TinyDice: Επαγγελματικά PCB στο σπίτι με κόφτη βινυλίου: 10 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Αυτό το οδηγό αποτελείται από έναν βήμα προς βήμα οδηγό που τεκμηριώνει μια μέθοδο κατασκευής επαγγελματικών ποιοτικών PCB στο σπίτι μέσω της χρήσης ενός κόπτη βινυλίου, με αξιόπιστο, απλό και αποτελεσματικό τρόπο. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει την παραγωγή σταθερών και υψηλής ποιότητας PCB στο σπίτι με λίγα κοινά υλικά και σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Με όλα τα αρχεία έτοιμα, η όλη διαδικασία μπορεί να ολοκληρωθεί σε λίγες ώρες.

Θέμα του οδηγού, tinyDice:

Για τους σκοπούς αυτού του οδηγού, η διαδικασία θα απεικονιστεί με την παραγωγή μιας παρτίδας 3 tinyDice, μιας ηλεκτρονικής μήτρας βασισμένης στον μικροελεγκτή atTiny85 με λογισμικό charlieplexing, που επιτρέπει τον έλεγχο 9 LED με μόνο 4 ακίδες και 4 αντιστάσεις. Είναι μια βελτιωμένη έκδοση του αρχικού μου tinyDice (2014) και όλα τα αρχεία προέλευσης που απαιτούνται για αυτό το Instructable είναι διαθέσιμα για λήψη ως συμπιεσμένο πακέτο στο βήμα προμηθειών.

Προέλευση της μεθόδου:

Ως λάτρης των ηλεκτρονικών ειδών, είχα στο παρελθόν την εμπειρία μου με την κατασκευή PCB, αλλά οι περισσότερες οικιακές μέθοδοι είναι είτε υπερβολικά αναξιόπιστες, όπως η μέθοδος μεταφοράς γραφίτη, είτε υπερβολικά περίπλοκες και επίπονες, όπως η μέθοδος δρομολογητή CNC ή η υπεριώδης ακτινοβολία φωτοανθεκτική μέθοδος (την οποία έχω καλύψει στο παρελθόν στο αρχικό tinyDice). Επιπλέον, η τελική ποιότητα των προϊόντων τείνει να είναι μάλλον κακή, ειδικά αν επιχειρήσετε να εφαρμόσετε υπέρυθρες κολλητικές μάσκες.

Από αυτές τις ανικανοποίητες εμπειρίες, αποφάσισα να εξερευνήσω εναλλακτικές μεθόδους για τη δημιουργία PCB στο σπίτι. Καθώς άρχισα πρόσφατα να πειραματίζομαι με έναν επιτραπέζιο κόφτη βινυλίου, μου ήρθε στο μυαλό ότι μια σφραγίδα βινυλίου θα μπορούσε να κάνει μια εξαιρετική και αξιόπιστη μάσκα για χάραξη PCB. Κατά την αρχική διαδικτυακή έρευνα, δεν βρήκα αναφορές ατόμων που χρησιμοποιούσαν σφραγίδες βινυλίου για να φτιάξουν PCB, κάτι που με εξέπληξε καθώς μου φαίνεται πολύ αληθοφανές. Αυτό με ώθησε να πειραματιστώ με τη διαδικασία και να μάθω αν θα μπορούσε να λειτουργήσει αξιόπιστα και αποτελεσματικά για τη μεταφορά ιχνών PCB από τον υπολογιστή στον χαλκό.

Ανάπτυξη των διαδικασιών:

Η δημιουργία καθαρών και συνεπών ιχνών χαλκού σε οικιακό PCB είναι από μόνο του ένα επίτευγμα, αλλά για να λειτουργήσουν σωστά και να διαρκέσουν πολύ τα PCB απαιτούν κάποιο είδος μάσκας, που αποτρέπει τις ανεπιθύμητες γέφυρες συγκόλλησης και προστατεύει τα ίχνη χαλκού από τη διάβρωση. Παραδοσιακά, η μάσκα συγκόλλησης που χρησιμοποιείται έχει τη μορφή μιας ρητίνης που θεραπεύεται από την υπεριώδη ακτινοβολία, η οποία στην πράξη είναι αρκετά δύσκολη.

Αρχικά, σκόπευα να χρησιμοποιήσω έμμεσα τσιμπήματα βινυλίου ως μάσκα για τη θεραπεία της UV κολλητικής μάσκας. Ωστόσο, σε αρκετές προσπάθειες, δεν μπόρεσα να βάλω την υπέρυθρη κολλητική μάσκα να θεραπεύσει αξιόπιστα μόνο στους προορισμένους χώρους και ποτέ δεν μπόρεσα να φτιάξω ένα αρκετά λεπτό και ομοιόμορφο στρώμα, το οποίο τελικά κατέληξε σε μια δέσμη κατεστραμμένων σανίδων. Έτσι, απέρριψα αυτήν την ιδέα και μου προέκυψε ότι ίσως κάποιο είδος σφραγίδας θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί ως κολλητική μάσκα, αν και σίγουρα δεν θα ήταν βινύλιο, καθώς δεν θα αντέξει στη ζέστη της συγκόλλησης με επαναφορά.

