UV dėžė

UV dėžė (UV box) – patogus įrenginukas spausdintinių plokščių gamybai, leidžiantis sutaupyti daug laiko ir pasiekti labai gerą plokštės kokybę. Spausdintinių plokščių gamybai reikalingas UV-A spektro šviesos šaltinis, galima naudoti arba tam skirtas liuminescensines lempas, arba šviesos diodus su UV spektru. Reikia pastebėti, kad UV diodų šviesos pikas yra apytiksliai prie 395-400nm bangos ilgio, o liuminescencinių UV lempų – 370nm. Naudoti šviesos diodus man pasirodė kur kas paprasčiau ir pigiau. Minusas toks, kad reikia daryti montažinę plokštę. Be to, kad gauti tolygų eksponuojamos plokštės apšvietimą, šviesos diodai turi būti toliau nuo gaminamos plokštės, nei liuminescensinės lempos. Tačiau nereikia daryti reflektorių, nes diodai šviesą spinduliuoja kryptingai.

UV dėžės gamybai buvo nupirkta iš Kinijos 100 vnt. ultravioletinių šviesos diodų kartu su 0,25W 470R rezistoriais.

uv diodes

Kaina su siutimu sudarė 7$,  arba apie 20Lt. Pagal pardavėją UV diodų parametrai tokie:

  • Emitted colour : UV Violet
  • Lens Color : Water Clear
  • Forward Voltage (V) : 2.8 ~ 4.0
  • Forward Current (mA):30
  • Wavelength (nm):380 ~ 400
  • View Angle: About 25 degree
  • Luminous Intensity: 3000mcd
  • Life Rating : 100,000 Hours
  • Size: 5mm

Čia nuotrauka patikrinimui, ar pigūs kinietiški UV diodai tikrai spinduliuoja UV šviesą. Bandymas nenuvylė. Apšvietus 10lt kupiūrą aiškiai manosi plaušeliai ir skaičiai “10”, kurie paprastoje šviesoje nesimato:

at UV lightDėžės maitinimui bus naudojamas 12V 1A impulsinis maitinimo blokelis, todėl nusprendžiau UV šviesos diodus jungti nuosekliai po tris plius varža 120R. Taip jungiant per diodus tekės 15mA srovė. Jungti po vieną diodą su 470R varža nėra prasmės, nes gaunasi dielis energijos švaistymas. Viso naudojami 99 diodai. Taigi pagal apskaičiavimus apkrovimas bus 15mA x 33vnt = 495mA. Kaip tik lieka 500mA planuojamai taimerio schemutei. Atsiūsti rezistoriai lieka nereikalingi, juos galima panaudoti kur nors kitur. Komponentų išdėstymas ir takeliai išvedžioti Sprint Layout 5.0 programa. Žemiau pateiktas brėžinys neskirtas iš karto spausdinti ant plėvelės, jis labiau yra orientacinis, praktiškai reikia pastorinti takelius ir kontaktinius apskritimus. Atstumai tarp diodų cetrų skersai ir išilgai parinkti 15mm. Parinkus atstumą per mažą, reikės daug diodų, jei per didelį – diodai neapšvies vienodai viso eksponuojamos plokštės ploto.

LED_matrixO nuotraukoje apačioje nufotografuota PCB, daryta sena technologija – švirkšto ir nagų lako pagalba. Laisvos plokštės vietos, kur nėra takelių, uždažytos juodu markeriu ir nagų laku, kad taupyti varį ėsdinančias medžiagas.

uv_box_pcbO štai kaip atrodo jau surinkta plokštė su varžomis ir UV diodais su prijungtu 12V maitinimu:

uv_diodes_matrix1

Dėžės korpusą padariau iš atliekamų medžiagų (spausto popieriaus) dėžę, per daug nesigilinant į estetinę išvaizdą. Dėžės viršus – iš storo organinio stiklo, nes toks mažiausiai sulaiko UV spindulius. Organinio stiklo vidinė pusė, ta, kuri nukreipta į dėžės vidų, pašiaušta smulkiu (320) švitriniu popieriumi. Taip pašiauštas stiklas tampa matinis ir geriau išsklaido šviesos srautą. Galima naudoti ir specialų matinį stiklą, skirtą šviestuvų uždengimui. Atstumas nuo šviesos diodų iki švitinamos plokštės turi būti ne mažiau 15cm, kad švitinamos plokštės paviršius daugmaž būtų vienodai apšviečiamas per visą jos plotą. Atstumą reikia parinkti bandymais.

