제가 만드는 모든 SMD 보드는 같은 질문에서 시작합니다. 작은 패드 위에 솔더 페이스트를 깔끔하게 바르려면 어떻게 해야 할까? 스테인리스 스틸 스텐실이 정답이지만, 프로토타입마다 하나씩 주문하면 비용이 들고 며칠씩 걸립니다. 우리 팹랩에서는 보드를 늘 프로토타이핑하기 때문에 현장에서 직접 만들 수 있는 무언가가 필요했습니다. 그런데 완벽한 재료가 재활용함에 있었습니다. 바로 빈 탄산음료 캔이었습니다.

캔의 알루미늄은 얇고 단단하며 매끄러워 스텐실에 적합합니다. 어려운 점은 구부러진 캔에서 날카롭고 구겨진 가장자리 없이 깨끗하고 평평한 판을 얻는 것입니다. 그래서 Fusion 360에서 3D 프린팅 절단 지그를 설계했습니다. 완전한 파라메트릭 방식이라 캔을 측정하고 값 두 개만 변경한 뒤, 슬림 캔이든 일반 캔이든 맞는 지그를 출력할 수 있습니다.

이 Instructable에서는 다음 방법을 소개합니다.

1. 캔 절단 지그를 맞춤 설정하고 출력하기
2. 빈 캔을 평평한 알루미늄 판으로 만들기
3. 그 판에서 솔더 페이스트 스텐실을 레이저 절단하기
4. 이를 사용해 실제 PCB에 페이스트를 바르고 리플로하기

참고: 알루미늄을 절단하려면 파이버 레이저가 필요하며, CO2 레이저로는 절단할 수 없습니다. 파이버 레이저가 없다면 가까운 팹랩이나 메이커스페이스를 찾아보세요.

캔 하나와 약간의 인내심만 있으면 쓰레기가 다음 회로 기판을 위한 도구로 바뀝니다.

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STEP 1. 준비물

재료

1. 빈 탄산음료 캔
2. 3D 프린팅 지그(PLA)
3. 손잡이용 M3 × 25 mm 나사 1개
4. 칼날 커버용 M3 × 12 mm 육각 소켓 머리 나사 2개
5. M3 너트 3개
6. 9 mm 절취식 커터 칼날
7. 솔더 페이스트
8. 빈 PCB와 해당 SMD 부품
9. 마스킹 테이프 또는 Kapton 테이프
10. 베이킹 페이퍼 또는 Teflon 시트

도구

1. 3D 프린터(사용한 제품은 Bambu Lab A1 Mini)
2. 버니어 캘리퍼스
3. M3 나사용 육각 렌치 또는 드라이버
4. 칼날을 부러뜨릴 때 사용할 플라이어
5. 가위
6. 안전 장갑
7. 고운 사포
8. 다리미 또는 열 프레스
9. 파이버 레이저(xTool F1 Ultra 또는 유사 제품)
10. 스퀴지 또는 오래된 신용카드
11. 핀셋
12. 핫플레이트, 열풍기 또는 리플로 오븐
13. 흄 추출기

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STEP 2. 왜 지그인가? (그리고 영감을 준 설계들)

빈 탄산음료 캔을 잘라 판 형태로 만드는 방법은 열두 가지가 넘으며, 대부분 YouTube나 온라인에서 찾아볼 수 있습니다. 가장 간단한 방법은 커터 칼과 가위를 사용하는 것입니다. 하지만 저는 누구나 많은 노력이나 시간을 들이지 않고도 시도할 수 있을 만큼 쉬운 공정을 원했습니다.

또한 안전 문제도 있습니다. 탄산음료 캔은 얇은 알루미늄으로 만들어져 있어 절단면이 피부를 베일 만큼 날카롭습니다. 지그와 안전 장갑을 사용하면 전체 과정이 더 안전하고 쉬워집니다.

완벽한 지그를 찾던 중, 매우 유용하고 가능성 있어 보이는 설계 몇 가지를 발견했습니다.

