Урок 6 — SMD компоненты
Мы уже познакомились с основными радиодеталями: резисторами, конденсаторами, диодами, транзисторами, микросхемами и т.п., а также изучили, как они монтируются на печатную плату. Ещё раз вспомним основные этапы этого процесса: выводы всех компонентов пропускают в отверстия, имеющиеся в печатной плате. После чего выводы обрезаются, и затем с обратной стороны платы производится пайка (см. рис.1).
Этот уже известный нам процесс называется DIP-монтаж. Такой монтаж очень удобен для начинающих радиолюбителей: компоненты крупные, паять их можно даже большим «советским» паяльником без помощи лупы или микроскопа. Именно поэтому все наборы Мастер Кит для самостоятельной пайки подразумевают DIP-монтаж.
Рис. 1. DIP-монтаж
Но DIP-монтаж имеет очень существенные недостатки:
— крупные радиодетали не подходят для создания современных миниатюрных электронных устройств;
— выводные радиодетали дороже в производстве;
— печатная плата для DIP-монтажа также обходится дороже из-за необходимости сверления множества отверстий;
— DIP-монтаж сложно автоматизировать: в большинстве случаях даже на крупных заводах по производству электронику установку и пайку DIP-деталей приходится выполнять вручную. Это очень дорого и долго.
Поэтому DIP-монтаж при производстве современной электроники практически не используется, и на смену ему пришёл так называемый SMD-процесс, являющийся стандартом сегодняшнего дня. Поэтому любой радиолюбитель должен иметь о нём хотя бы общее представление.
SMD монтаж
SMD компоненты (чип-компоненты) — это компоненты электронной схемы, нанесённые на печатную плату с использованием технологии монтирования на поверхность — SMT технологии (англ. surface mount technology).Т.е все электронные элементы, которые «закреплены» на плате таким способом, носят название SMD компонентов (англ. surface mounted device). Процесс монтажа и пайки чип-компонентов правильно называть SMT-процессом. Говорить «SMD-монтаж» не совсем корректно, но в России прижился именно такой вариант названия техпроцесса, поэтому и мы будем говорить так же.
На рис. 2. показан участок платы SMD-монтажа. Такая же плата, выполненная на DIP-элементах, будет иметь в несколько раз большие габариты.
SMD монтаж имеет неоспоримые преимущества:
— радиодетали дешёвы в производстве и могут быть сколь угодно миниатюрны;
— печатные платы также обходятся дешевле из-за отсутствия множественной сверловки;
— монтаж легко автоматизировать: установку и пайку компонентов производят специальные роботы. Также отсутствует такая технологическая операция, как обрезка выводов.
SMD-резисторы
Знакомство с чип-компонентами логичнее всего начать с резисторов, как с самых простых и массовых радиодеталей.
SMD-резистор по своим физическим свойствам аналогичен уже изученному нами «обычному», выводному варианту. Все его физические параметры (сопротивление, точность, мощность) точно такие же, только корпус другой. Это же правило относится и ко всем другим SMD-компонентам.
Рис. 3. ЧИП-резисторы
Типоразмеры SMD-резисторов
Мы уже знаем, что выводные резисторы имеют определённую сетку стандартных типоразмеров, зависящих от их мощности: 0,125W, 0,25W, 0,5W, 1W и т.п.
Стандартная сетка типоразмеров имеется и у чип-резисторов, только в этом случае типоразмер обозначается кодом из четырёх цифр: 0402, 0603, 0805, 1206 и т.п.
Основные типоразмеры резисторов и их технические характеристики приведены на рис.4.
Рис. 4 Основные типоразмеры и параметры чип-резисторов
Маркировка SMD-резисторов
Резисторы маркируются кодом на корпусе.
Если в коде три или четыре цифры, то последняя цифра означает количество нулей, На рис. 5. резистор с кодом «223» имеет такое сопротивление: 22 (и три нуля справа) Ом = 22000 Ом = 22 кОм. Резистор с кодом «8202» имеет сопротивление: 820 (и два нуля справа) Ом = 82000 Ом = 82 кОм.
В некоторых случаях маркировка цифробуквенная. Например, резистор с кодом 4R7 имеет сопротивление 4.7 Ом, а резистор с кодом 0R22 – 0.22 Ом (здесь буква R является знаком-разделителем).