Έχοντας αυτό κατά νου, κοίταξα την ταινία Kapton, η οποία είναι αυτοκόλλητη, λεπτή και υπόσχεται να αντισταθεί σε αρκετά υψηλές θερμοκρασίες για συγκόλληση. Η ταινία Kapton πωλείται σε ρολά, αλλά μου προέκυψε ότι εάν εφαρμοζόταν πάνω από το συμβατικό βινύλιο, θα μπορούσε να κοπεί απευθείας στον κόφτη βινυλίου και να χρησιμοποιηθεί απευθείας ως σφραγίδα. Από την πρώτη δοκιμή αυτού, ήταν προφανές ότι η ταινία Kapton συμπεριφέρθηκε αρκετά ελπιδοφόρα στον κόφτη βινυλίου, αν και όλες οι περικοπές που πέρασαν πάνω από μικροσκοπικές φυσαλίδες ήταν ακανόνιστες ή ημιτελείς, οπότε το κλειδί για τέλειες σφραγίδες κάπτον ήταν η τέλεια εφαρμογή της ταινίας στο βινύλιο με επένδυση χωρίς να αφήνει αέρα να παγιδευτεί από κάτω. Αυτό αποδείχθηκε αρχικά αρκετά δύσκολο, καθώς το Kapton είναι υπερβολικά λεπτό και κολλώδες, αλλά όταν προσπάθησα να το τοποθετήσω χρησιμοποιώντας μια τυπική πλαστική κάρτα κατάλαβα ότι θα μπορούσε να γίνει τέλεια και εύκολα με αυτόν τον τρόπο.

Μέσα από αυτές τις επαναληπτικές δοκιμές παρατήρησα επίσης μερικούς από τους πρακτικούς περιορισμούς της διαδικασίας, οι οποίοι έχουν να κάνουν με τη χάλκινη μάσκα που ήταν αρχικά μια σφραγίδα. Αυτοί οι περιορισμοί εξελίχθηκαν σε μια σειρά κατευθυντήριων γραμμών σχεδιασμού για την αξιοπιστία αυτής της διαδικασίας.

Βήμα 1: Υλικά, αναλώσιμα και εργαλεία

Υλικά:

• Κενό PCB 5 x 10 cm
• Αυτοκόλλητο βινύλιο 10 x 15 cm
• Ταινία Kapton πλάτους 50mm
• Μεμβράνη μεταφοράς βινυλίου 10 x 15 cm

Προμήθειες:

• Ελεγκτής χλωριούχου σιδήρου
• Ισοπροπυλική αλκοόλη
• Πάστα συγκόλλησης
• Νήμα PETG (για τη θήκη μπρελόκ)

Εργαλεία:

• επιτραπέζιος κόφτης βινυλίου (χρησιμοποιώ το Silhouette Cameo 3, αλλά κάθε βασικό μηχάνημα θα λειτουργήσει)
• Σταθμός επεξεργασίας θερμού αέρα (όχι απαραίτητος αλλά χρήσιμος)
• συγκολλητικό σίδερο
• πλαστική κάρτα (παλιά ταυτότητα ή οποιοδήποτε είδος)
• USBtinyISP ή Arduino ως ISP
• χειροκίνητος ακρυλικός κόπτης (Μπορεί να είναι σπιτικός από ένα τμήμα παλιάς λεπίδας πριονιού)
• Γυαλόχαρτο 220 & 400 grit
• Τρισδιάστατος εκτυπωτής (προαιρετικός, μόνο για την κατασκευή της θήκης με μπρελόκ)

Λογισμικό:

• Silhouette Studio (ή ισοδύναμο για άλλες μάρκες κοπτικών βινυλίου)
• EAGLE CAD (δεν απαιτείται εάν δεν σκοπεύετε να τροποποιήσετε το σχέδιο)
• Photoshop ή οποιοδήποτε πρόγραμμα επεξεργασίας εικόνας (δεν απαιτείται εάν δεν σκοπεύετε να τροποποιήσετε το σχέδιο)
• Arduino IDE + atTinyCore
• ΑΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ
• Slic3r ή οποιοδήποτε άλλο λογισμικό τρισδιάστατης εκτύπωσης.

• πακέτο πόρων tinyDice, (διαθέσιμο για λήψη σε αυτό το βήμα ως αρχείο RAR)

Συστατικά:

για κάθε μικροσκοπικόDice85:

• 9x 3528 LED SMD (οποιοδήποτε χρώμα, συνιστάται το ίδιο)
• 1x attiny85 (SOIC)
• 4x 33 ohm 0805 αντιστάσεις (η ακριβής τιμή δεν είναι κρίσιμη, χρησιμοποιήστε οποιαδήποτε παρόμοια τιμή αλλά το ίδιο!)
• 1x κουμπί SMD
• 1x κλιπ μπαταρίας CR20XX
• 1x μπαταρία CR2032

Για το πρόγραμμα προγραμματισμού:

• 6x καρφίτσες pogo
• Αρσενική κεφαλίδα 1x 2x3 (για ISP)
• Αρσενική κεφαλίδα 1x 2x1 (για εξωτερική πηγή VCC)
• 1x AMS1117 3.3v LDO ρυθμιστής (SOT-23)

Βήμα 2: Προετοιμάστε όλα τα αυτοκόλλητα

Για αυτή τη διαδικασία κατασκευής PCB στο σπίτι, χρησιμοποιούνται αυτοκόλλητα σε τρία στάδια. Ως μάσκα για χάραξη του χαλκού, ως μάσκα συγκόλλησης για την προστασία των ιχνών και περιορισμό της συγκόλλησης και ως στένσιλ για την εφαρμογή πάστας συγκόλλησης στα τακάκια. Προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η διαδικασία όσο το δυνατόν περισσότερο, όλα τα αυτοκόλλητα μπορούν να προετοιμαστούν σε ένα μόνο κάθισμα.

Προετοιμασία αρχείων για κοπή:

Εάν δεν σκοπεύετε να τροποποιήσετε το σχέδιο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε απευθείας τις προετοιμασμένες εικόνες ή το αρχείο Silhouette Studio με όλα τα αυτοκόλλητα. Εάν χρησιμοποιείτε άλλο σχέδιο, κάντε τα εξής για να προετοιμάσετε το αρχείο για κοπή:

Καθώς το πιο δωρεάν λογισμικό κοπής βινυλίου λειτουργεί με εικόνες, πρέπει να εξάγουμε το σχέδιο από το EAGLE ως εικόνα υψηλής ανάλυσης. Για αυτό, πρώτα αποκρύψτε όλο το επίπεδο εκτός από το TOP και το VIAS και, στη συνέχεια, εξάγετε τον πίνακα ως εικόνα στο MONOCHROME και τουλάχιστον 1500 dpi. Στη συνέχεια, επαναλάβετε τη διαδικασία αλλά μόνο με το στρώμα Tstop, για να πάρετε μόνο τα τακάκια.

Μόλις εξάγετε τις εικόνες, είναι σκόπιμο να κάνετε λίγο καθαρισμό στο Photoshop για να αυξήσετε την αξιοπιστία της διαδικασίας. Για την εικόνα με επένδυση από χαλκό, αυτό συνίσταται στη διαγραφή τυχόν μικρών απομονωμένων περιοχών χαλκού ή τη σύνδεσή τους σε μεγαλύτερες περιοχές, τη διαγραφή του κέντρου όλων των οπών και την αύξηση του διαστήματος γύρω από τα θερμικά. Για την εικόνα των μαξιλαριών, πρέπει να τα τοποθετήσετε σε ένα μαύρο σχήμα που ξεχειλίζει λίγο ολόκληρο το χαλκό.

Στη συνέχεια, εισαγάγετε τις εικόνες στο λογισμικό κοπής βινυλίου, εντοπίστε τις και κλιμακώστε τις σε μέγεθος 100 x 100 mm. Ένα πλεονέκτημα της πανελλήνιας πλακέτας PCB είναι ότι έχετε μια συνεπή αναφορά για να τις κλιμακώσετε σωστά, ανεξάρτητα από την ανάλυση.

Προετοιμασία της ταινίας Kapton για κοπή:

Η ταινία Kapton είναι ένα εξαιρετικό υλικό, ωστόσο Για να την χρησιμοποιήσουμε ως αυτοκόλλητο πρέπει πρώτα να την τοποθετήσουμε σε μια επίπεδη βάση. Για αυτό θα χρησιμοποιήσουμε το υπόστρωμα από την ταινία μεταφοράς βινυλίου, έτσι αφαιρέστε το πατέ και αφήστε το προσωρινά στην άκρη, φροντίζοντας να το διατηρήσετε καθαρό. Στη συνέχεια, ξετυλίξτε ένα τμήμα κασέτας και εφαρμόστε το προσεκτικά στο υπόστρωμα χαρτιού κεριού χρησιμοποιώντας μια πλαστική κάρτα ως σπάτουλα για να διασφαλίσετε ότι δεν θα παραμείνουν παγιδευμένες φυσαλίδες από κάτω. Σας συνιστώ να προετοιμάζεστε περισσότερο από αυτό που περιμένετε να χρησιμοποιήσετε, καθώς κάποια αυτοκόλλητα μπορεί να μην βγουν τέλεια.

Κοπή αυτοκόλλητων:

Αφού εντοπίσετε και κλιμακώσετε όλα τα αυτοκόλλητα στο λογισμικό κοπής βινυλίου, προχωρήστε στην τοποθέτηση του αυτοκόλλητου υλικού βινυλίου σε μια γωνία του στρώματος κοπής και την τοποθέτηση της ταινίας Kapton με υποστήριξη σε άλλη γωνία.

Στη συνέχεια, στο λογισμικό, τοποθετήστε μόνο τα σχέδια από στένσιλ με επένδυση από χαλκό και κόλλα συγκολλημένα στην περιοχή που αντιστοιχεί στο βινύλιο και ορίστε τις παραμέτρους κοπής σε: Ταχύτητα 3, Βάθος λεπίδας 1, Πίεση 8. Στείλτε την εργασία για κοπή και αφήστε το μηχάνημα να κάνει είναι πράγμα.

Τέλος, αφήστε στην άκρη τα σχέδια που χρησιμοποιήσατε προηγουμένως και τοποθετήστε μόνο το σχέδιο μάσκας συγκόλλησης στην περιοχή που αντιστοιχεί στην ταινία Kapton. Ρυθμίστε τις παραμέτρους κοπής σε: Ταχύτητα 1, Βάθος λεπίδας 1, Πίεση 3. Προχωρήστε στην αποστολή της εργασίας στο μηχάνημα και μόλις τελειώσετε αφαιρέστε προσεκτικά τόσο το αυτοκόλλητο βινύλιο όσο και τα υλικά Kapton από το χαλί κοπής. Προσέξτε να μην κάνετε έντονες τσακίσεις όταν τις ξεκολλάτε.

Βοτάνουμε τα αυτοκόλλητα:

Για να μεταφέρουμε τα αυτοκόλλητα βινυλίου στο PCB πρέπει να χρησιμοποιήσουμε μεμβράνη μεταφοράς βινυλίου για να διασφαλίσουμε ότι όλες οι περιοχές μεταφέρονται στη θέση τους. Για να μπορέσουμε να μεταφέρουμε μόνο τα προβλεπόμενα τμήματα σφραγίδας, πρέπει να αφαιρέσουμε όλες τις ανεπιθύμητες περιοχές πριν εφαρμόσουμε τη μεμβράνη μεταφοράς. Για αυτό χρησιμοποιήστε έναν κόφτη και σηκώστε προσεκτικά μια γωνία της ανεπιθύμητης περιοχής. Σπρώξτε τον κόφτη από κάτω και πιέστε το βινύλιο στη λεπίδα για να κολλήσει. Στη συνέχεια, τραβήξτε τον κόφτη μακριά και η περίσσεια πρέπει να ξεφλουδίσει. Ανάλογα με το σχέδιο, όλες οι ανεπιθύμητες περιοχές μπορεί να βγουν ως ένα μόνο κομμάτι. Μόλις ξεφορτωθεί, τοποθετήστε τη μεμβράνη μεταφοράς ΜΟΝΟ πάνω από τα αυτοκόλλητα με επένδυση από χαλκό και πετάξτε όλη την περίσσεια. Σε αυτό το σημείο τα αυτοκόλλητα βινυλίου είναι έτοιμα για χρήση. Τα αυτοκόλλητα ταινιών Kapton είναι ένα μόνο κομμάτι, ώστε να μπορούν να μεταφερθούν απευθείας χωρίς την ταινία μεταφοράς.

Βήμα 3: Χαράξτε το Copper Clad

Αυτό είναι το πιο σημαντικό βήμα της διαδικασίας, καθώς η ποιότητα των ιχνών χαλκού θα καθορίσει το ποσοστό επιτυχίας των τελικών προϊόντων. Εάν γίνει προσεκτικά, μπορεί να είναι 100%.

Μεταφορά του αυτοκόλλητου CLAD στον χαλκό:

Για να διασφαλίσετε καθαρά και αξιόπιστα αποτελέσματα, πρέπει πρώτα να απολιπάνετε το κενό PCB με ισοπροπυλική αλκοόλη. Εάν το λευκό είναι παλιό, συνιστάται να τρίψετε καλά την επιφάνεια με γυαλόχαρτο 320-400 τρίψιμο κάνοντας μικρούς κύκλους σε όλη την πλάκα.

Μόλις καθαριστεί πλήρως, ήρθε η ώρα να μεταφέρετε το αυτοκόλλητο στον χαλκό. Για αυτό, πρώτα ξεφλουδίστε μια γωνία της μεμβράνης μεταφοράς και στη συνέχεια τοποθετήστε το αυτοκόλλητο ανάποδα σε ένα καθαρό τραπέζι. Στη συνέχεια, προχωρήστε να ξεκολλήσετε αργά το χαρτί από τη μεταφορά κάνοντας μια απότομη πτυχή και τραβώντας κατά μήκος του τραπεζιού. Με αυτόν τον τρόπο ακόμη και τα μικρά μαξιλάρια πρέπει να κολλήσουν στη μεταφορά και να μην παραμείνουν στο χαρτί. Μην ανησυχείτε αν ένα ή δύο μαξιλάρια μείνουν πίσω, μπορείτε να τα τοποθετήσετε χειροκίνητα αργότερα.

Στη συνέχεια, κρατήστε τη μεταφορά βινυλίου με το αυτοκόλλητο στις άκρες των δακτύλων σας (κολλήστε τα ελαφρά στην άκρη) και ευθυγραμμίστε αργά το αυτοκόλλητο πάνω από την σανίδα πριν το τοποθετήσετε. Μόλις ευθυγραμμιστεί, τοποθετήστε το στον χαλκό και πιέστε το με τα δάχτυλά σας FORM THE THE CENTER OUT, για να αποφύγετε τις παγιδευμένες φυσαλίδες. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε μια πλαστική κάρτα για να σφίξετε όλη την επιφάνεια για να διασφαλίσετε ότι το βινύλιο κολλάει έντονα στον χαλκό. Προχωρήστε στην αποκόλληση της μεμβράνης μεταφοράς βινυλίου από την επένδυση χαλκού με τον ίδιο τρόπο που ξεφλουδίσατε την επένδυση χαρτιού και τοποθετήστε χειροκίνητα τυχόν μαξιλάρια που έμειναν πίσω. Εάν το αυτοκόλλητο δεν καλύπτει ολόκληρο το κενό, μπορείτε να καλύψετε τυχόν υπόλοιπες περιοχές με διαφανή ταινία για να αποφύγετε τη χάραξη περίσσειας χαλκού και την υπερβολική χρήση των προμηθειών σας.

Χάραξη με επένδυση χαλκού:

Για τη διαδικασία χάραξης θα χρειαστείτε 2 δοχεία ορθογώνιου στυλ Tupperware, ένα μικρό ξύλινο μπαστούνι και το χάραγμα Ferric Chloride.

Η προετοιμασμένη σανίδα με τη σφραγίδα CLAD είναι σχεδόν έτοιμη για χάραξη, αλλά είναι πολύ σημαντικό να την καθαρίσετε ξανά με ισοπροπυλική αλκοόλη για να αφαιρέσετε τυχόν υπολείμματα από την μεμβράνη μεταφοράς και να εξασφαλίσετε μια ομοιόμορφη και πλήρη χάραξη, χωρίς να απομείνει ανεπιθύμητος χαλκός.

Για να προετοιμάσετε το χλωριούχο σίδηρο για χάραξη, ρίξτε το σε ένα από τα δοχεία μέχρι το μισό περίπου και προσθέστε περίπου 30% περισσότερο νερό. Σε αυτό το σημείο το διάλυμα είναι έτοιμο για χάραξη, ωστόσο, μπορείτε προαιρετικά να το ζεστάνετε στο φούρνο μικροκυμάτων για 15 δευτερόλεπτα ΠΡΙΝ το τοποθετήσετε στο PCB για να επιταχύνετε τη διαδικασία χάραξης.

