Youtuber ontwikkelt zelfsolderende printplaten

Een youtuber heeft zijn project om zelfsolderende printplaten te maken, open source gemaakt. Hij gebruikt een van de koperlagen in een pcb als warmte-element en laat daarmee de printplaat van binnenuit opwarmen.

Het project van Carl Bugeja is te vinden op zijn GitHub-pagina, maar je kunt ook de begeleidende YouTube-video bekijken. Het idee is, zoals veel goede ideeën, eenvoudig: zet stroom op een flinke weerstand en je hebt een verwarming. In dit geval vormt de weerstand een warmte-element dat als een spiraal in het pcb verstopt zit. Daartoe offert Bugaja een van de 'ground planes', of aardlagen, in het pcb op. Normaal worden die gebruikt om de componenten met elkaar te verbinden. Bugeja gebruikt printplaten met vier koperlagen, zodat er nog een reguliere laag als aarde dienst kan doen.

Het eerste pcb dat Bugeja ontwikkelde, is een controller om andere printplaten te verwarmen. Het circuit maakt gebruik van een temperatuursensor en pid-controller om de temperatuur van het doel-pcb nauwkeurig te regelen. De smelttemperatuur van de soldeerpasta die hij gebruikt en de maximale temperatuur van het pcb-materiaal liggen namelijk vrij dicht bij elkaar. Door simpelweg een hoge spanning en stroomsterkte door de printplaat te jagen, kunnen de laagjes delamineren en kan de boel zelfs in brand vliegen.

Het opnemen van de warmtespiraal in een printplaat en deze zichzelf laten verwarmen, automatiseert het solderen. Zelf solderen met een bout is niet nodig en ook een hotplate of reflowoven om semiprofessioneel te solderen, is niet nodig. Wel moeten alle componenten met de hand op hun plaats in de soldeerpasta gedrukt worden, al zou een pick-and-placemachine dat ook voor je kunnen doen. Ook die worden door ondernemende knutselaars zelf gemaakt, bijvoorbeeld met een 3d-printer als mechaniek.

Bugeja waarschuwt wel dat het aanbrengen van de spiralen in de aardlaag van het pcb ongewenste effecten kan veroorzaken: de structuur kan als antenne voor radiofrequentiesignalen dienstdoen, wat de techniek niet voor elk type circuit geschikt maakt. Daar staat tegenover dat het een zo goed als gratis methode is om printplaten semigeautomatiseerd te produceren. De extra laag met spiraal kost bij de meeste pcb-producenten niets extra.

Door Willem de Moor

Redacteur

24-01-2023 • 16:33

44 Linkedin

Reacties (44)

44
44
33
0
0
9
Wijzig sortering
Wat is nou precies het nut? Want als je dit op enige schaal toepast gaat een hot plate vele malen praktischer en goedkoper zijn. En die kun je ook uit PCBs maken, maar kun je blijven hergebruiken.

[Reactie gewijzigd door Cilph op 24 januari 2023 17:02]

Afgezien van dat het gewoon cool is, je kunt nu pcb's verkopen aan mensen die nog nooit gesoldeerd hebben of geen hotplate hebben.
Denk niet dat je daar veel aan hebt, de chips moeten allemaal zeer precies worden geplaatst (alsmede de template voor soldeer), hoewel het 'handig' is dat je nu niet meer hoeft te bakken, een leek met een soldeerbout zal er nog steeds weinig aan hebben.
Daar ben ik het niet mee eens. Zo precies hoeft het niet, surface tension trekt de chips tijdens het solderen meestal op hun plek. Zelfs met soldeerbout zijn veel smd prints lastig te solderen, dit is veel makkelijker.
Je gaat nog steeds een stencil nodig hebben en solder paste. Dat lijkt me niet echt handig voor de leek.
Stencil is niet nodig maar wel handig. Een partij als JLCPCB bijv. verkoopt die er gewoon bij.
Ja maar is geen sinecure (en je verzendkosten worden stuk hoger), ze kunnen het ook helemaal voor je assembleren. (Overigens gebruik ik zelf ook stencils en soldeer mijn prototypes, maar ik denk dat over een paar jaar en als componentenbeschikbaarheid weer verbetert vrijwel niemand meer zelf SMD zal gaan solderen, net als etsbak, wie doet dat nog, sommigen, maar ik iig niet meer).