1. fmtuve의 Parametric Soda Can / Bottle Cutter
2. sthone의 Soda Can Edge Guard
3. The Neverending Projects List의 Soda Can Cutter 제작기

이 설계들을 다운로드해 출력하고 시험해 보니, 캔 크기는 브랜드와 국가에 따라 다르다는 사실을 금방 알게 되었습니다(Red Bull, 7UP, Predator 등). 다행히 커터는 파라메트릭 방식이었지만, 전체가 코드로 작성되어 있어 매개변수를 조정하려면 OpenSCAD를 설치해야 했습니다.

지그를 사용해 본 뒤에는 캔의 두 번째 끝부분을 매끄럽게 절단할 수 있도록 위쪽을 제대로 지지해 주는 구조가 부족하다는 것도 알게 되었습니다. 가장자리 가드는 이 문제에 도움이 되지만, 표준 355 ml 캔 전용으로 제작된 별도의 설계입니다.

그래서 Fusion 360으로 직접 지그를 설계하기로 했습니다. 커터와 개선된 상단 홀더를 하나의 설계로 통합한 완전한 파라메트릭 구조입니다. 매개변수 표의 값만 변경하고 출력한 뒤(몇 시간 소요), 나사 몇 개와 커터 칼날을 추가하면 캔에 맞는 지그가 완성됩니다.

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STEP 3. 지그의 작동 방식

이 지그는 3D 프린터로 출력한 부품 다섯 개로 구성됩니다.

1. 베이스: 캔을 똑바로 세워 잡아 주는 링입니다. 캔을 그 안에 넣으면 절단하는 동안 자유롭게 회전합니다.
2. 칼날 홀더: 베이스 측면에 있는 블록으로, 커터 칼날을 고정합니다. 칼날은 링 벽의 슬롯을 통과해 캔 안쪽으로 돌출됩니다.
3. 칼날 커버: 절단 중 칼날이 미끄러지지 않도록 제자리에 고정합니다.
4. 노브: 칼날을 조금씩 더 깊이 밀어 넣는 나사를 돌립니다. 이를 통해 절단 깊이를 조절할 수 있습니다.
5. 상단 지지대: 첫 번째 절단 후 캔의 열린 끝부분에 끼웁니다. 캔을 안정적으로 잡아 주어 다른 쪽 끝을 절단할 때 단단히 잡을 수 있게 하며, 날카로운 가장자리를 덮어 손이 베이지 않도록 합니다.

사용 방법:

1. 캔의 바닥 쪽부터 먼저 베이스에 넣습니다.
2. 칼날이 캔에 살짝 닿을 정도로 노브를 약간 조입니다.
3. 캔을 한 바퀴 완전히 돌린 다음 노브를 조금 더 조이고, 끝부분이 잘려 나갈 때까지 반복합니다.
4. 캔을 뒤집고 상단 지지대를 절단된 끝부분에 끼운 다음, 같은 방법으로 반대쪽 끝을 자릅니다.
5. 남은 관 형태의 부분을 세로로 절개하면, 거의 평평한 알루미늄 판이 됩니다.

칼날을 억지로 밀어 넣는 대신 천천히 고르게 절단하는 것이 핵심입니다. 그러면 가장자리가 깔끔하게 유지되고 판에 움푹 팬 자국이 생기지 않습니다.

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STEP 4. 캔에 맞게 조정하기

캔은 브랜드와 국가에 따라 크기가 다르므로 이 지그를 파라메트릭 방식으로 만들었습니다. 두 값만 변경하면 전체 설계가 캔에 맞게 업데이트됩니다.

1. 캔을 측정합니다.

버니어 캘리퍼스로 다음을 측정합니다.

1. 직경: 위쪽이나 아래쪽의 테두리가 아니라 캔의 곧은 몸통 부분을 가로질러 측정합니다.
2. 상단 절단 높이: 위쪽 테두리에서 아래로 내려가 테이퍼진 목 부분 바로 아래의 직선 벽이 시작되는 지점까지입니다. 이 위치에서 자르면 평평하고 고른 판재가 만들어집니다.

