PCB 製作的 72 顆 LED 可穿戴手錶。你將了解 JLCPCB SMT 組裝如何省去 70 多顆 0603 LED 的手工焊接、ENIG 表面處理如何確保可穿戴應用的可靠性，以及透過鼠咬孔分離耳實現圓形電路板自動組裝的巧妙拼板策略。整個專案涵蓋從 EasyEDA 原理圖繪製、韌體優化，到商用級不鏽鋼外殼整合的完整流程。

簡介與設計動機

製作客製可穿戴硬件，是現代電子領域中最具成就感、同時也最具挑戰性的工作之一。市面上的智能手錶通常依賴複雜 OLED 顯示器和耗電量較高的處理器，而開源專案創作者 Taifur 則希望製作一款極簡、具工業級質感的時計：LED 圓形手錶。

核心構想簡單，但在技術上要求很高：使用由 72 顆獨立 SMD LED 組成的環形顯示器，以 ATmega328P 微控制器和高精度 DS3231 實時時鐘（RTC）驅動。

然而，要將 72 顆 LED 的放射狀電路轉化為可穿戴產品，會遇到多項重大工程挑戰：

機械限制：PCB 直徑不能超過 40 mm，才能放入市售手錶外殼。
組裝複雜度：在 40 mm 電路板上，手工焊接 70 多顆表面貼裝 LED，以及 TQFP-32 細間距 IC，容易出現橋接、對位錯誤和熱應力問題。
極簡外觀：顯示面不能出現難看的排針、笨重連接器或鬆散電線。

為了克服這些障礙，Taifur 使用 EasyEDA 進行原理圖繪製和 PCB 佈局，並依靠 JLCPCB PCB 組裝（PCBA）服務，在一套完整流程中製造和組裝高密度電路板。

系統架構與元件選擇

為確保長期計時準確度和簡潔的視覺效果，硬件架構被分成四個核心功能區塊：

硬件規格概覽

子系統	元件	封裝／規格	功能
主處理單元	Microchip ATmega328P-AU	TQFP-32（0.8 mm 間距）	驅動 LED 多工矩陣並透過 I2C 讀取時間
實時時鐘（RTC）	Maxim Integrated DS3231MZ	SOIC-8／TCXO	維持 ±2 ppm 計時準確度
小時顯示	12 顆 SMD LED	0603 封裝（藍色）	顯示 1 至 12 點鐘位置的小時
分鐘／秒鐘顯示	60 顆 SMD LED	0603 封裝	以 360° 環形方式顯示分鐘和秒鐘
限流	8 組 SMD 電阻網絡	0603／0805	防止 LED 熱失控並調節亮度
電源	CR2032／LIR2032 鈕扣電池	3 V SMD 電池座	安裝於底部 PCB 的緊湊型電源
程式設計介面	6 個外露彈簧針焊盤	2.54 mm 間距鍍金焊盤	ISP／UART 韌體燒錄介面

關鍵電路設計細節

主處理器 ATmega328P-AU：ATmega328P 擁有廣泛的社群支援，並且在睡眠模式下待機電流低。採用 TQFP-32 封裝時，它可以提供足夠 I/O 引腳來驅動多工 LED 陣列，同時維持極薄的實體輪廓。
高精度計時 DS3231 RTC：不同於依靠外部 32.768 kHz 晶體的標準 RTC，DS3231 內置溫度補償晶體振盪器（TCXO）。它可確保每年約 ±2 分鐘的計時準確度，這對沒有 Wi-Fi 或 Bluetooth 同步功能的獨立手錶非常重要。
72 顆 LED 放射狀矩陣：錶面使用 12 顆藍色 0603 LED 顯示小時，並使用 60 顆 SMD LED 顯示分鐘和秒鐘。透過 8 個限流電阻控制多工矩陣，ATmega328P 可以單獨點亮任意小時、分鐘或秒鐘 LED 組合，而不需要笨重的 LED 驅動 IC。