Los daarvan is Carl Bugeja heel cool en doet hij altijd hele toffe experimenten, ben trouwe Youtube-volger.

[Reactie gewijzigd door jopiek op 24 januari 2023 22:09]

Etsbak, nog dankbaar gebruik van gemaakt op de opleiding. PCB'tje tekenen en dezelfde dag nog kon je hem al geassembleerd hebben.

Via's maken op 2-laags printjes, dat was wel een leuke sport. En een trace die eigenlijk net geen verbinding meer maakte heeft me wel eens 2 weken hoofdpijn en ge-debug gekost. Het is niets voor niets dat de grote PCB-huizen elektrische tests doen, heb ik toen geleerd :+ :+ :+
ik kan me voorstellen dat dit in de 3d-print wereld heel interessant kan zijn, stel dat ik een apparaatje wilt maken voor één specifiek doel en ik deel de cad bestanden voor het stensic en de het ontwerp van het pcb... in plaats van dat men met hand moet gaan solderen kun je er gewoon x of y volt op zetten ... en regelt het zichzelf..

nu heb ik oprecht geen idee wat het verschil is in prijs tussen een pc los kopen of en pcb volledig geassembleerd te kopen. en dan hangt het natuurlijk nog heel erg af van de beschikbaarheid van verschillende componentjes. dus wanneer je oplage maar klein genoeg is en het ECHT puur incidenteel voorkomt EN de kosten van assemblage door een bot te duur wordt.. dan zou dit nuttig kunen zijn
Kijk het filmpje eerst eens..
Al gedaan. En ik soldeer zelf SMD in mijn eigen lab dus ik weet er inmiddels redelijk wat vanaf. Kijk anders deze video eens dan snap je wat ik bedoel: https://www.youtube.com/watch?v=GZkJRPIrBWo
Maar ja dat zijn caps en geen (T)QFN IC's of zo natuurlijk. Dus ik begrijp je en je hebt een punt, maar alsnog is het voor de enkeling zoals jou en mij goed te doen om SMD te solderen, maar het is toch behoorlijk niche (zoals j4ck1nth3b0x terecht aangeeft).

Carl zijn idee helpt er zeker bij (en is wel heel tof bedacht), maar alsnog is het niche. Kijk bijv. naar de Voltera, leuk idee, maar echt geweldig werkt het niet.

[Reactie gewijzigd door jopiek op 24 januari 2023 22:13]

Naast de niche van SMD solderen zijn er ook vaardigheidsniveaus. Ik kan zelf ook SMD solderen, maar het moet niet te klein zijn. Ik heb een motoriek die bijna aan Parkinson doet denken. Maar het wat grotere SMD werk lukt me nog best goed. Klein grut niet meer.
Ja zeker, zijn idd ook vaardigheidsniveaus en hoe kleiner hoe meer gepriegel 0402 daaronder ga ik niet, 0201 zie je ook zonder vergroting haast niet. Heb wel eerste BGA sensor liggen, maar ben er nog niet aan begonnen, steeds grens verleggen.

