Een leuk zijproject waar ik tijdens mijn coöpperiode hier bij StarFish Medical aan heb gewerkt, was een op maat gemaakte reflow-oven om componenten voor oppervlaktemontage op printplaten te solderen.

Waarom een ​​Reflow-oven bouwen?

Meestal worden onze PCB's geassembleerd bij contractfabrikanten, maar er zijn enkele gevallen waarin het passender is om kleine prototypeborden in eigen huis te assembleren om tijd te besparen. In het verleden hebben we een bordvoorverwarmer en een heteluchtstation gebruikt om ze te assembleren, maar dit heeft enkele nadelen, zoals het mogelijk overschrijden van componenten over hun temperatuurlimieten of het produceren van soldeerverbindingen van lage kwaliteit vanwege het ontbreken van een goede reflow profiel. Als we deze problemen willen aanpakken, is er een reflow-oplossing nodig die een reflow-profiel correct implementeert. Goedkope reflow-ovens die reflow-profielen implementeren zijn online beschikbaar, maar dergelijke apparaten vereisen vaak aanpassingen om goed te werken, dus hebben we besloten om er een op maat te bouwen. Bovendien klonk het als een leuk project!

Een oplossing op maat creëren

Ik heb de reflow-oven eromheen gebouwd Zeester DAQ, een van onze interne ontwikkelingsplatforms. Het StarFish DAQ (Data Acquisition System) is een ideale keuze voor een project als dit, omdat u hiermee snel PID-regellussen met vooraf ingestelde trajecten kunt implementeren. Dit elimineert de ontwikkelingstijd die normaal gesproken zou worden besteed aan het implementeren van PID-regeling, ADC-invoer en PWM-uitvoer op een microcontroller en een grafische gebruikersinterface op een computer. Het biedt ook voldoende mogelijkheden om een ​​project te verbeteren zonder dat een platformwijziging nodig is. De hoge stroomuitgangen kunnen een ventilatormotor aandrijven voor convectiekoeling of een servo om de ovendeur aan het einde van de cyclus te openen.

Voor de oven zelf gebruikte ik de goedkoopste broodroosteroven die ik kon vinden: een Hamilton-Beach-eenheid die te koop was voor $ 27. Er werd de voorkeur gegeven aan een goedkope broodroosteroven omdat broodroosterovens niet alleen de projectkosten laag houden, maar over het algemeen ook een zeer eenvoudig elektromechanisch thermisch controlesysteem hebben. Een bimetaalstripthermostaat schakelt de verwarmingselementen in als de temperatuur onder het setpoint van de thermostaat komt en uit als de temperatuur boven het setpoint komt. De thermostaat kan worden omzeild door de limiet in te stellen op een temperatuur boven de maximale temperatuur van de reflow-cyclus en de verwarmingselementen te regelen met een extern relais dat is aangesloten op de stroomingang van de oven.

Voor het relais gebruikte ik aanvankelijk een kant-en-klaar apparaat met een mechanisch relais dat ik kon bedienen met de StarFish DAQ die tussen de broodroosteroven en het stopcontact was aangesloten. Dat relais was erg langzaam en had een relatief laag aantal maximale schakelgebeurtenissen, wat betekent dat ik de PWM-frequentie niet echt voorbij ongeveer 1 Hz kon duwen. Een hogere PWM-frequentie heeft de voorkeur om het effect ervan op de temperatuurrespons van de oven te verminderen, aangezien lagere frequenties artefacten in de temperatuur kunnen veroorzaken. Een solid-state relais kan met een hogere PWM-frequentie worden aangestuurd dan een mechanisch relais.

Nadat ik het concept met het kant-en-klare relais had bewezen, ontwierp ik een 3D-geprinte behuizing voor een solid-state relais waarin ook de StarFish DAQ zat. De behuizing was een interessante ontwerpuitdaging omdat ik rekening moest houden met de elektrische veiligheid rond de AC-netbedrading en de thermische veiligheid, omdat het relais te heet zou kunnen worden en de behuizing zou kunnen smelten. Ik heb een isolatiebarrière aangebracht tussen de hoge- en lagespanningszijden van de behuizing waar alleen het relais doorheen kon, en een geaard koellichaam om het relais passief te koelen.