2. Fusion 360에서 디자인을 엽니다.

첨부된 .f3d 파일을 다운로드하고 연 다음, 다음으로 이동합니다: Modify → Change Parameters.

3. 사용자 매개변수 두 개를 편집합니다.

1. can_diameter (기본값 57.9 mm): 바닥 링과 상단 지지대의 크기를 설정합니다.
2. can_top_cut_off_height (기본값 13 mm): 캔의 상단을 블레이드로 자를 위치를 설정합니다.

측정값을 입력하고 OK를 클릭합니다. 모든 부품이 자동으로 업데이트됩니다.

4. 인쇄용으로 내보냅니다.

각 바디를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 Save as Mesh를 선택한 다음 STL 또는 3MF로 내보냅니다. 또는 File → Export로 이동하고 3MF를 선택한 뒤 이름을 입력하고 저장합니다.

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STEP 5. 지그 출력

캔에 맞게 매개변수를 설정한 후 부품을 3MF 파일로 내보내고, Bambu Lab A1 Mini에서 PLA로 출력했습니다.

출력 설정:

1. 레이어 높이: 0.2 mm
2. 인필: 20%
3. 벽: 3 (블레이드가 단단하게 유지되도록 나이프 홀더에는 4 사용)
4. 서포트: 빌드 플레이트에만
5. 출력 시간: 전체 세트 기준 약 1시간 11분

그림에 나온 것처럼 각 부품의 평평한 면이 아래로 향하도록 출력합니다.

필요한 하드웨어:

1. 노브용 M3 × 25 mm 나사 1개 및 M3 너트 1개
2. 나이프 커버용 M3 × 12 mm 나사 2개 및 M3 너트 2개
3. 9 mm 스냅오프 커터칼날 1개

조립:

1. 출력된 부품에서 서포트를 제거합니다.
2. 커터칼날에서 세그먼트 하나를 꺾어 분리합니다. 칼날이 예측할 수 없이 부러질 수 있으므로 플라이어를 사용하세요.
3. M3 너트를 해당 포켓에 눌러 끼웁니다.
4. 노브를 돌려 끼웁니다.
5. 칼날 세그먼트를 나이프 홀더에 밀어 넣습니다.
6. 나이프 커버를 끼우고 나사 두 개를 조입니다.

이제 지그를 사용할 준비가 되었습니다!

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STEP 6. 캔 준비

빈 캔을 준비해 내부를 물로 깨끗이 헹군 다음 완전히 말립니다. 찌그러짐이 없거나 아주 경미한 캔을 선택하세요. 찌그러짐이 있으면 절단면이 고르지 않고 판재에 자국이 남습니다.

또한 위쪽의 풀탭(개봉 레버)도 확인하세요. 풀탭은 위로 튀어나오지 않고 뚜껑에 평평하게 붙어 있어야 합니다. 올라와 있으면 스프링처럼 작용해 나중에 지그에서 캔을 회전할 때 방해가 됩니다. 다음 두 가지 방법 중 하나를 선택할 수 있습니다:

1. 꺾어 분리하기 몇 번 앞뒤로 구부려 분리합니다. 날카로운 가장자리에 주의하세요.
2. 개구부 위로 접어 넣기 개구부 안쪽으로 눌러 넣어 뚜껑과 같은 높이가 되도록 합니다.

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STEP 7. 지그로 캔 자르기

이 단계에서는 안전장갑을 착용하세요. 절단된 가장자리는 매우 날카롭습니다.

첫 번째 절단: 캔 바닥

1. 칼날이 나이프 홀더 안쪽으로 들어가도록 노브를 풉니다.
2. 캔의 바닥 쪽부터 먼저 베이스에 밀어 넣어 평평하게 안착시킵니다.
3. 칼날이 캔 벽에 살짝 닿을 때까지 노브를 돌립니다.
4. 한 손으로 지그를 움직이지 않게 잡고, 다른 손으로 캔을 한 바퀴 완전히 돌립니다. 칼날이 캔 둘레에 선을 내며, 돌리는 동안 그 느낌을 손으로 느낄 수 있습니다.
5. 노브를 조금 조인 다음 다시 돌리세요.
6. 날이 완전히 절단되어 바닥 부분이 떨어질 때까지 반복하세요.

