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Vollständige Leiterplatte Lab & POV Visitenkarte

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Vollständige Leiterplatte Lab & POV Visitenkarte

Einführung
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Obwohl es viele Instructables auf einigen Aspekt, wie man Platinen zu machen, ist dies eine andere. Es ist ein anweisbares, wie man die Dinge, die Sie benötigen, um Platinen, insbesondere eine flamboyant Visitenkarte Spielzeug machen. In den vergangenen sechs Monaten habe ich in meiner Wohnung ein ziemlich komplettes Labor für Leiterplattenfertigung eingerichtet, und zwar billig und sicher, und ich beabsichtige, alle Aspekte des Prozesses von Anfang bis Ende zu behandeln. Einige davon können Sie schon einmal gesehen haben, aber hier ist alles an einem Ort, mit Referenzen.

Alles in allem musste ich einen luftdichten Ätzbehälter aus Lasergeschnittenem Acryl, einem SMD - Vakuumaufnehmer, einem Reflow - Ofen und einem Temperaturregler entwerfen und bauen, den Tonertransferprozess mit einem modifizierten Laminator verfeinern, eine kundenspezifische Programmiervorrichtung aufbauen und Natürlich Design, Programm und bauen von Grund auf alle Aspekte der Sache habe ich all dies für in erster Linie: meine Visitenkarte. Am Ende war es gut, die Zeit zu haben, um die Fähigkeit, Leiterplatten erscheinen in meinen Händen in einem Abend.

Die Visitenkarte
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Die POV - Visitenkarte verwendet die klassische Fortsetzung der Vision optische Täuschung Ihren Namen und die Nummer in der Luft zu blinken , während die Karte winken. Basierend auf dem PIC12F508, einem 8-poligen 6-I / O-Ultra-Low-Cost-Mikrocontroller, ist er vollständig oberflächenmontiert und extrem dünn - er verwendet PCB-Laminat, das so dünn wie eine Standard-Visitenkarte ist. Und bei etwa 2 Dollar pro Stück in Teilen, je nachdem, wie gut Sie auf Sourcing-Komponenten sind, sind sie billig genug, um die Hand (an die richtigen Leute).

Aber warum gehen, um all diese Mühe, nur um etwas zu verschenken jemand, den ich gerade getroffen habe? Warum nicht nur haben sie gedruckt bis an einem Nachmittag für weniger als 10 Dollar bei Kinko's? Warum, weil ich eine Karte will, die nicht weggeworfen würde. Eine Karte , die genau würde verkörpern , was ich tun, anstatt plump versucht , es in einem cleveren Job Titel zusammenzufassen. Eine Karte, die mir Platz machen würde.

Das Szenario
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Bild das folgende Szenario, wenn Sie: Sie haben gerade jemand getroffen, die Sie wissen müssen. In Wirklichkeit müssen sie dich kennen. Nach dem Austausch Einleitungen, "The Man", komplett mit dunklen Anzug und Power-Krawatte, beiläufig Hände Sie seine geklonte, Unternehmens-Ausgabe Visitenkarte.

"Hier ist meine Karte", grinst er und wisst, dass Sie von seinem Eigentum an Karte beeindruckt sein werden oder zumindest seine Macht über jemanden, der eine Prägemaschine besitzt.

Wahrscheinlich erwartet er Sie, Ihre Nummer auf einem zerrissenen Stück Papier zu kritzeln. Aber wenn man in die Tasche greifen und Ihre Karte herausziehen, natürlich hat er nicht erwarten , um zu sehen ... Ihr Name in der Luft glüht, schwebend vor seinen Augen!

"Es heißt Persistenz der Vision," sagen Sie, wie Sie ihm Ihre Karte übergeben. "Ich mache diese in meinem Keller.

Du brauchst nicht einmal ein Wort zu sagen; Alles andere würde nur hartnäckig sein. Sie können den Blick in seinen Augen sehen; Er ist schon verkauft.

"Schauen Sie sich diese subtile, off-weiße Färbung an, die geschmackvolle Dicke, mein Gott, es hat sogar ein Wasserzeichen."
- Patrick Bateman, American Psycho

Disclaimer: Ich sollte hier beachten, dass diese Instructable eine Menge Dinge, die gefährlich sein könnte, wenn ohne Vorsicht und informiert Planung, einschließlich Brandgefahr, Stromschlaggefahr in verschiedenen schrecklichen Möglichkeiten, Umgang mit bösen Chemikalien und sehr giftige Dämpfe führen könnte. Dieser hat wirklich alles, Leute. Seien Sie also sicher!

Schritt 1: Entwerfen Sie einen Ätzbehälter

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Wir beginnen mit dem harten: Bauen Sie einen dichten, säurebeständigen und luftdichten Ätzbehälter, ohne Metallteile. Andere haben das schon einmal gemacht, aber ich musste es mir schwer machen. Ich hatte eine aus einer Plastikmunition gebaut, aber sie war viel zu groß. Dieses Mal wollte ich es richtig machen. Ich entwarf es von Grund auf neu in Illustrator und hatte dann die Teile lasergeschnitten aus Acryl meinen Vorgaben von einem Freund (Verwendung Nummer eins Laser - Cutter!).

Für die neuen zu diesem, benötigen Sie einen Ätzbehälter, um die Säure zu halten, die Sie verwenden, um weg das Kupfer auf Ihrer Leiterplatte zu essen, das nicht in irgendeiner Art ätzresist bedeckt wird. Es kann ziemlich nasty Zeug, abhängig von der Art der Säure, die Sie verwenden, und Sie müssen sicher, es enthalten, wenn Sie planen, dies zu tun, sowohl regelmäßig und im Haus, die Sie leben und einatmen oder irgendwo in der Nähe Ihrer Küche sinken. Dies ist doppelt wichtig, wenn Sie auf Lagerung für jede Menge Zeit planen, aber sicher sein, dass dies nicht eine sichere permanente Lagerung Container.

Das Design
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Der Tank sollte luftdicht, mit einem sicheren Deckel, einen Lufteintritt für einen Bubbler haben, um die Lösung zu rühren und zu oxygenieren, sowie einen Luftauslass zu einem Haus, das aus dem Fenster austritt. Ich fügte auch ein Rückschlagventil zum Lufteinlass auf dem Behälter hinzu, damit irgendwelche Abgase aus der Luftpumpe heraus bleiben. Es sollte die Platte aufrecht für die minimale Menge an Säure halten, und sie sollte lichtundurchlässig sein, so daß die Lösung sich nicht von der Exposition gegenüber der Sonne verschlechtert. Jedoch ließ ich eine Seite frei, also kann ich das Brett schauen, um zu sehen, wenn es Ätzen erfolgt, und auch, weil es kühler so aussieht.

Ich habe meinen Tank für ein Gesamtvolumen von etwa 2 Liter entworfen. Ich plane, es auf nur 1,6 Liter zu füllen, um Raum für Luftbläschen und Schlauch, das Board selbst und ein kleines Extra für eine sichere Lippe auf der Oberseite zu lassen. Der 1.6L - Wert wurde mit der Figur von 0,016 Litern pro cm 2 Plattenfläche bestimmt , wie berichtet hier . Unter der Annahme aa, 8x10in doppelseitige PCB mit 50% Deckung von 36 μm ( "1oz") Kupfer.

Aus Gründen werde ich später näher auf, wählte ich Kupferchlorid (CuCl 2) als mein Leiterplatte Ätzmittel zu verwenden. CuCl 2 verätzt die meisten Metalle und einige Kunststoffe.

Bei der Erforschung der Materialien, die Sie planen, verwenden, Datenblätter im Überfluss unter den Suchbegriffen "xyz chemische Beständigkeit." Das Verständnis der Eigenschaften von Materialien ist entscheidend für die Ingenieurwesen so etwas, so planen voraus. Finden Sie heraus, dass ein Schlauch in Ihrem sauren Bad geschmolzen und verunreinigt die Lösung, und dann zu fischen alle kleinen winzigen Stück ist kein Spaß.

Sehr wenige Dinge überleben hoch konzentrierte Säuren für immer. Wir verwenden nichts hoch konzentriert, soweit diese Dinge gehen, aber die Wirkung ist die gleiche; Es ist säurebeständig, nicht säurebeständig.

Folgende Materialien sind für den Aufbau des Tanks in der Regel sicher:

  • Polyethylen (PE) und Polyethylen hoher Dichte (HDPE)
  • Polypropylen (PP)
  • Viton
  • EPDM
  • Teflon
  • Glas
  • Acryl
  • Polycarbonat (insbesondere marmorbeständiges Polycarbonat)

Die folgenden sind definitiv nicht sicher und sollten vermieden werden irgendwo direkt der Lösung ausgesetzt:

  • Jedes Metall (außer Titan!)
  • Nylon
  • Silikon

Schritt 2: Bauen Sie den Ätzbehälter

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Der schwierigste Teil des Bauens dieser Sache ist nur das Finden der Teile. Es scheint, wie mein ganzes Leben ist nur eine endlose Suche für die Teile, die ich brauche. Der schwierigste Teil zu finden war ein Paar Schottverschraubungen, die klein genug für den Tank waren.

Kleine Armaturen sind nicht üblich lokal, wie alles ist Klempner in Größe, und online, sind die Labor-Klasse kleinen Fittings nur bestellbar in loser Schüttung. Einige dieser Teile sind scrounged, die meisten von ihnen hatte ich zu bestellen, und die meisten von ihnen nahm mehrere Runden der Suche und Empfangen von Teilen, die nicht zusammen passen. US Plastics Corporation ist die Quelle von ziemlich viel davon; Sie sind wie der Digi-Schlüssel von Rohren und Laborbeschlägen, soweit es mich betrifft. Quellen aufgeführt, soweit verfügbar.

Bau
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Was den Tank betrifft, ist der erste Schritt zusammen. Der Standard für wasserdichte Acryl-Bindung ist Methylenchlorid, das ist sehr böse Dinge, und Krebs, so tun es draußen. Nur ein Fenster offen lassen ist definitiv nicht ausreichend. Dementsprechend ist es ziemlich schwer zu finden angesichts der jüngsten Verordnung, so müssen Sie einen Methylenchlorid-basierten Leim online bestellen, wie IPS Weld-On 4, die auch dünn ist Wasser. Ich habe eine kleine Flasche von einem Freund, der Acryl-Herstellung professionell macht.

Um sicher zu sein, könnten Sie wahrscheinlich mit nur die richtige Art von Epoxy, aber idealerweise die Teile sollten chemisch miteinander verbunden werden, anstatt ein geheimnisvolles Agenten. Wenn Sie es sicher spielen wollen, verwenden Sie einfach Weld-on 16 und damit fertig. Es ist ein viskoses Lösungsmittel, das als Klebstoff behandelt werden kann und versiegelt jede Lücke. Ich musste Methylenchlorid aus Mangel an der Alternative zu verwenden.

Beim Verbinden von Teilen mit Methylenchlorid sind Sie so eng wie möglich fit. Laser geschnittene Kanten brauchen besondere Aufmerksamkeit, da sie geschmolzen und abgerundet werden. Ich verbrachte etwa eine Stunde mit einer Feile und einem Schleifpapier, um die Teile für eine gute Passform aufzuräumen. Auch für Teile, die perfekt von Anfang an zusammenpassen, insbesondere das ungeschnittene Gesicht des Acryls, ist es wichtig, die aneinanderstoßenden Flächen mit Sandpapier aufzuarbeiten oder Gibt es keine greifen.

Sobald die Teile gut zusammenpassen, halten Sie die Teile zusammen und führen Sie die Nadel einer Spritze oder modifizierte Quetschflasche voll mit dem Lösungsmittel entlang des Risses; Kapillarwirkung zieht es ein. Innerhalb von 60 Sekunden wird das Teil sicher genug sein, um alleine zu lassen. Es dauert nur etwa 30 Minuten, um es einzurichten, manchmal viel weniger. Ich ließ es über Nacht nur um sicher zu sein, aber es ist tatsächlich wasserdicht nach etwa einer Stunde.

Danach müssen Sie einen Deckel zu machen. Ich schneide eine selbstklebende Dichtung sowohl für den Deckel und die Lippe des Tanks, um die Lücke zu füllen, und um es zu versiegeln Ich montiert ein Paar Flügel an beiden Seiten des Tanks mit Magneten, um es zu ziehen und halten Sie sie an ihrem Platz. Was passiert, ist der Deckel neigt dazu, sich aufzulösen, und weil die beiden Seiten sind in der Polarität umgekehrt, ist es unmöglich, den Deckel nach hinten. Ich fühle mich immer noch clever. Der einzige Vorbehalt ist, dass die Magnete im Wärmeschrumpfschlauch abgedichtet werden müssen, um Korrosion zu widerstehen.

Die Schottverschraubungen, die ich wollte, kamen nur gerade, nicht 90 Grad, also brauchte ich, um die eine Seite zu schneiden und auf eine Winkelbefestigung zu schweißen. Es funktioniert überraschend gut mit Polypropylen, das Schmelzpunkt niedrig genug hat, dass Sie Teile mit nur einer Heißluftpistole verschmelzen können.

Referenzen

  1. Wie Kleber Acryl

Teile

Werkzeuge u. Versorgungsmaterialien

  • Methylenchlorid oder IPS Weld-on 16
  • Schrumpfschlauch
  • Dremel oder anderes rotierendes Werkzeug mit abgeschnittenem Rad
  • Heißluftpistole
  • Gummihandschuhe
  • Heißklebepistole
  • Cyanacrylat-Sekundenkleber
  • Schellen
  • Säge
  • Bohrmaschine
  • Hobby Messer
  • Straightedge

Schritt 3: Ändern eines Laminators

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Beachten Sie, dass das Gerät, das Sie geändert haben, jetzt eine potentielle Brand- und Elektrogefahr ist! Als solches sollten Sie es nicht unbeaufsichtigt lassen. Und stellen Sie sicher, es ist unplugged, bevor Sie dies tun.

Der Tonerübertragungsprozess
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Um eine positive Ätzresistmaske zu erzeugen, ist der einfachste Ansatz mit Komponenten, die leicht und billig verfügbar sind, als Tonerübertragungsverfahren bekannt. Die grundlegende Idee ist, dass Sie drucken Sie Ihr Design auf ein glänzendes Papier und wenden Sie den Ausdruck auf Ihr Board mit Hitze und Druck. Das Papier wird entfernt, wobei nur der Toner als Ätzresist zurückbleibt, wodurch das Kupfer unterhalb des Säurebades geschützt wird.

Es gibt eine Menge von Variablen beteiligt, so ist es leicht zu sehen, warum eine Menge Leute aufgeben. Bei genügend Zeit, aber, ist es sehr möglich, um den Prozess tot auf. Wenn Sie versucht haben und aufgegeben auf diese Methode vor, würde ich empfehlen, dass Sie nicht aufgeben! Die Auszahlung in Zeit und Geld gespeichert lohnt sich.

Der Prozess kann auch verwendet werden, um eine schwarze Komponente Etikett oder Textmaske auf der Platine, als eine endgültige Berührung, nachdem die Kupfer-Spuren gereinigt werden hinzuzufügen. Für die POV-Karte habe ich diese Methode verwendet, um meinen Namen auf der Rückseite der Karte hinzuzufügen, falls die LEDs zu schwer zu lesen waren.

Ändern des Laminators
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Der wichtigste Teil des Prozesses ist ein Gleichgewicht zwischen Wärme und Druck, das über die gesamte Platine konsistent ist. Mit einem handelsüblichen Beutellaminator wird ein einfacher Druck erreicht. Sie müssen nur sicher sein, eine mit beheizten Rollen zu finden oder Sie werden nicht die gleichen Ergebnisse. GBC macht zwei gängige Modelle, die GBC Creative und die GBC Personal; Sie sind funktional identisch, außer dass der Personal einen zusätzlichen Schalter hat.