Voor temperatuurfeedback heb ik een type K thermokoppel en een Adafruit breakout board gebruikt. Dit thermokoppel is verbonden met de printplaat die wordt gereflowd. De oven verwarmt de inhoud met behulp van infraroodstraling, zodat de lucht in de oven (relatief transparant voor IR) enkele graden koeler kan zijn dan de printplaat zelf (ondoorzichtig voor IR). Bij veel goedkope reflow-ovens is het thermokoppel niet in contact met de printplaat en wordt in plaats daarvan de temperatuur van de lucht in de oven gemeten. Dit kan ertoe leiden dat de PCB-temperatuur afwijkt van het reflow-profiel als er niet goed rekening mee wordt gehouden.

Prestaties evalueren

De temperatuurrespons van de oven kon het geprogrammeerde reflow-profiel nauwkeurig volgen, met slechts wat gedempt geluid langs de stijgende temperatuur tijdens de weekperiode en een beetje overshoot tijdens de reflow-periode. Deze tekortkomingen kunnen worden verbeterd door een betere PID-afstemming, maar ze zijn zo klein dat het reflow-proces redelijk goed werkt.

Ik heb het apparaat getest op uitbreidingskaarten die we voor een ander project hadden gemaakt. Dit waren relatief eenvoudige borden die werden gebruikt om een ​​wijziging door te voeren op een ander bord dat zich in de prototypefase bevond. Hun kleine productievolume maakte ze ongeschikt voor professionele montage. Ik heb de componenten met de hand op het bord geplaatst en opnieuw geplaatst met behulp van de reflow-oven.

Na wat schoonmaken hadden de platen prachtig uitziende soldeerverbindingen. Op het eerste gezicht zou je kunnen denken dat ze afkomstig zijn van een professionele montagedienst, in plaats van dat ze met de hand in elkaar zijn gezet en zijn gereflowd met een op maat gemaakte reflow-oven! Ik heb de reflow-oven op andere borden kunnen testen en hij kon elke keer soldeerverbindingen van goede kwaliteit produceren. Eén bord dat bijzonder indrukwekkend was, was een bord dat geoptimaliseerd was voor warmteoverdracht en dat over het algemeen moeilijker met de hand te solderen is.

Leren van dit project

Dit leek aanvankelijk een relatief eenvoudig project, maar ik ontdekte veel gebieden waar ik diep op kon duiken om het systeem zoveel mogelijk te verbeteren. Door dit project heb ik met verschillende vaardigheden geoefend, zoals hoe je veilig een 120VAC-circuit met hoog vermogen kunt aansluiten, hoe je een PID-regeling op een thermisch systeem kunt toepassen en afstemmen, en hoe je een 3D-geprinte behuizing kunt ontwerpen die voldoet aan de elektrische veiligheid en thermische eisen. vereisten.

Ik ben dankbaar dat ik tijdens mijn co-op bij StarFish aan interessante projecten als deze heb kunnen werken en heb kunnen leren van het uitstekende team hier! StarFish Medical accepteert het hele jaar door stages voor uitzonderlijke studenten. Bekijk hun Pagina Coöpplaatsingen voor meer informatie.

Callum O'Riley is een Student Elektrotechniek aan de UBC. Zijn laatste coöptermijn was een periode van vier maanden waarin hij werkte aan het testen van actuatoren van vormgeheugenlegeringen. Hij maakt deel uit van UBC Rocket, een ontwerpteam van technische studenten, dat leiding geeft aan een team dat de elektronica voor een supersonische raket ontwerpt.



• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. Automotive / EV's, carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• ChartPrime. Verhoog uw handelsspel met ChartPrime. Toegang hier.
• BlockOffsets. Eigendom voor milieucompensatie moderniseren. Toegang hier.
• Bron: https://starfishmedical.com/blog/starfish-medical-co-op-custom-built-reflow-oven/