Τέλος, τοποθετήστε το χαρτόνι στο χλωριούχο σίδηρο και αφήστε το να βυθιστεί. Η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει λίγο, αλλά είναι σημαντικό να επιστρέφετε κάθε 10 έως 15 λεπτά για να αναδεύετε το διάλυμα και να ελέγχετε την πρόοδο. Για tis χρησιμοποιήστε απλά ένα μικρό ξύλο θραύσματα για να φτάσετε στο χαρτόνι και γείρετε το μέσα και έξω από το διάλυμα μερικές φορές. Αυτό θα μετακινήσει τη λύση για να διασφαλίσει ότι αντιδρά ομοιόμορφα και θα σας επιτρέψει να δείτε πόση ποσότητα χαλκού έχει αφαιρεθεί. Συνεχίστε να το κάνετε έως ότου δεν βλέπετε πλέον εκτεθειμένο χαλκό, αλλά μην το αφήνετε περισσότερο καθώς ο χαράκτης μπορεί να αρχίσει να σπάει κάτω από το αυτοκόλλητο και να καταστρέψει τα ίχνη. Εν τω μεταξύ, αφήστε το ραβδί στο άλλο δοχείο για να αποφύγετε τη χρώση οτιδήποτε με το διάλυμα χαρακτικού, καθώς είναι πολύ επιρρεπές σε λεκέδες και έχει επίσης πολύ έντονη οσμή σιδήρου.

Μόλις τελειώσει, αφαιρέστε το χαρτόνι από τη χαρακτική και ξεπλύνετε καλά με άφθονο νερό και σαπούνι. Μετά από αυτό, πιάστε ένα χωνί ή φτιάξτε το χρησιμοποιώντας ένα πλαστικό φύλλο και στερεώστε το πάνω από ένα άδειο μπουκάλι PP για να ανακτήσετε και να αποθηκεύσετε το χαράκτη. ΠΟΤΕ μην απορρίπτετε το χλωριούχο σίδηρο από την αποχέτευση, επαναχρησιμοποιήστε το όσο το δυνατόν περισσότερο και πετάξτε το αφήνοντάς το να στεγνώσει και στη συνέχεια απορρίψτε το ως στερεό.

Η χάραξη είναι το πιο χρονοβόρο βήμα της διαδικασίας. Εάν γίνει με φρέσκο χλωριούχο σίδηρο, μπορεί να επιτευχθεί σε λιγότερο από μία ώρα, ωστόσο, με επαναχρησιμοποιημένα εφόδια μπορεί να χρειαστούν έως και 4 ώρες για να ολοκληρωθεί, οπότε κάντε υπομονή και ελέγχετε περιοδικά.

Βήμα 4: Κόψτε και τρίψτε τα ζάρια

Ένα πλεονέκτημα της πανελλήνιας πλακέτας PCB είναι ότι μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον πίνακα ως οδηγό κοπής, καθώς και ότι είναι ευκολότερο να χειριστείτε έναν μεγαλύτερο πίνακα. Για να διαχωρίσουμε τις σανίδες και να τους δώσουμε ένα σωστό φινίρισμα, πρέπει πρώτα να τις κόψουμε και να τρίψουν τις άκρες και τις γωνίες.

Η κοπή του PCB δεν μπορεί να γίνει με έναν κανονικό κόφτη, ψαλίδι ή πριόνια, καθώς αυτές οι διαδικασίες σχεδόν σίγουρα θα αποτύχουν ή θα καταστρέψουν τις σανίδες. Για κοπή, θα χρησιμοποιήσουμε ένα απλό εργαλείο νυχιών το οποίο σταδιακά ξεφλουδίζει τα στρώματα σε κάθε πέρασμα, χαράζοντας ένα αυλάκι σε όλη τη διαδρομή. Αυτές οι λεπίδες πωλούνται στο εμπόριο ως ακρυλικοί κόφτες, αλλά μπορούν επίσης να είναι σπιτικές από μερικές σπασμένες λεπίδες πριονιού. είναι σκόπιμο να ξαναζωνίσετε τη λεπίδα μέσω της διαδικασίας καθώς οι σανίδες από υαλοβάμβακα φθείρουν την άκρη γρήγορα. Δεν είναι απαραίτητο να το κόψετε σε όλη τη διαδρομή, μόνο το μεγαλύτερο μέρος της διαδρομής και στη συνέχεια, απλά να το κόψετε κάθε κομμάτι.

Μετά την κοπή, οι άκρες είναι αρκετά τραχιές και ανομοιόμορφες, οπότε πρέπει να τις τρίψουμε σχολαστικά πρώτα με γυαλόχαρτο 240 grit και μετά με περίπου 400 grit για επιπλέον ομαλότητα. Φροντίστε επίσης να στρογγυλοποιήσετε τις γωνίες ακολουθώντας το σχήμα του ντυμένου με χαλκό.

Τέλος, χρησιμοποιήστε έναν κόφτη για να ξεκολλήσετε προσεκτικά τα αυτοκόλλητα από τις σανίδες. Αυτό μπορεί να γίνει πριν από την κοπή, αλλά τα αυτοκόλλητα βοηθούν στην προστασία του χαλκού μέσω της διαδικασίας κοπής.

Βήμα 5: Εφαρμογή των αυτοκόλλητων Kapton Soldermask

Τώρα με τις σανίδες κοπής, είμαστε σχεδόν έτοιμοι να συναρμολογήσουμε το κύκλωμα, ωστόσο, για να διασφαλίσουμε ότι τα ίχνη χαλκού προστατεύονται μακροπρόθεσμα και η συγκόλληση παραμένει μόνο εκεί που πρέπει, χρειαζόμαστε μια μάσκα κόλλας, η οποία γίνεται συμβατικά με ρητίνες σκλήρυνσης UV Το Η παραδοσιακή διαδικασία είναι αρκετά τοξική, ακατάστατη και αναξιόπιστη, επομένως απαιτείται μια πιο πρακτική εναλλακτική λύση για την κατασκευή στο σπίτι.

