Вакуумный ламинатор (аппликатор) своими руками

[stas00n]

Приветствую уважаемых форумчан. Решил вот поделиться своей довольно полезной конструкцией.
Началось все с того что по работе приходится делать часто прототипы плат - обязательно с паяльной маской. Жидкая маска FSR- очень хороша, но для массового производства. Для лабораторных образцов и любительских конструкций - уж очень много с ней возни. Слава богу недавно появилась возможность покупать сухую пленочную маску. Взял немного на пробу - поэкспериментировал. Как и заявлено производителем - вальцовые ламинаторы настоятельно не рекомендуются (читай - совсем не годятся) для нанесения маски. Дело все в том что в отличие от фоторезиста, который наносится на относительно гладкую поверхность заготовки, маска наносится на уже вытравленную - рельефную плату, где есть "горы" - дорожки и "долины" - зазоры. При нанесении вальцовым ламинатором в "долинах" неизбежно остаются воздушные карманы, пузырьки, которые,естественно рвет при пайке. Собственно для борьбы с этим явлением и рекомендуется применение вакуумного ламинатора.

Итак, начнем. Часть 1. Вступление.

Несмотря на устрашающее название - вакуумный ламинатор (точнее будет назвать это устройство аппликатором, т.е. - "прилеплятелем") конструктивно гораздо проще вальцового, т.к. не содержит движущихся деталей, его вполне по силам изготовить самому используя минимум материалов и применив небольшие слесарные навыки. Не нужно даже никаких станков. Основной не самодельный узел, который придется купить за денежные знаки - вакуумный насос, - я покупал здесь (не реклама). Кроме того понадобится 3 штуцера, 2 или 3 шаровых вентиля, пару метров трубки или шланга для вакуума, немного листовых материалов которые больше понравятся/будут под рукой, немного метизов, хомуты, герметик, клей 88 или "Момент".

Конструктив аппликатора предельно прост - даже лень рисовать картинку. Опишу словами, а картинки будут позже - уже в деталировке. Аппликатор представляет собой две герметичные камеры с внутренними размерами в плане чуть больше(на 20-30 мм) максимального размера платы, и высотой 5-10 мм. Камеры разделены эластичной мембраной. В нижней камере находится плата, на которую предстоит наносить маску или фоторезист. Верхняя камера пустая. К нижней камере через вентиль подключается вакуумный насос. Кроме того нижняя и верхняя камеры соединяются между собой через второй вентиль. Третий вентиль соединяет верхнюю камеру с атмосферным воздухом - его, кстати, вполне можно заменить просто отверстием, которое закрывать пробкой или даже пальцем

Реализация такой конструкции камер состоит всего из 3 основных деталей: основание, рамка с мембраной, крышка. Далее опишу подробней.

Продолжение следует...

[mial]

Мне точно такая же идея приходила в голову. Но так как в сравнении с 2х компонентной, пленочная маска сравнительно дорога, пока оставил эту затею. В принципе попробовать можно. Насос есть, нижняя часть тоже есть, есть и фурнитура со шлангами. А как греете после вакуумирования, феном?

[stas00n]

Часть 2. Основание
Основание является одной из стенок нижней камеры, представляе собой простую прямоугольную плиту с несколькими отверстиями, опционально оснащается нагревательным элементом и терморегулятором. Можно делать без подогрева и прогревать уже заламинированую плату феном, вальцовым ламинатором или утюгом. В случае если предполагается все-таки делать подогрев, основание изготавливаем из металла (алюминиевые сплавы, сталь), если подогрев не нужен - можно делать из пластика, текстолита, ламинированной ДСП - в общем что есть под рукой достаточно крепкое (чтобы не выгибало атмосферным давлением - ни много ни мало - 100 кг/дм2), и чтобы воздух не пропускало.
У меня основание сделано из 5 мм АМГ - выгибает совсем чуть-чуть - на пару десяток - при моих размерах 200х240 мм (см. эскизы). С размерами я пожадничал - если кто будет повторять - лучше сделать подлиннее конструкцию, например 200х300 или даже 200х350 мм, а материал взять потолще - 10мм алюминия или стали будет, думаю, в самый раз.

Пример исполнения основания 5мм АМГ-5:



В основании на расстоянии примерно 30 мм от края сверлится 2 отверстия под штуцеры. У меня были прямые штуцеры под трубку внутр. диаметром 6мм, с конической резьбой Rc 1/4, их и применил. Удалось купить такой метчик - нарезал резьбу и закрутил на герметик. Если метчика нет - тупо вклеиваем штуцеры герметиком. 4 отверстия по краям - для "ножек" - у меня они из шпильки М8. Ножки нужны чтобы приподнять основание над рабочим столом с тем чтобы свободно подвести трубки/шланги. Кроме того там надо будет разместить нагреватель и термостат (в будущем). Штуцеры лучше брать угловые 90 град, - будет меньше высота конструкции. но я таких не нашел - поставил прямые.

[stas00n]

Часть 3. Рамка, мембрана, уплотнитель.

Вторая деталь, которую предстоит изготовить - рамка с мембраной. Я сделал из того же 5 мм АМГ-5, можно делать из пластиков, текстолита. Главное требование - рамка должна быть герметичной по периметру, делать ее нужно только цельной, а не сборной, например из уголков (я так делал в первом варианте - замучился искать и устранять утечки).
Делаем 2 прямоугольных рамки толщиной 5 мм, между ними натягиваем мембрану, собираем или на винтах, как у меня, - см. рис., а лучше - на клею 88 или "Момент".

Моя "высокохудожественная" рамка. Разумеется можно (и нужно) делать проще.






В качестве материала мембраны идеально применить прозрачную силиконовую резину толщиной 0,8-1 мм - я покупал в китае, т.к. на местном рынке такого не оказалось. Прозрачная мембрана очень удобна для контроля процесса и "прицеливания". Однако первая моя мембрана была непрозрачной, делал из 1мм резины МБС. Наверное подойдет и ТМКЩ. Натягивать мембрану надо примерно на 10-20% от размера, собранная рамка должна приятно звенеть, как барабан. Особое внимание еще раз обращаем на герметичность. Если собираем без клея - возможно не лишне будет пройти по периметру герметиком.

Для обеспечения герметичности камер между основанием, рамкой и крышкой надо положить уплотнительные прокладки - 2шт.
Опять же, в качестве неудачного первого варианта - не рекомендую самоклеющийся оконный уплотнитель - замучился герметизировать стыки герметиком. Рекомендую вырезать его из цельного куска (без стыков) мягкой микропористой резины (толщина 3-5 мм) по форме рамки.
Уплотнитель можно по желанию приклеить к основанию, рамке или крышке - как покажется удобней. Я пока то ли еще не решил как удобней, то ли лень с приклеиванием возиться, поэтому прокладки пока являются отдельностоящими элементами.

[stas00n]

Часть 4. Крышка, остальное, сборка.

Итак, третья деталь пакета - крышка. По форме повторяет основание, поэтому картинки не привожу. Крышку желательно изготовить из прозрачного материала - для наблюдения за процессом. Из прозрачных материалов применяем только те, что не образуют осколков - оргстекло, а лучше поликарбонат (монолитный, не сотовый). Толщина для данных размеров 10 мм нормально, больше размеры - толще крышка, или делать дополнительные элементы жесткости, чтобы не "сложило" при работе. Стекло в качестве материала для крышки применять не стоит - хрупкое и образует осколки - не дай бог хлопнет - кто знает как прилетит... Да и обрабатывается тяжело.
В крышке, как и в основании сверлится 2 отверстия с краю, только туда закручиваем/вклеиваем не штуцеры, а шаровые вентили - это органы управления. Еще один вентиль монтируем в основную вакуумную линию - например возле насоса. Как уже говорил, можно сэкономить применив вместо одного из вентилей на крышке отверстие с пробкой.

Далее собираем пневматическую схему. Я их рисовать не умею, так что опять воспринимайте в текстовом виде..
1. Нижнюю камеру соединяем с вакуумным насосом через штуцер №1, шланг и шаровый вентиль №1 (у насоса)
2. Нижнюю камеру соединяем с верхней камерой через штуцер №2, шланг и шаровый вентиль №2 (на крышке)
3. Верхнюю камеру соединяем с атмосферой через вентиль №3 или отверстие с затычкой.

Все соединения должны быть тщательно герметизированы, чтобы нигде не травило. Моей ошибкой было применение слишком жесткой ПВХ трубки для пневматики - в соединениях постоянно травит, приходится каждый раз залеплять пластилином. Трубку надо брать по возможности помягче, главное чтобы она не складывалась под вакуумом.

