Бывают случаи, когда даже самые лучшие паяльники не ускоряют процесс пайки. Так что если бы плата паяла сама себя? Именно эту цель и преследовал Карл Бугежа, создавая печатную плату, которая может паять сама себя, а затем и другие платы!
Подход Bugeja описывается с помощью аналогии с пиццей: Печатная плата - это тесто, паяльная паста - соус, а начинка - компоненты схемы. Поместите все это в духовку, и вы получите ̶t̶a̶s̶t̶y̶ ̶p̶i̶z̶z̶a̶ готовую печатную плату!
Для тех, кто не знаком с поверхностным монтажом электроники, большие трафареты размещаются на предварительно изготовленных печатных платах. Затем через трафареты наносится слой паяльной пасты (представьте себе зубную пасту, а не обычный припой). Затем используется машина для подбора и установки компонентов на паяльную пасту, после чего вся плата помещается в печь для пайки, где компоненты припекаются на место. Если вам нужно изготовить тысячи плат, то этот способ подходит.
Bugeja использует один из многочисленных слоев печатной платы в качестве средства для передачи тепла. Вместо одной массивной медной плоскости заземления, Bugeja переконфигурировала этот слой в дорожку, которая обеспечивает некоторое сопротивление и нагревает плату. Это тепло заставляет паяльную пасту расплавляться, а компоненты припаиваться на место.
Бугеджа специально оставил низкие значения резисторов. Это позволило обеспечить самопайку плат при температуре 165 градусов Цельсия (328 градусов по Фаренгейту), используя всего 9 Вольт. Волшебные 165°C - это температура, необходимая для расплавления низкотемпературной паяльной пасты (Chip Quik TS391LT50 для тех, кто в курсе). Bugeja выбрал конструкцию печатной платы, которая выдерживает до 170°C, и поскольку это одноразовая пятиминутная пайка, она обеспечивает прочную среду для платы.
Недостатком этого процесса является то, что это одноразовый процесс, но компания Bugeja готова к этому и будет использовать этот слой в качестве плоскости заземления (GND), припаивая резистор с сопротивлением ноль Ом от дорожки к соединению GND. Элегантное решение, если так можно выразиться.
Схема была разработана с помощью Altium Designer, и Бугежа использовал это как преимущество, проложив волнистую дорожку самопайки вокруг множества отверстий, которые работают между слоями схемы. Вход для питания пайки осуществляется через два удлинителя на печатной плате. Эти удлинители принимают питание вокруг дорожки и могут быть легко отсоединены, когда работа закончена. Как это возможно? Используя "Mouse bite vias", другими словами, крошечные наконечники изготавливаются непосредственно в структуре печатной платы. Они легко отламываются и зачищаются, не оставляя практически никаких следов своего существования.
Первый тест прошел хорошо. Конечно, оно не было идеальным, несколько паяных пятен, которые нужно было немного доработать, но плата вышла без повреждений; все, что ей было нужно, это загрузчик, несколько изменений компонентов и пользовательский скетч Arduino для управления следующей частью проекта.
Вначале Бугежа вручную контролировал температуру, плавно повышая напряжение, но Бугежа чувствовал, что компьютер может сделать это лучше! Какая технология могла бы точно самопаять другую схему, используя точный температурный профиль паяльной пасты? Ну, это была бы печатная плата, которую Бугеджа только что спаял самостоятельно. Да, только что созданная плата имеет Atmel MEGA32U4 (хорошо используемый в мире Arduino) и датчик температуры (термопару). Все, что нужно сделать пользователю, это подключить совместимую плату к печатной плате, нажать кнопку, и ПИД-контроллер будет точно готовить вашу ̶p̶i̶z̶z̶a̶ печатную плату на заказ.
Вторая версия (Бугежа назвал ее "дочерней") платы была подключена к оригинальной (материнской) с помощью двух машинных винтов. Затем термопара была приклеена к нижней стороне платы. Нажатие на кнопку запускало скетч Arduino, контролируя температурный профиль до 165°C, где компоненты заняли свои окончательные позиции. Дочерняя плата была успешной, и Бугежа отпраздновал это событие, создав еще одну плату, внучку оригинальной.
Проект Бугеджи - это отличный подход к пайке поверхностного монтажа, который, как мы видим, привлечет внимание многих специалистов по электронике, стремящихся расширить границы возможного в этой области. В настоящее время для пайки поверхностного монтажа мы либо покупаем дорогостоящее оборудование, либо строим небольшие проекты с использованием горячих пластин MHP30, либо делаем DIY с собственной печью для пайки.
Вы можете прочитать больше о проекте Бугеджи и загрузить файлы печатной платы из репозитория GitHub.
