Вакуумный пинцет своими рукам

Alex_EXE

Сайт об электронике и не только

Самодельный вакуумный пинцет

Пинцет незаменимый инструмент радиолюбителя, особенно если работа идёт с SMD компонентами. Классический механический SMD пинцет удобен и незаменим при ручном монтаже. Во время расстановки компонентов для пайки их в печи или феном, на смену классическому пинцету приходит вакуумный пинцет, он позволяет увеличить скорость и комфорт во время работы.

Вакуумный пинцет

Принцип работы вакуумного пинцета был выбран классический:

• воздушный насос создаёт небольшой вакуум;
• в ручке пинцета есть отверстие (под большой или указательный палец), при перекрытии которого воздух начинает поступать только с насадки пинцета, если туда попадёт компонент, то он перекроет поток воздуха, что создаст небольшой вакуум, который будет удерживать деталь на конце насадки пинцета;
• при открытии отверстия воздух идёт по пути наименьшего сопротивления, вакуум на конце насадки пропадает и деталь отпускается.

Вскрытие диафрагмового насоса (модель от другого продавца)

За основу вакуумного пинцета был взять воздушный 3В диафрагмовый малопотребляющий насос, т.к. он был в наличии. Насос приобретался давно для одного проекта, был куплен на ebay, на всех торговых площадках есть подобные модели с входным и выходным штуцером, так же есть и другие модели насосов. К сожалению насос, который был на руках, имел только выход воздуха, централизованного входа у насоса не было, из-за этого пришлось его поместить в небольшую герметичную коробку, склеенную из оракала 705 герметиком. В результате такой манипуляции насос стало можно использовать, как источник небольшого вакуума. Первые испытания показали, что насос может стабильно запускаться и работать от напряжения 1.2В, при это он уже начинает накачивать достаточный минимальный уровень вакуума. Максимальное рабочее напряжение было ограничено на 2В, что не сильно нагружает насос, оставляя запас по мощности и ресурсу, при это полученного вакуума более чем достаточно для работы.

Начинка вакуумного пинцета

Т.к. насос работает в диапазоне от 1,2 до 2В с рабочим током

100мА было принято решение сделать возможность работы от встроенного в устройство Li-Ion аккумулятора, что делало его портативным. Заряд аккумулятора производится от USB, о которого устройство то же может работать. Вход питание miniUSB идёт на контроллер заряда литиевых аккумуляторов STC4054 (аналог LTC4054) и через шоттки диод через тумблер на стабилизатор напряжения. Так же с аккумулятора питания тоже поступает через шоттки. Li-Ion аккумулятор банка 18650 со встроенной защитой от глубокого переразряда. Изначально планировалось разработать и собрать ШИМ драйвер с контроллером и датчиком давления, который сможет регулировать выходное давление, точнее вакуум, следить за аккумулятором и выключать устройство, если его забыли выключить. Но время шло, руки всё не доходили закончить конструкцию. В результате в качестве стабилизатора был применён готовый модуль на mp1584en. Данный модуль рассчитан на рабочее напряжение от 4,5В, но он работает и от Li-Ion аккумулятора. Конечно такое применение не очень красивое. Для установления рабочего диапазона встроенный SMD подстроечные резистор верхнего плеча и резистор нижнего плеча делителя напряжения в обратноё цепи стабилизатора были пересчитаны и заменены. Была добавлена индикация: зеленый светодиод — устройство работает, красный — идёт зарядка аккумулятора, во время зарядки аккумулятора устройство можно использовать. Вся начинка хорошо поместилась в заранее купленный для начинки пинцета корпус. Провода и светодиоды фиксировал однокомпонентным радиотехническим 706 герметиком. Схему и печатную плату приводить не буду.