Jetzt brauchen wir nur noch die Temperatur. Da beide Laminatoren, die ich erwähnt habe, durch einen einfachen Thermoschalter gesteuert werden, müssen wir nur noch eine höhere Temperaturbewertung durchführen. Es ist ziemlich einfach; Die Schalterkontakte öffnen sich, wenn die Walzen zu heiß sind, die Heizungen ausschalten und schließen, wenn es zu kalt ist, und schalten Sie es wieder ein. Es ist eine sehr einfache Art von Hysterese, wo das Heizgerät nie genau die richtige Temperatur ist, da es fast immer etwas oberhalb oder unterhalb der richtigen Temperatur ist, wobei ein +/- von etwa 7 Grad gehalten wird. Es ist ganz anders als der Watlow PID-Temperaturregler, den ich später im Reflow-Ofen verwende, der das System lernt und dynamisch kompensiert.

Anstelle eines festen Wertschalters sollten Sie versuchen, einen variablen Thermoschalter zu finden. Genau wie ein Festwertthermoschalter verwendet er einen Bimetallstreifen, der sich mit den Temperaturveränderungen verzieht. Die beiden Metalle haben zwei verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten, und das ganze Stück biegt sich bei richtiger Temperatur nach vorne, um den Kontakt zu schließen. Anders als ein Festwertschalter weist er jedoch eine Schraube auf, die verstellbar ist, die Spannung auf dem Bimetallstreifen verändert und somit den Abstand verändert, den es zu bewegen hat, um den Kontakt zu schließen und den Heizer einzuschalten. Es ist alles sehr clever und einfach und perfekt für unsere Laminator; Wir können es zu unserem Herzen Wunsch kalibrieren, auch bis zur Anpassung an den Schmelzpunkt des Toners aus dem speziellen Modell des Druckers verwenden wir. Huzzah

Wenn Sie einen justierbaren Schalter nicht finden können, sorgen Sie sich nicht; Ein 160-190º C-Festwertschalter arbeitet gut.

Aus Sicherheitsgründen müssen wir die Niedertemperatur-Schmelzsicherung (im Gegensatz zur Umgehung ganz und gar nicht empfehlenswert!) Mit einer höheren Bewertung auswechseln, sodass die gesamte Anlage bei Überhitzung und hoffentlich nicht mehr an Leistung verliert Feuer fangen. BTW, machen Sie diese Mod auf eigene Gefahr, so lassen Sie es nicht auf unbeaufsichtigt! Es ist irgendwie gefährlich. Bei seiner neuen Temperatur kann es ein bisschen anfällig rauchen, wie es getragen wird, aber nichts mehr bedeutet, es schmilzt, und Sie müssen die Temperatur nach unten zu drehen. aufrechtzuerhalten.

Mein Laminator ist auf 180º C (356ºF) eingestellt. Es variiert +/- ca. 10 Grad, getestet mit einem praktischen Thermoelement direkt auf den Walzen, wobei natürlich darauf geachtet wird, dass die Sonde nicht in den Laminator gezogen wird. Die Sicherung ist für 240 ° C, für einen guten sicheren Rand.

Teile

Werkzeuge u. Versorgungsmaterialien

  • Abisolierzangen
  • Crimp-Werkzeug
  • # 2 Phillips Schraubendreher
  • Temperaturfühler

Schritt 4: Erstellen Sie einen Reflow-Ofen & Controller

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Vielleicht haben Sie einen Trend hier zur Automatisierung bemerkt, und ich bestreite es nicht. Dieses ganze Projekt war ein Versuch der Kleinserienproduktion. Also hier gehen wir: anstelle der Handlöten jedes Brett, hey, erraten, was - ich kann nur auf Lötpaste, Glob es auf wirklich gute sorta schablonen, und stopfen die ganze Sache in einem Toaster für ein oder zwei Minuten?

Yup, das ist die allgemeine Idee.

Oberflächenmontage
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Das Teil, das dieses möglich macht, ist, Oberflächen-Einfassungbestandteile über herkömmlichen Durchgangslochbestandteilen zu wählen. Sie sind deutlich kleiner und weniger teuer, es gibt keine Bohrungen zu bohren, und Board-Größe reduziert wird. Jegliche Nachteile, die sie haben, sind nur Nebenwirkungen ihrer Vorteile; Sie können leicht zu klein sein, um ohne die richtigen Werkzeuge zu manipulieren.

Typische SMT-Fertigung funktioniert wie folgt: Lotpaste wird durch eine Schablone auf die Lötpads der Platine verteilt. Dann werden die Komponenten in die Paste eingeklebt, und das Ganze wird mit einer eingestellten Rate auf mehrere eingestellte Temperaturpunkte, abhängig von dem Lötmittel und der Wärmebeständigkeit der Komponenten, angefahren. In unserem Fall kann jeder Bestandteil außer zwei gebacken werden; Die Batterie und der Schalter müssen später handlötet werden.

Unabhängig davon werden die höheren Eintrittskosten durch die langfristigen Vorteile überwiegt, so ist es Zeit, einen temperaturgesteuerten Reflow-Ofen zu bauen, so dass wir nicht brauchen, um Karpaltunnel Löten Hunderte von kleinen Körnern von Sand zu bekommen.

Der Controller
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Der billigste handelsübliche Reflow-Ofen ist sicherlich mehrere tausend Dollar. Am anderen Ende des Spektrums befinden sich die billigsten Einzelregler im Bereich von $ 100. Da die teuren sind zu teuer und die billigen sind zu verkrüppelt, musste ich meine eigenen zu bauen.

Der Regler muss die Temperatur des Ofens kontrollieren und bei Bedarf ändern. Der ideale Weg, dies zu tun, ist mit einem Ramp / Soak Temperaturregler, der in der Fabrikautomation nur für einen solchen Zweck verwendet wird. Ich hatte das Glück, einen Watlow SD6R-LCJE-AARG ramp./soak Controller für weniger als 50 Dollar zu bekommen, und ich baute das Ganze um ihn herum. Sie sollten in der Lage, etwas Ähnliches in der gleichen Preisklasse ohne zu viel Mühe zu finden. Nur stellen Sie sicher, dass es die Temperatur auf mehrere Sollwerte rampen kann, im Gegensatz zu einfach die Aufrechterhaltung einer stabilen Temperatur.

Der Walow ist ziemlich vergebend; Es nimmt 24 AC / DC als Energieeingabe, die es Temperatur in Fahrenheit oder in Celsius darstellen kann, und es annimmt fast jede Art von Thermoelement. Noch wichtiger ist, es hat Niederspannung DC als Steuerausgang, die wir verwenden, um ein Solid State Relais, die wiederum ein-und ausschalten wird die Heizungen eines Standard-Toaster Ofen.

Der Toaster-Ofen
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Jeder Toaster-Ofen wird funktionieren, obwohl je kleiner desto besser, da das kleinere Volumen an Luft bedeutet, kann es viel schneller aufheizen. Versuchen Sie und suchen Sie nach einem neueren Ofen mit Quarzheizungen, aber keramische Heizungen würden auch verwendbar sein. Wenn Ihr Ofen hat eine Einstellung für immer im Betrieb, wie backen, werden Sie in Ordnung sein. Ansonsten müssen Sie es öffnen und draht die Heizungen immer auf - eine gefährliche Angelegenheit, die ich nicht empfehlen würde.

Sie brauchen auch ein Thermoelement mit einem hitzebeständigen Isolierung, wie unsere Ofentemperaturen von 260º C erreichen wird eine weitere Brandgefahr Dies stellt noch, so dass Sie es nicht unbeaufsichtigt lassen, halten Sie es von den Wänden entfernt, und nicht setzen alles auf sie (es sei denn , es hitzebeständige Kunststoff - Füße hat!). Das letzte, was zu tun ist einfach zu bohren ein Loch in den Rücken der über groß genug für das Thermoelement durch passen. Es gibt keine Notwendigkeit, Sorgen zu viel über Wärmeverlust mit unserem Ofen, aber das Loch sollte nicht zu viel größer als das Thermoelement. Auf der anderen Seite wird ein zu kleines Loch und die Fiberglasisolation auf dem Draht beginnen, aus dem Repositionieren herauszufinden. Das Loch sollte etwas oberhalb positioniert werden, wo das mittlere Gestell im Ofen sein würde, so dass das Thermoelement nur die Oberfläche der Leiterplatte berühren kann.

