Самодельная инфракрасная паяльная станция.

Наверное, вы не раз сталкивались с тем, что для ремонта компьютерной платы или платы ноутбука требуется прогрев, ребоулинг или замена чипа. Конечно же, подобную операцию никак не получится осуществить обычным паяльником - для этого нужна паяльная станция, цена которой исчисляется от 330$ до 8500$. Процедура замены или ребоулинга чипа описана в другой статье, а здесь мы рассмотрим то, как самому собрать паяльную станцию, рассчитанную практически на любые операции по впайке или выпайке любых компонентов, стоимостью не более 25$.

Наша паяльная станция будет основана на нагреве платы инфракрасными лучами. Элементы будущей инфракрасной паяльной станции можно купить в любом электро магазине, нам потребуются: инфракрасная лампа мощностью 250 Вт, патрон с возможность крепления на горизонтальной поверхности, диммер для регулировки напряжения, монтажные провода, материал для корпуса с температурой плавления или возгарания не меньше 320 градусов цельсия.

Монтаж очень простой - создаём корпус кубической формы, все размеры «на глаз», но так что бы между стенками корпуса и лампы был приличный зазор, на дно корпуса привинчиваем патрон для лампы, подключаем его к сети последовательно с диммером, на передней стенке делаем прорез для крепления диммера и устанавливаем его, в верхней крышке корпуса должен быть вырезан круг соответствующий размерам лампы. Вот и всё, теперь наша паяльная станция готова к работе.

После проверки нашего девайса мы обнаружили, что максимальная температура на расстоянии 6 мм от поверхности лампы составляет 280 градусов цельсия, чего предостаточно для выполнения любых работ по монтажу и демонтажу чипов.

Инфракрасная паяльная станция в работе, фото:

Снятие чипа с видеокарты nVidia 8800 GT:

Пропай чипа G94 на видеокарте 9600 GT:

Инфракрасная паяльная станция представляет самое современное устройство для пайки сложных элементов. Инфракрасное излучение, за счет концентрации пучка излучения инфракрасного спектра, позволяет избежать механических повреждений и перегрева компонентов.

Паяльная станция (я ее назвал IR101, первое, что пришло в голову) предназначена для пайки BGA чипов, сложных микросхем (имеющих большое количество выводов и большую площадь интеграции), а так же в труднодоступных местах, с использованием свинцового и безсвинцового припоя (температурный диапазон пайки от 170 до 400 град С). Станция имеет как ручной режим пайки, так и автоматический. В каждый режим можно вносить корректировки до пайки и в момент выполнения.

Из чего состоит.

Станция состоит из платформы, с передвижным штативом, двумя нагревателями (верхний и нижний), блока управления, температурного датчика и регулируемой системой крепления плат.

Верхний нагреватель керамический, мощностью 450W, размещен в дюралевом корпусе. Корпус с верхним нагревателем вентилируется кулером, который так же отводит вредные испарения флюса от места пайки. Положение верхнего нагревателя меняется по высоте колесиком, расположенным на подвижном штативе.

Нижний нагреватель галогенный, мощностью 150W, размещен в стальном корпусе и защищен алюминиевой сеткой.

Датчик температуры закреплен на профиле от зажима плат, состоит из термопары и цифрового блока, для расчета температуры.

Блок управления состоит из платы управления, блока питания электронной части устройства, твердотелого реле (для управления верхним нагревателем), электромагнитного реле (для управления нижним подогревателем), светодиодов (для индикации работы нагревателей), защитного предохранителя (15А), дисплея и кнопок управления.

Паяльная станция IR101 самодельная, за основу конструкции взят старый фотоувелечитель. С фотоувеличителя снято все лишнее, изготовлена верхняя крышка из пластика и алюминиевая пластина для крепления верхнего нагревателя. Установлен кулер 12В. Нижний подогреватель изготовлен из галогенного прожектора и корпуса от блока питания компьютера. Стекло прожектора снято, вместо него установлена металлическая сетка. Верхний подогреватель керамический, используется в современных паяльных станциях. Система держателя плат выполнена из алюминиевых профилей и стержней, собранные на заклепки и винты.