Tolesnė gamyba. Švitinimo laiko reguliavimui buvo suprojektuota paprasta taimerio schemutė, su maksimaliu 15 min. išlaikymu. Kaip minėjau, taimerio laiką galima reguliuoti nuo 0 iki 15min 10 sekundžių intervalais. Taimeris valdomas tik 2 elementais: potenciometru RV1 ir mygtuku SW1 (normaliai atviras kontaktas). Potenciometro rankenėlė turi būti kuo didesnė, kad būtų galima lenviau nustatyti laiką.

UV_box_timer

Mikrokontrolerio konfigūracinių bitų nustatymai:

IESO=0 Internal External Switchover mode disabled
FSCM=0 Fail-Safe Clock Monitor disabled
FOSC<3:0>=0010 HS oscillator
BORV1:BORV0=00 VBOR set to 4.5V
BOR=1 Brown-out Reset enabled
PWRTEN=0 PWRT enabled
WDTPS<3:0>=0000 Watchdog Timer Postscale 1:1
WDT=0: WDT disabled
MCLRE=0 RA5 input pin enabled, MCLR disabled
DEBUG=1 Background debugger disabled, RB6 and RB7 configured as general purpose I/O pins
LVP=0 Low-Voltage ICSP disabled
STVR=0 Stack full/underflow will not cause Reset
CP1=1 Block 1 ((000800-000FFFh) not code-protected
CP0=1 Block 0 (000200-0007FFh) not code-protected
CPD=1 Data EEPROM not code-protected
CPB=1 Boot Block (000000-0001FFh) not code-protected
WRT1=1 Block 1 (000800-000FFFh) not write-protected
WRT0=1 Block 0 (000200-0007FFh) not write-protected
WRTD=1 Data EEPROM not write-protected
WRTB=1 Boot Block (000000-0001FFh) not write-protected
WRTC=1 Configuration registers (300000-3000FFh) not write-protected
EBTR1=1 Block 1 (000800-000FFFh) not protected from table reads executed in other blocks
EBTR0=1 Block 0 (000200-0007FFh) not protected from table reads executed in other blocks
EBTRB=1 Boot Block (000000-0001FFh) not protected from table reads executed in other blocks


O čia jau suprojektuota montažinė plokštė.

uv_box_timer_layout

Schema maitinama iš 12V stabilizuoto maitinimo šaltinio U1 per jungtį J1. C3 statomas kuo arčiau mikrokontrolerio, o C6 – LCD1 ekranėlio. J6 – mažų matmenų garsiakalbis. Diodai D2-D100 ir rezistoriai R5-R37 (matricos PCB brėžinyje jie sunumeruoti kaip HL1 – HL99 ir R1 – R33) sudaro šviesos diodų matricą, prijungtą prie valdymo plokštės per jungtį J1. Tai tokia nedidelė žalia jungtelė, prie kurios varžtais prisukami laidai. Visos kitos jungtys juodos “adatėlės”, angliškai “pin header”. Laikas indikuojamas 2×16 ekranėlyje. Jungtis J3 skirta mikrokontrolerio programavimui, J5 – LCD ekranėlio prijungimui prie taimerio plokštės. Reikia atkreipti dėmesį į tai, kad pagrindinė dalis – mikrokontroleris yra SOIC korpuse, todėl lituojamas takelių pusėje, visos kitos dalys – priešingoje.

Valdymas. Tik įjungus dėžės maitinimą, ekrane rodomas laikas ir užrašas “Waiting”. Potenciometru nustatomas laikas, tada spaudžiamas mygtukas SW1. Suveikia relė RL1. Ekrane atsiranda užrašas “Running”. Prasideda ruošinio apšvietimas. Jei apšvietimo metu nuspaudžiamas mygtukas, programa grįžta į pradinę “Waiting” būseną. Nenuspaudus mygtuko, skaičiuojamas laikas iki 0 sek, tada relė RL1 atleidžia savo kontaktus, baigiasi apšvietimas, 3 kartus supypsi garsiakalbis LS1, ekrane atsiranda užrašas “Stopped”. Esant reikalui pakartoti apšvietimą, vėl spaudžiamas SW1, paspaudus vėl pereinama į būseną “Waiting”.