Встречаются и резисторы нулевого сопротивления, или резисторы-перемычки. Часто они используются как предохранители.
Конечно, можно не запоминать систему кодового обозначения, а просто измерить сопротивление резистора мультиметром.
Рис. 5 Маркировка чип-резисторов
Керамические SMD-конденсаторы
Внешне SMD-конденсаторы очень похожи на резисторы (см. рис.6.). Есть только одна проблема: код ёмкости на них не нанесён, поэтому единственный способ ёё определения – измерение с помощью мультиметра, имеющего режим измерения ёмкости.
SMD-конденсаторы также выпускаются в стандартных типоразмерах, как правило, аналогичных типоразмерам резисторов (см. выше).
Рис. 6. Керамические SMD-конденсаторы
Электролитические SMS-конденсаторы
Рис.7. Электролитические SMS-конденсаторы
Эти конденсаторы похожи на своих выводных собратьев, и маркировка на них обычно явная: ёмкость и рабочее напряжение. Полоской на «шляпке» конденсатора маркируется его минусовой вывод.
SMD-транзисторы
Транзисторы мелкие, поэтому написать на них их полное наименование не получается. Ограничиваются кодовой маркировкой, причём какого-то международного стандарта обозначений нет. Например, код 1E может обозначать тип транзистора BC847A, а может – какого-нибудь другого. Но это обстоятельство абсолютно не беспокоит ни производителей, ни рядовых потребителей электроники. Сложности могут возникнуть только при ремонте. Определить тип транзистора, установленного на печатную плату, без документации производителя на эту плату иногда бывает очень сложно.
SMD-диоды и SMD-светодиоды
Фотографии некоторых диодов приведены на рисунке ниже:
Рис.9. SMD-диоды и SMD-светодиоды
На корпусе диода обязательно указывается полярность в виде полосы ближе к одному из краев. Обычно полосой маркируется вывод катода.
SMD-cветодиод тоже имеет полярность, которая обозначается либо точкой вблизи одного из выводов, либо ещё каким-то образом (подробно об этом можно узнать в документации производителя компонента).
Определить тип SMD-диода или светодиода, как и в случае с транзистором, сложно: на корпусе диода выштамповывается малоинформативный код, а на корпусе светодиода чаще всего вообще нет никаких меток, кроме метки полярности. Разработчики и производители современной электроники мало заботятся о её ремонтопригодности. Подразумевается, что ремонтировать печатную плату будет сервисный инженер, имеющий полную документацию на конкретное изделие. В такой документации чётко описано, на каком месте печатной платы установлен тот или иной компонент.
Установка и пайка SMD-компонентов
SMD-монтаж оптимизирован в первую очередь для автоматической сборки специальными промышленными роботами. Но любительские радиолюбительские конструкции также вполне могут выполняться на чип-компонентах: при достаточной аккуратности и внимательности паять детали размером с рисовое зёрнышко можно самым обычным паяльником, нужно знать только некоторые тонкости.
Но это тема для отдельного большого урока, поэтому подробнее об автоматическом и ручном SMD-монтаже будет рассказано отдельно.
Маркировка SMD. Руководство для практиков
Современному радиолюбителю сейчас доступны не только обычные компоненты с выводами, но и такие маленькие, темненькие, на которых не понять что написано, детали. Они называются «SMD». По-русски это значит «компоненты поверхностного монтажа». Их главное преимущество в том, что они позволяют промышленности собирать платы с помощью роботов, которые с огромной скоростью расставляют SMD-компоненты по своим местам на печатных платах, а затем массово «запекают» и на выходе получают смонтированные печатные платы. На долю человека остаются те операции, которые робот не может выполнить. Пока не может.
Применение чип-компонентов в радиолюбительской практике тоже возможно, даже нужно, так как позволяет уменьшить вес, размер и стоимость готового изделия. Да ещё и сверлить практически не придётся.
Другое важное качество компонентов поверхностного монтажа заключается в том, что благодаря своим малым размерам они вносят меньше паразитных явлений. Дело в том, что любой электронный компонент, даже простой резистор, обладает не только активным сопротивлением, но также паразитными ёмкостью и индуктивностью, которые могут проявится в виде паразитных сигналов или неправильной работы схемы. SMD-компоненты обладают малыми размерами, что помогает снизить паразитную емкость и индуктивность компонента, поэтому улучшается работа схемы с малыми сигналами или на высоких частотах.