Referenzen

  1. Solder Reflow Leitfaden für Surface Mount Devices , Paul N. Houston, et. alle
  2. Design und Konstruktion eines Reflow - Lötofen , Abt von EE, University of Washington
  3. Umwandlung eines Toasterofens in einen SMT-Reflowofen
  4. Aufbau A Reflow-Controller für Griddle / Hotplate / Toaster Ofen

Teile

  • Toaster, vorzugsweise kleines Volumen, mit vier Quarzheizelementen
  • Gehäuse aus Metall
  • Ramp / Soak - Temperaturregler, hier ist eine Option , aber Sie sollten eBay versuchen zuerst
  • 10A oder mehr Solid State Relais, Crydom d2410f
  • Hohe Temperaturthermoelement Typ K, 270 bis + 1372º C (-454 bis + 2501º F)
  • Hitzebeständige Gummi oder Kunststoff Füße & Hardware
  • Kontrollleuchte, Schalttafeleinbau 120V
  • Steckdose, Schalttafeleinbau
  • 2-Leiter-Schraubklemmen, Schaltschrankmontage

Werkzeuge & Zubehör

  • Bohrmaschine
  • Dremel oder anderes Drehwerkzeug, mit Trennscheibe
  • Crimp-Werkzeug
  • Lötkolben, löten
  • Befestigungsmaterial
  • Verschiedene Crimp-Anschlüsse für Ihre Teile
  • Mehrere Füße von 14-16 Gauge Draht, verschiedene Farben
  • Wärmeleitpaste

Schritt 5: Erstellen Sie ein SMD-Vakuum-Pick-and-Place-Tool

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Jetzt brauchen wir eine Möglichkeit, die Teile schnell auf die Leiterplatte zu bringen, und wenn eine Pinzette sie nicht schneidet, muss es nur ein Vakuumstift sein. Nicht zufrieden mit dem alten Spring-in-a-Spritzen Trick? Eine modifizierte Aquarium Pumpe wird die Arbeit gut machen.

Die Pumpe
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Ich fand, dass die beste Aquarium Pumpe für unsere Zwecke ist ein Tetra Whisper. Mit wenigen Ausnahmen sind nur Membranpumpen aus fünf oder zehn Jahren leicht umkehrbar, und alle erfordern eine permanente Veränderung des Ventilsystems. Die meisten modernen Pumpen (wie die Marina 100) sind einteilige Designs, die bis zu dem Punkt verfeinert wurden, wo sie nicht auf die gleiche Weise modifiziert werden können - mit Ausnahme der Whisper-Serie!

So wie es konstruiert ist, kann es einfach umgekehrt werden, indem man die Einwegeventilanordnung herauszieht, sie umdreht und wieder einsetzt. Es ist eine werkzeugfreie Modifikation, die durch den mod umkehren. Ziehen sie es zuerst!

Wenn Sie es vorziehen, die billige Route zu gehen, ist es immer noch eine sichere Wette auf die älteren Pumpen. Jede Sparsamkeit speichern (Goodwill, Sparer, etc.) ist verpflichtet, eine für unter $ 5 haben.

Der Stift
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Wir müssen auch eine Vakuumpumpe zu machen. Jede billige Kugelschreiber mit einem Kunststoffrohr Körper wird einfach gut. Halten Sie Ausschau nach Luer Lock Connectors, dem Standard für Spritzenadeln. Sie kommen praktisch für viele Dinge. In diesem Fall wird es austauschen Tipps viel einfacher. Sie können schwer zu finden sein; Mein lokaler überschüssiger Speicher hatte sie in der Quantität und sie stellten sich heraus, gerecht zu sein, was der Doktor bestellte (ächzen). Ich fand sogar ein Luer-Lock-Ventil für die Einstellung des Luftstroms, obwohl es sich als völlig unnötig herausstellte, da wir so viel Vakuum benötigen, wie wir bekommen können.

Ich habe es auch geschafft, eine Miniatur-faulen Susan mit einigen seltsamen Teile. Ich fand dies ein unentbehrliches Werkzeug, angesichts der Fähigkeit, die Platine drehen, um die Ausrichtung der Teil, den Sie abgeholt. Es gibt keinen Vergleich zu sogar den schönsten Klammer-Stil PCB-Halter.

Teile

Vakuumpumpe

Drehscheibe

  • Lageranordnung
  • Flache Platte oder Stück aus Kunststoff
  • Selbstklebende Gummifolie
  • Selbstklebende Gummifüße
  • 4 kurze Blechschrauben

Werkzeuge u. Versorgungsmaterialien

  • Bohrmaschine
  • # 2 Kreuzschlitzschraubendreher
  • Hobby Messer
  • Heißluftpistole
  • Metall-Fil

Schritt 6: Entwerfen Sie das Board

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Das war wirklich der zeitraubendste Schritt; Dh die Planung und Planung des gesamten Gerätes. Das Ziel ist es, eine 5-LED Mikrocontroller-basierte Schaltung mit einer kleinen genug Anzahl der Zähler auf eine 2 "von 3,5" Standard-Visitenkarte passen. Es muss ein einseitiges Board sein, um die Komplexität zu reduzieren, und es muss komplett mit Oberflächenmontagekomponenten gebaut werden, um auf Zeitbohrlöcher zu sparen, das Profil so dünn wie möglich zu halten und den Endverbraucher daran zu hindern, durch herausragende Leitungen gestochen zu werden Der Unterseite. Am wichtigsten ist, muss es billig und schnell zu machen. Wiederum bedeutet dies eine reduzierte Teileanzahl und Oberflächenmontagekomponenten.

Der Microcontroller
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Ich beendete das Ganze rund um die Gestaltung bis Microchip PIC12F508 , die kleinste, billigste Mikrocontroller ich mit der richtigen Anzahl von Stift outs finden konnten. Ohne Interrupts oder PWM ist die PIC12F508 nichts Besonderes, aber es wird definitiv die Arbeit erledigt. Zum Zeitpunkt des Schreibens, sie laufen rund 46 Cent pro Stück. Ähnliche Chips sind von ATMEL, unter dem AVR-Banner, und sind mehr voll, aber kosten etwa doppelt so viel. Und in den Mengen, die ich will, das ist wichtig.

Der PICF508 läuft nominell mit 4MHz auf seinem internen Oszillator. Es hat nur 750 Byte Programmspeicher und 25 Bytes RAM, aber wir brauchen sowieso nicht so viel. Es hat auch keine Interrupts oder PWM, aber, wieder, können wir ohne die erhalten. Soweit I / O geht, hat es genau genug. Es gibt 8 Pins, zwei für die Stromversorgung und 6 E / A-Pins, von denen einer nur eingegeben wird. Wir wissen bereits, was das bedeutet: Es hat fünf LEDs und einen Sensor, und das ist es. Das wichtigste Merkmal ist, dass es programmierbare In-Circuit (ICSP) ist, dh Sie müssen es nicht von der Karte nehmen, um es neu zu programmieren; Ein wichtiger Punkt, wenn Sie mit einem gelöteten auf SMD-Teil zu tun haben.

Bei Ausführung eines Programms sind die Pins 2, 3, 5, 6, 7 der PIC als 3V LED-Ausgänge, Pin 4 als Eingang und 1 und 8 als 3V Gleichstromeingänge konfiguriert.