Ну и сборка в рабочее положение.
Основание стоит на 4-х ножках из шпильки М8, в дальнейшем сделаю кругом стенки - больше для эстетики. Далее сверху кладется уплотнительная прокладка, рамка с мембраной, снова прокладка и следом крышка. Отдельно валяющиеся прокладки неудобны, так что приклейте их на какие-нибудь элементы конструкции. Крышка, одетая на шпильки может быть прижата сверху гайками-барашками (предусмотрел на всякий случай), но практика показала если прокладки хорошие, из ровной мягкой микропорки, то достаточно просто в момент включения вакуума слегка прижать крышку рукой сверху.
Еще стоит сделать какую-нибудь держалку/подвес для крышки, чтобы не искать место куда ее положить при "зарядке" платы, при этом не оторвав ни откуда трубки

[stas00n]

Часть 5. Работа на шайтан-машине.

Все готово, пора наносить маску.
Открываем аппликатор, убираем крышку и рамку в сторону. На основание (опционально разогретое) кладем чистую бумажку, на нее нашу плату. Отрезаем необходимый лоскут маски с небольшим припуском. Уголок защитной полиэтиленовой пленки стоит подковырнуть заранее.
Теперь нужно подвесить маску над платой. Для этого мажем мембрану клеем-карандашом для бумаги (типа губная помада) примерно по периметру нашего лоскута. Более-менее ровно наклеиваем маску на мембрану (блестящей пленкой). Устанавливаем рамку на место, чтобы маска висела над платой и "прицеливаемся", пододвигая плату. Если мембрана прозрачная это просто, если непрозрачная - тщательнее измеряем, делаем больше припуск.
После прицеливания продуваем слегка основание, рамку и плату от успевшей сесть пыли. Затем отрываем защитную пленку с маски и сразу ставим рамку на место. Сверху одеваем крышку (с прокладкой естественно). На всякий случай предварительно поджимаем барашками сверху.
Пакет заряжен, теперь, если есть подогрев, ждем пока прогреется плата, и в это же время ставим рукоятки вентилей в исходное положение, а именно: №1 (главный) - закрыт, №2(перепускной) - открыт, №3 (атмосферный) - закрыт.
Запускаем вакуумник и плавно открываем главный вентиль. Если открыть резко - возможно преждевременное касание маски из-за слишком быстрой откачки нижней камеры, что приведет к браку. Хинт (требует проверки) - проходное сечение перепускной линии должно быть значительно больше сечения основной, - тогда откачка из камер должна проходить равномерно.
Если все нормально герметизировано, мембрана будет неподвижна, и через несколько секунд в камерах наступит вакуум. Достижение вакуума контролируется на слух по изменению звука издаваемого насосом: тарахтение означает - значительное давление; бульканье - почти вакуум, шелест - максимальный вакуум. Если "бульканье"насоса не прекращается, а при перекрытии основной линии мембрана выгибается - ищем и устраняем утечку.
Если течей нет, вакуум в камерах достигнут, следующие шаги - закрыть перепускной вентиль, затем открыть атмосферный. Мембрана под действием атмосферного давления в верхней камере растянет маску и ровно, без складок, пузырей и воздушных карманов налепит ее на плату и прижмет с силой 100 кг/дм2
В этот момент можно снять крышку и погреть, например сверху феном, если аппликатор без подогрева.
Маска наклеена, закрываем главный вентиль, открываем перепускной, снимаем рамку, отклеиваем от нее плату - аккуратно, чтобы не содрать случайно защитную пленку. Если надо - возвращаем вентили в исходное положение и повторяем операции для второй стороны платы.
По завершении операций даем насосу несколько десятков секунд пробздеться при атмосферном давлении, сняв рамку и открыв главную линию, после чего останавливаем насос. Не останавливайте насос под вакуумом - выдавит масло.

Собственно, все, данная конструкция испытана, работоспособна, результатами я доволен. Ад с FSR позади. Повторяйте и/или усовершенствуйте. Кстати при изготовлении двухсторонних плат тентинг-методом применение аппликатора для нанесения фоторезиста также дает лучшие результаты чем вальцовый ламинатор - нет риска образования морщин около больших отверстий, не разрываются тенты даже при травлении в горячих растворах.