Для тех, кто впервые столкнулся с SMD-компонентами естественным является смятение. Как разобраться в их многообразии: где резистор, а где конденсатор или транзистор, каких они бывают размеров, какие корпуса smd-деталей существуют? На все эти вопросы ты найдешь ответы ниже. Читай, пригодится!
Корпуса чип-компонентов
Достаточно условно все компоненты поверхностного монтажа можно разбить на группы по количеству выводов и размеру корпуса:
| выводы/размер | Очень-очень маленькие | Очень маленькие | Маленькие | Средние |
| 2 вывода | SOD962 (DSN0603-2), WLCSP2*, SOD882 (DFN1106-2), SOD882D (DFN1106D-2), SOD523, SOD1608 (DFN1608D-2) | SOD323, SOD328 | SOD123F, SOD123W | SOD128 |
| 3 вывода | SOT883B (DFN1006B-3), SOT883, SOT663, SOT416 | SOT323, SOT1061 (DFN2020-3) | SOT23 | SOT89, DPAK (TO-252), D2PAK (TO-263), D3PAK (TO-268) |
| 4-5 выводов | WLCSP4*, SOT1194, WLCSP5*, SOT665 | SOT353 | SOT143B, SOT753 | SOT223, POWER-SO8 |
| 6-8 выводов | SOT1202, SOT891, SOT886, SOT666, WLCSP6* | SOT363, SOT1220 (DFN2020MD-6), SOT1118 (DFN2020-6) | SOT457, SOT505 | SOT873-1 (DFN3333-8), SOT96 |
| > 8 выводов | WLCSP9*, SOT1157 (DFN17-12-8), SOT983 (DFN1714U-8) | WLCSP16*, SOT1178 (DFN2110-9), WLCSP24* | SOT1176 (DFN2510A-10), SOT1158 (DFN2512-12), SOT1156 (DFN2521-12) | SOT552, SOT617 (DFN5050-32), SOT510 |
Конечно, корпуса в таблице указаны далеко не все, так как реальная промышленность выпускает компоненты в новых корпусах быстрее, чем органы стандартизации поспевают за ними.
Корпуса SMD-компонентов могут быть как с выводами, так и без них. Если выводов нет, то на корпусе есть контактные площадки либо небольшие шарики припоя (BGA). Также в зависимости от фирмы-производителя детали могут могут различаться маркировкой и габаритами. Например, у конденсаторов может различаться высота.
Большинство корпусов SMD-компонентов предназначены для монтажа с помощью специального оборудования, которое радиолюбители не имеют и врядли когда-нибудь будет иметь. Связано это с технологией пайки таких компонентов. Конечно, при определённом упорстве и фанатизме можно и в домашних условиях паять BGA-микросхемы.
Типы корпусов SMD по названиям
| Название | Расшифровка | кол-во выводов |
| SOT | small outline transistor | 3 |
| SOD | small outline diode | 2 |
| SOIC | small outline integrated circuit | >4, в две линии по бокам |
| TSOP | thin outline package (тонкий SOIC) | >4, в две линии по бокам |
| SSOP | усаженый SOIC | >4, в две линии по бокам |
| TSSOP | тонкий усаженный SOIC | >4, в две линии по бокам |
| QSOP | SOIC четвертного размера | >4, в две линии по бокам |
| VSOP | QSOP ещё меньшего размера | >4, в две линии по бокам |
| PLCC | ИС в пластиковом корпусе с выводами, загнутыми под корпус с виде буквы J | >4, в четыре линии по бокам |
| CLCC | ИС в керамическом корпусе с выводами, загнутыми под корпус с виде буквы J | >4, в четыре линии по бокам |
| QFP | квадратный плоский корпус | >4, в четыре линии по бокам |
| LQFP | низкопрофильный QFP | >4, в четыре линии по бокам |
| PQFP | пластиковый QFP | >4, в четыре линии по бокам |
| CQFP | керамический QFP | >4, в четыре линии по бокам |
| TQFP | тоньше QFP | >4, в четыре линии по бокам |
| PQFN | силовой QFP без выводов с площадкой под радиатор | >4, в четыре линии по бокам |
| BGA | Ball grid array. Массив шариков вместо выводов | массив выводов |
| LFBGA | низкопрофильный FBGA | массив выводов |
| CGA | корпус с входными и выходными выводами из тугоплавкого припоя | массив выводов |
| CCGA | СGA в керамическом корпусе | массив выводов |
| μBGA | микро BGA | массив выводов |
| FCBGA | Flip-chip ball grid array. М ассив шариков на подложке, к которой припаян кристалл с теплоотводом | массив выводов |
| LLP | безвыводной корпус |
Из всего этого зоопарка чип-компонентов для применения в любительских целях могут сгодиться: чип-резисторы, чип-конденсаторы , чип-индуктивности, чип-диоды и транзисторы, светодиоды, стабилитроны, некоторые микросхемы в SOIC корпусах. Конденсаторы обычно выглядят как простые параллелипипеды или маленькие бочонки. Бочонки — это электролитические, а параллелипипеды скорей всего будут танталовыми или керамическими конденсаторами.
