Automated Circuitry Making/ru

From RepRap
Jump to: navigation, search
Crystal Clear action run.png
Automated Circuitry Making/ru

Release status: unknown

No image available.png
Description
License
GPL 2.0
Author
[[User:|]]
Contributors
Based-on
[[]]
Categories
CAD Models
none
External Link


Автоматизированное изготовление схем - это процесс изготовления электроники для платы RepRap. Прежде всего, он нацелен на использование RepRap в сочетании с модифицированным программным обеспечением для получения электронного представления схемы и ее создания в качестве физического объекта. Традиционный процесс изготовления печатной платы в сборе (PCBA) включает в себя множество производственных этапов, включая формирование медных следов, сверление, размещение компонентов, пайку. Автоматизация любого из этих шагов с использованием технологии RepRap была бы полезной. Машина для сборки электроники полного цикла была бы устрашающе восхитительной вещью :)

Очевидно, что все эти идеи требуют наличия реальной машины RepRap в качестве предварительного условия. (Идеи, которые не требуют реального RepRap, собраны в alternative electronics).

Создание печатной платы

Все эти процессы начинаются с покрытой медью платы и желаемого конечного результата печатной платы с дорожками, необходимыми для платы. Существует множество способов реализации этого.

RepRap Pololu Electronics интерфейсная плата, фрезерованная на RepStrap Иана Игланда

Вариант с фрезерной головкой

Этот метод будет использовать маршрутизатор, подключенный к машине RepRap, и будет выборочно фрезеровать медь для отделения медных дорожек друг от друга. Что необходимо выяснить:

  • Milling and Drilling Head - как сделать печатные платы следующим наиболее распространенным способом, начиная с покрытой медью печатной платы и обрезая ненужные куски меди.
  • насколько точным может быть фрезерование.
  • насколько мала может быть фрезерованная площадь ... по крайней мере, между штифтами
  • может ли reprap выдержать такую нагрузку (если нет, можете ли вы починить ее / заново создать необходимые детали?)
  • Правильно ли обрабатывает программное обеспечение Replath (Builders/ReplathHowto) фрезерование печатной платы?

По всей видимости, плата Fabio уже изготавливается с помощью процесса фрезерования, и одна концевая схема RepRap opto endtop была успешно фрезерована (см. Примеры схем ниже).

Существующие и проверенные траектории обсуждаются на странице PCB Milling.

Вариант с циркулярной пилой

Можно ли разрезать печатные платы с помощью круглой пилы относительно большого диаметра (но тонкой) на горизонтальной оси? (i.e., the same setup khiraly used to mill his bed flat: 1mm (0.040") thick 24 mm (15/16") diameter: Dremel #420 cutting disk. [1] [2] or perhaps thinner wheels to allow finer-pitch SMT parts: 0.6 mm (0.023") thick: Dremel #545 Diamond Wheel. 0.6 mm (0.025") thick: Dremel #409 cutting wheels. ... is it possible to make or buy 0.4 mm (0.016") thick cutting wheels? ) Может быть:

  • установить ручку Север-Юг, чтобы сократить разрывы изоляции Север-Юг (и промежутки, проходящие под небольшим уклоном от N-S), а затем
  • Установить ручку Восток-Запад, чтобы сократить разрывы изоляции Восток-Запад (и разрывы, идущие под небольшим уклоном от E-W). (Или автоматизировать это с помощью еще одного мотора).

По сравнению с большинством маршрутизаторов на печатных платах (в которых используется фреза малого диаметра на вертикальной оси), для режущего диска имеем:

  • не требуется, чтобы рама станка с ЧПУ была настолько жесткой: при резке паза N-S колесо тянет головку N или S, поэтому очень узкие прорези с очень узкими следами между ними можно очень точно расположить в положении восток-запад
  • (Гипотетический) режущий диск толщиной 0,40 мм имеет большую абразивную поверхность и кажется (теоретически) более прочным, чем фреза диаметром 0,40 мм, и поэтому, возможно, может резать быстрее и работать дольше, прежде чем его потребуется заменить.

Вариант с электрохимической обработкой

В первом варианте этого метода вы перемещаете головку инструмента над изоляционными зазорами рядом с медной обшивкой (но не касаясь ее), погруженной в неглубокую кастрюлю с морской водой. Положительное напряжение, подключенное к плате, покрытой медью, и отрицательное напряжение, подключенное к головке инструмента, пропускают ток через соленую воду, которая растворяет заготовку рядом с головкой инструмента.

Это было проверено и признано неэффективным, см. электрохимическая обработкаElectrochemical Machining.

Второй вариант этого метода не перемещает инструментальную головку, но покрывает медные дорожки, которые должны быть произведены с некоторой краской, подобно методу сопротивления травлению. Вместо того чтобы погружать плату в кислоту, она также погружается в соленую воду и подается напряжение. Медь в открытых областях растворяется.

Преимущество по сравнению с травлением заключается в том, что в нем нет специальных или опасных химических веществ. Проблемным моментом является то, что медь перестает растворяться, как только исчезает электрический контакт с положительным напряжением. Вы должны подготовиться к растворению в заранее определенном направлении.

Вариант с травлением

С помощью этого метода вы будете наносить какое-то сопротивление травлению на медную плату с помощью головки экструдера. Есть пара идей, которые мы обсуждали и заинтересованы в реализации. Нам нужен только один способ работы. Само травление - это простой процесс, который в основном надежен, если использовать правильные меры предосторожности. Простые объекты, необходимые для лабораторной работы, можно даже напечатать на машине RepRap (поддон для ванны для травления / барботер / нагреватель / стакан, стержни для перемешивания и т. Д.). Это значительно упростит процесс травления.

  • MakePCBInstructions - как сделать печатные платы традиционным способом, начиная с покрытой медью печатной платы и используя кислоту, которая может растворить нежелательные частицы меди.
  • это было бы довольно легко сделать и поставить наименьшее количество вопросов о том, будет ли это работать.
  • травление и полутаковые химикаты участвуют. не супер весело.
  • Правильно ли обрабатывает программное обеспечение Replath (Builders/ReplathHowto) размещение термопластичных или чернильных сопротивлений?

Термопластичное сопротивление

Это идеальный путь. Вы используете то, что уже существует - в виде экструдера. Вам просто нужно найти правильную комбинацию пластика, скорости экструзии и т. Д. Это было бы очень элегантным решением.

  • у вас уже есть экструдер, и практически никаких изменений не требуется.
  • Вы можете напечатать держатель для платы, чтобы получить идеально выровненные 2-сторонние платы.
  • следы должны быть защищены очень хорошо и, таким образом, хорошо пережить процесс травления.
  • впоследствии пластик также может служить отличным изолятором.
  • Недостатком является то, что может быть трудно снять пластик с платы для пайки.

АБС может оказаться предпочтительным материалом в этом процессе. Он термостойкий (горячие дорожки / процесс пайки), обладает отличными изоляционными свойствами, и один из самых важных: он растворяется в ацетоне. Остается определить, насколько легко этот процесс происходит, однако весьма вероятно, что пресс может быть сделан достаточно тонким, чтобы он был простым. Кроме того, если ABS оставляли включенным до процесса сверления, это могло бы послужить хорошим ориентиром для долота до того, как оно достигнет PCB. Это также может предотвратить образование заусенцев в процессе бурения. После этого его можно просто очистить, и колодки будут готовы к пайке.

травильная чертилка

см. Metal Etching Scriber

также см. Scratch n' Etch PCBs' '

Покройте весь металл слоем защитного материала (возможно, замочите в расплавленном воске или закрасьте краской синего цвета для машиниста). Используйте металлический чертильный инструмент, чтобы процарапать сопротивление травления в «правильных местах». Подержите плату в той же кислоте, что и во всех других техниках травления / сопротивления. (Этот метод перемещает верхнюю часть инструмента по всем зазорам изоляции, подобно методам фрезерования, в отличие от большинства других методов травления / сопротивления). У этой техники самый простой из возможных инструментов - остроконечный кусок металла.

лазерный диод как источник ультрафиолета

Само собой разумеется, безопасность прежде всего!
Лазеры опасны, не только когда прикреплены к акулам.

С печатными платами и лазером (<450nm-laser diode) например a140 / [http: // www.ebay.com/sch/?_nkw=m140%20laser m140] -диод можно экспонировать на печатные платы. Примечание: Сухие пленки типа «DuPont Riston» наиболее чувствительны к длине волны 365 нм, для которой доступно несколько мощных диодов (июнь 2013 г.) от eBay China. Для проверки концепции / рабочего примера см .: LaserExposer (video ).
Есть «поддержка для этого» в самых распространенных прошивках - "Управление вентилятором через pwm", которое используется с большинством электроники RepRap. Если применить с программным обеспечением «image-> gcode» и некоторой «electronics-so-far-above-your-narrators-head», это должено сработать ™.

Лазерный резак

Покройте весь металл слоем травления (возможно, черной краской). Используйте Laser Cutter, чтобы испарить травление в «правильных местах». Держите плату в той же кислоте, что и во всех других техниках травления / сопротивления. (Этот метод перемещает верхнюю часть инструмента по всем зазорам изоляции, подобно методам фрезерования, в отличие от большинства других методов травления / сопротивления). Arcol добился очень многообещающих успехов в создании двухсторонней печатной платы на коммерческом лазерном резце. [3]

Моя машина для лазерного травления малой мощности (500 мВт) не могла удалять аэрозольную краску с автомобиля, но могла разрезать упаковочную ленту на границах следов. Затем негатив был удален вручную, и результат после травления был хорошим.