Dabar taimerio PCB gamyba. Takelių schema suprojektuota su Sprint Layout programa. Takeliai atspausdinti ant skaidrės. Skaidrių buna pirkti visose kanceliarinėse parduotuvėse, jos būna 2-jų tipų: skirtos rašaliniams ir lazeriniams spausdintuvams. Kadangi pas mane namie stovi lazerinis spausdintuvas, pirkau lazerines skaidres. Deja, atspausdinus takelius lazeriniu printeriu, takeliai nebuvo geros kokybės. Atspausdintą skaidrę pakėlus prieš šviesą matėsi, kad vietomis dažų yra daugiau, vietomis mažiau, t.y. takeliai prieš šviesą vietomis yra gana permatomi. Nepadėjo net printerio nustatymai, kad takelius spausdintų kuo juodžiau. Buvo pabandymui atspausdinti takeliai su ofisiniu lazeriniu “kombainu”, tikintis, kad kokybė bus geresnė. Deja, kokybė buvo lygiai tokia pat. Po to buvo bandymas su rašaliniu printeriu, kurio kokybė buvo dar prastesnė negu lazerinio. Aišku, spausdinant ant balto popieriaus lapo, kokybė atrodo nepriekaištinga. Taigi, išvada tokia: spausdinam dvi skaidres lazeriniu printeriu, vieną skaidrę dedam ant kitos. Tik taip galima pasiekti gerą kokybę. Labai svarbu skaidres vieną ant kitos uždėti tiksliai, kad takeliai tiksliai sutaptų. Apatinė skaidrė turi gulti dažais ant švitinamos plokštės. Taigi, bedrame rezultate gaunasi toks buterbrodas: UV diodų matrica – 15 cm tarpas – organinis stiklas – 1 skaidrė – 2 skaidrė – švitinama plokštė. Bandymai parodė, kad ploštę švitinti pilnai užtenka 8-10 min. Apšvitinus per mažai, ėsdinant varį vietomis gali likti nenuėsdintos vietos. Per daug apšvitinus per ryškinimo procesą gali būti nuėstas fotorezistas nuo takelių. Tada ėsdinant varį bus nuėsdinti takeliai. Apšviestą plokštę dedam į DP-50 tirpalą (pozityvaus fotorezisto ryškinimo medžiaga, yra “Lemonoje”). Šviežiai paruoštame tirpale ryškinimas trunka apie 50 sek. DP-50 instrukcija byloja, kad ryškinimo laikas turi būti tarpe 30 sek – 2 min. Jei laikas mažiau nei 30 sekundžių, gali būti nuėstas neapšvitintas fotorezistas. Pagal nurodytą laiko trukmę galima orientuotis, ar plokštė per daug, ar per mažai apšviesta. Šio tirpalo galiojimo laikas neilgas. Neapsimoka taupyti ir ilgai laikyti jau paruoštą tirpalą. Mat ryškinant su senu tirpalu, gali gautis prastas rezultatas. Labiau apsimoka, jei PCB gaminamos retai, paruošti nedidelį kiekį tirpalo. Plokštei išėsdinti pilnai užtenka 250ml, likusį ryškinimo medžiagos kiekį paliekant kitam kartui. Išryškinus plokštę reikia švelniai nuvalyti pirštais ar skudurėliu po tekančiu šaltu vandeniu. Po to galima patikrinti, ar apšvietimas buvo pakankamas: toje vietoje, ku nėra takelių, plokštę galima įbrėžti aštriu daiktu. Jei brėžiasi grynas varis, viskas gerai. Jei įbrėžimo vietoje matosi likęs plonas fotorezisto sluoksnis, buvo nepakankamai švitinta. O rezultatas gavosi toks:

PCB readyPlokštė jau išėsdinta, išgręžtos skylutės. Kairė pusė aplituota. Takeliai yra 0,9mm (didžioji dalis) ir 1,2 mm pločio, kontaktinių apskritimų skersmuo – 2,1 mm. Takelių kokybė gavosi tikrai gera. Niekur nėra neišėsdintų ar per daug išėsdintų vietų. Programoje naudota “Ground Plane” funkcija, kuri automatiškai užtušuoja nepadengtą takeliais plotą. Na ir pabaigai keletas foto:

PCB components sidePCB bottom sideUV BOX topVisiškai surinkta dėžė:

uv_box_finished

Čia yra projekto failai: Proteus schema, Sprint Layout LED matricos bei valdymo plokštės brėžiniai bei .HEX failas mikrokontrolerio programavimui.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *