Предлагаем статью с описанием самодельного модульного приспособления, предназначенного для тестирования собранных печатных плат. Материал подготовлен Мауро Лауренти для компании PCBWay.

 

Этап проектирования — наиболее важная часть цикла разработки, требующая серьезных временных затрат для получения качественного продукта. Однако, тестирование новых систем требует не меньшего внимания и временных затрат, чем проектирование. 

Надлежащим образом проверить взаимодействие компонентов можно только тестированием реального образца. Последний, но немаловажный момент заключается в том, что тестирование позволяет проверять удобство эксплуатации систем. В этой статье будет представлено напечатанное на 3D-принтере крепежное приспособление, предназначенное для тестирования собранных печатных плат. Стенд сконструирован с расчетом на универсальность и может использоваться в различных сценариях, где требуется быстро протестировать сборку и при необходимости провести замену компонентов.

Общее описание

На иллюстрации ниже показана типичная сборка приспособления. Обратите внимание, что устройство подобно конструктору с возможностью установки дополнительных элементов.

Платформа имеет прорези для универсальных креплений, позволяющих подстраиваться под платы разных размеров с возможностью установки нескольких плат одновременно. Установка плат возможна как в горизонтальном, так и вертикальном положении.

Платформа может быть напечатана на 3D-принтере. Толщину пластины рекомендуется выбирать в пределах 3-5 мм, так как этот диапазон дает оптимальное сочетание прочности и времени 3D-печати. Толщина образца на иллюстрации составляет 3 мм.

Платформа устанавливается на лабораторный стол с помощью пяти ножек, расположенных по углам и в центре платформы. Ножки можно либо привинтить к столу, либо закрепить с помощью двухстороннего скотча. Все соединения оснащены поворотными ручками, так что сборку приспособления можно выполнить без отвертки.

Зачем это нужно

 Приспособление позволяет устанавливать одну или две соединительные панели для быстрого подключения к источнику питания и соединения/отсоединения сигнальных кабелей. Соединительные панели доступны в двух вариантах. Первый — заготовка без отверстий, которую можно кастомизировать под собственные нужды. Второй вариант уже имеет шесть отверстий под штыревые разъемы типа «банан» — в большинстве случаев этого достаточно. Соединительную панель можно подключить к тестируемой печатной плате с помощью необходимых разъемов/адаптеров. Такой подход позволяет легко монтировать и подключать разные печатные платы без необходимости в прокладке новых кабелей.

Тестирование означает не просто фиксацию платы, но и сбор данных, пока система выполняет заложенные функции. В этом плане соединительная панель тоже помогает, позволяя с легкостью подключать мультиметр и источник питания. Как правило, первым делом измеряется потребление тока. В сложных системах может потребоваться проверка на потенциальные короткие замыкания или измерение импеданса между ключевыми точками. Надежная фиксация платы помогает с такого рода работой.

По мере тестирования пользователю может не хватить двух рук, и тогда потребуется инструмент для фиксации щупов. С этим поможет сочлененное крепление, показанное на иллюстрации выше.

Высокая гибкость таких креплений облегчает позиционирование при переходе от одного замера к другому. При желании можно использовать дополнительные подвижные секции или добавить пружины, чтобы щупы плотнее прижимались к контактам.

Сборочные компоненты

Ниже приведен перечень всех доступных компонентов приспособления. Любой из них можно напечатать на 3D-принтере, дополнительные элементы можно без особого труда спроектировать самостоятельно. Файлы предлагаются на бесплатной основе, могут свободно распространяться и использоваться как в личных, так и коммерческих проектах при условии указания авторства. STL-файлы можно скачать по этой ссылке.

Платформа

Имя файла: Main Plate – 3mm

Количество: 1 шт.

 

Описание:

Это основная несущая часть с отверстиями под крепления платы и дополнительных инструментов. Толщину пластины рекомендуется выставлять в пределах 3-5 мм с заполнением в 25%. Трехмиллиметровая версия успешно прошла испытания и предлагает хороший компромисс между прочностью и временем, потраченным на 3D-печать.

Ножка

Имя файла: Foot – A

Количество: 5 шт.

 

Описание:

Ножки устанавливаются в каждом углу и в центре основной пластины. В верхней части имеется отверстие диаметром 6 мм под латунную резьбовую вставку M4. Сбоку имеется аналогичное отверстие для соединения ножки и настольного крепления. Снизу расположено еще одно отверстие для нарезки под пластиковые винты M4 для проведения испытаний на электромагнитную совместимость.

Настольное крепление

Имя файла: Foot holder – A

Количество: 4 шт.

 

Описание:

Настольное крепление предназначено для жесткого соединения ножек со столом. Сами ножки и платформу можно перемещать, но настольные крепления должны быть либо привинчены к столу, либо приклеены на двухсторонний скотч.

Соединительная панель

Имя файла: Connector Panel – B

Количество: 1-2 шт.