Im ICSP-Modus wird die PIC über fünf Pins programmiert:

Pin Funktion

1 V dd
2 (nicht verwendet)
3 (nicht verwendet)
4 V pp
5 (ungebraucht)
6 ICSP CLOCK
7 ICSP DATA
8 V ss

Die Rennbahn
___________________________

Diese Entscheidung, der Rest kommt einfach, bis zu einem gewissen Punkt. Abgesehen von den fünf LEDs und ihren Strombegrenzungswiderständen, einem Kippschalter, der Pin 4 (GP3) bei Kippung der Baugruppe legt, einen Bypass - Kondensator über Pin 1 und 8 (.1 uF C1), um ein unberechenbares CPU - Verhalten zu vermeiden Ein kurzzeitiger Netzschalter, um Batterieentleerung zu verhindern, gibt es nicht viel zu ihr. Es ist einfach, wie versprochen. Und mit dem richtigen Programm kann es alles! Alles in allem. Das einzige Limit liegt bei Ihnen!

Ich verbrachte ein wenig Zeit besessen über die anderen Komponenten; Ich bestellte über 20 verschiedene taktile Schalter von DigiKey, um das dünnste, netteste, weichste Gefühl taktile Schalter zu finden. SInce die Batterie überhitzt (und potentiall explodieren), wenn verlötet, spielte ich herum mit leitfähigem Epoxid und leitfähigem Klebeband, ohne Glück. Am Ende biss ich die Kugel und zahlte die 26 Cent pro Stück schöne, solide, SMD Batterie Halteklammern. Sie endete bis in das Design passen auch gut.

Jetzt ist alles da zu tun, ist besessen über die Kunstfertigkeit der Leiterplatten-Layout, und wir sind fertig. Ironischerweise habe ich mehr Zeit in Proportionen und Layout als alles andere auf dieses Projekt, und es bekommt drei Sätze der Beschreibung.

Nun, das Ding hat ziemlich sein, nachdem alle.

Verbesserungen
___________________________

Das endgültige Design lässt Raum für Verbesserungen. Für eine Sache, braucht es viel hellere LEDs, so kann es besser in hellem Licht gesehen werden. Auch die Tilt-Schalter macht es scheinen billig, zB "Was ist das Ding rasseln, ist es gebrochen?" Andere Fehler, wie sie zu winken, um alles zu sehen, sind inhärent für das Design und wurden akzeptiert, bevor ich sogar begann. Übrigens, es am Ende wird etwas von einem Intelligenz-Test, wenn Sie nicht erklären, wie es funktioniert, aber es gibt einen definitiven Vorteil, dass, Nur die Leute, die es herausfinden können, werden mir einen Anruf geben. aufrechtzuerhalten.

Damit ICSP funktioniert kann es keine störenden Bestandteile auf den Stiften, die es verwendet, hatte ich ziemlich viel Mühe mit diesem. Nach dem Ändern der ursprünglichen Kupfer-Trace-Design, und die Umwandlung der ICSP-Pads (aber immer noch auf den Schaltplan genau!), Fand ich, dass ich nicht mehr Programme. Die einfache Lösung ist, den Kondensator Anschlussstift 1 und 8 zu entfernen, und es funktioniert jetzt richtig. Die Komponente ist ohnehin nicht integral zum Design.

Referenzen

  1. PIC12F508 / 509 / 16F505 Datenblatt

Teile

Schritt 7: Der Tonertransferprozess

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Laminator in der Hand, jetzt müssen wir es verwenden. Dies ist der erste Schritt der eigentlichen Leiterplattenherstellung; Alles andere war nur Vorspiel.

Geeignetes Transferpapier finden
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Der erste Schritt besteht darin, einen Transfer auf ein geeignetes Papier zu drucken. Wenn Sie ausreichend bankrolliert sind, können Sie das kommerzielle Produkt von Pulsar Pro, bei etwa 10 Cent ein Blatt, oder verwenden, wenn Sie sparsam sind, können Sie die DIY Route gehen, die kostenlos ist. Ich weiß nicht, warum ich das sogar fragen würde. Es tut uns leid.

Finden Sie die richtige freie Papier kann schwierig sein. Die beiden Hauptmerkmale sind seine Fähigkeit, den Toner festzuhalten, wenn er bedruckt wird, und seine Fähigkeit, ihn beim Erwärmen freizugeben. Ein Prädiktor davon ist, wie glänzend das Papier ist; Mehr glänzende, bessere Freisetzung, weniger glänzend, bedeutet besser halten. Wir brauchen ein glückliches Medium.

Menschen auf dem Internet wird alle Arten von seltsamen speichern Marke glänzende Fotopapiere, die lange eingestellt werden, oder müssen aus dem Ausland importiert werden. Einige Leute haben Erfolg mit dem wachsartigen Rücken auf Versand-Etiketten, was darauf hindeutet, dass Sie sie kaufen und dann abziehen alle Etiketten (oder verwenden Sie alle Etiketten und speichern Sie dann die Unterstützung). Darüber hinaus sind die meisten Papiere mit der Notwendigkeit, reiben und schälen und tränken die Bretter, nur um das Papier ab.

Vergess das. Wenn ich Kompromisse mache, muss es tatsächlich frei sein, nicht nur weniger teuer als die reale Sache. Ich habe viele, viele Dinge ausprobiert. Wie sich herausstellt, war es ein Stück Junk-Mail, die den Trick tat; Ein Menard Coupon-Mailer gab mir die besten Ergebnisse aus allem. Irgendwann habe ich aufgehört, die Junk-Mailings zu bekommen, und sie hatten nur ein paar seltsam sortierte Seiten jeder, so musste ich eine konsistentere Papier zu finden. Aber ich wusste, wo ich anfangen sollte. Die besten analogen bisher sind die glänzend Wohnungen für Miete haben sie im Supermarkt. Schauen Sie sich die kostenlose Literaturregal für etwas ähnliches. Es funktioniert bemerkenswert gut; Es druckt ohne Tonerverlust, und wenn Sie es unter heißem Wasser laufen lassen, gibt es sofort frei. Presto

Das Papier ist zu dünn, um durch den Laserdrucker selbst zu laufen, also müssen Sie einen Träger aus regelmäßigem weißem Papier heraus bilden, indem man umklappt und die Oberseite von einer Seite faltet.

Der Laserdrucker
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An dieser Stelle sollte ich den Drucker selbst erwähnen. In den meisten Fällen ist Ihre endgültige Auflösung, Board-Qualität und minimale Feature-Größe durch die Auflösung Ihres Druckers begrenzt. In jeder anderen Hinsicht wird jeder Schwarz-Weiß-Laserdrucker so gut funktionieren wie jede andere. Die Tonerdichte sollte auf den maximalen Wert eingestellt sein, und hoffentlich haben Sie einen Drucker, der einen einseitigen Schlitz darin hat, also können Sie die Seite gerade innen von Hand einziehen.

Sie könnten auch eine Fotokopie mit einem regelmäßigen Inkjet als Quelle, wenn Sie herausfinden, wie Sie Ihr Spezialpapier zu laden; Jede Toner-basierte Methode funktioniert.

Ein Vorbehalt, dass ich zu spät entdeckte: die Standard-Brother-Marke Toner angeblich schmilzt bei einer höheren Temperatur als andere Arten von Druckern, so musste ich eine Off-Marke nachgefüllt Patrone, die eine häufiger Toner verwendet, um konsistente Ergebnisse zu erhalten. So weit, so gut. Es war eine billige Verlegenheit, angesichts der Tatsache, dass ich speziell die off-Marke Sachen zu kaufen.

Übertragen des Patterns auf die Platine
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Um die Leiterplatte vorzubereiten, werden Sie feststellen, dass Sie es sehr sauber haben müssen, damit der Toner am Kupfer haftet. Auch Fingerabdrücke stellen ein Problem in der endgültigen Haftung, so tragen Baumwolle Handschuhe. Aceton oder Isopropyl-Alkoholiker auch nur Seifenwasser und ein Scheuerpad gut funktionieren. Wenn es sauber ist, wischen Sie es mit einem fusselfreien Tuch und lassen Sie es trocknen.

