Створення спеціальної печі оплавлення

Цікавим побічним проектом, над яким я працював під час кооперативу тут, у StarFish Medical, була виготовлена ​​на замовлення піч оплавлення для пайки компонентів поверхневого монтажу на друкованих платах.

Навіщо будувати піч оплавлення?

Здебільшого наші друковані плати збираються у виробників, які працюють за контрактом, але в деяких випадках для економії часу доцільніше збирати невеликі прототипи плат на підприємстві. У минулому ми використовували підігрівач плати та станцію гарячого повітря для їх складання, але це має певні недоліки, як-от можливе перевищення температурних обмежень компонентів або створення паяних з’єднань низької якості через відсутність належного оплавлення. профіль. Якщо ми хочемо вирішити ці проблеми, потрібне рішення перекомпонування, яке належним чином реалізує профіль перекомпонування. Дешеві печі оплавлення з профілями оплавлення доступні в Інтернеті, але такі пристрої часто вимагають модифікацій, щоб добре працювати, тому ми вирішили створити індивідуальну. Крім того, це звучало як веселий проект!

Створення індивідуального рішення

Я побудував піч оплавлення навколо Starfish DAQ, одна з наших внутрішніх платформ розробки. StarFish DAQ (система збору даних) є ідеальним вибором для подібного проекту, оскільки вона дозволяє швидко впроваджувати контури ПІД-регулювання із заданими траєкторіями. Це виключає час розробки, який зазвичай витрачається на впровадження ПІД-регулювання, входу АЦП і виходу ШІМ на мікроконтролері та графічного інтерфейсу користувача на комп’ютері. Він також надає достатньо можливостей для вдосконалення проекту без зміни платформи. Його потужні вихідні струми можуть запускати двигун вентилятора для конвекційного охолодження або сервопривід для відкриття дверцят духовки в кінці циклу.

Для самої духовки я використав найдешевший тостер, який міг знайти: пристрій Hamilton-Beach, який продається за 27 доларів. Надано перевагу дешевій духовці-тостеру, оскільки на додаток до низьких витрат на проектування, тостери зазвичай мають дуже просту електромеханічну систему термоконтролю. Біметалічний стрічковий термостат вмикає нагрівальні елементи, якщо температура нижча заданого значення термостата, і вимикає, якщо температура вище заданого значення. Термостат можна обійти, встановивши його обмеження на температуру, що перевищує максимальну температуру циклу оплавлення, і керуючи нагрівачами за допомогою зовнішнього реле, підключеного до входу живлення духовки.

Для реле я спочатку використовував готовий пристрій, що містить механічне реле, яким я міг керувати за допомогою StarFish DAQ, підключеного між тостером і розеткою. Це реле було дуже повільним і мало кількість максимальних перемикань, тобто я не міг збільшити частоту ШІМ понад 1 Гц. Краще використовувати вищу частоту ШІМ, щоб зменшити її вплив на температурну реакцію духовки, оскільки нижчі частоти можуть спричинити артефакти температури. Напівпровідникове реле може працювати на вищій частоті ШІМ, ніж механічне реле.

Після перевірки концепції за допомогою готового реле я розробив надрукований на 3D-принтері корпус для твердотільного реле, який також містив StarFish DAQ. Конструкція корпусу була цікавою проблемою, тому що мені довелося врахувати електричну безпеку навколо проводки мережі змінного струму та термічну безпеку, оскільки реле могло стати занадто гарячим і розплавити корпус. Я включив ізоляційний бар’єр між сторонами високої та низької напруги корпусу, через який могло пройти лише реле, і заземлений радіатор для пасивного охолодження реле.

Для зворотного зв’язку по температурі я використовував термопару типу K і роз’ємну плату Adafruit. Ця термопара з'єднана з друкованою платою, що оплавляється. Піч нагріває свій вміст за допомогою інфрачервоного випромінювання, тому повітря всередині печі (відносно прозоре для ІЧ-променів) може бути на кілька градусів холодніше, ніж сама друкована плата (непрозора для ІЧ-променів). Багато дешевих печей оплавленням не мають термопари, яка контактує з друкованою платою, а замість цього вимірюють температуру повітря всередині печі. Це може призвести до відхилення температури друкованої плати від профілю оплавлення, якщо невідповідність належним чином враховано.

Оцінка продуктивності

Температурна реакція духовки була в змозі точно відповідати запрограмованому профілю оплавлення, лише з деякими приглушеними дзвінками вздовж підвищення температури під час періоду замочування та невеликим відхиленням під час періоду оплавлення. Ці недоліки можна було б усунути шляхом кращого налаштування PID, але вони досить малі, щоб процес оплавлення працював досить добре.

Я тестував пристрій на платах розширення, які ми зробили для іншого проекту. Це були відносно прості плати, які використовуються для реалізації модифікації іншої плати, яка знаходиться на стадії прототипу. Невеликий обсяг виробництва зробив їх непридатними для професійного складання. Я вручну заповнив компоненти на дошці та оплавив їх за допомогою печі для оплавлення.

Після деякого очищення плати мали чудові паяні з’єднання. На перший погляд ви можете подумати, що вони надійшли від професійної служби монтажу, а не зібрані вручну та оплавлені у виготовленій на замовлення печі для оплавлення! Мені вдалося випробувати піч оплавлення на інших платах, і вона щоразу виробляла якісні паяні з’єднання. Особливо вразила одна плата, оптимізована для передачі тепла, яку, як правило, важче паяти вручну.

Навчання з цього проекту

Спочатку це здавалося відносно простим проектом, але я знайшов багато областей, у які потрібно глибоко зануритися, щоб максимально вдосконалити систему. У рамках цього проекту я отримав практичні навички, наприклад, як безпечно підключити потужне коло 120 В змінного струму, як застосувати та налаштувати ПІД-регулятор для теплової системи та як спроектувати корпус, надрукований на 3D, щоб відповідати вимогам електробезпеки та тепла вимоги.

Я вдячний, що зміг працювати над такими цікавими проектами під час моєї співпраці в StarFish і вчитися у чудової команди! StarFish Medical приймає стажування протягом року для виняткових студентів. Перевірте їх Сторінка кооперативних місць розташування для отримання додаткової інформації.

Каллум О'Райлі є Студент електротехніки UBC. Його останній кооперативний термін був 4 місяці, коли він працював над тестуванням приводів зі сплавів із пам’яттю форми. Він є частиною UBC Rocket, команди студентів-інженерів, яка очолює групу з розробки електроніки для надзвукової ракети.



• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. Автомобільні / електромобілі, вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• ChartPrime. Розвивайте свою торгову гру за допомогою ChartPrime. Доступ тут.
• BlockOffsets. Модернізація екологічної компенсаційної власності. Доступ тут.
• джерело: https://starfishmedical.com/blog/starfish-medical-co-op-custom-built-reflow-oven/