Сушилня за чипове

 

    Ще разгледаме създаването на един уред, който се ползва при ремонта на електронни платки- това е т.нар „сушилня за чипове“. Какво предполага наличието на такъв уред в един сериозен сервиз за ремонт на лаптопи, телевизори или друга апаратура на ниво елемент, а не на принципа „това няма да стане“.

    За какво всъщност става дума? Няма да губя времето за цитиране на неща, които всеки специалист може да намери в световната мрежа, само ще обобщя с няколко изречения.

    Международният промишелен стандарт IPC/JEDEC J-STD-033B, който определя правилата за производство, опаковане, транстпортиране и използване на елементи с повърхностен монтаж (SMD), а и самите производители на чиповете, дават особени препоръки за използването на чипове с керамична подложка на кристала или т. нар. BGA (ball grid array) корпус. Подложката На същите тези чипове имала свойството да поглъщат влага, ако бъдат извадена от фабричната опаковка. Поради тази причина преди използването им трябва да се изсушат, за да няма проблеми при монтажа им върху платката, а именно- при запояване съдържащата се в подложката влага много бързо започва да се разширява и в резултат поникват мехурчета, случва се и кристала да отлети.

 

 

    И така- не познавам хора или сервизи в България, които да си поръчват BGA чипове във фабрична опаковка от по 1000 или 5000 бр. за да ремонтират лаптопите на всичките баби Кери, каки Пени и брат'чедите им. Обикновено се поръчват единични или най-много десетки бройки от един вид, а това означава, че са извадени незнайно кога и къде от фабричната опаковка и са поели влага, т.е. трябва сушене. 

    Всеки един производител има препоръки за процедурата, но не смятам да се стремя към изричното им спазване (има и цикли на сушене, които може да се проточат и повече от седмица)- все пак не става дума за производство, а за единични бройки.

    И така- какво ми трябва: място за сушене, на което може да се регулира и поддържа температурата за продължителен период от време, по възможност с по-малък разход на енергия.

    Ако взема буквално израза „сушене на чип“ - и една кутия от бързо разтворимо кафе ще ми свърши работа, но тъй като искам все пак и някаква многофункционалносг- спрях се на нещо по-голямо като обем: 9-литрова мини фурна за сандвичи.

 

Предимства:

    - голям обем (9л)- може да събере десетина и повече чипа;

    - издържа на високи температури – може да се ползва за запояване на  прототипни платки с SMD елементи.

    - стъклена врата- може да се наблюдава какво се случва вътре;

    - наличие на решетка с три височини на поставяне (трябва ми само в средата).

 

Недостатъци:

    - не е топлоизолирана- за претопляне и сандвичи не е проблем, ама при  продължителната употреба ще има големи топлинни загуби;

    - не може да се ползва непрекъснато за дълго време- механичния таймер я изключва най-късно след 30 мин;

    - ниска точност на регулиране на температурата;

 

    Заемам се едно по едно:

 

    1. Топлоизолация.

Тъй като фабрично печката няма и грам изолация, а е само ламарини, ще трябва да поставя такава за да се намалят топлинните загуби по време на работа. За целта се наложи да разглобя цялата печка.

 

 

 

    Махнах терморегулатора и таймера, щото не ми вършат работа.

    За топлоизолация използвах минерална вата (позволява да си дръпнеш определена дебелина, гъвкава е и не гори) завита във фолио.

 

    Поставям я вътре във фурната- над горния и под долния реотан, както и на задния панел.

 

    Изолацията на страничните панели е външна (извън фурната, не извън самата печка)- иначе вътре съвсем няма да остане място, а и няма къде да закачим решетката. Преди  да сложа сандвича (вата вътре, фолио отвън), на лявата панта поставям краен изключвател- да се знае кога е отворена вратичката.

 

 

    Правя и отвори: за керамична фасунга на лампата за осветление на вътрешността и за кабела на термодвойката.

 

 

    2. Регулиране.

Това е  по-трудната и по-интересна (за мен) част - отчитане и регулиране на температурата.