Ручка пинцета была изготовлена из анодированной алюминиевой 8мм трубки с внутренним диаметром 6мм. Входной штуцер ручки, насадкодержатель и штуцер насоса были выточены из алюминиевого прутка. Трубка и пруток приобретены в ОБИ. Т.к. насадки будут применяться из разных материалов в том числе из железа на насадкодержатель была усажена и приклеена термоусадочная трубка, для увеличения плотности прилегания насадок и минимизации утечек воздуха. В идеале лучше изготовить насадкодержатель из фторопласта или подобных материалов. Для герметичности ручки были проложены уплотнители из резиновых колец 5/4мм (наружный/внутренний диаметр). Силиконовая трубка 4/2мм (наружный/внутренний диаметр), была приобретена в медтехники. Для защиты от перегибания трубки были добавлены пружинки.

Ручка и насадки вакуумного пинцета

Насадки с присосками были взяты от ручных вакуумных пинцетов. Ещё одна насадка была изготовлена из иглы от шприца.

Ручные китайские вакуумные пинцеты

Изначально для монтажных работ был приобретен ручной вакуумный пинцет (на фотографии сверху) но во время эксплуатации быстро выявился его недостаток — подтравливание воздуха и малый объём воздушной камеры не дают достаточного времени для позиционирования компонента, QFN48 корпус отваливается через 4-5 секунд после взятия компонента. Так же нажатие и отпускание компонента требуют небольшого усилия большим пальцем, что приводит к смещению компонента при отпускании его, ещё один минус, если так часто работать это может негативно сказаться на пальце. Второй пинцет приобретался позже ради дополнительных насадок. У него больший объем воздушной камеры, но сдавливание его для отпускания компонента сильнее может сместить компонент.

Примеры применения вакуумного пинцета:

Работа с резисторами 0402 и 0603

Работа с конденсатором 1206 и stm32f030f4p6 в TSSOP20

Работа с stm32f051c8t6 в QFN48 и PIC16F877A в DIP40

Под каждый тип корпуса лучше подбирать свою насадку для пинцета: с мелкими компонентами удобнее будет работать иглой, в то время, когда ей будет трудно подхватить более большие компоненты, а присоски буду хорошо держать микросхемы, когда им будет нечем ухватить чип резисторы и конденсаторы, а мелкие 0402 они смогут вообще засосать. К примеру STM32F051C8T6 в QFN48 иголкой с трудом удалось подхватить почти на максимальной мощности насоса, в то время когда со средней резиновой присоской на половине мощности без труда можно удержать DIP40, QFN48 присоска спокойно держит на малой мощности.

9 комментариев на « Самодельный вакуумный пинцет»

Дмитриий пишет 28.09.2016 в 19:44 #

Вдохновился вашим вакуумным пинцетом и сделал себе такой же, тем более и насос тоже когда то купленный и китайский пинцет валялся без дела. Сам контейнер под насос спаял из стеклотекстолита 0,5 и все это хозяйство разместил в корпусе от дохлого блока питания (работа от аккумулятора мне не нужна, под рукой много розеток.

Alex_EXE пишет 30.09.2016 в 02:10 #

Рад, что моя конструкция Вам понравилась и вдохновила.

Данила пишет 05.10.2016 в 11:25 #

Здравствуйте! Спасибо за интересную и познавательную статью, попробую потом собрать нечто похожее. По стечению обстоятельств одновременно с выходом Вашей статьи мне в работу дали вакуумный пинцет заводского производства фирмы «Магистр». Плюсы/минусы описывать не буду, но вот что понравилось — это воздушный фильтр на входе, может, как вариант, и Вам поставить для защиты насоса от мусора?

Alex_EXE пишет 05.10.2016 в 18:03 #

На последних стадиях сборки то же об этом задумался, т.к. компоненты 0402 обычной иглой (от 10-20 кубового шприца) он может без проблем засосать. Это хорошо заметно на фотографии с резистором 0402.
Самый простой вариант — разместить фильтр в ручке. Можно выполнить из металлической губки и ватки, можно посмотреть в сторону аквариумных фильтров/распылителей воздуха, сигаретный фильтр.
Т.к. в моём случае насос слабый, главное, что бы фильтр не создавал большую дополнительную нагрузку.
На данный момент у меня нет задач для этого пинцета, когда его время придёт то к этому вопросу вернусь.

Денис пишет 24.10.2016 в 19:01 #

Насколько я понял, присоска для SMD компонентов сделана из обрезанной широкой медицинской иглы? И как держится? Если тряхнуть случайно — падает? какой вес удерживается насадками резиновыми?

Alex_EXE пишет 05.11.2016 в 16:08 #

Обрезанная медицинская игла без проблем держит SMD резисторы и конденсаторы, на счёт TSSOP20 и QFN48 преувеличил, их трудно подхватить и легко стряхнуть. Думаю если кончик иглы отполировать — то держать будет лучше.
DIP40 (6,6гр.) резиновая присоска держит нормально (на 75% мощности), можно все возможно вертеть компонент, стряхнуть при малых усилиях не получается, в DIP кроватку не установить. DIP40 пинцет берет не сразу, после установки присоски на нём нужно подождать пару секунд, чтобы насос накачал вакуум. DIP таскать — это не предназначение пинцета, LQFP64 присоской на малой мощности берет и держит хорошо.
На качество работы — удержания сильно влияет качество резиновой присоски. Ещё присоску можно смазать силиконовой смазкой.

Андрей пишет 05.12.2016 в 23:19 #

А как с демонтажем дела обстоят?

Alex_EXE пишет 06.12.2016 в 18:13 #

Присоска быстро забьется отходами пайки и она вряд ли термостойкая.

oleg63m пишет 23.01.2019 в 15:26 #

Оригинальненько. можно приспособить к декомпрессору китайский вакуумный пинцет. всеравно лежит без дела
даю пять++.

Источник

Вакуумный пинцет: описание и характеристики

Непромышленное проектирование и изготовление радиоустройств и приборов связано с огромным рядом проблем технического плана, среди которых отсутствие необходимых технологических элементов, ограниченность в выборе материалов и компонентов, недостаточность опыта или профессиональных навыков. Промышленность сегодня предлагает широкий спектр вспомогательных устройств, значительно упрощающих многие задачи, стоящие перед радиолюбителями-конструкторами. Вакуумный пинцет — одно из них.

Назначение

Устройство пользуется огромной популярностью у профессионалов и любителей для выполнения работ, связанных с точным позиционированием довольно мелких или хрупких деталей.

В обычном представлении пинцет (от франц. pincette) — приспособление с двумя браншами для захвата и переноски предметов, тактильный контакт с которыми нежелателен или невозможен. В отличие от простого пружинящего металлического, вакуумный пинцет не требует приложения каких-либо дополнительных усилий для фиксации элемента. Эта обязанность возложена на воздух, а точнее его отсутствие — вакуум.

Область применения устройства

Сфера применения определяется необходимостью выполнения тонких работ. В ювелирном деле прибор используется для точной установки драгоценных камней (вставок) в восковые модельные литейные формы. Элемент погружается на необходимую глубину, не нарушая структурной целостности модели.

В радиоэлектронной промышленности и в любительских мастерских пинцет облегчает захват и удержание радиодеталей, миниатюрных пластиковых и металлических частей. Еще одно важное свойство — большинство устройств имеет антистатическое исполнение. Микроэлектроника сегодня характеризуется невероятной плотностью активных компонентов в кристалле чипа. Несмотря на малую величину электростатического разряда, последствия для внутренней структуры интегральной схемы могут быть критическими. А это, в свою очередь, не исключает выхода из строя всего, порой дорогостоящего, электронного оборудования.

Вакуумный пинцет будет хорошим подспорьем при манипуляциях с деталями часовых механизмов, с элементами, имеющими в своем составе опасные химические вещества.

Механические устройства

Более доступны в бюджетном отношении приборы с механическим (ручным) приводом. В простейшем случае пинцет представляет собой резиновую грушу с присоской на конце. Такой инструмент (Например, Bubl-Vac (США), способен удерживать до 115 грамм). Представляет собой самое экономичное решение, но им не совсем удобно работать с очень мелкими деталями.