Er zijn trouwens wel steeds meer tools natuurlijk zoals de PnP machine van Stephen Hawes.
Het is een niche dingetje, de mensen die geen hotplate of nog nooit gesoldeerd hebben moeten wel die soldeerpaste met een stencil aanbrengen en de SMD's met een pincet erop lepelen + een controller aanschaffen die met een bepaalde curve dat kleine PCB gaat verhitten... Nee, dit is niet bepaald gat in de markt. Het is erg gimmicky, en daar stopt de toepassing.
Je hebt geen stencil en geen controller nodig. Het enige wat je nodig hebt is een voeding, de pcb, de componenten en wat soldeer pasta welke je kan aanbrengen met de hand.
Met de hand lukt zeker, maar dat kost zoveel meer tijd dat zo'n stencil meebestellen een heel goed idee is.
Zeker mee eens, maar het kan ook echt wel zonder. Heb het zelf een paar keer gedaan voor kleinere smd prints, surface tension zorgt er altijd voor dat componenten op de goede plek terechtkomen. IC pootjes kun je zelfs 1 lange sliert pasta op leggen en het fixt zichzelf, magisch om te zien ook
Domweg een voeding er op geeft geen curve die gebruikelijk is bij (re)flowen van smd componenten op een PCB, de uitvinder van dit self-soldering concept doet de controlling van de temp met een Raspberry Pi. Je kunt zonder stencil kliederen, maar wat is dan de meerwaarde van self-soldering bij seriematig productiewerk zonder stencil? Omdat je het ontwerp voor een PCB ook heel gemakkelijk kan gebruiken om daar ook een stencil uit te maken, en de PCB fabrikanten deze service ook leveren is het haast een no-brainer om geen stencil erbij te bestellen.

Ik vind een grappig idee, maar meer dan dat is het in mijn ogen niet. Zonder reflow profiel blijft dit concept sowieso een beetje in de hobby-hoek want je wil consistente kwaliteit, wat nog lang niet haalbaar is gebleken in de video van de maker, in het videoclip op YT lijken sommige soldeerpunten op 'cold joints' iets wat totaal onwenselijk is.
Domweg een voeding er op geeft geen curve die gebruikelijk is bij (re)flowen van smd componenten op een PCB, de uitvinder van dit self-soldering concept doet de controlling van de temp met een Raspberry Pi.
In de video zit er gewoon een domme voeding op en dat werkt ook. Ja, eigenlijk moet je het soldeerprofiel volgen maar in de praktijk kom je met een beetje visuele inspectie ook een heel eind.
Je kunt zonder stencil kliederen, maar wat is dan de meerwaarde van self-soldering bij seriematig productiewerk zonder stencil? Omdat je het ontwerp voor een PCB ook heel gemakkelijk kan gebruiken om daar ook een stencil uit te maken, en de PCB fabrikanten deze service ook leveren is het haast een no-brainer om geen stencil erbij te bestellen.
Dit is niet voor productie werk maar voor enkele PCB's die je wellicht zelf verkoopt via tindie of iets dergelijks. Overigens zou ik het zelf ook doen met een stencil voor N>4, maar het kan ook prima zonder om de kosten nog verder te drukken.
Je verspilt een hele laag waar je traces op had kunnen hebben en "duur" koper. Het is een grappig experiment, maar ik betwijfel of het ooit meer dan dat zal zijn. Ik denk dat een hotplate goedkoper is voor de meeste, zelfs al doe je maar een paar PCB's per jaar.
Nul. Het is een gaaf hobby project. Het heeft een succesvol einde, en het is gewoon grappig. Maar praktisch nut heeft het niet.
Strax heb je een reflow optie in de bios.
Niet te lang gebruiken, vallen ale je componenten van je moederbord
De extra laag met spiraal kost bij de meeste pcb-producenten niets extra.
Huh? Volgens mij kost een extra laag bij elke PCB producent extra. Natuurlijk, betaal je voor een 4-layer PCB en heb je maar drie lagen nodig, dan kost dit niks extra. Maar los van zulk soort situaties kosten meer lagen gewoon meer geld.
Denk er vanuit gaande dat je al een solid ground layer zou hebben. Dan kost het niks extra om die zigzaggend te maken ipv solid.
Ze noemen in dit artikel dat hij een andere laag als aarde gebruikt. Je zou deze laag potentieel wel wat als aarde kunnen gebruiken nog steeds (als je hem aan één kant iig aan de aarde koppelt), maar dan is die natuurlijk lang niet zo goed als een echt ground plane, omdat het geen vlak is maar een lange slingerende lijn.
de vraag is of je die zigzaggende lijn niet tegen het einde van het solderen bij elke amplitude kunt shorten... waardoor het misschien geen 'echt egaal vlak meer is maar wel een verzameling lijnen die bovendien door hun veranderde vorm ook ineens niet meer zo goed werken als antenne. je loopt wel risico dat je daarmee met een extre bron moet gaan solderen (want hoe zou je het anders kunnen shorten)
Een zigzaggende/spiralerende ground wil je niet. Juist het ground-vlak wil je egaal, on-onderbroken houden, zodat stromen de efficiëntste weg terug kunnen nemen en om impedanties tegen te gaan.
En de meerprijs is best wel stevig ook: 1 en 2 lagen is bij de Chinese printplaatproducenten zeer goedkoop, maar zodra je meer dan 2 lagen doet, kom je in een ander fabricageproces terecht en wordt het gelijk een stuk duurder.

Wat mij betreft is het een leuke stunt, maar heeft het niet bijzonder veel meerwaarde t.o.v. solderen op de keramische kookplaat in de keuken.
Hmm, zou dit kunnen werken voor die videokaarten in de imac's die op den duur niet meer werken omdat de soldeerpunten 'uitgedroogd' zijn? Of moet je hiervoor toch nieuwe platen hebben?
Die zijn denk ik niet zozeer "uitgedroogd" maar gescheurd vanwege thermal stress lijkt me. Maar dat los je op hele andere manieren op dan bij fabricage een verwarmingselement inbouwen.
als je naar het filmpje kijkt dan zie je toch dat er pasta nodig is en dat er een zekere temperatuur nodig is om die punten vloeibaar te maken... ik weet nou niet zo goed of zo pcb-track nu echt ideaal is voor reflow-gedoe... maar ik ben hoe dan ook nooit echt onder de indruk geweest van reflow.. juist omdat het zo onbegestuurt en dus onbetrouwbaar is... daar gaat dit pcb-idee niet zo veel aan veranderen.
Dit kan je ook mooi in segmenten gebruiken, met name connectoren die nog wel eens breuken of defecten vertonen kan je zo eenvoudig(er) vervangen.
Eigenlijk heel logisch als je er overna denkt. Het zit hem vooral in de complexere "ground" plane welke je moet maken en je hebt een controller npdig om de juiste temperatuur curve na te bootsen, maar verder.....
Wat een creatieve geest. Erg leuk en interessant.
Natuurlijk altijd leuk om te zien hoe ingenieus vaak mensen zijn zoals ook dit project, maar of dit in de praktijk echt zonder extra risico's is vraag ik mij wel af. Stel er gaat toch iets mis met het verwarmingscircuit dan vallen spontaan wel je onderdelen van het board.

En tja, ik kom nog uit een tijd dat solderen heel gewoon was dus ik heb wel solderen nog vanuit de praktijk geleerd. Heb ook nog steeds hier een soldeerstation staan met diverse soldeerpunten. Vind het eerlijk gezegd ook wel leuk om te doen als iets b.v. helemaal niets meer doet. Des te leuker als je dan door simpelweg te reflowen weer een apparaat aan de gang kan krijgen.
Ja ik vind het ook leuk bedacht, maar praktisch is het niet echt. Je moet alle stappen doorlopen behalve dat je niet even met een heat gun over het bord heen hoeft om alles te smelten. Dat vind ik zelf nog niet het meest lastige. Plus je bordje heeft extra lagen nodig wat hem duurder maakt.

Maar, wel creatief bedacht.

Edit: wel mooi als je iets moet reflowen of componenten wil uitwisselen, wellicht..

[Reactie gewijzigd door geerttttt op 25 januari 2023 16:54]

Je moet alle stappen doorlopen behalve dat je niet even met een heat gun over het bord heen hoeft om alles te smelten.
Ja precies, en tja, in fabrieken hebben ze gewoon een lopende band die door een reflow oven heen gaat dus daar heeft het ook weinig nut.
Edit: wel mooi als je iets moet reflowen of componenten wil uitwisselen, wellicht..
Tja, zie het al voor me, per ongeluk boardje op zijn kop, plop alles eraf haha
Dat stukje in de laatste alinea over de hoge spanning en in brand vliegen. Is dat niet erg spannend met de hackers van tegenwoordig? Of zijn hier fysieke maatregelen tegen te treffen? Onhackbare safeguards.
Leuk! Ik had dit trouwens een krappe week geleden al gezien op YT, er was ook iemand die schreef in de comments dat zo'n interne warmtespiraal nuttig kan zijn voor PCB's in kleine satellieten waar de PCB's en componenten verwarmd moeten worden maar als je het dan nog verder zou trekken, is het ook wellicht interessant omdat je bij bepaalde defecten bij een space probe op miljoenen kilometers van hier dit als een redmiddel in kunt schakelen als bepaalde componenten niet meer werken. Ik snap dat ze hier ander soldeer voor gebruiken dan wat je in de meeste hedendaagse producten tegenkomt maar ook voor het reflowen van spul wat we hier op aarde gebruiken kan dit nuttig zijn, hoef ik geen GPU's met artifacts meer in de oven te steken voor 30m op 200c :-)
Hm, als bij een 4-layer 1 binnenlayer gebruikt wordt als verwarmingselement & je daarbij de andere binnenste GND layer zo massief mogelijk houdt: dan vraag ik me af hoe de hitte beide zijdes kwalitatief bereikt & het niet te heet wordt richting de niet-GND plane. De boel omdraaien indien 2-zijdig bestukt lijkt me dan ook gevaarlijk mbt componentverlies aan de reeds gesoldeerde zijde.
Om het dan niet over krom trekken te hebben wegens asymmetrische opbouw & eventueel daaruitvolgende haarscheurtjes/stress die kan ontstaan.
Niettemin: Tof idee dat wel & zeker zijn toepassingsgebieden voor de (oa) hobbyist vermoed ik.

[Reactie gewijzigd door Bameraam op 24 januari 2023 19:43]


Om te kunnen reageren moet je ingelogd zijn

Tweakers maakt gebruik van cookies

Tweakers plaatst functionele en analytische cookies voor het functioneren van de website en het verbeteren van de website-ervaring. Deze cookies zijn noodzakelijk. Om op Tweakers relevantere advertenties te tonen en om ingesloten content van derden te tonen (bijvoorbeeld video's), vragen we je toestemming. Via ingesloten content kunnen derde partijen diensten leveren en verbeteren, bezoekersstatistieken bijhouden, gepersonaliseerde content tonen, gerichte advertenties tonen en gebruikersprofielen opbouwen. Hiervoor worden apparaatgegevens, IP-adres, geolocatie en surfgedrag vastgelegd.

Meer informatie vind je in ons cookiebeleid.

Sluiten

Toestemming beheren

Hieronder kun je per doeleinde of partij toestemming geven of intrekken. Meer informatie vind je in ons cookiebeleid.

Functioneel en analytisch

Deze cookies zijn noodzakelijk voor het functioneren van de website en het verbeteren van de website-ervaring. Klik op het informatie-icoon voor meer informatie. Meer details

janee

    Relevantere advertenties

    Dit beperkt het aantal keer dat dezelfde advertentie getoond wordt (frequency capping) en maakt het mogelijk om binnen Tweakers contextuele advertenties te tonen op basis van pagina's die je hebt bezocht. Meer details

    Tweakers genereert een willekeurige unieke code als identifier. Deze data wordt niet gedeeld met adverteerders of andere derde partijen en je kunt niet buiten Tweakers gevolgd worden. Indien je bent ingelogd, wordt deze identifier gekoppeld aan je account. Indien je niet bent ingelogd, wordt deze identifier gekoppeld aan je sessie die maximaal 4 maanden actief blijft. Je kunt deze toestemming te allen tijde intrekken.

    Ingesloten content van derden

    Deze cookies kunnen door derde partijen geplaatst worden via ingesloten content. Klik op het informatie-icoon voor meer informatie over de verwerkingsdoeleinden. Meer details

    janee