    Малко предистория: идеята за този проект е от 2014 година, самата разработка и реализация на електро- частта се проточи още една година (поради липса на свободно време). Всъщност- имам работоспособен уред вече година и половина, но едва в последните дни успях да го  направя да изглежда добре и на външен вид. За този период ми дойдоха още поне десетина идеи за реализация на управлението и схемата на свързване, да не говорим, че е можело да стане и по-лесно за изпълнение и програмиране, ама смятам да си ползвам първоначалния вариант.

     За да може да поддържаме на едно нещо постоянна (в случая по-висока от стайната) температура ни трябват няколко неща: да знаем каква температура да поддържаме; да измерим текущата температура на нещото и да го стоплим като започне да изстива.

    За целта реших да ползвам като мозък за ръководство на дейностите във фурната микропроцесор- много е фйешън. - първоначално беше PIC16F873 (такъв имах), ама програмата взе да не се събира вътре и го подмених с PIC16F886- останаха цели 84 байта свободни.

    Ето какво излезе в крайна сметка:

    - Платка за управление

 

 

 

и кое какво е

 

 

    - Екран:

    Чуденката с избор на екран беше голяма, най- вече заради ограниченото място- от 52 до 70мм в зависимост от височината на поставяне. За тези размери има само два варианта- или текстов с 8 символа на ред или графичен. Предвид, че в началото на разработката прохождах в програмирането на PIC, вторият вариант отпадна и остана само текстовият дисплей. За съжаление в този си вид са само в два варианта- едноредов и двуредов, не открих с повече редове. За късмет точно тогава видях, че са излезли сравнително евтини OLED дисплеи и веднага се спрях на тях- по размер пасваха идеално.

 

    Друга, не по-малко важна причина да се спра на този дисплей беше, че конфигурацията на платката му позволява превключване на режима на работа от паралелен в SPI и по този начин съкратих жиците към него наполовина.

    Моделът на дисплея е Winstar WEH000802A със синьо излъчване.

 

    - Клавиатура:

    Първоначалната идея беше сам да си направя клавиатурата, че да пасне на лицевия панел и да бъде с 8 бутона, но резултата беше трудно използваем- или не сработваха бутоните, или пък и най-малкото течение ги задействаше. Затова се спрях на готова клавиатура от братята китайци- имаше всички цифри, както и два бутона за ОК или Отказ и най-вече беше със стъпка на буксата от 2.54мм.

 

 

    Клавиатурата и екрана се свързават с платката с помощта на лентов кабел.

 

    - Какво има на платката за управление?

             - часовник  (DS1307) – в него пазя датата и часа, като основната му функция е да синхронизира нещата на всяка секунда;

             - EEPROM памет (24С256) – 64КВ енергонезависима памет (прекалено много е в случая, ама нека да има)- в нея се пазят текстовете на менютата от екрана на няколко езика, термопрофили и други благинки;

             - четец на сигнала от термодвойка К-тип- това е ИС MAX6675 – в нея има всичко необходимо за да може процесора да прочете направо температурата на термодвойката;

             - оптрони – за галванично разделяне на управляващата част от силовата част. Два вида са- единият подава сигнал към процесора, когато мрежовото напрежение преминава през нулата (zero cross), a другият е оптосимистор, отново с детектор на нулата (MOC3063);

             - симистори  - за управление на нагревателя (ВТА16-600) и лампата (ВТ136-600);

             - реле – прекъсва напрежението на мрежата към нагревателя и лампата, когато печката не се ползва или при аварийни ситуации (пробив на симисорите);

             - зумер – за озвучаване на събития;

             - процесор – за да може да накара всичко написано по-горе да работи.

    - Как работи?

    Тъй като нагревателят си е оригиналния, а той е 900Вт, налага се да го управляваме по някакъв начин не само да поддържа температура, а и да не подпали нещо.