Фиксация подвижных частей осуществляется винтами, взятыми с фоувеличителя. Поверх планок наклеены полоски из термостойкого силикона. Зажимы изготовлены из крокодилов, обтянутых силиконовыми трубками. Блок управления работает на микроконтроллере Atmega 328P. Термодатчик состоит из термопары типа «К» и контроллера MAX6675, для преобразования данных с термопары в цифровое значение.

Как работает.

Станция имеет два режима работы: автоматический (точнее полуавтоматический) и ручной. Автоматический режим используется в большинстве случаев при пайке BGA чипов или планарных микросхем. Ручной чаще необходим для выполнения особых задач (к примеру необходимо прогреть плату или конкретное место на плате с безсвинцовым припоем, для пайки элементов с помощью паяльника или термофена).

Главное меню

Автоматический режим .

Использует заранее настроенный профиль (можно записать 4 профиля), в котором задаются следующие параметры:

t1 (69-230 гр.С) – температура нижнего подогрева (температура прогрева платы перед пайкой). Необходим для уменьшения разности температур на поверхности платы, тем самым, исключая деформацию платы, при локальном нагреве верхнем нагревателем. Примечание: максимальное значение можно установить до 230гр. С, однако, прибор способен быстро и легко прогревать плату до 130гр, выше будет греть долго и может повредить плату в результате длительного нагрева.

T1 (1-20 мин) – время достижения температуры t1. За какое время нижний подогреватель выйдет на нужную температуру. Если выставлять больше, плата будет разогреваться плавно, что более предпочтительно. Слишком большое время нежелательно для некоторых деталей платы (например, электролитических конденсаторов).

t2 (170-400 гр.С) – температура верхнего подогрева (температура места пайки). Температура выбирается исходя из температуры плавления припоя, используемого на плате. Чаще подбирается практически, использую данные по режимам пайки конкретной платы, или опытным путем.

T2 (1-20 мин) – время выхода на температуру t2. За какое время верхний нагреватель нагреет место пайки. Большее время благоприятней для пайки, т.к. плавно и равномерно прогревает все контактные площадки. Слишком большое время может приводить к деградации паяемой детали, а так же деталей расположенных поблизости.

T3 (1-20 мин) – время остывания. За какое время плата остынет до 50гр С. Необходимо для более качественной пайки (исключает холодный спай), препятствует деформации платы.

Параметры устанавливаются в пункте «режим» (первый пункт главного меню). Кнопками «<», «>» устанавливается необходимое значение. Кнопка «Ввод» переходит к следующему значению. После установки всех параметров, программа предлагает сохранить настройки в один из 4 профилей. При нажатии кнопки «Назад», данные не сохраняются и программа возвращается в главное меню.

Запустить автоматический режим можно выбрав из главного меню пункт «Пуск».

После чего появится окно выбора профиля.

Выбрав профиль, нажимаем «Ввод», программа запускает режим пайки, который включает в себя 4 операции:

1) плавно прогревает плату снизу до нужной температуры,

2) плавно прогревает место пайки сверху до температуры пайки (нижний подогреватель продолжает работать),

3) переходит в режим пайки, в котором поддерживается необходимое время нужная температура, чтобы успеть выполнить операцию монтажа или демонтажа детали,

4) плавно остужает плату, использую только нижний подогреватель, для поддержания температуры.

В автоматическом режиме отображается на дисплее текущая операция, время с начала операции, фактическая температура. Два световых индикатора под дисплеем сигнализируют, о том, какой подогреватель работает в данный момент. Переход к следующей операции сопровождаются звуковым оповещением (если данная настройка включена в пункте «Настройки»).

