Электроника для всех
Блог о электронике
Самодельный трафарет для реболинга BGA из текстолита.
Есть у нас тут внизу какая то автомастерская. И там у них есть автоэлектрик. В общем, запороли они чей то ЭБУ при прошивке. Синдром Даннига-Крюгера в действии. Да там все легко, все херня… Да мы сто раз это делали. Ой… А чего он отзываться перестал? А чего из него дым идет? В общем, мы с Ветром поржали над ним, но решили помочь, по крайней мере перекатать чип, благо они его где-то нашли. Видимо сняли с донора. Как и чем я хз. Но чип был, без шаров. Живой не живой хз.
Надо отреболить. Проблема только, трафарета под него нет. Димка метнулся кабанчиком по ближайшим магазинам для ремонтников, а там такого нет. Есть примерно похожий, но все равно не тот. Больше чем нужно. На али он есть за тыщу, но ждать две-три недели никому не улыбалось. Тут пришла мысль, а чего бы нам трафарет самим не сделать? Из говна и палок!
Надо только пластину найти, которая бы хорошо и точно сверлилась, а еще была жесткой. Подумали, что можно сделать из текстолита. Обожаю этот материал! Его что фрезеровать, что сверлить одно удовольствие. А тонкий, 0.4мм, текстолит у меня есть. Дело за малым. В Eagle CAD накидать матрицу шаров, с выбранным шагом. Благо даташит на чип мы нашли и измерять ничего не пришлось. А дальше вывод сверловки в exellon, конвертация во Flat CAM, его в G-код и вперед.
Наклеил на столик текстолит. Просверлил.
Сверлил я советскими сверлами ВК6М на 0.7мм, которых где то нарыл NN4Z. Тот еще экстрим. Словно стеклянные. Малейший косой взгляд — ломаются. Сколько мы их переломали просто случайно задев пальцем или чуть толкнув станок в процессе… Ой, штук десять наверное, не меньше. Жесткость у моей ЧПУшки так себе, даром что из металла. Но если сверло в материале, то банальный щелбан по корпусу шпинделя приводит к поломке сверла. Это капец. С китайскими сверлами под 3.175 хвостовик в сотни раз проще. Но их не было ни одной. Поэтому ВК6М и поможет нам Мегатрон! Да, 15000 оборотов для этих сверл крайне мало. Так что запускаем прогу, пылесос не включаем, отходим от станка и не дышим. Зато как сверлит… Песня! Ни заусенки! Дырочка к дырочке!
Затем кинул в хлорное железо, чтобы стравить медь.
А дальше все как обычно. Наложили, продавили пастой:
Запекли феном при нижнем подогреве:
Подогрев, кстати, годный получился. Димон про него писал у себя.
Шарик к шарику. Причем, в отличии от стального, текстолитовый шаблон не перекашивало от нагрева вообще. Были сомнения, что его будет тяжело снять, что припой зацепится за неровности стенок отверстий, но нет. Все получилось на ура.
Запаяли, ЭБУ заработал. Даже прошился, впрочем это им не помогло. Там какие то ID номера не совпали, видать у чипа своя память тоже не пустой была. Но это уже была не наша проблема.
22 thoughts on “Самодельный трафарет для реболинга BGA из текстолита.”
Идея суперская, молодец.
А какой это чип был?
Изготовление трафаретов для нанесения паяльной пасты
На производстве трафареты делаются, обычно, из стали (методов вагон), но там они расчитаны на тысячи плат. В любительской практике такие количества не нужны, поэтому трафареты делают из чего попроще — медь, латунь, алюминий. Но медь и латунь не самые дешевые и доступные материалы, а алюминиевых банок хоть отбавляй. И толщина фольги у них подходящая — около 0.15мм. Одна беда — жесткий он, выровнять нормально не получается, а без этого сложно нормально фоторезист нанести. Но, как оказалось, у этой заморочки есть достаточно простое решение…
И так, инструменты и материалы:
1. Отмываем (или, как минимум, ополаскиваем) банку от остатков содержимого.
2. Акуратно, стараясь не помять поверхность острым ножом срезаем верх и низ банки. О ровности краев можно особо не беспокоиться. На этом этапе важнее банку не помять.
3. Ножницами разрезаем получившийся цилиндр и, на этот раз акуратно, еще раз обрезаем края (те, что получились после обрезания верха и низа).
