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.