Σε αυτήν την περίπτωση, εκμεταλλευόμαστε την ταινία Kapton ως κολλητική μάσκα λόγω της υψηλής αντοχής στη θερμοκρασία και των αυτοκόλλητων ιδιοτήτων της. Για να μεταφέρουμε τα αυτοκόλλητα στα PCB θα χρησιμοποιήσουμε ξανά τον κόφτη ως υποστήριξη. Πριν μεταφέρετε τα αυτοκόλλητα, καθαρίστε καλά τα PCB με αλκοόλ για να αφαιρέσετε τυχόν λίπη ή υπολείμματα από το βινύλιο. Στη συνέχεια, προχωρήστε στην προσεκτική ανύψωση του αυτοκόλλητου Kapton από το χαρτί υποστήριξης με τον κόφτη (δείτε την εικόνα 2). Για αυτό, ανασηκώστε πρώτα μια μικρή γωνία του αυτοκόλλητου με τον κόφτη και πιέστε το στη λεπίδα για να κολλήσει, στη συνέχεια τραβήξτε αργά τον κόφτη μακριά από το χαρτί χωρίς να κάνετε μια πτυχή στην αιχμηρή άκρη μέχρι να βγει ολόκληρο το αυτοκόλλητο από το χαρτί και μένει κολλημένος στη λεπίδα.

Τέλος, είναι σημαντικό να διασφαλίσετε ότι το αυτοκόλλητο είναι σωστά ευθυγραμμισμένο με τα μαξιλάρια πριν το κολλήσετε στη θέση του, οπότε φέρτε το απαλά πάνω από το PCB με τον κόφτη και βουρτσίστε το ελαφρά μερικές φορές, αυτό θα το φορτίσει με στατικό και επιπλέει στην επιφάνεια, κάτι που θα σας επιτρέψει να προσαρμόσετε την τοποθέτηση πριν την πιέσετε στη θέση του. Εάν η σφραγίδα κολλήσει πρόωρα, ξεκολλήστε την προσεκτικά από τον πίνακα καθώς την ξεφλουδίσατε από το χαρτί και επαναλάβετε την ευθυγράμμιση. Μόλις ευθυγραμμιστεί σωστά, πιέστε το σταθερά στο PCB με τα δάχτυλά σας και αφαιρέστε προσεκτικά τον κόφτη από το αυτοκόλλητο για να ολοκληρώσετε τη ρύθμιση του. Στη συνέχεια, καθαρίστε ξανά τις σανίδες με οινόπνευμα και τώρα τα PCB έχουν τελειώσει επίσημα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν αμέσως ή να αποθηκευτούν για αργότερα.

Βήμα 6: Συγκεντρώστε το ζάρι: Εφαρμογή πάστας συγκολλητικού

Ένα πλεονέκτημα των κυκλωμάτων SMD είναι ότι μπορούν να κολληθούν με πάστα με πολύ αξιόπιστο και γρήγορο τρόπο, χρησιμοποιώντας ένα απλό στένσιλ για εφαρμογή μόνο στα τακάκια, τα οποία μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν για οποιονδήποτε αριθμό μονάδων. Τα συμβατικά στένσιλ SMD κατασκευάζονται από χάλυβα, επομένως είναι αρκετά ακριβά και μη πρακτικά για την κατασκευή πρωτοτύπων, ωστόσο, το στένσιλ μπορεί επίσης να είναι κατασκευασμένο από αυτοκόλλητα βινυλίου. Για αυτό, χρησιμοποιούμε τόσο την αρχική όσο και την κατοπτρική έκδοση του αυτοκόλλητου για να δημιουργήσουμε ένα πλαστικό στένσιλ που δεν είναι αυτοκόλλητο.

Η πάστα κόλλας περιέχει πολλή ροή, οπότε μειώνεται σημαντικά κατά την ανάφλεξη. Έτσι, πρέπει να εφαρμόσουμε ένα αρκετά παχύ στρώμα για να διασφαλίσουμε ότι οι αρμοί γεμίζουν σωστά με κόλλα. Για να φτιάξουμε το στένσιλ του κατάλληλου πάχους, πρέπει να στρώσουμε 4 αυτοκόλλητα βινυλίου μαζί. Κάντε το προσεκτικά για να διασφαλίσετε ότι οι τρύπες είναι απόλυτα ευθυγραμμισμένες σε όλη τη διαδρομή.

Στη συνέχεια, χτίστε ένα μικρό περίγραμμα γύρω από έναν πίνακα από θραύσματα PCB ή οποιοδήποτε άλλο υλικό του ίδιου πάχους και τοποθετήστε το στένσιλ στη θέση του από μία μόνο πλευρά για να χρησιμεύσει ως μεντεσέ, εξασφαλίζοντας σωστή ευθυγράμμιση του στένσιλ πάνω από τα μαξιλάρια (δείτε εικόνα 2).

Τέλος, χρησιμοποιώντας οποιοδήποτε είδος εργαλείου ευθείας, πιάστε λίγη κόλλα κόλλας και αρχίστε να την απλώνετε πάνω στο στένσιλ μέχρι να γεμίσουν όλες οι τρύπες και ξύστε τα υπόλοιπα πίσω στο μπουκάλι με το ίδιο εργαλείο. Μην αγγίζετε απευθείας τη συγκόλληση, καθώς περιέχει μόλυβδο, το οποίο καλύτερα να αποφεύγεται. Μην ανησυχείτε αν το αγγίξετε, απλά καθαρίστε το καλά.