Каждую операцию можно пропустить и перейти на следующую, не дожидаясь её окончания при помощи нажатия кнопки «Ввод» в течении 2 сек. При нажатии кнопки «Назад» в течении 2 сек, паяльная станция останавливает работу и переходит в главное меню.

Ручной режим.

Использует параметры, которые можно менять в реальном времени и содержит две операции (прогрев платы и прогрев места пайки). Перейти в него можно из главного меню режим «Ручная». После перехода на дисплее отобразиться текущая операция (нижний прогрев).

Кнопками «<», «>» можно установить необходимую температуру. Нажатие на кнопку «Ввод» переведет программу к следующей операции (верхний прогрев), оставляя нижний прогрев включенным, а нажатие «Назад» закончит пайку и выйдет в главное меню.

Во второй операции нажатие «Ввод» или «Назад» закончит пайку и выйдет в главное меню.

Настройки паяльной станции.

Для перехода к настройкам необходимо в главном меню выбрать пункт «Настройки».

Откроется меню настроек. Переход по пунктам осуществляется кнопками «<», «>». Изменение значений кнопкой «Ввод». Кнопка «Назад» сохраняет настройки и выходит в главное меню.

Теперь подробней о настройках:

«Гист» — устанавливает гитерезис. Отклонение от заданной температуры в градусах цельсия.

«Звук» — отключает/включает звуковые оповещения.

«Датчики» — устанавливает количество датчиков (данный прибор может брать значения с двух датчиков, устанавливаемых сверху и снизу платы).

«Пайка» — время операции пайки в автоматическом режиме (время поддержания постоянной температуры t2).

Заключение.

Вот и все, что касается работы прибора. Все настраиваемые значения позволяют работать как большинство современных профессиональных станций. Самое главное отличие, что контроль ведется без помощи компьютера. Посчитал это предпочтительней, так как станцию можно разместить где угодно и не зависеть от других устройств. Второй момент – в большинстве станций устанавливается не время набора температуры, а скорость ее роста. Абсолютно одно и тоже, но по мне удобней использовать именно время выхода на рабочую температуры (более понятней выйти на 200град за 5 мин, чем установить скорость набора 0,666 град/сек). В профессиональных станциях нижний подогреватель используется тоже керамический. Конечно он лучше, чем галогенный, но и дороже раз в 15 раз. А одной из главных целей создания устройства – сделать недорогое, выполняющее все необходимые задачи устройство. Так же в дорогих станциях установлены камеры, лазерные линейки, дополнительное освещение и т.д. Все это можно было без особых проблем и сюда добавить, но огромной пользы от них не будет, а цена поднимется значительно.

О том, как использовать данную станцию и опыт работы с ней можно ознакомиться в статье .

Самодельная станция с полноценным керамическим нижним подогревателем .

Если кого-то заинтересовала данная станция, могу недорого продать. По вопросам продажи и изготовления, пишите на почту ([email protected]) или оставляйте комментарий.

Несмотря на то что с каждым годом в мире появляется все новая и новая техника, более «продвинутая» по своим техническим характеристикам, это не говорит о том, что служить она будет вечно. Рано или поздно любой механизм приходит в неисправность. И уж какой бы надежной деталь ни была, это не застраховывает ее от возможного выхода из строя. А при ремонте подобной техники основным инструментом является паяльник. Сегодня мы рассмотрим, чем особенна инфракрасная паяльная станция, и что она может делать.

Характеристика конструкции

В качестве основного нагревательного элемента в конструкции данного механизма может использоваться кварцевый либо керамической излучатель. При этом оба типа устройств обеспечивают быструю и эффективную пайку металла. Кстати, сам уровень нагрева данного инструмента на инфракрасных паяльниках можно варьировать в той или иной степени. Таким образом, благодаря наличию специального регулятора можно подобрать максимально подходящий температурный режим для конкретного типа металла, на котором будет производиться соединение (пайка).