    Основният принцип на управление е регулиране по мощност посредством промяна на подаваната енергия към нагревателя. Използвам числово-импулсно управление на товара- подават се цели полувълни от мрежовото напрежение. Ето за какво става дума за тези, които не се сещат: ако вземем десет полупериода (5 периода) от мрежата. Ако подадем към товара само един от тях – това е 10% мощност, два – 20% и т.н. Тъй като на процесора му е трудно да смята с десетични числа, аз съм взел като основа не 10, а 16 импулса. Така изходната мощност може да се регулира със стъпка 6.25%. Процесорът изработва сигнала за управление, като преди това е синхронизиран с удвоената мрежова честота посредством детектора за преминаване на мрежовото напрежение през нулата. Решението за управление пък се взема на базата на зададената и действителната температура получена от термодвойката. Има записани няколко алгоритъма (профила) във външната памет.  Единият е на определени градуси да отговаря определена мощност на нагревателя,  вторият- мощността зависи от разликата на зададената и измерената температура, а третият- температурата да нараства по определена крива (градус/секунда). Четвъртият  профил е за кисело мляко.

 

    3. Всичко в едно

 

    Събирам всичко казано по-горе на едно място.

 

    3.1 Оживяване на дисплея.

 

Жиците към дисплея са повече с цел- ако не бяха тръгнали нещата с SPI управлението- да се върна на класическия вариант.

 

    3.2. Монтиране на дисплея на лицевия панел

 

    Що-годе става за гледане, ама не и за ползване заради лошото изпълнение на клавиатурата – даже и не се забелязва на снимката.

 

    3.3. Монтиране на платката в корпуса на печката.

    - подготовка на мястото

 

    -  подлагам топлоизолацията и диелектрична подложка и след това самата  платка

 

 

    - вече в сглобено състояние

 

 

    - най накрая всичко е сглобено

 

 

    Както се вижда от снимката- панелът за управление на нищо не прилича, което пък от своя страна не пречи на печката да си върши работата.

   

    В крайна сметка, след година закани за по-добър външен вид, намерих време да монтирам новата клавиатура и с помощта на фолио за затъмняване на стъкла резултатът вече е съвсем различен.

 

    - панелът за управление отблизо- има доста отбялсъци по снимката заради лъскавината на фолиото:

 

 

    - завършената вече печка

 

 

 

    4. Софтуер

 

    Софтуерът за печката го писах два пъти. И в двата случая на развойната среда на Microchip за PIC- MPLAB IDE.

    В първия вариант със самоделната клавиатура – на асемблер, като възможностите за настройка бяха силно ограничени- общо взето можеха да се гледат датата и часа (без да бъдат сверявани), да бъде задавана само температурата на сушене, старт и стоп на цикъла. Спрях да я програмирам повече, защото така си ми вършеше идеална работа. Вече като взех фабричната клавиатура (а тя е с 12 бутона, а моята беше с 8) и най-вече заради нуждата от добавяне на повече функционалност реших, че ще бъде по-добре да направя наново софтуера. Този път обаче си седнах на д-то и използвах MPLAB IDE XC8, нищо че доскоро не бях и чувал за него. Кода, дето съм го съчинил, не става много за гледане, ама все пак мисля, че съм се справил, за да мога да ползвам уреда пълноценно.

    Ето какво има вътре:

    - детектор на zerocross;

    - управление на мощността на нагревателя със стъпка 6.25%;         

    - възможност за избор от 4 профила за спояване на smd елементи върху прототипни платки – два за оловен и два за безоловен припой;

    - профил за ребол на чипове;

    - профил със свободно избиране на температурата на сушене;

    - проверка за отворена врата на фурната- прекъсва процеса и изключва нагревателя, ако се отвори. След затваряне на вратата лампата угасва след 2 сек;

    - осветление с няколко режима- когато се отвори вратата; когато се натисне определен бутон от клавиатурата с настройваемо време на изключване; постоянно осветление, ако е избран високотемпературен профил;

    - следене температурата на платката и управление на вентилаторите за охлаждането ѝ в зависимост от нея;

    - звуков сигнал при някакво събитие или „озвучаване“ на натиснат бутон от клавиатурата (може да се настройва);

    - регулиране на яркостта на екрана в 8 степени;

    - режим „заспиване“- може да се настройва времето;

    - сверяване на датата и часа на вътрешния часовник.

    Всички настройки се пазят във флаша на процесора и се прочитат след включване на фурната в захранването.

 

    Ами- това е.

 

03.03.2017

Бургас.