Die PCB habe ich verfügbar ist dünn so weit wie FR4 geht, bei rund 0,202 in (20 mil), und das ist genau das, was ich will. Dünnere Leiterplatte geht nicht nur durch den Laminator, sondern kann auch transluzent sein

Sobald die Übertragung gedruckt wird, müssen Sie Ihre vorgeschnittenen PCB auf Ihre Ausrichtungsmarkierungen auf dem Transferpapier, Toner-Seite auf das Kupfer. Hier hilft es wirklich, einen Lichttisch zu haben, damit man das Transferpapier sehen kann. Falten Sie über einen Rand der Übertragung, falten Sie ihn, vergewissern Sie sich, dass er sich nicht bewegt und füllen Sie das geknickte Ende in das vorgeheizte Laminiergerät. I have not noticed any differences in adhesion based on transfer paper on the bottom roller or the top roller, though I use very thin PCB. You may notice a difference for thicker PCBs.

The technique for double-side PCB is similar, but the alignment is tricky. Instead of leaving a margin on your design to be folded over, you print the patterns for both layers side by side, with a gap that is the thickness of the PCB. The two sides should then line up exactly opposite each other when folder over the PCB.

The board is pulled through about 1/4 " per second. I usually run it though about three times, with no time for the board to cool between passes. Of course, the number of passes will vary quite a bit depending on board thickness, the kind of toner, type of paper, and laminator settings. Cotton gloves also help to remove the hot board from the laminator.

Now to the sink where a stream of hot water is ready and waiting. The paper should peel right off after about 10 seconds, though the finer details will need a quick rubdown to clean off the remaining pulp.

And it's ready to etch!

Tools & Supplies

Step 8: Etch your PCB

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Ah, the most immediately hazardous step. This one involves a bit of chemistry, and if done without the proper precautions could be very dangerous. Be careful! You do this one at your own risk, so wear proper protective equipment (goggles, face shield, rubber gloves) and definitely don't do this anywhere near your kitchen.

It's time to make the magic happen! This is the part where we get to break out that badass etch tank we made earlier and pump out hundreds of circuit boards.

The key ingredient for this to work is some kind of etchant. As I mentioned before, I decided on CuCl 2 (Cupric Chloride). It is reusable, very cheap, and can be made from readily available chemicals. It is a very good alternative to Ferric Chloride, a common hobby etchant that is not easily regenerated and is quite expensive for a one time use product. Surprisingly, it is fairly commonly used in the PCB industry, as much or possibly even more so than Ferric Chloride.

The Chemistry
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Regrettably, There is just not enough space here to go into any major detail on the chemistry, and this is covered in far greater detail in the those two links so I will breeze over most of it. Suffice it to say that the articles referenced at the bottom of this step should be your primary resources.

Simply put, given the right amounts of oxygen, HCl (Hydrochloric acid), copper, and water, we will have a perfect amount of etchant.

The reaction we want to happen is:
Cu + 2 HCl + H 2 O 2 --> CuCl 2 + 2H 2 O

The copper comes, initially, from the circuit board itself. Hydrochloric acid is commonly available as a pool cleaner, sold as Muriatic Acid. Mine can as 31.45% (20 degree Baume, or 10.01 Molar). Hydrogen Peroxide can be found in higher concentrations at health food stores. You want 35% Food grade (11.6 Molar); the 3% kind you get in the first aid section just won't cut it. You also need a jug of distilled water, as tap water is just too impure.

For my 2 L tank, I only need 1.6 Liters of etchant. The ratios in the above formula, and assuming my etchant should be 3 Molar HCl at its final volume, I came up with .48L HCl, .92L H 2 O, and .20L H 2 O 2 as my reagents. Add the water, then the Peroxide, then the HCl. Always add acid to water, and never the reverse (As the mnemonic goes, "Do as you oughta, add acid to watah [water]"). And do it outside, in a pyrex dish. It will produce heat and fume fairly violently at first, but as you begin to use the solution to etch boards, the fuming will decrease as it turns to Cupric Chloride.

Note: Do not make the mistake of mixing your etchant in your homemade etch tank. Absolutely do not etch too many boards (side by side) or mix raw copper into your etchant, as i did, especially in an enclosed sealed tank. The reaction will be violently exothermic and fume viscously. It will melt, crack, or break open your etch tank from pressure and heat that is far beyond what is normally produced with a controlled stable etchant. With a sufficient air bubbler, you won't need to mix in the copper initially, anyway. The solution will effectively make itself.

Radierung
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After mixing the etchant, it is time to etch! If you have built your etchtank carefully, all you need to do is slide the pcb into the clip on the lid and place it in the tank. The etch progress can be observed through the window in the side. The hanger I currently use needs some improvement as the boards need to be turned and replaced off halfway through to etch the part covered up by the clip.
-a
The boards will etch rapidly at first, in under a minute, and as the solution begins to become saturated, the etch times will increase to five minutes or more. Once it becomes unreasonably long, you simply need to add the right amount of acid and/ or run the bubbler for a period to regenerate the solution and decrease etch times. Again, consult the above paper for how to do this properly; it is a very good reference.

When you can see the board is fully etched, remove the lid and pull out the board with plastic tongs. Let the excess etchant drip into the tank, and place the board in a plastic tub to rinse it off. Then it's on to the Scotch Brite pad and some acetone to take off the layer of toner, and the copper traces should polish up to a bright shine.

When the tank is not in use, the etchant should be stored in an airtight glass vessel that will not be used for food, out of the light, and properly labeled. Under no circumstances should the etchant be poured down the drain, as it is both toxic (the high copper content) and corrosive to metals. If you do happen to spill any, or need to dispose of it, the solution can be neutralized with lime, and mixed with concrete for disposal. Be sure to dispose of it properly, according to your local hazardous waste policy! Where I live they have a facility will take in waste like this for free.

It is OK if some of the rinse water ends up in the sink, assuming you do not have copper pipes and that you leave the water running afterwards long enough to flush it all out of the system. I cover and resuse even my rinse water, treating everything that comes in contact with the acid as hazardous waste. So don't go pouring anything down the sink, seriously.

Referenzen

  1. Etching with Air Regenerated Acid Cupric Chloride , Adam Seychell
  2. Stop using Ferric Chloride etchant! (A better etching solution.)

Tools & Supplies

  • Safety gear: (Goggles, long rubber gloves, apron, splash shield, etc.)
  • Etch Tank
  • Plastic spill tray
  • Plastic tub (for rinsing)
  • Non-metallic measuring cup or graduated cylinder
  • Aceton
  • Plastic tweezers or forceps

Step 9: Tin Plate the PCB

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If you so desire, it is a simple affair to chemically plate a thin layer of tin on the surface of the copper traces. Most commercial PCBs at least have tin plated solder pads in a addition to a soldermask to prevent short circuits over the traces (usually the distinctive green color, though sometimes other colors are used). In our case, however, to prevent corrosion and improve the solderability of joints a tin plating will do nicely.

The Chemical Plating Solution
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I have gotten very nice results using Tinnit, a powdered "just-add-water" plating solution. It is quite inexpensive at around $10 including shipping, has a 6+ month shelf life, and can plate many boards before needing to replaced (475 mL or 1 pint will plate up to 600 sq. inches of copper). It works by chemically depositing a very thin layer of tin on to the exposed copper of the circuit board. This produces the same result as an electroplating method, and is quite a bit simpler and cheaper.

The copper traces must be clean of oxidation or tarnish as well as etchant before you can plate it. If you just etched it, it should be clean from removing the toner. If not, first you will need to polish it up with a scotch brite pad and give it a quick rinse.

You will also need some way of heating the solution to 50º C and a container to do it in. I was able to come up with a stirring hotplate, which definitely gives me a head start. It's the kind that has both a heater and a magnet mounted to a motor underneath so the solution can be stirred by special glass coated-magnet simultaneously. If you can't find a good hotplate, a kitchen stove will work just as well.

The Plating Vessel
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The tricky part is finding a non-metallic container to do the plating in. A real lab would some kind of thermal-shock resistant borosilicate glass tray, also known as Pyrex. You'd think you could just use your casserole dish, but that is a very bad idea. What most people don't know is that kitchen "Pyrex" is not the same thing; the Pyrex name is actually licensed by Corning Glass to a company called World Kitchen. They use an entirely different kind of glass, called soda lime glass . It is known to shatter catastrophically when exposed to a temperature differential such as that on an uneven stovetop. Tun Sie das nicht.