천천히 진행하세요. 한 바퀴를 완전히 돌리면서 절삭 깊이를 조금씩만 조절하면 깔끔하고 곧게 절단됩니다. 한 번에 날을 너무 깊이 밀어 넣으면 캔이 구겨지거나 찢어집니다.

두 번째 절단: 캔 윗부분

1. 노브를 풀고 캔을 빼내세요.
2. 지그를 뒤집어 거꾸로 놓으세요. 이 면은 윗부분을 잘라낼 수 있도록 날을 알맞은 높이에 맞춥니다.
3. 윗부분 지지대를 캔의 열려 있는 절단면에 끼우세요. 지지대가 캔의 원형을 유지하고 손이 날카로운 가장자리에 닿지 않도록 해 줍니다.
4. 캔을 뒤집고, 윗부분을 먼저 넣어 지그에 다시 끼우세요. 윗부분 지지대는 위를 향하게 합니다.
5. 같은 과정을 반복하세요. 닿게 하기, 돌리기, 조금 조이기, 돌리기를 윗부분이 떨어질 때까지 반복합니다.

튜브 열기

윗부분 지지대를 제거하세요. 이제 열린 알루미늄 튜브가 생겼습니다. 캔의 인쇄 디자인에 있는 곧은 선이나 글자 가장자리를 기준으로 삼아 가위로 측면을 곧게 아래로 자르면, 튜브를 시트 형태로 펼칠 수 있습니다.

팁: 작업하면서 잘라낸 조각과 윗부분 및 아랫부분 링은 별도의 통에 보관하세요. 날카롭고 작업대 위에 두면 잊기 쉽습니다.

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STEP 8. 시트 열기 및 평평하게 펴기

7단계: 시트 열기 및 평평하게 펴기

튜브를 열고 나면 알루미늄 시트가 생기지만 아직 완전히 평평하지는 않습니다. 여전히 캔 형태로 다시 말리려는 성질이 있습니다. 이를 평평하게 펴는 방법은 몇 가지가 있습니다. 가장자리가 날카로우므로 모든 방법에서 장갑을 착용하세요.

책상 가장자리: 시트를 가장자리로 잡고, 말린 면이 위를 향하도록 책상 가장자리 위로 당겨 통과시키세요. 이렇게 하면 말린 방향의 반대로 구부러져 말림이 완화됩니다.

가열 후 긁어 펴기: 열풍기로 시트를 데운 다음, 플라스틱 또는 아크릴 자를 표면 위로 밀어 움직이면서 눌러 평평하게 펴고 늘리세요.

다리미로 눌러 펴기(권장): 제가 찾은 가장 쉬운 방법은 작은 의류용 다리미로 시트를 다리는 것입니다. 천에 비닐 디자인을 전사하도록 설계된 xTool 열 프레스도 사용해 보았는데, 제 경우에는 이것이 가장 효과적이었습니다. 시트를 가열하고 눌러 준 다음, 압력을 유지한 상태로 식히세요. 식고 나면 평평한 상태로 유지됩니다.

약간의 연습이 필요하지만 금방 익숙해질 것입니다.

팁: 캔과 다리미 또는 열 프레스 사이에 베이킹 페이퍼나 테플론 시트를 한 장 끼우세요. 캔의 페인트가 열로 부드러워져 뜨거운 표면에 달라붙을 수 있습니다.

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STEP 9. 스텐실 파일 만들기

이 스텐실에는 예전에 설계한 PCB 중 하나의 Gerber 파일을 사용했습니다. 조립하지 않은 빈 기판이 몇 개 남아 있었기 때문입니다. 자신의 Gerber 파일을 사용해도 됩니다.

Gerber를 이미지로 변환하기

1. 브라우저에서 gerber2png 를 열고 Gerber 파일을 불러오세요.
2. 트레이스, 실크스크린, 드릴 및 외곽선 레이어를 끄고 패드만 표시되도록 하세요.
3. 다음 B/W invert 옵션을 켜세요.
4. 이미지를 PNG로 내보내세요.

xTool Studio에서 트레이스하기

1. PNG를 xTool Studio로 가져온 다음 Trace를 클릭하세요. 자동으로 외곽선이 생성되면 Save를 클릭하세요.
2. 원본 이미지를 삭제하세요. Layers 패널을 열고 이미지 레이어를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭한 다음 삭제하세요. 트레이스된 벡터만 남아 있어야 합니다.
3. 복합 벡터를 선택하고 Edit를 클릭하세요.
4. 페이스트를 도포할 필요가 없는 패드는 제거하세요. 헤더 핀용 패드는 나중에 손으로 납땜할 예정이므로 제거했습니다.
5. 기판 외곽선도 제거하세요. 스텐실에는 패드가 열리는 부분만 필요합니다.

이제 파일을 절단할 준비가 되었습니다.

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STEP 10. 스텐실 레이저 절단

xTool Studio에서 절단 설정하기

복합 벡터를 선택하세요. 왼쪽 설정 패널에서 다음과 같이 설정합니다:

1. 작업: 절단
2. 레이저 유형: Fiber IR
3. 출력: 100%
4. 속도: 600 mm/s
5. 패스: 10

기계 준비

1. F1 Ultra의 작업대에 커팅 플레이트를 놓은 다음, 그 위에 알루미늄 시트를 올립니다. 커팅 플레이트를 생략하면 레이저가 기계의 베이스 플레이트를 손상시킬 수 있으므로 반드시 사용하세요.
2. 시트 가장자리에 작은 추를 올려놓습니다. 레이저의 열로 인해 얇은 알루미늄이 커팅 중 휘어질 수 있으므로, 시트를 평평하고 단단히 고정해야 합니다.
3. F1 Ultra를 연결하고 초점을 알루미늄 시트의 윗면에 맞춥니다.

위치 지정 및 커팅

1. xTool Studio에서 카메라 미리보기를 캡처하고 시트 위에 디자인을 배치합니다.
2. 실행 프레이밍 을 실행하여 디자인이 시트 안에 들어가고 추와 겹치지 않는지 확인합니다.
3. 뚜껑을 닫고 파일을 기계로 전송한 다음, F1 Ultra에서 시작 을 누릅니다.

커팅에는 약 10초밖에 걸리지 않아 매우 빨랐습니다. 영상에서 그 과정을 확인할 수 있습니다.

안전: 캔의 바깥쪽에는 페인트가, 안쪽에는 플라스틱 코팅이 되어 있으며 레이저가 두 재료를 모두 태웁니다. 뚜껑을 닫은 상태로 유지하고 기계의 흄 추출 기능이나 충분한 환기를 사용하세요.

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STEP 11. 정리

정말 빨랐고 결과도 아주 좋습니다! 패드 구멍에 작은 잔해 몇 개가 끼어 있을 수 있습니다. 가는 핀셋이나 바늘로 조심스럽게 밀어내거나 압축 공기로 불어내세요.

커팅 부위 주변에 눈에 띄는 버가 전혀 생기지 않아 출력 설정이 잘 맞았습니다. 버가 보인다면 고운 사포로 가볍게 연마하여 스텐실이 PCB 위에 평평하게 놓이도록 하세요.

커팅 후에는 xTool의 작업대도 잊지 말고 청소하세요.

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STEP 12. 솔더 페이스트 도포

간단한 PCB 고정 장치 만들기

보드를 고정하는 쉬운 방법은 두께가 같은 여분의 PCB 몇 개를 사용하는 것입니다. 대상 PCB 주변에 여분의 PCB를 배치하여 가운데에 끼워지도록 하면 움직이지 않습니다. 또한 스텐실을 평평하고 수평인 표면에 올려둘 수 있습니다.

스텐실 정렬

스텐실을 위에 올리고 구멍이 패드와 정확히 맞도록 조심스럽게 정렬합니다. 이 단계에서 정렬이 가장 중요하므로 서두르지 마세요. 정렬이 끝나면 가장자리를 따라 마스킹 테이프로 스텐실을 고정합니다.

페이스트 도포

1. 구멍 위쪽의 스텐실 한쪽 가장자리를 따라 솔더 페이스트를 가늘게 한 줄 놓습니다.
2. 스퀴지(또는 오래된 신용카드)를 비스듬히 잡고 한 번에 부드럽고 힘 있게 스텐실을 가로질러 밀어줍니다. 한 번만 밀면 구멍이 깔끔하게 채워집니다. 앞뒤로 반복하면 페이스트가 스텐실 아래로 밀려 들어가 번질 수 있습니다.
3. 페이스트가 번지지 않도록 스텐실을 조심스럽게 수직으로 들어 올립니다.

이제 PCB에 부품을 실장할 준비가 되었습니다.

안전: 솔더 페이스트에는 납이 포함된 경우가 많습니다. 가능하면 장갑을 착용하고, 취급 전후에는 항상 손을 씻으세요.

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STEP 13. 부품 실장 및 리플로우

부품 실장

핀셋을 사용하여 페이스트가 도포된 패드 위에 모든 부품을 손으로 올려놓습니다. 약간 어긋나도 걱정하지 마세요. 솔더가 녹으면 표면 장력이 각 부품을 패드에 맞춰 정렬합니다.

리플로우

이제 가열할 차례입니다! 저는 핫플레이트를 사용했는데, 옆에 흄 추출 팬을 두면 이 정도 크기의 작은 보드에는 충분합니다. 솔더 페이스트 데이터시트의 온도를 따르면서 약 280°C까지 가열하세요.

핫 에어 건으로 보드를 천천히 고르게 가열하거나, 리플로우 오븐이 있다면 이를 사용할 수도 있습니다.

페이스트가 녹고 부품이 저절로 제자리에 맞춰지는 모습을 보는 것은 매우 만족스럽습니다.

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STEP 14. 결과, 한계 및 팁

결과

이 결과는 홈 랩이나 메이커스페이스에서 소량 PCB를 제작하려는 메이커에게 매우 유망합니다. 스텐실 비용은 거의 들지 않습니다. 빈 캔 하나만 있으면 됩니다. 파이버 레이저가 필요하지만, 메이커스페이스와 취미 사용자 사이에서 점점 더 흔해지고 있습니다.

지그를 사용하면 캔을 시트로 바꾸는 일이 쉽고, 일단 익숙해지면 캔에서 스텐실을 완성하기까지 전체 과정이 약 10~20분이면 됩니다.

한계

가장 큰 한계는 구멍을 얼마나 작게 만들 수 있느냐입니다. 제가 시도한 가장 작은 패키지는 LGA-14였습니다. 결과는 사용할 수 있는 수준이었지만 완벽하지는 않았습니다. 그래도 이 스텐실은 제가 프로토타이핑에 사용하는 대부분의 패키지를 처리할 수 있었고, 16핀 USB Type-C 커넥터도 매우 잘 완성되었습니다.

팁

1. 시트를 평평하게 펴는 데 충분히 시간을 들이세요. 시트가 평평할수록 커팅이 훨씬 깔끔해집니다.
2. 레이저 작업대에서 시트를 추로 잘 눌러두세요. 커팅 중 열로 인해 시트가 휘어집니다.
3. 아주 미세한 피치의 부품에는 커팅 전에 시트를 가볍게 사포질하고 레이저 설정을 시험해 보세요.
4. 페이스트를 도포하기 전에 항상 스텐실을 신중하게 정렬하세요. 대부분의 문제는 스텐실 자체가 아니라 정렬에서 발생합니다.

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원문: https://www.instructables.com/Turn-a-Soda-Can-Into-a-PCB-Solder-Paste-Stencil/