Чернильная защита

Эта плата RAMPS была напечатана на Менделе методом чернильной защиты, а затем использовалась для управления Менделем
Основная статья: plotting.

см. DrawingPlottingHead

Печатные платы были успешно изготовлены с помощью способа чернильной защиты.

Вместо того, чтобы использовать печатающую головку экструдера, Мендель перемещает печатную головку с маркером, который рисует следы схемы на медной плате. Затем оператор опускает плату в травильный бак, где медь растворяется там, где она не покрыта защитным чернильным покрытием.

Сам держатель может быть напечатан из частей RepRap. Головка держателя ручки не требует контроллера или каких-либо электронных компонентов.

  • Ручки Sharpie дешевы и универсальны.
  • тогда вам стоило бы иметь также рисующего бота, для автоматической разметки.
  • Какие ручки и чернила имеют хорошие комбинации размера наконечника, скорости потока и сопротивления травлению? необходимо тестирование.

Сверление печатной платы

Главная страница: Сверление печатной платы

Удобным способом было бы, конечно же, установить Dremel-подобный инструмент на RepRap. Усилие, необходимое для сверления небольших отверстий, довольно мало, так что даже шаткий Мендель может сделать это. Редакторы печатных плат, такие как gEDA / PCB, могут напрямую экспортировать файлы сверления G-кода. Полезная скорость подачи составляет от 80 до 100 мм / мин.

Делать это вручную - еще одна задача, довольно обыденная и повторяющаяся. Это также требует либо чрезвычайно устойчивых рук, либо сверлильного станка. Не забывайте о доле терпения, на типичных электронных платах RepRap нужно просверлить от 300 до 400 отверстий.

Сравнение ручного и механического сверления см. в видео Mateusz Pozar's и Маркус "Traumflug" Hitter's.

Лужение (необязательно)

Для покрытых медью плат рекомендуется использовать Жидкое олово для нанесения слоя олова над медью. Это предотвратит окисление и коррозию с течением времени, а также обеспечит более легкую пайку поверхности. Жидкое олово довольно опасно, поэтому соблюдайте все меры предосторожности (защитные очки, толстые резиновые перчатки и т. Д.)

Дозатор паяльной пасты

Поверхностно монтируемые детали легче всего прикрепить с помощью паяльной пасты. К счастью для нас, у нас теоретически есть кое-что для этого: перед размещением деталей SMT шприц проходит через каждую прокладку и наносит необходимое количество паяльной пасты на каждый контакт. Инструментальные головки Paste Extrusion могут работать с паяльной пастой, верно?

Размещение компонентов

Основная статья: SMT Pick-n-Place System

Эта задача кажется довольно сложной для автоматизации. Он имеет дело с компонентами, за исключением того, что некоторые из них имеют несколько контактов и различные форм-факторы. Вещи могут быть упрощены с переходом на уменьшенную компонентную часть и технологию, более подходящую для автоматизированного производства, такую ​​как SMT (технология поверхностного монтажа)

Метод размещения SMT-компонентов

Головка захвата / размещения (Pick and Place ToolHead) выбирает компонент из Pick-n-Place Feeders, а затем наносит его непосредственно на пасту припоя. Стандартная паяльная паста достаточно липкая, чтобы закрепить практически любой электронный компонент на месте, пока он не будет готов к пайке.

Размещение сквозных компонентов

Это гораздо сложнее, и может быть проще собрать вручную. Тем не менее, сквозные микросхемы можно преобразовать в поверхностный монтаж, просто согнув их контакты наружу, чтобы они лежали плоско на поверхности печатной платы. Это будет проще, чем настоящие детали SMT, потому что потребуется меньше точности и мелких деталей. Тем не менее, тот же метод не так легко применить к другим типам сквозных компонентов, хотя это может быть осуществимо («Пакет DIP / DIL для поверхностного монтажа?» [4]) «(FIXME: ссылка на фотографии NASA AGC и спутниковой печатной платы, которые используют эту технику)»

Пайка

После того, как детали для поверхностного монтажа были размещены на паяльной пасте, плату необходимо нагреть. Это можно сделать с помощью очень простого и простого предмета домашнего обихода: тостера! Это на самом деле было сделано раньше, и это довольно элегантный процесс. Припой на самом деле центрирует детали SMT и аккуратно обвивает каждую часть компонента. Вот еще ссылки на эту тему от людей, которые на самом деле это сделали:

альтернативы стандартным покрытым медью печатным платам FR4


Осаждение металла Фиелда

Этот метод определенно является отклонением от нормы изготовления схем, но его потенциал все еще велик. Основная идея заключается в том, что вы используете нагретый экструдер для плавления и экструзии металл Фиелда, сплава с особенно низкой температурой плавления. Его ниже, чем у пластика для печати. В любом случае, когда вы создаете деталь, вы можете заложить треки из металла Фиелда внутри самой детали, что приводит к некоторым очень интересным опциям, таким как действительно трехмерные схемы, детали с полностью интегрированными схемами и красиво интегрированный производственный процесс.