PCB 佈局與可穿戴產品 DFM 設計

為可穿戴產品設計圓形 PCB，需要嚴格遵循可製造性設計（DFM）指南，確保結構完整性和 SMT 元件放置無誤。

雙面元件分層策略

為保持高級商用外觀，元件被合理分配到電路板兩面：

頂層（顯示面）：只放置 ATmega328P MCU、72 顆放射狀排列的 LED，以及 8 個限流 SMD 電阻。這種佈局形成對稱、極簡的錶面，類似精密機械手錶的錶盤。
底層（功能與電源）：放置 DS3231 RTC、去耦電容、調整時間的觸覺按鈕、鈕扣電池夾和程式設計焊盤。

JLCPCB 製造參數與 DFM 合規性

參數	規格／數值
電路板層數	雙層 FR-4
電路板直徑	正好 40.0 mm
PCB 厚度	1.0 mm（針對手錶外殼優化）
外層銅重	1 oz（35 µm）
表面處理	ENIG（化學鎳浸金）
阻焊層顏色	霧面黑色／深綠色
絲印顏色	高對比白色
最小線寬／間距	5 mil／5 mil（0.127 mm）
最小過孔孔徑	0.3 mm 鑽孔／0.5 mm 焊盤
板邊至銅箔距離	≥ 0.3 mm（避免 CNC 銑削時短路）

為什麼 ENIG 表面處理對可穿戴產品很重要

本設計選用 ENIG（化學鎳浸金），而不是標準 HASL。ENIG 對可穿戴應用具有兩項主要優勢：

平整的表面：對 TQFP-32 ATmega328P 和 0603 LED 等細間距元件的焊點可靠性非常重要。
抗腐蝕和抗氧化：鍍金可保護外露焊盤，例如 6 個程式設計焊盤，避免因環境濕氣或皮膚接觸而氧化。

拼板與可分離框架（鼠咬孔）

由於 40 mm 圓形電路板不容易通過自動 SMT 傳送帶，因此電路板被設計在矩形載板框架內，並透過鼠咬孔分離耳（郵票孔）連接。

鼠咬孔規格：直徑 0.5 mm 的孔，以 0.8 mm 間距沿 40 mm 圓周曲線排列。
CNC 銑削：JLCPCB 精密 CNC 外形加工可將 40 mm 圓形外形的誤差控制在 ±0.1 mm 以內，確保電路板能精準放入不鏽鋼外殼。

透過 JLCPCB 和 LCSC 實現一站式 PCBA 組裝

對於包含 70 多個 SMD 元件的專案，最大的瓶頸之一就是手工焊接。在緊湊的 360 度圓形排列中手工焊接 0603 LED，經常會造成元件錯位、焊錫橋接，或因焊鐵熱量過高而損壞 LED 鏡片。

JLCPCB 組裝服務的優勢

LCSC 元件採購：所有標準元件（ATmega328P、DS3231、0603 LED、電阻和電容）都直接從 JLCPCB／LCSC 元件庫中選擇，確保庫存充足，並避免手工採購元件造成延誤。
自動 CPL 和 BOM 匹配：上傳由 EasyEDA 產生的 BOM（物料清單）和 CPL（元件位置清單／貼片檔案）後，JLCPCB 線上視覺化工具可以即時對齊全部 72 顆 LED 的封裝圖形和旋轉角度。
自動光學檢查（AOI）：每塊完成組裝的電路板都會在 JLCPCB 工廠進行 AOI 測試，確保沒有 LED 墓碑效應，也沒有 ATmega328P 引腳橋接。

組裝、韌體與外殼整合

收到完成組裝的 PCBA 後，只需以下四個步驟即可完成手錶：

將電路板與載板框架分離

使用側切鉗，沿預先加工的鼠咬孔分離耳，將主要的圓形手錶 PCB 從外部矩形載板框架上折下。
透過 6 引腳彈簧針夾上傳韌體

若焊接固定排針，PCB 就無法平放在手錶外殼內，因此本設計在底層 PCB 內置 6 個外露測試焊盤，連接至 ATmega328P 的 ISP／UART 線路（VCC、GND、RESET、MOSI、MISO、SCK）。使用連接至 Arduino UNO（設定為 ISP）的 6 引腳 2.54 mm 彈簧針探針夾，或使用 USB-TTL 轉接器，即可在幾秒內完成韌體上傳，完全不需要焊接任何電線。
安裝電池與連接電源

將 CR2032／LIR2032 鈕扣電池座固定在底部接點上。在深度睡眠模式下，ATmega328P 的耗電量低於 5 微安，讓手錶可以使用單顆鈕扣電池運作數月，同時由 DS3231 維持準確計時。
放入不鏽鋼外殼

自行設計 3D 列印手錶外殼，通常會得到體積較大、容易損壞且防水性較差的結構。本專案透過採用商用 40 mm 不鏽鋼手錶外殼，避開了這些問題。得益於 JLCPCB 1.0 mm PCB 厚度和精準的 40 mm CNC 邊緣加工，完成的手錶電路板可以順利放入鋼製外殼，並由帶螺紋的後錶圈牢固固定。

韌體優化與 LED 多工控制

客製的開源 Arduino 程式（led_round_watch.ino）可以高效控制計時和顯示內容。

主要韌體功能

主動顯示觸發：為了保持電池壽命，按下底部觸覺按鈕後，LED 會以流暢的掃描動畫亮起，顯示時間 5 秒，然後返回低功耗睡眠模式。
時間調整模式：長按觸覺按鈕即可進入設定模式，使用者可以直接增加小時和分鐘，而不需要連接電腦。

專案回饋與使用體驗

回顧在 JLCPCB 進行製造和組裝的經驗，專案設計師 Taifur 分享道：

「使用 3D 列印機從零開始設計手錶外殼，通常會顯得不夠精緻，耐用性也不足。採用商用 40 mm 不鏽鋼外殼讓手錶擁有專業外觀，但這也意味著 PCB 必須在嚴格的尺寸限制內精準製造。

讓 JLCPCB 組裝頂層的 72 顆 LED 和 ATmega328P，完全改變了整個專案。手工焊接 70 多顆微小 LED 需要數小時，而且失敗機率很高。ENIG 表面處理看起來非常出色，電路板幾天內就送達，而且第一次修訂版本就能完全正常運作！」

72 顆 LED 可穿戴手錶常見問題

問：ATmega328P 的 GPIO 引腳有限，如何控制全部 72 顆 LED？

本設計採用由限流電阻控制的多工矩陣，讓 ATmega328P 可以單獨控制 12 顆小時 LED 和 60 顆分鐘／秒鐘 LED，而不需要額外的 LED 驅動 IC。

問：如何在不焊接笨重排針的情況下為手錶編程？

韌體透過底層 PCB 上 6 個外露鍍金焊盤進行燒錄，使用 6 引腳 2.54 mm 彈簧針探針夾連接。這種無排針編程方式可以保留手錶外殼所需的機械尺寸。

問：為什麼這款可穿戴 PCB 建議使用 ENIG 表面處理？

ENIG 可提供平整表面，對 TQFP-32 MCU 等細間距 SMT 元件非常重要，同時還能保護外露程式設計焊盤，避免因濕氣和皮膚接觸而腐蝕。

問：鈕扣電池可以使用多久？如何節省電力？

由於 MCU 會保持在深度睡眠模式，耗電量低於 5 µA，而按下按鈕時 LED 只亮起 5 秒，因此手錶使用 CR2032 電池可以運作數月。

問：JLCPCB 如何在自動 SMT 生產線上組裝小型圓形 PCB？

40 mm 圓形 PCB 會製作在矩形拼板框架內，並使用鼠咬孔分離耳連接。自動貼片設備可以先完成元件組裝，最後再將圓形電路板從載板框架上分離。

72 顆 LED 可穿戴手錶結論

72 顆 LED 圓形手錶是一個出色案例，展示現代硬件愛好者如何將 EasyEDA 等開源設計工具，與 JLCPCB 等專業一站式製造服務結合使用。

將高密度 SMT 組裝交由 JLCPCB 處理後，硬件設計師可以專注於創意工程、韌體優化和工業設計，將複雜的 DIY 概念轉化為商用級可穿戴產品。

無論你正在製作客製智能手錶、IoT 感測器徽章，還是高密度 LED 顯示器，JLCPCB 都能提供快速、可靠且價格合理的 PCB 製造和 SMT 組裝服務。

你可以在 OSHWLab 上查看專案檔案，下載 Gerber 和 BOM，並開始製作自己的版本。向 JLCPCB 下單，體驗將像素轉化為精密、具體實物的樂趣。

立即探索更多 EasyEDA Spark 內容！