Типоразмеры SMD-компонентов
Чип-компоненты одного номинала могут иметь разные габариты. Габариты SMD-компонента определяются по его «типоразмеру». Например, чип-резисторы имеют типоразмеры от «0201» до «2512». Этими четырьмя цифрами закодированы ширина и длина чип-резистора в дюймах. Ниже в таблицах можно посмотреть типоразмеры в миллиметрах.
smd резисторы
| Прямоугольные чип-резисторы и керамические конденсаторы | |||||
| Типоразмер | L, мм (дюйм) | W, мм (дюйм) | H, мм (дюйм) | A, мм | Вт |
| 0201 | 0.6 (0.02) | 0.3 (0.01) | 0.23 (0.01) | 0.13 | 1/20 |
| 0402 | 1.0 (0.04) | 0.5 (0.01) | 0.35 (0.014) | 0.25 | 1/16 |
| 0603 | 1.6 (0.06) | 0.8 (0.03) | 0.45 (0.018) | 0.3 | 1/10 |
| 0805 | 2.0 (0.08) | 1.2 (0.05) | 0.4 (0.018) | 0.4 | 1/8 |
| 1206 | 3.2 (0.12) | 1.6 (0.06) | 0.5 (0.022) | 0.5 | 1/4 |
| 1210 | 5.0 (0.12) | 2.5 (0.10) | 0.55 (0.022) | 0.5 | 1/2 |
| 1218 | 5.0 (0.12) | 2.5 (0.18) | 0.55 (0.022) | 0.5 | 1 |
| 2010 | 5.0 (0.20) | 2.5 (0.10) | 0.55 (0.024) | 0.5 | 3/4 |
| 2512 | 6.35 (0.25) | 3.2 (0.12) | 0.55 (0.024) | 0.5 | 1 |
| Цилиндрические чип-резисторы и диоды | |||||
| Типоразмер | Ø, мм (дюйм) | L, мм (дюйм) | Вт | ||
| 0102 | 1.1 (0.01) | 2.2 (0.02) | 1/4 | ||
| 0204 | 1.4 (0.02) | 3.6 (0.04) | 1/2 | ||
| 0207 | 2.2 (0.02) | 5.8 (0.07) | 1 | ||
smd конденсаторы
Керамические чип-конденсаторы совпадают по типоразмеру с чип-резисторами, а вот танталовые чип-конденсаторы имеют своют систему типоразмеров:
| Танталовые конденсаторы | |||||
| Типоразмер | L, мм (дюйм) | W, мм (дюйм) | T, мм (дюйм) | B, мм | A, мм |
| A | 3.2 (0.126) | 1.6 (0.063) | 1.6 (0.063) | 1.2 | 0.8 |
| B | 3.5 (0.138) | 2.8 (0.110) | 1.9 (0.075) | 2.2 | 0.8 |
| C | 6.0 (0.236) | 3.2 (0.126) | 2.5 (0.098) | 2.2 | 1.3 |
| D | 7.3 (0.287) | 4.3 (0.170) | 2.8 (0.110) | 2.4 | 1.3 |
| E | 7.3 (0.287) | 4.3 (0.170) | 4.0 (0.158) | 2.4 | 1.2 |
smd катушки индуктивности и дроссели
Индуктивности встречаются во множестве видов корпусов, но корпуса подчиняются все тому же закону типоразмеров. Это облегачает автоматический монтаж. Да и нам, радиолюбителям, позволяет легче ориентироваться.
