Разработка и изготовление инфракрасного нижнего подогрева для пайки — различия между версиями
Avp (обсуждение | вклад) |
Avp (обсуждение | вклад) (→Постановка задачи, поиск исполнителей) |
||
(не показано 7 промежуточных версий этого же участника) | |||
Строка 1: | Строка 1: | ||
== Введение == | == Введение == | ||
− | В 2020-м году участниками хакерспейса CADR принято решение оборудовать hardware-зону с рабочим местом для монтажа и ремонта. Для качественного монтажа в некоторых случаях необходимо использовать инструмент "нижний подогрев" обеспечивающий поддержание стабильной температуры поверхности платы и уменьшающий необходимое время нагрева припоя до температуры плавления. | + | В [[Год::2020|2020]]-м году участниками хакерспейса CADR принято решение оборудовать hardware-зону с рабочим местом для монтажа и ремонта. Для качественного монтажа в некоторых случаях необходимо использовать инструмент "нижний подогрев" обеспечивающий поддержание стабильной температуры поверхности платы и уменьшающий необходимое время нагрева припоя до температуры плавления. |
== Постановка задачи, поиск исполнителей == | == Постановка задачи, поиск исполнителей == | ||
− | Для сборки плат, имеющих двухсторонний монтаж элементов, не подходит нижний подогрев, который | + | Для сборки плат, имеющих двухсторонний монтаж элементов, не подходит нижний подогрев, который требует непосредственного контакта с поверхностью платы для передачи тепла. При двухстороннем монтаже используется подогрев работающий на ИК-излучателях, т.к. инфракрасное излучение обеспечивает нагрев <abbr title="Printed circuit board">PCB</abbr>, не имеющих ровной нижней поверхности в случае наличия смонтированных <abbr title="Surface-mounted device">SMD</abbr>-элементов. |
Доступные в продаже готовые устройства имеют высокую стоимость в среднем 20т.р. | Доступные в продаже готовые устройства имеют высокую стоимость в среднем 20т.р. | ||
− | По ТЗ необходимо разработать бюджетное устройство обеспечивающее нагрев | + | По ТЗ необходимо разработать бюджетное устройство обеспечивающее нагрев <abbr title="Printed circuit board">PCB</abbr> с использованием инфракрасного излучения. Устройство должно обеспечивать стабильный результат при известных недостатках. |
− | Команда разработки включала в себя | + | Команда разработки включала в себя [[участник проекта::User:SergeyPRS|SergeyPRS]] |
== Описание решения == | == Описание решения == | ||
− | В качестве основы изделия используется инфракрасная плита "Матрёна" МА-044.<ref>Плита МАТРЕНА МА-044 | + | В качестве основы изделия используется инфракрасная плита "Матрёна" МА-044.<ref>Плита МАТРЕНА МА-044 — https://www.maxidom.ru/catalog/plitki/1001308155/</ref> |
[[Файл:Matryona.png]] | [[Файл:Matryona.png]] | ||
Строка 27: | Строка 27: | ||
=== Необходимые доработки === | === Необходимые доработки === | ||
− | # В исходном состоянии температура нагрева не стабилизируется и непрерывно растет при самой минимальной мощности нагрева. Для решения проблемы используется механический термостат<ref name="thermo">WYJ300A Термостат регулиремый для духовки, универсальный, 50-300°C | + | # В исходном состоянии температура нагрева не стабилизируется и непрерывно растет при самой минимальной мощности нагрева. Для решения проблемы используется механический термостат<ref name="thermo">WYJ300A Термостат регулиремый для духовки, универсальный, 50-300°C — https://www.partsdirect.ru/goods/729293</ref>, используемый для стабилизации температуры духовки. |
# Корпус не имеет креплений для надежной фиксации <abbr title="Printed circuit board">PCB</abbr> в процессе сборки. Для решения проблемы крепления собираются из доступных подходящих по форме и размеру профилей. | # Корпус не имеет креплений для надежной фиксации <abbr title="Printed circuit board">PCB</abbr> в процессе сборки. Для решения проблемы крепления собираются из доступных подходящих по форме и размеру профилей. | ||
Строка 43: | Строка 43: | ||
<gallery widths=480px heights=640px> | <gallery widths=480px heights=640px> | ||
Файл:Pcb-preheater-2.png|<b>Шаг 2.</b><br/>Подготовка механического термостата | Файл:Pcb-preheater-2.png|<b>Шаг 2.</b><br/>Подготовка механического термостата | ||
− | Файл:Pcb-preheater-3.png|<b>Шаг 3.</b><br/>С помощью мультиметра ищем контакты замкнутые в исходном состоянии. Можно провести тест работоспособности термостата нагрев колбу паяльным феном. | + | Файл:Pcb-preheater-3.png|<b>Шаг 3.</b><br/>С помощью мультиметра ищем контакты замкнутые в исходном состоянии. Можно провести тест работоспособности термостата, нагрев колбу паяльным феном. |
Файл:Pcb-preheater-4.png|<b>Шаг 4.</b><br/>На передней панели плиты сделать подходящие по размеру отверстия для фиксации термостата. | Файл:Pcb-preheater-4.png|<b>Шаг 4.</b><br/>На передней панели плиты сделать подходящие по размеру отверстия для фиксации термостата. | ||
Файл:Pcb-preheater-5.png|<b>Шаг 5.</b><br/>Используя kapton tape изолируем витки трубки, чтобы избежать короткого замыкания элементов на плате. | Файл:Pcb-preheater-5.png|<b>Шаг 5.</b><br/>Используя kapton tape изолируем витки трубки, чтобы избежать короткого замыкания элементов на плате. | ||
Строка 54: | Строка 54: | ||
=== Первое тестовое включение плиты === | === Первое тестовое включение плиты === | ||
− | <b>Шаг 9.</b> Устанавливаем на термостате температуру нагрева. Нажимаем кнопку включения питания. Выставляем мощность нагрева кнопками панели в соответствии с инструкцией к плите. Конфорка включается, при нагреве начинает светиться, черная полоса на фоне конфорки | + | <b>Шаг 9.</b> Устанавливаем на термостате температуру нагрева. Нажимаем кнопку включения питания. Выставляем мощность нагрева кнопками панели в соответствии с инструкцией к плите. Конфорка включается, при нагреве начинает светиться, черная полоса на фоне конфорки — колба термостата под стеклом над конфоркой. В момент нагрева до установленной температуры термостат отключается со звуком щелчка. Плита при этом работает независимо от состояния термостата т.к. в этой бюджетной модели доступность нагревательного элемента не проверяется и отключения не происходит, для задачи это преимущество, т.к. упрощает конструкцию. |
<center> | <center> | ||
<gallery widths=480px heights=640px> | <gallery widths=480px heights=640px> | ||
Строка 64: | Строка 64: | ||
<center> | <center> | ||
<gallery widths=480px heights=480px> | <gallery widths=480px heights=480px> | ||
− | Файл:Pcb-preheater-11.png|<b>Шаг 10.</b><br/>Сборка крепления для фиксации платы из профилей.<br/>На фото: П-образный профиль.<ref>Профиль алюминиевый П-обр серебро 20х20х20х1,5х1000мм | + | Файл:Pcb-preheater-11.png|<b>Шаг 10.</b><br/>Сборка крепления для фиксации платы из профилей.<br/>На фото: П-образный профиль.<ref>Профиль алюминиевый П-обр серебро 20х20х20х1,5х1000мм — https://www.maxidom.ru/catalog/profili-p-obraznye/1000894499/</ref> |
− | Файл:Pcb-preheater-12.png|<b>Шаг 10 (продолжение).</b><br/>Плоский профиль 15х2х1000мм.<ref>Полоса алюминиевая серебро 15х2х1000мм | + | Файл:Pcb-preheater-12.png|<b>Шаг 10 (продолжение).</b><br/>Плоский профиль 15х2х1000мм.<ref>Полоса алюминиевая серебро 15х2х1000мм — https://www.maxidom.ru/catalog/polosy/1000134095/</ref> |
</gallery> | </gallery> | ||
</center> | </center> | ||
− | <b>Шаг 11.</b> Из П образного профиля необходимо нарезать 4 П-образных крепления, шириной равной ширине плоского профила | + | <b>Шаг 11.</b> Из П образного профиля необходимо нарезать 4 П-образных крепления, шириной равной ширине плоского профила — 15мм. Используя сверло по металлу 3,5мм нужно сделать в заготовке 4 отверстия. Винт DIN 965<ref>Винт DIN965 с потайн гол М4х16 — https://www.maxidom.ru/catalog/bolty-gayki-vinty-shayby/1000836190/</ref> вкрутить в полученные отверстия нарезая резьбу. Диаметр винта меньше диаметра отверстия и алюминий достаточно мягкий, чтобы не использовать метчик. |
<center> | <center> | ||
Строка 97: | Строка 97: | ||
== Применение == | == Применение == | ||
− | Для создания защитного экрана используется фольга для запекания, желательно использовать фольгу повышенной прочности.<ref>https://www.maxidom.ru/catalog/folga-pischevaya/1001272937/</ref> | + | Для создания защитного экрана используется фольга для запекания, желательно использовать фольгу повышенной прочности.<ref>фольга GRIFON Grill 10м 29см 20мкм алюминиевая — https://www.maxidom.ru/catalog/folga-pischevaya/1001272937/</ref> |
Строка 126: | Строка 126: | ||
</center> | </center> | ||
− | Фиксируем плату используя второй ряд профилей и гайки-барашки.<ref>Гайка барашек DIN315 M4 5 шт | + | Фиксируем плату используя второй ряд профилей и гайки-барашки.<ref>Гайка барашек DIN315 M4 5 шт — https://www.maxidom.ru/catalog/bolty-gayki-vinty-shayby/16010303521/</ref> |
Выставляем мощность нагрева в зависимости от размера платы. Для плат небольшого размера 100, 500Вт. | Выставляем мощность нагрева в зависимости от размера платы. Для плат небольшого размера 100, 500Вт. | ||
Строка 132: | Строка 132: | ||
Выставляем температуру стабилизации ручкой механического термостата. Температура выставляется приблизительно т.к. итоговая температура в зоне пайки зависит от размера платы, наличия теплоемких элементов, расстояния до поверхности плиты. | Выставляем температуру стабилизации ручкой механического термостата. Температура выставляется приблизительно т.к. итоговая температура в зоне пайки зависит от размера платы, наличия теплоемких элементов, расстояния до поверхности плиты. | ||
− | С помощью kapton tape фиксируем термопару k-типа в зоне пайки на поверхности платы. Т.е. итоговую температуру и в процессе пайки нужно контролировать используя мультиметр с функцией измерения температуры. | + | С помощью kapton tape фиксируем термопару k-типа<ref>Датчик температуры Rexant K-1 — https://nn.vseinstrumenti.ru/rashodnie-materialy/instrument/izmeritelnyi/ostalnoy/prisposobleniya/dopolnitelnye-aksessuary/rexant/k-1-dlya-izmeritelnyh-priborov-13-3048/</ref> в зоне пайки на поверхности платы. Т.е. итоговую температуру и в процессе пайки нужно контролировать используя мультиметр с функцией измерения температуры. |
<center> | <center> | ||
<gallery widths=480px heights=480px> | <gallery widths=480px heights=480px> | ||
Строка 156: | Строка 156: | ||
== Ссылки == | == Ссылки == | ||
<references/> | <references/> | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
[[Категория:Статьи]] | [[Категория:Статьи]] | ||
[[Категория:Инструменты]] | [[Категория:Инструменты]] | ||
[[Категория:Пайка]] | [[Категория:Пайка]] |
Текущая версия на 13:01, 10 мая 2021
Содержание
Введение
В 2020-м году участниками хакерспейса CADR принято решение оборудовать hardware-зону с рабочим местом для монтажа и ремонта. Для качественного монтажа в некоторых случаях необходимо использовать инструмент "нижний подогрев" обеспечивающий поддержание стабильной температуры поверхности платы и уменьшающий необходимое время нагрева припоя до температуры плавления.
Постановка задачи, поиск исполнителей
Для сборки плат, имеющих двухсторонний монтаж элементов, не подходит нижний подогрев, который требует непосредственного контакта с поверхностью платы для передачи тепла. При двухстороннем монтаже используется подогрев работающий на ИК-излучателях, т.к. инфракрасное излучение обеспечивает нагрев PCB, не имеющих ровной нижней поверхности в случае наличия смонтированных SMD-элементов.
Доступные в продаже готовые устройства имеют высокую стоимость в среднем 20т.р.
По ТЗ необходимо разработать бюджетное устройство обеспечивающее нагрев PCB с использованием инфракрасного излучения. Устройство должно обеспечивать стабильный результат при известных недостатках.
Команда разработки включала в себя SergeyPRS
Описание решения
В качестве основы изделия используется инфракрасная плита "Матрёна" МА-044.[1]
Преимущества решения
- Низкая исходная цена. Плита доступна в продаже по цене от 1700р.
- Устройство уже имеет корпус, нагревательный элемент и контроллер, это позволяет ускорить сборку и уменьшить затраты.
- Поверхность плиты покрыта стеклом, которое обеспечивает фильтрацию диапазона излучения и легко очищается после использования.
- Мощность нагрева регулируется от 100 Вт, что позволяет нагревать платы небольшого размера без риска перегрева.
- Низкий корпус позволяет использовать конструкцию совместно с микроскопом с подходящим по высоте штативом.
Необходимые доработки
- В исходном состоянии температура нагрева не стабилизируется и непрерывно растет при самой минимальной мощности нагрева. Для решения проблемы используется механический термостат[2], используемый для стабилизации температуры духовки.
- Корпус не имеет креплений для надежной фиксации PCB в процессе сборки. Для решения проблемы крепления собираются из доступных подходящих по форме и размеру профилей.
Процесс сборки
Первые шаги
Установка термостата
Первое тестовое включение плиты
Шаг 9. Устанавливаем на термостате температуру нагрева. Нажимаем кнопку включения питания. Выставляем мощность нагрева кнопками панели в соответствии с инструкцией к плите. Конфорка включается, при нагреве начинает светиться, черная полоса на фоне конфорки — колба термостата под стеклом над конфоркой. В момент нагрева до установленной температуры термостат отключается со звуком щелчка. Плита при этом работает независимо от состояния термостата т.к. в этой бюджетной модели доступность нагревательного элемента не проверяется и отключения не происходит, для задачи это преимущество, т.к. упрощает конструкцию.
Сборка крепления для фиксации платы из профилей
Шаг 11. Из П образного профиля необходимо нарезать 4 П-образных крепления, шириной равной ширине плоского профила — 15мм. Используя сверло по металлу 3,5мм нужно сделать в заготовке 4 отверстия. Винт DIN 965[5] вкрутить в полученные отверстия нарезая резьбу. Диаметр винта меньше диаметра отверстия и алюминий достаточно мягкий, чтобы не использовать метчик.
Разделить заготовку на 4 сегмента по 15мм шириной.
Из плоского профиля нарезать полосы на отрезки по 28,5мм используя ножовку по металлу. Используя сверло по металлу 6,5мм сделать в каждой заготовке по 2 отверстия. Отверстия с запасом по диаметру для подгонки в зависимости от поверхности платы.
Получаем набор крепежа:
Применение
Для создания защитного экрана используется фольга для запекания, желательно использовать фольгу повышенной прочности.[6]
Экран применяется для ограничения площади нагрева только нижней поверхностью платы для защиты рук от нагрева ИК-излучением.
Экран также защищает плату от загрязнения в процессе пайки. К экрану можно подключить антистатик, если им оборудована паяльная станция.
Вырезаем лист из фольги по размерам верхней поверхности плиты:
Помещаем плату на поверхность листа и вырезаем по контуру канцелярским ножом:
Помещаем края платы на крепеж собранный ранее из профилей. Между поверхностью платы и плиты расстояние около 3мм. Это позволяет выполнить нагрев плат на которых применяется двухсторонний монтаж.
Фиксируем плату используя второй ряд профилей и гайки-барашки.[7]
Выставляем мощность нагрева в зависимости от размера платы. Для плат небольшого размера 100, 500Вт.
Выставляем температуру стабилизации ручкой механического термостата. Температура выставляется приблизительно т.к. итоговая температура в зоне пайки зависит от размера платы, наличия теплоемких элементов, расстояния до поверхности плиты.
С помощью kapton tape фиксируем термопару k-типа[8] в зоне пайки на поверхности платы. Т.е. итоговую температуру и в процессе пайки нужно контролировать используя мультиметр с функцией измерения температуры.
Тест стабильности нагрева
Выставлена целевая температура нагрева 150*, мощность нагрева 500Вт. Замеры проводились мультиметром с термопарой к-типа зафиксированной kapton tape.
Результат с указанием времени замера на фото:
Возможные доработки инструмента
- Оборудование электронным термостатом -- например rex c-100. При этом контроль температуры осуществляется термопарой термостата, которую можно разместить непосредственно в зоне нагрева и исключить использование мультиметра. При этом получить более гибкие возможности настройки температурного режима. При использовании более продвинутой модели термостата возможно применение термопрофилей для пайки.
- Оборудование медной плитой по размеру верхней поверхности плиты. В этом случае необходим непосредственный контакт поверхности платы и плиты для эффективного нагрева, но при этом получаем большую полезную площадь нагрева и стабильный нагрев по всей поверхности плиты за счет толщины, теплоемкости и материала.
Ссылки
- ↑ Плита МАТРЕНА МА-044 — https://www.maxidom.ru/catalog/plitki/1001308155/
- ↑ WYJ300A Термостат регулиремый для духовки, универсальный, 50-300°C — https://www.partsdirect.ru/goods/729293
- ↑ Профиль алюминиевый П-обр серебро 20х20х20х1,5х1000мм — https://www.maxidom.ru/catalog/profili-p-obraznye/1000894499/
- ↑ Полоса алюминиевая серебро 15х2х1000мм — https://www.maxidom.ru/catalog/polosy/1000134095/
- ↑ Винт DIN965 с потайн гол М4х16 — https://www.maxidom.ru/catalog/bolty-gayki-vinty-shayby/1000836190/
- ↑ фольга GRIFON Grill 10м 29см 20мкм алюминиевая — https://www.maxidom.ru/catalog/folga-pischevaya/1001272937/
- ↑ Гайка барашек DIN315 M4 5 шт — https://www.maxidom.ru/catalog/bolty-gayki-vinty-shayby/16010303521/
- ↑ Датчик температуры Rexant K-1 — https://nn.vseinstrumenti.ru/rashodnie-materialy/instrument/izmeritelnyi/ostalnoy/prisposobleniya/dopolnitelnye-aksessuary/rexant/k-1-dlya-izmeritelnyh-priborov-13-3048/