There is a cheap alternative, though. In my research I came across an early Corning product called pyroceram, marketed as "Corningware." It is not glass, but actually a glass-ceramic, and incredibly reistant to thermal-shock. Real hi-tech stuff, and Corning actually made casserole dishes out of it! You can get them at Savers or Goodwill for under $5.00, complete with lid. Look for the distinctive white color and the "Corningware - Safe For Rangetop Use" label on the bottom.

I also needed a little wire harness to suspend the board over the spinner stir magnet at the bottom of my dish.

Plating the Board
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Safety Note: Tinnit contains Acidic tin salts, so wear gloves and goggles and don't reuse anything for eating. Follow the warnings on the package. Please!

Tinnit comes as a powder that first needs to be dissolved in hot water. Following the instructions on the back, heat 475mL (1 pint) of distilled water to 55º C (120º F). Once it's fully dissolved, it will be a milky white-yellow color with a few solids floating around. Immerse the board face-up in the solution and give it 10-30 minutes, stirring at 5 minute intervals. If everything has gone to plan, you should see the copper almost immediately start to turn a dull gray. The longer you leave it in, the thicker the plate. Just don't heat it over 150º C (302º F) or it will start to put off weird ammonia and sulfur dioxide fumes.

Once you're satisfied, pull the board out and rinse it off thoroughly. The instructions say to clean it off with ammonia to remove corrosive residues that would dull the board. Window cleaner with ammonia will do in a pinch. Then just shine it up with a scratch free Scotch Brite pad and it's ready to solder!

Tools & Supplies

Step 10: Screen the Solder and Populate the PCB

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At this point we have the hard part done; we have a circuit board. We just need to solder on the parts. With a properly made stencil, it is a simple matter of wiping a thin layer of solder paste over board over the stencil and placing the components.

The Stencil
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Commercial PCB manufacturers use a metal solder stencil, etched out of stainless steel or aluminum for large runs of boards, but you can order them custom cut online out of thick mylar. If you have access to a laser cutter (laser cutter use number two) or vinyl cutter, you can cut your own out of acetate or transparency film. In a pinch, you can even print out your pattern onto a sheet of transparency film and use an X-Acto knife to cut out the solder pads. Was auch immer funktioniert.

In my case, I had a friend cut me a stencil out of thick acetate with his vinyl cutter. It took a bit of tweaking to get the settings right, as it is an unusually thick and brittle material to cut; thicker than most vinyls. Eventually we determined that the cutter needed to make at least four passes to cut all the way though.

Applying the Solder Paste
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For the actual screening, I made a jig out of a piece of thick silicone rubber. I cut out a piece the exact size of the PCB, then I stacked extra PCBs underneath the frame, thereby creating a cutout sunk exactly to the depth of the board. This gives a surface for the stencil to lay flay all the way across and also holds the board in place while the squeegee is dragged across.

Line up your stencil, then tape it down at the top with packing tape.Be sure to be wearing rubber gloves as the solder contains a lot of scary things, in my case, Lead. Scoop out a blob of solder paste and put it either on the squeegee, or at the top of the stencil, above the cutouts. The solder paste should be viscous, but not so viscous that it can't be spread. It's a non-newtonian material, meaning that it holds it flows more easily under pressure, and solidifies somewhat when the pressure is released.

Cheap decent-quality solderpaste and flux can be had from DealExtreme, though you should be prepared for slow (but free) shipping. If the solder paste is old, or simply too viscous, you may need to thin it with flux.

Hold the stencil tight at the bottom and run the squeegee across the stencil, taking care not to lift it off the surface. Repeat until all areas are filled and then carefully peel up the stencil.This part definitely takes practice and you will probably have to make several attempts before you get it right.

Now just place the board on a lazy susan and pick and place the appropriate parts with a tweezers or a vacuum pen. Then it's off to the reflow oven, where you hopefully don't bump the board and spill the parts you just meticulously placed all over the floor and have to pick hairs and dirt off the parts because it stuck into the paste still on them.

Tools & Supplies

  • Solder paste stencil
  • metal or rubber squeegee
  • X-Acto Messer
  • Vacuum pickup tool
  • toothpick or other disposable mixing stick
  • Gummihandschuhe
  • solder paste $3.37, DealExtreme
  • Flux $3.61, Deal Extreme
  • SIlicone rubber sheet
  • Klebeband

Step 11: Bake your PCB

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Now it is time to bake the PCB! I promise it will be fun.

Programming the Reflow Controller
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First things first: it is important that the reflow oven is properly configured, or this won't go well. It's all about the set point parameters here. The maximum temperature and time maintained should not be any longer than the most sensitive component can handle, and it is recommended that it actually be 5 degrees lower than that value. In this case, the most sensitive component is, surprisingly the LEDs. The microcontroller can take, based on it's volume, up to 260º C, and the resistors and capacitors have tolerances above that. The LEDs have a recommended max temperature of no more than 225º. The manufacturers were kind enough to provide a reflow slope, so I just used that one.

If your oven is slow to heat up, you may encounter problems near the peak of your reflow ramp. The idea is to bring the temperature up slowly, spike it to "re-flow" the solder, and then drop it off rapidly, but not instantly, to room temperature. So if getting that peak is a problem, you may have to step in and open the door of your oven to speed of the rate of cooling from that peak temperature.

Baking the PCB
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Once you have the oven programmed, place the board in the center of the rack, making sure the thermocouple is near the surface of the PCB so it can get a reading that close to the actual conditions of the solder joints. Close the door, and start the program. Fire extinguisher nearby, of course.

Wait until the temperature drops to room temp. to take the board out , as it will embrittle the solder joints if they are denied their cooling cycle.

I should note here that if you do not need to make many, many identical PCBs, you don't really need to go to the trouble of building a reflow oven or screening the solder; it is very possible to solder the parts by hand. You will need a soldering iron with a relatively fine point, however. The trick is to tin on pad on each component, hold it in place with a tweezers (or the vacuum tool) and flow the solder on that joint with the iron. Then it's secure and perfectly aligned to do the other side.

Tools & Supplies

  • Reflow oven & controller
  • solder-screened and populated PCB

Step 12: Build a ICSP Jig

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In-Circuit Serial Programming (ICSP)
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Microcontrollers can be programmed a number of different ways. The traditional way of doing this is a Zero Insertion Force (ZIF) socket, where the chip must be removed from its it's circuit board in order to program it. Some chips are capable of In-Circuit Serial Programming, and, as you might gather from the name, the chip can actually be programmed while it is still on its board. This is very important for our little business card, considering it will be a tiny surface mount chip that can't be placed in any normal socket. Further, we will have the ability to reprogram it at will without the need to desolder it every time.

With the PIC, the programmer puts the chip in a high voltage programming mode and it works surprisingly well assuming the rest of the circuit is relatively isolated from the programming pins.

For ICSP to work there needs to be some way of connecting the programmer to the right pins on the PIC. Most through hole PCB designs use a connector soldered to the board, but in our case we need a cheap, flat solution that doesn't need a connector. That's where the programming jig comes in.

The Programming Jig
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I had to make several programming jigs over the course of the project, depending on what stage the prototype was in.The first one simply used a scrap prototype board with SMD pads for the IC and wires to the traces coming out of the appropriate pins. Then I just positioned the chip and hold it down with my finger while it is being programmed, taking care not to short out the leads. I also tried placing a magnet underneath the board to hold the chip in place.

The final solution relies on a clever little mechanical connector called a "pogo pin." It is essentially just a spring-loaded pin that makes a good temporary contact against the circuit board. They are a little fragile, but they work very well. It helps if the circuit board was planned with this in mind, as you need contact pads connected to the proper pins. With ICSP it is important to have the programming pins isolated from the rest of the circuit and connected directly to the PIC, since it could disrupt the programming signals.