Тем не менее, все еще есть некоторые проблемы и неизвестные. Неизвестно, насколько хорошо цепи выдержат регулярное использование (что, если компоненты нагреваются до температуры плавления металла), и это также не подходит для автоматизированных процессов захвата и размещения. При этом, это все еще многообещающе, и есть хороший шанс, что один из этих методов удастся и станет доминирующим способом создания цепей с RepRap.

Металл Фиелда сжижается при ~ 62 ° C (144 ° F), в то время как большинство процессоров безопасно работают до ~43 °C (110 °F). Таяние металла Фиелда в таких условиях маловероятно. Если бы мы создавали пути заливки в самом материале, мы могли бы использовать метод тостера или HotplateReflowTechnique.

Более подробная информация: Автоматическое осаждение расплавленного сплава в литейный канал для создания (очень) простого электромеханического компонента, EdSells, май 2005 г.

Углеродная сажа в смеси с пластмассой

В этой статье из Университета Уорика описывается, как смешивать PCL и технический углерод для получения ~0,1Ω⋅m проводника, возможно, вариант с несколькими головками или микширование поможет напечатать проводник таким способом. Они продемонстрировали емкостное и пьезорезистивное использование проводника.

точность

Насколько точна автоматическая машина для изготовления схем?

Печатные платы со сквозными отверстиями

Практически все компоненты сквозного отверстия имеют штифты с шагом 0,14 (2,54 мм). ... выравнивание по траектории ... ... от отверстия к отверстию ...

Микросхемы DIP, такие как DIP ATmega328, используемые во многих платах Arduino, имеют шаг 2,54 мм (10 контактов / дюйм). Как упомянуто выше, такой DIP-чип можно монтировать на поверхность, «выпрямляя» контакты. Печатная плата, разработанная для этой технологии поверхностного монтажа, может быть легче изготовлена, чем печатная плата, предназначенная для монтажа на той же микросхеме через сквозное отверстие, поскольку для поверхностного монтажа не требуются точно выверенные отверстия. Может быть возможно сконструировать такую ​​«сплющенную» печатную плату с 1,27 мм трассой / пространством (0,050 дюйма трассой / пространством): штифты опираются на параллельные металлические дорожки шириной 1,27 мм, разделенные изоляционными зазорами 1,27 мм. Если некоторые места срезаются слишком сильно (след 0,2 мм / расстояние 2,3 мм), или другие места срезаются слишком мало (след 2,3 мм / расстояние 0,2 мм), это будет работать точно так же.

Печатные платы для поверхностного монтажа

Многие популярные микроконтроллеры SMT имеют контакты с шагом 0,80 мм (~ 32 контакта / дюйм), такие как 32TQFP ATMega168 в плате Fabio или 44TQFP ATmega644PA, используемые в некоторых других Arduino-совместимых платах. В идеале печатная плата имеет след / пространство 0,4 мм (след / пространство 0,015 дюйма): контакты опираются на параллельные металлические следы шириной 0,4 мм, разделенные изоляционными зазорами 0,4 мм. Если некоторые места срезаются немного (след 0,2 мм / расстояние 0,6 мм), или другие места срезаются слишком мало (след 0,6 мм / пространство 0,2 мм), это часто будет работать так же хорошо.

(Некоторые микроконтроллеры SMT имеют контакты с шагом 1,27 мм (20 контактов / дюйм), что дает 0,63 мм трассы / пробела (0,025 дюйма трассы / пробела) - например, Atmel AVR AT90PWM3B и ATtiny85, но, кажется, они не из Arduino-совместимых).

Если ваша режущая или травильная маска имеет достаточное разрешение, чтобы "разветвлять" металлические следы от этих 32 (или 44) выводов микроконтроллера до более широкого шага по отношению к остальной части платы, она имеет достаточное разрешение для следов и всех других частей. на платах контроллера RepRap.

Подбор и установка на поверхность

Штыри части с шагом 0,80 мм должны быть на расстоянии менее 0,40 мм от соответствующих им площадок, иначе они будут «прыгать» во время оплавления - любой конкретный штифт будет выглядеть правильно припаянным к подушке, но все они будут смещены по одному припаян к * неправильной * колодке.

примеры схем