Пинцет вакуумный FFQ939 имеет уже более продвинутую и изящную конструкцию. Максимальный вес поднимаемой детали — 40 г. Комплектуется тремя термостойкими присосками разного диаметра (4, 6 и 10 мм). Надежен и прост в эксплуатации. По сути, это та же резиновая груша, но упрятанная в красивый серебристый цилиндр (чуть толще обычного карандаша), оканчивающийся иглоподобной насадкой.

Похожее конструктивное исполнение имеет манипулятор «Вампир» (Elme, Италия), но вместо груши у него поршень. Классическая комплектация выглядит несколько богаче. Присоски вакуумного пинцета представлены в различных вариантах: силовые — для монтажа микросхем в сокеты, жаростойкие — для удаления горячих чипов при выпаивании.

Существенным минусом подобных устройств является постепенная разгерметизация и, как следствие, ослабление или полная потеря фиксации детали.

Самодельный вакуумный пинцет

Сейчас даже в глухой провинции, воспользовавшись услугами мировой паутины, можно заказать в интернет-магазинах любой инструмент с доставкой в ближайшее почтовое отделение. Но если на ожидание не хватает сил (сжигает жажда творчества), изготовить простейший вакуумный пинцет своими руками реально всего за пять минут. Все что для этого потребуется, приобретается в ближайшей аптеке и строительном магазине:

• медицинский одноразовый шприц (2-5 мл) с иглой;
• Капельница (система для переливания крови);
• Силиконовый герметик или фум-лента.

Вместо поршня в шприц, с уплотнением соединения, заводится конец пластиковой трубки от капельницы — и вакуумный пинцет собственного производства готов!

Все в детстве пили коктейли через трубочку, поэтому механизм действия устройства понять несложно. Поднес иглу, втянул воздух через второй конец трубочки и элемент зафиксирован.

Электрический привод

Конструкции электрических вакуумных пинцетов отличаются огромным разнообразием. При желании каждый может выбрать инструмент, исходя из финансовых возможностей — от демократичных моделей отечественного или китайского производства до сложных технических комплексов западных монстров электронной индустрии.

Разряжение на рабочих органах таких устройств (150-600 мБар) создается электрическими насосами (компрессорами) диафрагменного типа, мощностью от 5 до 30 вт. В комплекте обычно поставляются сменные антистатические термостойкие присоски различного диаметра и концевые иглы нескольких конфигураций. Способны удерживать детали весом до 200 грамм. Стоит отметить, что все выпускаемые устройства довольно компактные и малошумные.

Обзор популярных моделей

Пинцет вакуумный «Магистр» производства одноименного саратовского научно-технического центра — малогабаритный и эргономичный инструмент. Вес прибора составляет всего 40 грамм, электрическая мощность — 3 Вт, усилие разряжения — 150 мБар. Комплектуется силиконовыми присосками трех типоразмеров: 3, 6 и 9 мм.

Еще один представитель российского производства — ВМ-0.8 (ООО НТФ «ТЕРМОПРО», Москва) позиционируется как супермощный, быстрый и удобный инструмент, рекомендуемый для серийного монтажа радиокомпонентов. Комфортная работа оператора обеспечивается ножной педалью управления откачкой воздуха. Величина вакуума имеет плавную регулировку от 200 до 450 мБар. Потребляемая мощность — 5 Вт. В наборе три присоски (5, 8 и 13 мм) и четыре игольчатых штуцера.

Завершает обзор Quick 381А (КНР). Потребляемая мощность — 15 Вт. Разряжение в 250 мБар позволяет манипулировать деталями весом до 120 грамм. Вес самого прибора — около килограмма. Комплектуется сменными присосками, иглами и ножной педалью управления.

Профессиональное оборудование

Для использования в промышленных целях производятся довольно сложные и дорогостоящие системы. Могут быть как одноканальные (с одним вакуумным выходом на пинцет), так и многоканальные системы, обслуживающие сразу несколько рабочих мест. Профессиональные изделия щедро комплектуются сменными насадками, дополнительными аксессуарами и многими полезными функциями.

Например, вакуумный прибор V8-100А от Virtual Indastries (Колорадо, США) комплектуется 9 типоразмерами присосок и 16 иголками всевозможных конфигураций, массой подставок, держателей и кронштейнов. Для управления может использоваться ручной или ножной выключатель. Вакуумный насос включается и выключается автоматически при снятии захвата с держателя. Комфортность работы гарантирует увеличительное стекло большой площади на подвижном кронштейне и лампы светодиодной подсветки.

Как из ручного вакуума сделать электрический

Многие радиолюбители делают электрический вакуумный пинцет своими руками из ненужного аквариумного компрессора. Впрочем, вся переделка и заключается в том, чтобы герметично соединить его вход (штуцер забора воздуха) с входом самодельного или приобретенного (того же FFQ939) зажима. Для соединения используется пресловутая пластиковая прозрачная трубка от капельницы. Если в качестве присосок использовать резиновые амортизаторы от ненужной компьютерной клавиатуры или DVD-привода, и при этом добиться герметичности всех соединений, получится неплохой вакуумный пинцет.

Компрессор аквариумный по мощности подходит идеально и обеспечит необходимую величину разряжения. Управлять вакуумом можно просверлив в корпусе пинцета отверстие 2-3 мм. А дальнейшее совершенствование девайса — дело личной инициативы и технического творчества. В этой области всегда есть к чему стремиться.

Работа с SMD-компонентами

Применение SMD-элементов гарантирует увеличение плотности монтажа. При массовом производстве упрощается технологическая цепочка изготовления печатных плат (выпадает операция сверления отверстий). Поэтому SMD-детали постепенно вытесняют из употребления традиционные с проволочными выводами, как в промышленности, так и любительской радиоэлектронике.

Элементы поверхностного монтажа удобны, но миниатюрны. Вакуумный пинцет для SMD-монтажа — не роскошь, а необходимость. Он позволяет быстро и точно разместить детали на плате.

BGA-компоненты

Дальнейшее совершенствование технологии поверхностного монтажа радиокомпонентов, стремление разработчиков электронных устройств минимизировать линейные размеры своих изделий привели к созданию микрочипов в корпусе BGA (аббревиатура от англ. – массив шариков). Монтажные шариковые контакты расположены по всей нижней поверхности корпуса микросхемы, что существенно увеличивает плотность монтажа. Кроме выигрыша в размерах, BGA-компоненты отличаются повышенным рассеиванием тепла. За счет уменьшения длины выводов значительно снижается влияние фоновых наводок, что позволяет увеличить значение рабочих частот и скорость обмена информацией.

Единственный минус – сложность проведения ремонтно-восстановительных работ. Выполнение демонтажа, реболлинга (восстановления контактных шариков припоя), монтажа BGA-элементов требуют не только большого опыта, специальных навыков, строгого соблюдения технологии, но и наличия профессионального оборудования и оснастки. Вакуумный пинцет для BGA – непременный атрибут такого набора.

В составе систем

Радиолюбители в своем арсенале, кроме вакуумного пинцета, должны иметь определенный припой, флюс, паяльную маску, инфракрасную паяльную станцию или хороший термофен.

В процессе работы пинцет не только фиксирует элемент, но и выполняет функцию опоры для паяльника. Это избавляет радиомонтажника от необходимости следить за постоянством зазора между соплом и корпусом элемента.

Краткие итоги

Для большинства радиолюбителей вопрос о необходимости наличия вакуумного пинцета в арсенале оборудования давно решен — однозначно нужен! Хотя найдутся скептики, возражающие, что и пальцами замечательно располагают элементы поверхностного монтажа. Как говорится — имеют право.

Но даже если кому-то и нравится жечь руки, современные технологии диктуют свои условия. Плотность размещения деталей на электронных платах приближается к таким величинам, что не только пальцы — миниатюрные бранши не заведешь между ними. Вакуумный пинцет для микросхем в корпусах QFP тоже не имеет альтернативы. Тонкие планарные выводы по периметру чипа легко загнуть или повредить любым другим инструментом.

А вот какую модель выбрать, каждый решает сам, исходя из характера и объема выполняемых работ. Ассортимент, представленный на современном рынке, позволяет с легкостью это сделать.

Источник