4. Еще раз (на этот раз тщательно и опять-таки, стараясь не помять) отмываем банку от остатков содержимого.
5. На противень кладем заготовку («горбом» вверх) и сверху прижимаем достаточно тяжелым предметом так, что бы банка не прогибалась. Иногда может оказаться удобно положить сверху что-нибудь плоское, но не достаточно тяжелое и прижать чем-нибудь более тяжелым (но не достаточно большим, что бы прижать весь лист равномерно). На этом этапе важно прижать равномерно и по всей плоскости.
6. Ставим противень в печь/духовку и разогреваем ее до 240-250 градусов. Достаточно только разогреть и охладить, выдерживать при такой температуре нет необходимости.
7. Когда печь остывает получаем весьма ровную (как минимум пригодную для накатки фоторезиста) но все так же жесткую заготовку. Тут важно дать остыть заготовке под грузом, иначе она распрямится не до конца.
8. Кладем получившийся лист на подложку (пункт №3 в списке инструментов и материалов) и под не сильной струей воды, с абразивным моющим средством начинаем акуратно зачищать одну сторону заготовки. Если кто еще не в курсе, поверхность банки (обе поверхности) покрыта слоем лака, которому все предыдущие издевательства на один зуб, химии он толком не боится (как минимум из того, что есть у меня он выдержал все), а алюминий нам травить таки надо. К счастью с абразивом лак справиться не в состоянии. Зачищать нужно тщательно, но можно не по всей поверхности, а только такой участок, которого хватит для того, что бы разместить трафарет. Не стоит в процессе зачистки прикладывать излишние усилия, резким движением можно легко смять заготовку. Да, лак на второй стороне заготовки нам не мешает. Правда и не помогает: в процессе на нем образуются царапины до алюминия, так что надеятся на надежную защиту всей поверхности уже не приходится.
9. Когда результат зачистки нас удовлетворяет, тщательно промываем заготовку в проточной воде и сушим.
10. Дальше обычный фотопроцесс — накатка фоторезиста, экспонирование и проявка.
11. Защищаем другую сторону заготовки. Тут есть варианты по вкусу, но я остановился на том, что накатываю фоторезист на обе стороны и экспонирую (без фотошаблона, естественно). Одна из основных причин — простота безболезненного удаления защитного слоя без риска повреждения заготовки. В случае, например, использования скотча, удалить его не повредив трафарет далеко не так просто.
12. Травим заготовку. Травить можно в привычных растворах — хлорном железе, лимонке с перекисью и так далее. Сразу уточню, что не стоит использовать один и тот же раствор для плат и для трафарета. Даже если состав тот же, для травления трафарета надо использовать отдельную посуду и свою порцию раствора. Травится трафарет весьма быстро, не смотря на толщину.
13. Когда трафарет дотравится, тщательно промываем его в проточной воде и смываем фоторезист и снимаем защиту с другой стороны. Трафарет готов.
Несколько коментариев: для трафарета у известных мне кадов есть свой отдельный слой. Фотошаблон для трафарета следует делать именно из него. Размер окон для пасты имеет смысл уменьшить на 0.1-0.2мм, что позволит компенсировать подтрав.
Иллюстрации к процессу
Банка со срезанным дном и верхом: 
Банка разрезана вдоль и аккуратно обрезана по краю. Норовит свернуться в трубочку, естественно. 
Готовим банку к прогреву:
Первый вариант прижима (большой брусок дюрали): 
Второй вариант прижима (приспособления из комплекта печки): 
Греем в печке: 
После прогрева банка стала заготовкой: 
Перед снятием лака (снизу видна подложка которая понадобится в процессе): 
Очищен кусок достаточный для трафарета (вблизи — неочищенная часть): 
Готовимся к накатке фоторезиста (фоторезист, «ушки» из скотча, подложка): 
Фоторезист закреплен на подложке (защитная пленка по краю снята): 
Особо внимательные могут заметить, что крайние «ушки», которыми край фоторезиста крепится к подложке, расположены параллельно краю (а не перпендикулярно, как два средних). Эта небольшая модификация позволила полностью исключить отклеивание переднего края фоторезиста в ходе последующих этапов.
Подаем подложку в ламинатор: 
После захвата края останавливаем ламинатор, отгибаем фоторезист вверх и снимаем защитную пленку: 
Вставляем заготовку и включаем ламинатор: 
«Уходящий вдаль» задний край заготовки: 
На выходе получаем вот это: 
Вырезаем заготовку из «конверта» образовавшегося из фоторезиста и подложки: 
Затем повторяем процесс для другой стороны (повторять фотки нет буду, там все тоже самое).
Собираем «бутерброд» из двух стекол, фотошаблона и заготовки: 
Такой вариант крепления удобен тем, что не нужно разбирать конструкцию, что бы экспонировать и вторую сторону.
После экспонирования обеих сторон проявляем: 
Травим и смываем фоторезист, получаем на выходе вот такой трафарет:
Shuffle › Блог › «Много паяем» или «Трафареты и Паяльная печь»
В моей работе иногда бывают заказы, где надо собрать 10 и более абсолютно одинаковых плат. Это не проблема, когда на плате мало элементов. Но когда их становится больше десятка, точек пайки — за 50, а самих плат надо собрать 20-30 за день, то поневоле начинаешь задумываться о смене рода деятельности. Я просто стал дико уставать от паяльника. Да и спина — не железная. Сборку модулей управления для Олимпиады в Сочи я вспоминаю с содроганием (об этом мне еще предстоит рассказать).
Вот и стал я задумываться о том, как же упростить и ускорить сборку таких небольших партий. Отдавать их монтажникам невыгодно из-за потери времени. Комплектация заказа, подбор всех компонентов, написание тех-задания и дорога туда-обратно 2 раза занимают столько же (а то и больше) времени, сколько я потрачу на сборку несчастных 10-20 плат самостоятельно. Давно уже засматривался на пайку с паяльной пастой. Вот и дозасматривался…
Далее в тексте будут присутствовать фото и видео из просторов интернета. Заранее приношу всем авторам извинения и при вашем желании готов немедленно указать авторство или удалить их из оригинала статьи на сайте Драйв2.
НАНЕСЕНИЕ ПАЯЛЬНОЙ ПАСТЫ
Есть два основных способа нанесения паяльной пасты — каплеструйный и трафаретный. В первом используются так называемые диспенсеры, во-втором — трафаретные принтеры.
Нанесение паяльной пасты на ручном трафаретном принтере
В домашних условиях диспенсеры заменяются обычным выдавливанием пасты из шприца на плату, а трафаретные принтеры — размазыванием пасты через трафарет пластиковыми картами и прочими подручными инструментами. Можно конечно и руками давить из шприца, но попробуйте повыдавливать пару сотен отдельных капелек и вы забросите это дело далеко и надолго. Можно купить полуавтоматический диспенсер, китайские товарищи предлагают как минимум пару десятков довольно-приемлемых по цене вариантов. Там все просто — нажал на педаль и из иголки выдавилось строго-отмеренное количество пасты.
Скорость работы резко возрастает, затрачиваемые усилия — резко уменьшаются. Но есть одно неудобство — для диспенсера нужен сжатый воздух. А значит нужно еще покупать и компрессор. А для дома компрессор — это шумно и громоздко. Поэтому начинаем смотреть в сторону трафаретной печати.
Трафаретное нанесение паяльной пасты
Поинтересовался стоимостью изготовления профессионального трафарета на один свой заказ и несколько… передумал. За изготовление металлического трафарета с меня запросили 8тр. Учитывая, что один трафарет мне может понадобиться всего лишь один раз — это слишком дорого! Да и сам ручной трафаретный принтер, куда крепится этот трафарет и сами платы — дорогая штука. Есть вариант — заказать резку пластикового трафарета лазером в любой рекламной фирме. Начал поиски в этом направлении и чисто случайно наткнулся на сайт, там автор дома режет трафареты плоттером.
А у меня как раз с Амазона пришел маленький домашний плоттер А4 Silhouette Portrait. Заказывал его для резки наклеек, а тут такое совпадение! Да еще и тот товарищ написал скрипт быстрой конвертации платы в трафарет для Eagle Cad. А я как раз все разрабатываю в этой программе! Уж повезло — так повезло! =)
Да, может показаться, что заказать трафарет у рекламщиков за 200р это дешевле, чем купить плоттер за 6тр, плюс сам пластик. Но когда делаешь трафарет, а потом оказывается что ты чуть-чуть ошибся и надо заказывать новый… да еще и под очередной заказ надо 2 разных трафарета… да и вот для этого тоже неплохо бы изготовить, а я забыл… да еще и наклеек порезать… да не забыть зайти забрать заказанные трафареты… да ну их всех!
Конвертнул сам дома, порезал на плоттере. Ошибся? Исправил и порезал опять. Наклейки? Нарисовал и порезал. Майки сделать? Взял и сделал. Об этом тоже постараюсь рассказать, тема интересная. Уже наделал себе эксклюзивных маек =)
А теперь простая инструкция для Eagle Cad и плоттера Silhouette Cameo:
1. Скачиваем вот эту штуку и кладем ее в папку ULP, где у вас установлен Eagle
2. Открываем свою плату в Eagle
3. Открываем ULP (меню File, пункт Run ULP или нажать кнопку ULP в Панели инструментов, найти cream-dxf.ulp и запустить его).
4. Снимаем галку с пункта «Cut two times…», остальные оставляем по-умолчанию.
5. Нажимаем Run и получаем в папке с вашим проектом два файла с расширением DXF (файлы filename-tcream.dxf и filename-bcream.dxf для верхней и нижней стороны платы)
Все, теперь у нас есть два файла трафарета в формате AutoCad для обеих сторон платы. Если нужна только одна сторона, вторую смело отправляем в корзину. Дальше можно конвертировать в любой формат и резать на любом плоттере, но для Silhouette Cameo/Portrait пригодится следующая инструкция:
1. Заходим в настройки программы Silhouette Studio (все это справедливо для программы версии 3.0)
2. В меню «Параметры импорта» в разделе «При импорте DXF» выбрать пункт «Как есть». Тогда будет открываться в размере 1:1, а не растягиваться на всю страницу.
3. В меню «Расширенные» в разделе «Размер пакета» выбрать «500 байт». Без этого при резке сложных трафаретов на медленной скорости возможны потери связи с плоттером и прерывание резки трафарета.
4. Открываем наш DXF файл
5. Перемещаем его на нужную часть листа
6. Если надо, то редактируем его. Я, например, удаляю некоторые площадки, на которые мне не надо наносить паяльную пасту. Это могут быть площадки краевых разъемов, для тестовых контактов, для дальнейшего припаивания проводов и разъемов. Паяльная паста гораздо дороже, чем обычный припой, которым в последствии паяются различные выводные элементы и провода.
7. Файл filename-bcream.dxf будет отображаться в зеркальном виде, поэтому можно его отразить зеркально (Объект-Отразить-Отразить горизонтально). Обычно это не нужно, ведь можно просто перевернуть сам вырезанный трафарет.
8. В «Настройках резки» добавляем новый материал кнопкой «+» и устанавливаем следующие настройки:
— резак выставить на значение «1» (и физически повернуть его на цифру 1)
— скорость «1см/сек» (минимальная скорость, это не позволит ножу задирать пленку и сделает линии реза максимально ровными)
— толщина «33»
Если пластик плохо прорезается, то можно отметить «Двойную резку» и плоттер будет проходить каждую площадку по два раза. Обычно этого достаточно для большинства пластиков.
9. Приклеить лист пластика на кэрриэр и отправить на резку
Я режу трафареты на рекламном пластике толщиной 0.2мм. Эту толщину плоттер режет довольно легко и с такой толщиной трафарета на плате остается достаточное количество паяльной пасты для пайки практически всех размеров smd-компонентов. Если вы используете типоразмеры 0603 и меньше, то можно делать трафареты и толщиной 0.1мм. Это еще сократит расход паяльной пасты.
Дальше все проще. Делаем оправку для вашей платы. Я не стал изобретать что-то оригинальное и просто скрепил несколько плат такой же толщины малярным скотчем, аккуратно и ровно совместил трафарет с нужной платой и приклеил трафарет с одной стороны к оправке. Теперь вставляем плату и наносим пасту, вынимаем готовую, вставляем новую…
Дальше на трафарет наносится немного паяльной пасты и скребком (у меня одно время им служила пластиковая кредитка или визитка) размазывается по плате. Поднимаем трафарет — паста нанесена!