 

Описание:

Соединительная панель служит интерфейсом между сигнальными и силовыми кабелями измерительных инструментов с испытуемой платой. Вариант B уже имеет шесть посадочных мест, а вариант А — заготовка, в которой необходимо самостоятельно проделать отверстия.

Ручки

Имя файла: Knob – A и B

Количество: 20 типа А и 25 типа B

 

Описание:

Тип А имеет гнездо диаметром 6 мм под латунные резьбовые вставки M4, а тип B — сквозное отверстие с посадочным гнездом под гайку M4. В зависимости от конфигурации сборки потребуются винты длиной 18-25 мм.

Крепление платы

Имя файла: PCB holder

Количество: 4 шт.

 

Описание:

Эти крепления предназначены для фиксации печатных плат на платформе с возможностью горизонтальной или вертикальной установки. Тип А помогает удерживать плату на высоте в пять сантиметров от «земли» при проведении ЭМС-тестов в соответствии со стандартом CISPR 25.

Основание «руки»

Имя файла: Probe Arm – base

Количество: 4 шт.

 

Описание:

Эта деталь служит основанием для гибкого сочлененного крепления, способного удерживать как щупы, так и платы. В нижней части расположено посадочное гнездо диаметром 6 мм под латунную резьбовую вставку M4.

Сегмент «руки»

Имя файла: Probe Arm – front – A

Количество: 4 шт.

 

Описание:

Деталь служит подвижным сегментом сочлененного крепления и может быть использована для горизонтальной или вертикальной фиксации платы.

Уголковый сегмент «руки»

Имя файла: Probe Arm – L

Количество: 4 шт.

 

Описание:

Используется для смены направления подвижности сочлененного крепления.

Захват «руки»

Имя файла: Probe holder – A

Количество: 2 шт.

 

Описание:

Крайняя деталь сочлененного крепления, непосредственно отвечающая за удержание щупов. При необходимости эту деталь можно привинтить прямо к платформе для организации прокладки кабелей. В нижней части расположено посадочное гнездо диаметром 6 мм под латунную резьбовую вставку M4.

ЭМС-тестирование

Устройство из ПЛА-пластика может быть удобно при проведении испытаний на электромагнитную совместимость. В частности, при использовании горизонтального крепления высота печатной платы над «землей» соответствует 5-сантиметровому минимуму в требованиях CISPR 25. Требуемая диэлектрическая проницаемость удерживающего материала составляет Ԑr<1,3, в то время как ПЛА обычно имеет Ԑr в диапазоне 2-3. Поскольку толщина платформы из ПЛА составляет от 3 до 5 мм, а под ней находится только воздух, усредненное значение Ԑr может быть меньше, чем требуется правилами CISPR 25. Если испытательный стенд изготовлен из материала с повышенной диэлектрической проницаемостью, вы измерите более высокий уровень синфазного шума, чем при требуемом Ԑr<1,3, но это приемлемо для предварительного испытания на соответствие, поскольку это будет наихудший сценарий.

Если тесты CISPR 25 выполняются ради предварительных испытаний на соответствие, либо просто проверки кондуктивного шума и подбора входного фильтра электромагнитных помех, важно, чтобы все винты и резьба были изготовлены из непроводящего материала.

Еще один интересный сценарий касается использования приспособления для крепления электрических и магнитных датчиков. В этом случае тоже важно использовать пластиковые винты для ограничения воздействия электрических и магнитных полей. Если наиболее важно магнитное поле, латунный крепеж не так проблематичен, как винты из ферроэлектрических материалов. Если главное значение играет электрическое поле, следует избегать любых металлов. Как правило, сильноточные системы с большими перепадами тока в большей степени служат источниками магнитных полей, а сильные колебания напряжения образовывают электрические поля. Тем не менее, электрические и магнитные поля связаны уравнением Максвелла, так что будьте осторожны, если вы решите игнорировать одну из составляющих электромагнитного поля.

Пара полезных соображений:

1. Стандартный ПЛА не считается материалом с антистатическими свойствами, а потому при работе с чувствительными платами я бы порекомендовал либо наносить на детали антистатическое покрытие, либо использовать специализированные антистатические варианты филаментов из полилактида. Применять металлизацию деталей тоже не рекомендуется.

2. В случае сильных разрядов, например при коротком замыкании, ПЛА может расплавиться. Аналогичный результат возможен в случае недостаточного теплоотвода. Во избежание пожара необходимо:

• не оставлять подключенные платы без присмотра;
• стараться использовать минимальные требуемые электрические мощности во время тестирования;
• по мере возможности использовать предохранители на случаи коротких замыканий.

Правила техники безопасности могут отличаться от места к месту, но в любом случае должны соблюдаться. Регламент UL требует, например, «обязательной» защиты плавким предохранителем в случаях, когда используются легковоспламеняющиеся материалы и существует возможность превышения допустимой мощности. Как вариант, рассмотрите возможность использования в 3D-печати деталей филамента, соответствующего противопожарным нормам по классификации UL 94.

Источник