Всякие катушки, дроссели и трансформаторы называются «моточные изделия». Обычно мы их мотаем сами, но иногда можно и прикупить готовые изделия. Тем более, если требуются SMD варианты, которые выпускаются со множестом бонусов: магнитное экранирование корпуса, компактность, закрытый или открытый корпус, высокая добротность, электромагнитное экранирование, широкий диапазон рабочих температур.
Подбирать требующуюся катушку лучше по каталогам и требуемому типоразмеру. Типоразмеры, как и для чип-резисторов задаются спомощью кода из четырех чисел (0805). При этом «08» обозначает длину, а «05» ширину в дюймах. Реальный размер такого SMD-компонента будет 0.08х0.05 дюйма.
smd диоды и стабилитроны
Диоды могут быть как в цилиндрических корпусах, так и в корпусах в виде небольших параллелипипедов. Цилиндрические корпуса диодов чаще всего предсавтлены корпусами MiniMELF (SOD80 / DO213AA / LL34) или MELF (DO213AB / LL41). Типоразмеры у них задаются также как у катушек, резисторов, конденсаторов.
| Диоды, стабилитроны, конденсаторы, резисторы | |||||
| Тип корпуса | L* (мм) | D* (мм) | F* (мм) | S* (мм) | Примечание |
| DO-213AA (SOD80) | 3.5 | 1.65 | 048 | 0.03 | JEDEC |
| DO-213AB (MELF) | 5.0 | 2.52 | 0.48 | 0.03 | JEDEC |
| DO-213AC | 3.45 | 1.4 | 0.42 | — | JEDEC |
| ERD03LL | 1.6 | 1.0 | 0.2 | 0.05 | PANASONIC |
| ER021L | 2.0 | 1.25 | 0.3 | 0.07 | PANASONIC |
| ERSM | 5.9 | 2.2 | 0.6 | 0.15 | PANASONIC, ГОСТ Р1-11 |
| MELF | 5.0 | 2.5 | 0.5 | 0.1 | CENTS |
| SOD80 (miniMELF) | 3.5 | 1.6 | 0.3 | 0.075 | PHILIPS |
| SOD80C | 3.6 | 1.52 | 0.3 | 0.075 | PHILIPS |
| SOD87 | 3.5 | 2.05 | 0.3 | 0.075 | PHILIPS |
smd транзисторы
Транзисторы для поверхностного монтажа могут быть также малой, средней и большой мощности. Они также имеют соответствующие корпуса. Корпуса транзисторов можно условно разбить на две группы: SOT, DPAK.
Хочу обратить внимание, что в таких корпусах могут быть также сборки из нескольких компонентов, а не только транзисторы. Например, диодные сборки.
Маркировка SMD-компонентов
Мне иногда кажется, что маркировка современных электронных компонентов превратилась в целую науку, подобную истории или археологии, так как, чтобы разобраться какой компонент установлен на плату иногда приходитсяпровести целый анализ окружающих его элементов. В этом плане советские выводные компоненты, на которых текстом писался номинал и модель были просто мечтой для любителя, так как не надо было ворошить груды справочников, чтобы разобраться, что это за детали.
Причина кроется в автоматизации процесса сборки. SMD компоненты устанавливаются роботами, в которых установлены сециальные бабины (подобные некогда бабинам с магнитными лентами), в которых расположены чип-компоненты. Роботу все равно, что там в бабине и есть ли у деталей маркировка. Маркировка нужна человеку.
Пайка чип-компонентов
В домашних условиях чип-компоненты можно паять только до определённых размеров, более-менее комфортным для ручного монтажа считается типоразмер 0805. Более миниатюрные компоненты паяются уже с помощью печки. При этом для качественной пропайки в домашних условиях следует соблюдать целый комплекс мер.
Помощь в определении элементов SMD
Часто вижу посты о поиске и определении элемента сгоревшего на плате.
Некоторые не определяются по причине, что прочесть невозможно, если волшебный белый дым унес не только детальку но и лазерную маркировку на нём. Но некоторые элементы вполне читаемы, но крайне неинформативны надписи. Одна и та-же маркировка может обозначать разные элементы, зависит от линейных размеров детали , от ширины и длины, от толщины, от количества выводов и их расположения, в общем всё что носит название тип корпуса.
Я пользуюсь несколькими сайтами для определения.
Первый шаг, это определить тип корпуса, замеряем и сверяемся тут https://elwo.ru/publ/spravochniki/smd_korpusa_detalej/2-1-0-.
Второй шаг пытаемся разглядеть что написано на корпусе, иногда маркировка настолько тонкая, что только с контрастным веществом можно разглядеть. Можно намазать зубной пастой или термопастой, без излишеств, протереть и покрутить на отражение, контрастное вещество при подсыхании проявляет самые тонкие штрихи маркировки.
Это конечно не даёт стопроцентной гарантии что вы найдёте именно то, в любом случае надо искать даташит и сравнивать по разводке элемента на плате. Например полярность питания, номиналы подключенных элементов, сообразуясь с логикой работы элемента предполагаемого, ну и конечно определение причины выхода из строя.
Перегрев, залитие жидкостями, короткое замыкание, разряд статики или подключение в неправильной полярности определяет характер повреждения и дальнейшую стратегию ремонта.
Наверняка тут есть кто пользуется программами определения элементов, и сайтами со справочными материалами. Например, http://radio-stv.ru/radio_tehnologii/izuchenie-radio-program. Поделитесь если считаете возможным.
7.9K поста 11.9K подписчиков
Правила сообщества
Посты с процессом ремонта создавайте в родительском сообществе pikabu.ru/community/remont.
В этом сообществе, можно выкладывать посты с просьбами о помощи в ремонте электро-техники. Цифровой, бытовой и т.п., а про ремонт картин, квартир, ванн и унитазов, писать в других сообществах 🙂
Требования к оформлению постов:
1. Максимально полное наименование устройства.
2. Какие условия привели к поломке, если таковые известны.
3. Что уже делали с устройством.
4. Какое имеется оборудование.
5. Ну и соответственно, уровень знаний.
На сайте www.s-manuals.com/ru/smd есть варианты подборок, практически, всех SMD
Кстати еще иногда очень тяжело прочитать надписи которые бликуют казалось бы со всех углов, но пару раз помогало капнуть любую жидкость на поверхность(спирт, например)
А по схеме не посмотреть? Очень часто обвязки типичные. А где не типичные, есть датащиты для активных элементов.
Самое интересное сейчас включить заднюю скорость и отследить шаги от MC74HC1G08 которая определилась и идёт в корпусе TSOP−5 по даташиту, до исходной точки, в которой имеем H2 в корпусе SOT23-5. Ну вот ка-бы ни одной зацепки на первый взгляд, да и на второй и на третий.
Это специально сделано чтобы нельзя было взять и починить? Это как лабиринт, вам надо малюсенькую детальку чтобы оживить устройство за сто баксов, деталька стоит 11 рублей. Но определить её и купить, да проще второй раз сто баксов заплатить! Но ведь на HDD который крякнулся, лежат все фотки за 2018 год. Поэтому и танцы с бубнами.
Есть ещё варик когда вот прям безперспективняк. Идете на форум паяльника там тема есть сразу соглашаетесь со всеми что вы амёба но вам помогут с 99,99% вероятностью)
Не знаю как с контрастным веществом, не пробовал. Я обычно смачиваю легкоиспаряющейся жидкостью..Чаще ацетоном. И вот в момент его высыхания , под определенным углом можно прочитать маркировку.
Есть приложения на ведроид для определения smd
Где про резисторы и конденсаторы? Последние вообще маркировки не имеют.
Какая-то реклама сайтов.
Ответ на пост «Цифровой микроскоп для ремонта электроники с увеличением х100 своими руками»
Коллега собрал замечательный девайс. О похожем мечтал год. до момента приобретения нового телефона (xiaomi 10t pro) в котором оказалась убойная фича в виде отдельной макро-камеры. Сначала я это использовал чтобы фотать всяких жучков-паучков.
Но однажды, реставрируя монетку решил использовать макро-камеру чтобы посмотреть как это выглядит в приближении.
Слева общий масштаб, справа на минимальном фокусном расстоянии с постоянно включенной вспышкой (как фонарик)
Ну и дальше фото с линейкой для масштаба, с зонами, выделенными цветами.
Вот теперь и не знаю нужен ли мне микроскоп, хотя и люблю самоделки творить 🙂
Цифровой микроскоп для ремонта электроники с увеличением х100 своими руками
Давно собирался обзавестись микроскопом для пайки, смотрел и подбирал разные варианты и модели. Моделей уйма, вариантов еще больше, но как всегда нарисовалась проблема, те микроскопы, от которых моя жаба в обморок не падала, совершенно не устраивали по параметрам, а те что устраивали не устраивали по деньгам 🙂 Извечная проблема 🙂
В итоге решил сам себе собрать цифровой микроскоп, под свои задачи и с нужными мне параметрами.
В начале решил четко сформулировать какой мне нужен микроскоп, то есть сделать ТЗ под свои хотелки 🙂
1. Тип микроскопа – Цифровой.
2. Схема микроскопа – Цифровая камера с объективом, увеличение регулируется (настраивается) расстоянием до объекта и фокусным расстоянием камера – объектив.
3. Рабочее расстояние – Достаточное для комфортной работы, не менее 100-150 миллиметров, лучше больше на рабочем увеличении.
4. Увеличение не менее х раз – Примерно х50, х60
5. Регулировка увеличения – Плавное, оптическое, регулировка изменением расстояния до объекта.
6. Вывод изображения – На компьютер по USB (опционально на монитор без компьютера).
7. Штатив – Мощный, с удобным съемным креплением.
8. Отсутствие дефицитных запчастей.
9. Технологичность (удобство) изготовления.
Вот такое у меня получилось ТЗ, в общем простой микроскоп для ремонта РЭА без какого либо запредельного увеличения, мне микробы не рассматривать 🙂
Поняв что конкретно хочу приступил к воплощению в железе.
Для начала задумался над штативом. Штатив, на мой взгляд, это самое основное. Непосредственно от штатива зависит удобство использования микроскопа. Штатив должен уметь поднимать и опускать камеру, так же на нем надо разместить механизм изменения фокусного расстояния камера – объектив. Так же он должен быть массивным, масса убирает паразитные колебания камеры в процессе работы и регулировки. Вот такой должен быть штатив.
Изготавливать такой штатив с нуля не было никакого желания, да и не нужно этого. В качестве такого прекрасного штатива можно использовать советский фотоувеличитель. Он очень массивный, имеет хороший механизм вертикальной регулировки и отличный механизм регулировки фокусного расстояния. С некоторыми фотоувеличителями в комплекте идет хороший объектив, то есть не надо отдельно покупать.
Посмотрев старые каталоги, изучив механику разных фотоувеличителей, я пришел к выводу что для моих целей идеально подходит фотоувеличитель УПА-601. УПА-601 очень продуманно и удобно сделан, у меня в детстве по проще был 🙂 Далее все просто, идем на известный сайт и покупаем полный комплект с чемоданчиком, смотрим что б был объектив в комплекте, а то вдруг потеряли 🙂
Вот столько они стоят на сегодняшний день, правда прелесть? За 1000ре полный набор всей механики для микроскопа 🙂
Со штативом определился, теперь надо подумать какую камеру использовать.
С ними тоже все интересно. По началу думал обычную УСБ камеру использовать. Не, ну а что? Дешево, у всех есть… Облом… Меня не устроило качество изображения, наверно из за размеров матрицы, они там мизерные, светочувствительность не очень, в общем не то что хотелось мне от изображения, да и простейшая электроника вносит свои огрехи в картинку. И еще очень не понравились задержки при выводе, рассматривать картинку нормально а когда что то делаешь то задержка просто бесит и вносит рассинхронизацию в цепь глаза-руки, кошмар в общем 🙂 Пробовал несколько обычных УСБ камер среднего ценового диапазона. Элитные и мего дорогие этим может и не страдают, но у меня их нет в наличии и покупать для тестов желания не было.
В общем с УСБ камерами не прокатило, но ничего, есть огромное количество видеокамер для видеонаблюдения с аналоговым выходом. Я говорю про нормальные и дорогие камеры с нормальными матрицами и с нормальными параметрами, с хорошей электроникой, про простые модульные я не говорю они такая же фигня. Нынче модно переводить видеонаблюдение на IP камеры и многие при апгрейде системы просто выкидывают старые, ну реально выкидывают :-))) Или продают за 300-500 ре, хотя и придется поискать.
Я вот такой разжился. Хорошая большая матрица, отличная электроника и светочувствительность, встроенный автоматический баланс белого, автоматический баланс уровней, компенсация боковой засветки, что то там еще 🙂
В общем реально хорошая камера.
Для преобразования аналогового видео сигнала с камеры в УСБ я буду использовать USB EasyCAP 2,0, благо он давно без дела лежит.
Так, все «железо» собрано и опробовано, можно приступать непосредственно к сборке микроскопа.
Начинаем с подготовки штатива.
Вот такой фотоувеличитель я купил. Настоятельно рекомендую именно такой покупать, он идеально для наших задач подходит.
Теперь надо его разобрать, снять все что нам не понадобится.
Разбираем «голову», все что сверху нам больше не понадобится, у нас там камера будет. Все что снизу нам пригодится, там объектив и механизм фокусировки.
Эх, разбирать то как жалко 🙂
В комплекте с фотоувеличителем идет вот такой объектив. У данного объектива отличные характеристики, его некоторые даже сейчас как макро объектив для фотоаппаратов используют. Для моих задач подходит идеально.
Проводим профилактику всей механике, с полным разбором конечно. Заменяем смазку, на удивление, она еще не высохла до конца, а ей уже 40 лет! Можно было бы и не менять. Износа никакого не обнаружил, как новое все.
Так, профилактика проведена, можно приступить к изготовлению держателя камеры.
Держатель будет состоять из двух частей. Из основания и непосредственно самого держателя камеры. Держатель камеры, с натягом, ходит в основании вверх вниз и позволяет грубо настроить фокус.
Это сделано для того что б можно было в больших пределах менять фокусное расстояние камера – объектив. Это будет грубая регулировка, так как при большом вертикальном перемещении головы штатной регулировки, тонкой настройки фокуса, не хватает.
Печатать детали буду на 3д принтере.
Снимаем размеры, чертим детали.
Если кому надо то вот файлы моделей, там и в stl и в solidworks, вдруг редактировать под себя будете. www.sizov.org/files/microscope.rar
Теперь печатаем, не забывайте про усадку пластика и свои коэффициенты вводите.
Примеряем по месту, идеально 🙂
Сверлим 4 отверстия, нарезаем резьбу и собираем все 🙂
Так как пластик немного просвечивает мы обклеиваем корпус черной изолентой и изнутри все закрашиваем черным маркером.
Теперь крепление к столу. Высчитал где микроскоп будет удобен, снял родную крепежку с чемодана и врезал ее в стол.
Теперь делаем жгут проводов и протягиваем его куда надо. Подробно на этом останавливается не буду, там все элементарно, питание и УСБ, конвертер разместил прям на голове.
Из фотографий все видно и понятно 🙂
Теперь проверим как все это работает. Фото, к сожалению, не передают всю прелесть картинки 🙂 Увеличение данного микроскопа плавно меняется от х12 до х115.
Для начала посмотрим и замерим максимальное увеличение. Максимальное увеличение вышло х115, рабочее расстояние 80мм. Отлично! Можно без проблем работать, хотя как показала практика такое большое увеличение для пайки не нужно.
Посмотрим как плату показывает, отлично показывает. Хорошая резкость и отличная глубина. Под таким увеличением удобно искать дефекты пайки и трещины в дорожках. Работать приятно и удобно.
Теперь посмотрим как на самом ходовом для меня увеличении будет показывать и какое рабочее расстояние. На мой взгляд, для большинства работ, х20 хорошо подходит.
Все очень и очень хорошо, рабочее расстояние 230мм.
Видно все отлично 🙂
Ну и самое слабое увеличение, которое выдает микроскоп, х12.
Рабочее расстояние огромное, 350мм. Видно все тоже очень хорошо.
Работать с таким микроскопом очень удобно, дальним колесиком регулируется увеличение, ближним фокус. Когда микроскоп опускается для максимального увеличения надо поднять вверх камеру.
Расположение крепления подобрал так удобно что даже и не снимал его ни разу, хотя снимается одним движением руки. Когда мне он не нужен я его просто отворачиваю в сторону, и все 🙂