Building the Improved Jig
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There are simpler ways of doing this, and certainly lazier ways, but nothing beats a dedicated jig. The one I built uses a hinged transparent lid with pogo pins mounted in the acrylic. The lid locks down with two rows of neodymium magnets and presses the pogo pins firmly down against the programming pads. It also presses the momentary power button, since the PCB layout was changed after the programmer was built; the switch needs to be pressed to connect pin 1 to the programming pad.

The base of the unit uses a scrap chunk of black acrylic and the cover is aa clear piece that helps in lining up the connections when a board is inserted. over the place it needs to bend. The PCB is held firmly in a predictable place with two PCB rails cut to the proper length, and there is a spacer insert that both raises the board up to the right height and stops the PCB in the proper position when it is pushed in. Using a hole saw, I cut a semicircle out of both the pacer and the black frame so that the card can be easily grasped for removal.

For the lid to line up parallel to the rest of the unit it needs to be bent at a slight angle. This is easy to do with a blowtorch. With the lid attached to the black frame on its hinge, run the torch back and forth from about 2 inches away. Take care not to heat it too long or get too close as it will scorch, so practice on a piece of scrap first. When it becomes malleable bend it down over the card guides and until it sits flush against the top of them. Hold it in place until it does not move back, then leave it to cool. Be sure to do this outside or near a window as the plexi will fume as it is heated.

The holes for mounting the pogo pins were drilled into the lid of the unit using a drill press. I made a template for the holes and printed it on transparency film. Slide them in one by one and make sure it lines up with the right pad on the board. With the lid shut, press the the pin down to a depth that will push the spring-loaded poker in a little more than halfway in. Then mark the depth with a sharpie and add a blob of solder to either side of the pin. It should not move up and down, add a dab of glue to keep it from wiggling in any direction.

Connect the ICSP wires to the pogo pins with the pogo holders counting from the marked red wire, to these pins on the PIC:

ICSP PIC Pin

1 .............. 4
2 .............. 1
3 .............. 8
4 .............. 7
5 .............. 6

Once it's complete, connect the programmer, slide in a populated board, and snap the lid down. It's ready to program! Be sure to remove the coin cell battery from it's holder or the programmer is toast; there is no protection on its output pins so any external current will likely destroy it. A simple fix is to put a bumper in the lid of the programmer that would stop the lid from closing if it ran into a battery.

Teile

Tools & Supplies

  • Lötkolben & Löten
  • Power drill or drill press
  • 1 1/4" holesaw
  • Lötlampe
  • #2 Screwdriver
  • Säge
  • Super-Klebstoff
  • Printable transparency paper
  • Band

Step 13: Program the PIC

Vollständige Leiterplatte Lab & POV Visitenkarte

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Vollständige Leiterplatte Lab & POV Visitenkarte

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The board now complete, we have only to give it a program to run, and we will be ready to set our creation free into the wild!

The PIC can be programmed either in C++ or assembly language. I chose C++, to mostly to save time, but also because I didn't necessarily want to commit to this architecture, and admittedly, assembly languages are no fun! For simplicity, I developed the board using the DIP PIC12F509, which is pin compatible with the 508. It is also larger and easier to manipulate for testing purposes, and I found that it had more memory than I needed, so I was able to downgrade the chip for the final product.

How the POV Card works
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The card is off until the momentary on switch is held down. On power up, the program simulates a little rolling ball with a binary counter that rolls in and out with the tilt of the card. After roughly four tilts back and forth, it then switches to Persistence Of Vision mode and cycles through a series of programmed patterns. Currently, it says my name, followed by a neat square wave pattern that acts as a separator, and then my phone number. When the tilt switch closes, the program recognizes that as the start of a wave, and plays the current pattern one time through, then waits until another wave starts. As long as the wave does not double back too soon, and the pattern is not too long, there will be no overlap as the pattern will be blank until it resets.

The Patterns
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Each pattern is an array of bytes, each byte a column in the sequence. The time that each column (frame) in the pattern is left on and the time between frames determines the speed of the display, and how close the frames are spaced when the card is waved. Basically, it changes the width of the characters and the pattern as a whole. Furthermore, the speed at which you wave the card also plays a part in the spacing, but not enough to make it illegible; since it changes frames at a constant rate, the variation is not enough to matter, but is enough to make it look dynamic. Neat, nicht wahr?

To create the patterns, I modified a script I found written by Andrew Mason . My version is customized to allow for alternate byte formatting and number of LEDS, but the LED placement is fixed, for the time being. You can make any pattern you want, provided it is small enough to fit in the PICs memory. The rate that the pattern plays back at can be changed in the code, as well.

Das Programm
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Der Code ist sehr einfach. Without PWM or interrupts, there were not very many tricky things I could do, even if I wanted to. Conserving space and optimizing made it a little more interesting, though, given the tweaking necessary to make the code fit in the PICs tiny memory.

To play a pattern, the PIC simply checks for the tilt switch to be activated, then loops through a pattern. It sets the GPIO outputs to the current byte in the array, which represents a frame, waits a set period, then increments the array. Once the pattern has played all the way through, it blanks the display and waits until the tilt switch has been activated. This indicates another wave has started, and it goes through the pattern once more.

The frame code looks like this, without quotes : "0b00000000,". The 0b delineates a byte and the comma separates each byte from the next. This is all placed inside an array of constants, since it won't be changing during the playback and that will save RAM. Five of the bits in the array indicate an LED output, while one is unused and one is a read-only bit used for the input pin. The bits used are: 0bXX12X543, where the number indicates the pin.

Der Code
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#include <htc.h>
#include <stdlib.h>

     __CONFIG(MCLRE_OFF & WDT_OFF & CP_OFF & OSC_IntRC); constchar waveform[] = {/* 0bXX12X543 - sets pin at number, to output high, eg: 0b00100111, complete array code omitted for space; see attached .c file for complete code */}; constchar binary[] = {/* code omitted */}; constchar name[] = {/* code omitted */}; voidinit(void) { OPTION = 0b01000111; //sets pin 2,3,5,6,7 output, pin 4 input TRIS = 0b00001000; }voiddisplay_roll (constchar p[], constchar pattern_length) {char i = 0; for (unsigned int j = 0; j < 350; j++) {//plays pattern forwards or backwards depending on tiltif (GP3 == 0 && i < pattern_length) { i++; }elseif (GP3 == 1 && i > 0) { i--; } GPIO = p[i]; //sets LED outputs to current frame in current pattern _delay(16000); //frame delay in number of cpu cycles}}voiddisplay_pattern (constchar p[], constchar pattern_length, constchar loops, constchar speed) {for (char i = 0; i < loops; i++) {//exits display either at swing restartfor (char j = 0; j < pattern_length && GP3 == 1; j++) { GPIO = p[j]; //frame delay in multiples of 10 microseconds :)for (char k = 0; k < speed; k++) { _delay(40); }} GPIO = 0b00000000; //blank output so pattern doesn't overlap while swinging back to startwhile (GP3 == 1); //if still waving, wait until swing restarts and switch contacts _delay(5000); //lazy debounce}}voidmain(void) { init(); display_roll(binary, 31); while (1) {/* function variables are: pattern name, length of pattern (in bytes/frames), number of loops, speed of display/framerate */ display_pattern(name, 69, 110, 25); display_pattern(waveform, 71, 100, 25); display_pattern(number, 61, 110, 25);  aufrechtzuerhalten.

Programming the Board
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All code was written in Notepad++, an excellent free multi-language editor. You will also need the MPLAB IDE with a copy of the HI-TECH C Compiler. Both are available in free versions.

You will need a copy of Microchip's PICKit 2 programming software. With the chip connected and the iCP01 plugged in, set the device family to "Baseline" and select PIC12F508 from the device dropdown. Then load the hex file and press the write button.

Referenzen

  1. PIC12F508/509/16F505 Datasheet
  2. Hi-Tech C 9.81 Compiler User Guide
  3. POVgen online LED Pattern Generator
  4. Hi-Tech C Compliler
  5. MPLAB Integrated Development Environment

Tools & Supplies

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