[stas00n]

Мне точно такая же идея приходила в голову. Но так как в сравнении с 2х компонентной, пленочная маска сравнительно дорога, пока оставил эту затею. В принципе попробовать можно. Насос есть, нижняя часть тоже есть, есть и фурнитура со шлангами. А как греете после вакуумирования, феном?

Пленочная не кажется мне дорогой, с учетом 10-20 кратного перерасхода жидкой маски при штучном изготовлении плат. А даже если и считать ее дорогой (по сравнению с фоторезистом хотя бы), то сэкономленное время, нервы, одежда и моющие средства того стоят
После наклеивания пока прогоняю через горячие вальцы - рядом стоит раскочегаренный. В планах приделать подогрев на основание - нихром лежит, осталось намотать спираль и приладить. Если у кого вальцового ламинатора еще нет - можно и феном потом погреть или утюгом...

[stas00n]

Немного фото:

Старая рамка с мебраной из МБС.


Уплотнители.


Разобрано до основания. Сюда кладем плату.


Новая рамка с прозрачной силиконовой мембраной.


Девайс в сборе


Вакуумник

[Ruzik]

stas00n
Видео будет? Можно даже без звука, интересен процесс приклейки. И фотки посмотреть бы результата.

[Okkupant]

Да-а-а..научный процесс не стоит на месте. Ну точно секта
Фото плат и видео процесса в студию!

[stas00n]

stas00n
Видео будет? Можно даже без звука, интересен процесс приклейки. И фотки посмотреть бы результата.

Фото плат и видео процесса в студию!

Да уж, совсем избаловался или обленился народ - без видео уже не воспринимается информация? Ну при случае попробую сделать и видео, только качество не обещаю. Сфоткать даже нечем прилично Креплю фото платы мобилкой через лупу:)
Что до процесса приклейки - тоже вроде в подробностях описал выше. Подвешиваем маску на мембране над платой при помощи, к примеру, клея для бумаги, откачиваем воздух из обеих камер, отключаем верхнюю от вакуума и подключаем к атмосфере. В момент открытия атмосферного вентиля - звук п-щ-щ-щ, и все - маска моментально приклеена.

[Ruzik]

stas00n
Какого максимального размера можно приклеить?
Принцип понятен на 100%, но видео хочется все же посмотреть.

[mial]

stas00n перечитывая старые посты, наткнулся на свой пост по поводу вакуумного ламинатора. Принцип такой же как у вас, только у вас конструкция конечно основательно проработана, а у меня только мысли
viewtopic.php?p=2107939#p2107939

[stas00n]

Делал на днях плату, попытался снять видео. В итоге не получилось ни то ни другое Одновременно самому снимать и делать что-то нереально. Ну и качество на телефон никакое. Так что с кином придется обождать пока нет нормальной камеры и кинооператора...

Запрессовал во входной штуцер втулочку-дроссель с отверстием всего 0,8 мм. Как вариант - можно попробовать залить припоем и затем просверлить отверстие. Откачивает теперь так же быстро, но теперь можно главный кран открывать сразу полностью, - мембрану не выгибает, т.к. давление в камерах успевает выровняться через перепускную линию большего сечения. Удобно. В то же время появился и минус такого решения - для продувки насоса по окончании работы приходится откручивать соединение с главным вентилем. Возможно, более удачным решением будет установка кран-буксы вместо шарового на основную линию, чтобы удобнее контролировать скорость откачки.

stas00n перечитывая старые посты, наткнулся на свой пост по поводу вакуумного ламинатора. Принцип такой же как у вас, только у вас конструкция конечно основательно проработана, а у меня только мысли
viewtopic.php?p=2107939#p2107939

Да, мысли у вас правильные были, а Ruzik следующим постом правильно скорректировал по поводу подвешивания маски/резиста. Я же только хочу похвастаться что моя конструкция ламинатора придумана мной лично, без заимствований из каких-либо источников Реальных готовых аппаратов не видел ни в живую ни даже на картинках. Сама идея только была взята из инструкции к маске Dynamask 50xx, а конструктив придумал сам. Такой вот я хвастунишка
А вакуумная прижималка шаблонов у меня тоже есть, совмещенная с лампой экспонирования Только по сравнению с изящной Вашей - моя просто монструозна - почти промышленных масштабов, и используется не вакуум, а разрежение от пылесоса - позже выложу в соответствующей теме.