Кстати, пасту я использую Kester R276. Так получилось, что она была первой, которую мне посоветовали и она меня устроила по всем параметрам (кроме цены) =) Пока периодически тестирую разные другие пасты на предмет замены Кестеру.
Для этого можно использовать обычный или вакуумный пинцет. И для того, и для другого требуется некоторая сноровка. Отличие в том, что при обычной пайке не страшно, если рука дрогнет и деталь сместится. Здесь же вы можете смазать пасту и придется тратить силы на восстановление площадки. На третьей по-счету плате у меня стало все получаться с первого раза. Но неудобно брать детальки из ленты пинцетом, а высыпав их на стол приходится потом некоторые переворачивать. Я обратил внимание на вакуумные пинцеты. Сначала собрал свой из маленького воздушного насоса (как в аквариумных компрессорах, только не выдувает, а всасывает воздух). Но колхоз продержался недолго и я плюнул на все и купил себе Актаком АТР-9382.
Нисколько не пожалел. Теперь можно брать компоненты прямо из ленты, предварительно только сняв защитную пленку, и сразу ставить их на плату. А мощность насоса подобрана так, что поставив детальку на плату она «приклеивается» к паяльной пасте и сама отлепляется от пинцета. Очень удобно!
Ооо! Это незаконченная еще история =)
Изначально смотрел в сторону покупки готовой печи Puhui T-962A, но название печи подкачало =) Шутка.
Просто судя по отзывам эта печь вовсе не такая крутая, как мне показалось в начале и нужно было ее дорабатывать до более-менее нормального состояния. А учитывая ее цену и стоимость доработки я отказался от покупки этой печи и стал смотреть в сторону самодельных вариантов. Для мелких серий в домашних условиях — идеальный вариант. Приобрел за копейки б/у мини-печь Supra MTS-302, испытал ее… Оказалось, что в ней очень даже неплохая равномерность прогрева и для простого домашнего варианта паяльной печи она подойдет. Тем более, что у нее есть и верхний, и нижний ТЭНы. А здесь очень важно, что бы было именно длинноволновое инфракрасное излучение. Поэтому нагрев самодельными галогенками не дает толковой пайки и кипятит все детали, в отличии от равномерного прогрева всей платы с деталями и пастой длинноволновыми инфракрасными излучателями, которыми и являются обычные ТЭНы.
На каждую нормальную паяльную пасту есть даташит, в котором указаны характеристики пасты и в каком режиме надо паять. Так, например, для моей R276 ее нужно сначала нагреть до температуры 140 градусов со скоростью не более 2,5 градуса в секунду, потом выдержать полторы минуты, плавно повышая температуру до 160 (в это время флюс смачивает все поверхности и подсыхает, исключая при плавлении его кипение и разбрызгивание припоя), а потом быстро нагреть до 210 для пайки и остудить. Ффффух, выдохнул =)
Для всего этого есть специальные PID-контроллеры, которые не только жестко держат заданную температуру (неважно, какая печь и какие ТЭНы, подстраивается сам), но и позволяют задавать температурные точки и интервалы времени. С его помощью можно реализовать тот термопрофиль, который нам нужен для конкретной паяльной пасты. Но… опять же — хорошие PID-контроллеры стоят хороших денег. А делать его самому — очень многое нужно изучить для написания толковой прошивки с ПИД-регулированием. Формулы там еще те!
Я поступил проще — заказал у китайцев PID-регулятор за 450р, который может строго поддерживать температуру и по его приезду модернизирую его до уровня PID-контроллера.
Но это — в будущем. А пока у меня главный ПИД-регулятор — это я с термометром на термопаре, секундомером и знаниями, с какой частотой надо щелкать выключателем ТЭНов для выдерживания термопрофиля =)))
Самого главного — увеличение скорости и уменьшении сил — я добился. Сборка и пайка панели из 24-х плат для моих Комфортных Поворотников раньше занимала по времени 6-8 часов, теперь это все занимает максимум 3,5 часа от момента нанесения пасты на первые платы и до момента тестирования всех плат на работоспособность.
Есть вопросы? Уверен, что есть. Добро пожаловать в Комментарии! Рекомендации тоже приветствуются. =)
PS: Спасибо Cathy Saxton и сайту idleloop за свои исследования по резке трафаретов на плоттере в домашних условиях. Оригинал здесь.