Σηκώστε το στένσιλ και αφαιρέστε την σανίδα από τη σέγα. Επαναλάβετε τη διαδικασία για όλους τους πίνακες που σκοπεύετε να συναρμολογήσετε. Τώρα οι σανίδες είναι έτοιμες για πλήρωση και συγκόλληση.

Βήμα 7: Συγκολλήσεις πληθυσμού και επαναφοράς

Με την πάστα συγκόλλησης στις σανίδες, ήρθε η ώρα να γεμίσετε όλα τα εξαρτήματα. Για αυτό, χρησιμοποιήστε μερικά τσιμπιδάκια και τοποθετήστε προσεκτικά κάθε εξάρτημα στα τακάκια του, εξασφαλίζοντας σωστό προσανατολισμό και ευθυγράμμιση (δείτε εικόνα 2). Πάρτε το χρόνο σας για να το κάνετε αυτό και να διορθώσετε τυχόν λανθασμένες τοποθετήσεις. Μόλις τοποθετηθούν όλα τα εξαρτήματα, ενεργοποιήστε το εργαλείο ανανέωσης αέρα και αρχίστε σταδιακά να προθερμαίνετε ολόκληρη την πλακέτα αιωρώντας σε κύκλους πάνω της (δείτε εικόνα 3). Στη συνέχεια, συνεχίστε να κατευθύνετε τον θερμό αέρα απευθείας πάνω από κάθε μαξιλάρι μέχρι να αναρροφηθεί πλήρως (εικόνα 4). Όταν τελειώσετε το reflowing, ήρθε η ώρα να προσθέσετε το κλιπ μπαταρίας. Για αυτό, τρυπήστε τα κέντρα των 2 μεγαλύτερων στρογγυλών μαξιλαριών και τοποθετήστε το κλιπ μπαταρίας στην κάτω πλευρά της σανίδας. Συνιστάται επίσης να κολλήσετε το κλιπ μπαταρίας στην πλακέτα με Epoxy για να απαλλαγείτε από κάθε πίεση από τους πείρους τροφοδοσίας καθώς το κλιπ θα συγκρατεί την πλακέτα πάνω στη θήκη. Σε αυτό το σημείο το PCB είναι πλήρως συναρμολογημένο και έτοιμο για προγραμματισμό.

Βήμα 8: Τρισδιάστατη εκτύπωση των θήκων μπρελόκ

Οι θήκες με τρισδιάστατη εκτύπωση είναι προαιρετικές αλλά συνιστώνται ιδιαίτερα, καθώς προσθέτουν πολύ χαρακτήρα στο αντικείμενο μετατρέποντάς το σε μπρελόκ, ενώ παράλληλα προστατεύουν τη μήτρα. Είναι υποχρεωτική η εκτύπωσή τους σε PETG προκειμένου να εξασφαλιστεί υψηλή αντοχή, καθώς το PLA πιθανότατα θα σπάσει πολύ γρήγορα. Έφτιαξα δύο εκδόσεις της θήκης, μία με κοίλη βάση για την αφαίρεση της μπαταρίας και άλλη με το λογότυπό μου στο πίσω μέρος, η οποία διατηρεί την μπαταρία ασφαλή και κρυμμένη. Καθώς το κύκλωμα καταναλώνει πολύ λίγη ενέργεια, η μπαταρία μπορεί να παγιδευτεί μέσα στη θήκη χωρίς κανένα πρόβλημα.

Για να συναρμολογήσετε τη θήκη, απλώς τοποθετήστε το κλιπ μπαταρίας πάνω στην τρισδιάστατη εκτύπωση έως ότου η πλακέτα είναι στο ίδιο επίπεδο με την άκρη. Ανάλογα με το ακριβές κλιπ μπαταρίας, μπορεί να χρειαστεί να το τρίψετε ελαφρώς ή να αυξήσετε το ύψος της θήκης για να διασφαλίσετε ότι ταιριάζει σε όλη τη διαδρομή, οπότε φροντίστε να το ελέγξετε πριν από τη συναρμολόγηση. Εάν είναι απαραίτητο, ωστόσο, η θήκη μπορεί να ανοίξει τραβώντας αργά τη σανίδα προς τα έξω γύρω από την άκρη.

Βήμα 9: Κάντε ένα πρόγραμμα προγραμματισμού

Τώρα τα tinyDice είναι πλήρως συναρμολογημένα, ωστόσο πρέπει να τα προγραμματίσουμε να τα κάνουν να κάνουν όπως πρέπει. Για αυτό, χρησιμοποιούμε ένα pogo pin jig το οποίο έρχεται σε επαφή με όλα τα μαξιλάρια προγραμματισμού στον πίνακα και συνδέεται με έναν προγραμματιστή ISP, ο οποίος μπορεί να είναι USBtinyISP ή οποιοδήποτε Arduino ως ISP. Το tinyDice διαθέτει όλους τους ακροδέκτες προγραμματισμού που είναι διαθέσιμοι σε μαξιλάρια με τυπική απόσταση 100 μιλίων (2,54 χιλιοστά), ώστε να επιτρέπεται η συναρμολόγηση του παζλ σε τυπική διάτρητη σανίδα. Ακολουθήστε το διάγραμμα σύνδεσης για να συνδέσετε κάθε καρφίτσα pogo στην κεφαλίδα του ISP. Για αναπτυξιακούς σκοπούς, έφτιαξα ένα διπλό κιβώτιο που χρησιμεύει επίσης για έναν άλλο πίνακα στον οποίο εργάζομαι και ενσωμάτωσα έναν ρυθμιστή LDO για να αποφύγω την εξάντληση των μπαταριών κατά τη δοκιμή, αλλά για έναν προγραμματισμό μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την ενέργεια κατευθείαν από την μπαταρία

Το tinyDice έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί στα 3 βολτ, οπότε ο προγραμματισμός τους στα 5 βολτ ενέχει τον κίνδυνο βλάβης των ακίδων IO του μικροελεγκτή, των LED ή ακόμη και του προγραμματιστή, καθώς θα ρέει πολύ ρεύμα μέσω των περιοριστικών αντιστάσεων ρεύματος της LED. Έτσι, για να προγραμματίσουμε το τσιπ χωρίς να καταστρέψουμε τίποτα, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε την εγγενή του τάση από την μπαταρία. Εάν χρησιμοποιείτε USBtinyISP, απλώς αφαιρέστε τον βραχυκυκλωτήρα, ο οποίος θα τροφοδοτήσει τον εσωτερικό λογικό μοχλό αλλαγής ταχυτήτων από την μπαταρία του tinyDice, και εάν χρησιμοποιείτε Arduino, απλώς αφήστε την ισχύ χωρίς σύνδεση για να τροφοδοτήσετε μόνο τα ζάρια με την μπαταρία και προσθέστε μια αντίσταση σειράς 5k σε κάθε γραμμή δεδομένων.

Βήμα 10: Προγραμματισμός των ζαριών

Για τη διαδικασία προγραμματισμού, συναρμολογήστε προσεκτικά τη σέζα πάνω από τα ζάρια χρησιμοποιώντας στάσεις και βεβαιωθείτε ότι όλες οι καρφίτσες pogo πιέζονται σωστά στα αντίστοιχα τακάκια. Να είστε προσεκτικοί και μην γλιστράτε το Die κάτω από τις καρφίτσες καθώς είναι πολύ εύκολο να τα σπάσετε. Στη συνέχεια, συνδέστε το USBtinyISP στο jig και τον υπολογιστή.

Ανοίξτε το Arduino IDE, φορτώστε το σκίτσο tinyDice και επιλέξτε chip atTiny85 με το USBtinyISP ως προγραμματιστή. Πατήστε το κουμπί μεταφόρτωσης και ελέγξτε τα ζάρια, 2 LED θα αρχίσουν να αναβοσβήνουν για λίγο. Εάν όλα είναι επιτυχημένα, τώρα το tinyDice έχει προγραμματιστεί, τελειώσει και είναι έτοιμο για χρήση. Επαναλάβετε τη διαδικασία προγραμματισμού για όλες τις μονάδες που φτιάξατε και στη συνέχεια αποθηκεύστε το jig πλήρως συναρμολογημένο για να προστατέψετε τις καρφίτσες pogo.

Ο κώδικας:

Το πρόγραμμα του tinyDice είναι τέτοιο που εμφανίζει πρώτα μια κίνηση "σκέψης" και στη συνέχεια δημιουργεί έναν τυχαίο αριθμό μεταξύ 0 και 9 που εμφανίζεται για λίγα δευτερόλεπτα. Όλες οι μεταβάσεις γίνονται με PWM για κάθε LED για να επιτρέπουν ξεθώριασμα. Αφού εμφανιστεί ο αριθμός και ξεθωριάσει, ο επεξεργαστής μπαίνει σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας, η οποία ουσιαστικά σταματά την κατανάλωση μπαταρίας, οπότε η μπαταρία θεωρητικά θα διαρκέσει περίπου 6.000 "ρίψεις" των ζαριών.

Ολόκληρος ο κώδικας είναι δομημένος γύρω από μια διακοπή χρονοδιακόπτη 8 Khz, η οποία χειρίζεται τη λειτουργία Charlieplexing και το PWM 10 βημάτων για κάθε LED, καθώς και την προώθηση των κινούμενων εικόνων. Πιο λεπτομερείς εξηγήσεις για κάθε λειτουργία σχολιάζονται στο σκίτσο του Arduino.

Συμπεράσματα:

Τα αποτελέσματα αυτής της μεθόδου για οικιακή κατασκευή PCB ξεπέρασαν κατά πολύ τις αρχικές μου προσδοκίες, καθώς διαπίστωσα ότι μπορεί να είναι εξαιρετικά αξιόπιστη και να αποφέρει πολύ υψηλής ποιότητας αποτελέσματα για εύκολο και γρήγορο πρωτότυπο κυκλώματα SMD και διαμπερούς οπών. Εξαιτίας αυτού, ενθαρρύνω τους DIY να δοκιμάσουν αυτήν τη μέθοδο για τα δικά τους σχέδια και να μοιραστούν τα αποτελέσματα και τα ευρήματά σας με την κοινότητα.

Αυτή η νέα έκδοση του tinyDice είναι από μόνη της ένα πολύ ωραίο και διασκεδαστικό αντικείμενο για να το έχετε και να το μοιραστείτε με τους φίλους σας, καθώς τα κινούμενα σχέδια και η θήκη με μπρελόκ το καθιστούν αρκετά μοναδικό και ενδιαφέρον. Ελπίζω να σας άρεσε αυτό το διδακτικό και μοιραστείτε τα σχόλια και τις εμπειρίες σας σχετικά με το θέμα, έτσι ώστε η μέθοδος να συνεχίσει να εξελίσσεται. Επίσης, μη διστάσετε να πειραματιστείτε με τον κώδικα και να μοιραστείτε τυχόν ενδιαφέρουσες παραλλαγές για να δοκιμάσουν οι άλλοι.

Αυτός ο οδηγός είναι στον διαγωνισμό σχεδίασης PCB, οπότε ψηφίστε τον αν τον θεωρείτε άξιο και μοιραστείτε τον με τους φίλους σας και τους λάτρεις των ηλεκτρονικών.

Δεύτερο Βραβείο στο PCB Design Challenge