Всем привет!
Это моя первая заметка на Хабре и в интернете вообще. Поэтому сразу хочу извиниться за некоторую косность изложения и незрелость оформления текста.
Для своих редких домашних проектов я заказываю печатные платы на известном многим китайском сайте jlcpcb. В данной заметке мне бы хотелось поделиться своим опытом монтажа и пайки компонентов на таких платах в домашних условиях, на примере моего последнего хобби проекта.
Схемы и платы из EDA редактора я здесь приводить не буду, т.к. проект еще находится в стадии отладки, поиска ошибок и внедрения новых решений. Расскажу лишь вкратце суть и причины разработки, а затем хочу сделать акцент именно на процессе пайки деталей на PCB.
Итак, у одного моего бывшего коллеги и старого приятеля в ремонте появился преобразователь постоянного напряжения от аккумуляторов в переменное 230В. Хочу сразу сказать, что само устройство целиком я никогда вживую не видел. Как мне пояснил мой друг, частой причиной поломки таких преобразователей является выход из строя микроконтроллера управления основной ШИМ преобразователя — SG3525. Микроконтроллер измеряет входное напряжение с батареи, температуру каких‑то силовых элементов, и при превышении, либо просадке входного напряжения, а также превышении температуры выключает SG3525 и включает вентилятор и играет звуковой сигнал тревоги. Здесь все достаточно просто. Единственный минус — ног у м икроконтроллера всего 8, из них две – Vdd и Vss(GND).
Микроконтроллер имеет шлифованную верхнюю поверхность без маркировки. Но по распайке некоторых компонентов в нем отчетливо угадывается PIC12F675.
Ещё одна проблема, что из-за недостатка свободных ног мне недоступен аппаратный дебаг. ICSP пины, как раз задействованы для измерения входного напряжения и температуры. Разве, что можно попробовать использовать один из пинов МК под программный UART-TX и передавать данные по нему.
В общем достаточно убогий и старый микроконтроллер - он уже больше 20 лет присутствует на рынке. Есть более современные аналоги pin-to-pin. Думаю, поработать с ними позже.
Мой приятель живет за 500км от меня и у него нет даже самых базовых навыков программирования на Си, а у меня нет мощного лабораторного блока питания для проверки конвертера под нагрузкой. Это вносит большой временной лаг в реализацию проекта. В общем в итоге я сделал две платы – одна эмулирует реальное устройство в идеальных условиях. На ней я отрабатываю поведение написанного для микроконтроллера ПО.
Ещё одной проблемой является то, что на реальном же устройстве сигнал, приходящий на АЦП, очень сильно зашумлен и мой алгоритм обработки дает сбои, т.к. часто АЦП читает разные всплески и соответственно система реагирует некорректно. Помехи идут, скорее всего, от каких то трансформаторов или ШИМ контроллера устройства. Для начала я попробовал простейший программный медианный фильтр с выборкой 3. Он заработал, но реакция на изменение величины напряжения очень медленная. Скорее всего так происходит из-за скромных вычислительных возможностей 8 битного PIC12F675 с частотой 4МГц.
Аппаратно для сглаживания таких помех подойдет обычный пассивный фильтр из конденсаторов. На всякий случай я сделал его двухкаскадным. Сейчас главное «почистить» сигнал и проверить работу ПО на реальном устройстве. Так появилась вторая плата — фильтр.
Итак к теме! Платы и трафареты к ним пришли в приятной фирменной коробочке с логотипом JLCPCB.
Все красиво упаковано в пакетики. Плат каждого типа по 5 штук. Это минимум, который можно заказать. Плюс трафареты для паяльной пасты.
Платы сделаны очень качественно, шелкография очень хорошая и детальная.
Проектировал я их для одностороннего монтажа. Вот вид сверху и снизу.
Как можно заметить на плате эмулятора посадочные места компонентов подписаны, а на плате фильтра нет. Для нормальных разборчивых подписей там просто нет места. Поэтому для неё пришлось сделать отельный jpg с подписями. Эдакий колхозный боардвью. Это сильно облегчило мне работу в дальнейшем.
Однако и на плате эмулятора обозначения элементов были сделаны непонятно и оттого неудобно. Поэтому, аналогичный боардвью, пришлось делать и для платы эмулятора.
Трафареты были заказаны в размер платы. Дело в том, что у меня нет специального профессионального держателя. Для их фиксации прекрасно подходят зажимы для ремонта экранов сотового телефона.
Паяльная паста наносится обычной металлической лопаткой.
Фиксируем трафарет на плате зажимами и наносим капельку паяльной пасты сверху. Уже достаточно долго пользуюсь паяльной пастой Chip Quik, пока мне все нравится.
Т.к. мои платы достаточно маленькие, то процесс равномерного нанесения паяльной пасты занимает не сильно много времени, до 10 минут.
Паста нанесена. Аккуратно развинчиваем фиксаторы и снимаем трафарет с платы.
С виду вроде получилось терпимо. Но под микроскопом все выглядит гораздо хуже (см. конденсатор C6 на рисунке ниже, это вторая плата эмулятора). На дату фото внимание не обращайте, мне не хочется ковыряться с настройками дешевого китайского микроскопа. В планах покупка китайского хорошего. Если не лень, посоветуйте какой-нибудь в комментариях.
Будем надеяться на волшебные свойства пасты Chip Quik.
Гораздо больше времени занимает подбор компонентов согласно BOM листа. У меня нет отдельных ящичков, где все лежит по номиналам и каталогу. Храню детали в антистатических пакетах в обычных картонных коробках. Правда при сортировке по BOM, подписываю наклейки на пакетах.
Также достаточно нудным и долгим является дальнейшее извлечение радиодеталей из ленты и установка их на плату. Мне почти 46 лет и глаза уже стали плохими. Если в молодые годы я без очков спокойно ремонтировал сотовые телефоны Apple и Samsung, где размер пассивных компонентов был 0402, то теперь вблизи плохо вижу даже 0805. Поэтому сейчас для меня любимым размером при проектировании PCB стал этот самый 0805.
Pick-and-place пока, из-за малых масштабов и редкости проектов, остается дорогой игрушкой и голубой мечтой. И, соответственно, приходится все делать вручную. Благо, мелкая моторика рук такая же, как и 20 лет назад.
Резюмируя, скажу, что подготовка радиодеталей и их ручное размещение на плате, занимает огромную массу времени в процессе пайки в домашних условиях. Здесь мне есть куда расти и что оптимизировать. Буду рад услышать критику и полезные советы.
Ну что ж, детали расставлены, теперь можно и в печь. Печь у меня самая обычная, с ласкающим русскоязычный слух названием, которое лучше не произносить в приличном обществе.
У этой печки есть шикарный встроенный термопрофиль для бессвинцовой пасты. По нему и паяю платы.
Пасту желательно использовать свежую. Я храню свою в холодильнике. Однако ей уже 2 года, срок хранения такой пасты по инструкции — 1 год. Буду покупать новую.
Итак, результаты SMD пайки:
Все запаялось очень хорошо, но на плате фильтра остались запеченные сопельки припоя на поверхности лака платы. Это позже легко смылось зубной щеткой в изопропиловом спирте. Мне кажется, это побочный эффект из-за просроченности паяльной пасты. Раньше паял ей же, но такого не было.
Результаты пайки под микроскопом:
Остались THT компоненты, которые паяются вручную, обычным паяльником:
Все запаяно. А теперь в ванную, мыться.
Окончательный результат.
Я доволен. Получилось долго и нудно, но получилось, на мой взгляд, хорошо. Платы были визуально осмотрены, замерены на предмет кз и протестированы. Все работает. Если стало интересно, пишите, могу подготовить статью о коде проекта и работой над ошибками схематики и разводки плат. Всем хорошего дня. Пока!