Следует отметить, что наиболее популярным видом паяльного оборудования являются инфракрасные станции с таким типом нагрева, в котором задействуется сфокусированный пучок Зачастую конструкция таких устройств состоит из двух частей, которые в совокупности дают локальный нагрев платы либо других составляющих элементов. Вследствие этого можно получить весьма качественное соединение, при этом затратив на пайку минимальный отрезок времени.

Разновидности

Как мы уже отметили выше, инфракрасная паяльная станция может быть кварцевой либо же керамической. Для того чтобы разобраться в особенностях каждой из них, рассмотрим оба типа более подробно.

Керамические

Керамическая инфракрасная паяльная станция (Achi ir6000 в том числе) благодаря своей простой конструкции отличается высокой надежностью, прочностью и долговечностью. При этом на разогрев всего устройства до рабочей температуры пайки нужно потратить не более 10 минут. В таких станциях зачастую используется плоский либо полый излучатель. Последний тип имеет намного больший нагрев рабочей поверхности излучателя, вследствие чего быстро совершает пайку и накаляется до нужной температуры. Однако стоимость таких устройств позволяет применять их далеко не всем, кто занимается ремонтом электронной цифровой техники.

Кварцевые

Кварцевая инфракрасная паяльная станция, несмотря на свою повышенную хрупкость, владеет высокой скоростью нагрева. Уже за 30 секунд излучатель накаливается до своей рабочей температуры.

Промышленная либо самодельная инфракрасная паяльная станция используется зачастую при прерывающихся процессах, где есть частые включения и выключения устройства. Керамические же механизмы более уязвимы к частым включениям и могут моментально выйти из строя, если не соблюдать правила эксплуатации.

Иногда бывает недостаточно хорошо владеть паяльником или паяльным феном. Для пайки bga микросхем нужна инфракрасная паяльная станция, но это очень дорогое профессиональное оборудование, которое не всем по карману. В этой инструкции я расскажу о том, как инфракрасная паяльная станция своими руками легко доступна к постройке заинтересованным человеком.

Коротко о том, что такое ик паяльная станция: это такой инструмент, позволяющий припаивать микросхемы с выводами не в виде отдельных ножек, а в виде массива шариков припоя. Это центральные процессоры ноутбуков, чипы в телефонах и видеокартах и многое другое. В заводском исполнении такая станция стоит от 400 до 1500 долларов в среднем.

Шаг 1. Инфракрасная паяльная станция своими руками. Ингредиенты.

Нам понадобятся:

• Четырехламповый галогеновый обогреватель мощностью 1800 ватт. (в качестве нижнего нагревателя)
• 450 ваттная керамическая ИК головка (верхний нагреватель)
• Алюминиевые уголки
• Спиральный шланг для душа
• Стальная проволока
• Нога от настольной лампы
• блок питания 220 в 5 вольт (можно взять зарядку от сотового)
• винты, разъемы кабели по вкусу
• небольшие знания в электронике

Шаг 2. Нижний нагреватель: рефлектор, лампы и корпус.

Найдите старый галогеновый обогреватель, вскройте его и возьмите рефлекторы и четыре галогеновые лампы. Будьте осторожны, не разбейте лампы! Теперь вам нужно приложить воображение и придумать, какой корпус будет у нижнего нагревателя. Вы можете использовать корпус от старого ПК или сделать как я. Я взял алюминиевые уголки толщиной 1 мм. Они отлично вместили в себя рефлекторы и лампы, а так-же обеспечили требуемую жесткость конструкции.

Этот обогреватель вмещает в себя 4 штуки 450 ваттных лампы, подключенных в параллель. Используйте штатную проводку обогревателя чтобы подключить их уже в новом корпусе.

Шаг 3. Нижний нагреватель: система удержания печатных плат.

После того, как вы закончите корпус для нижнего нагревателя, вам будет необходимо установить систему крепления печатных плат. Состоит она, в моём случае, из отрезков профиля, использовавшегося как держатель занавесок. Нужно отрезать шесть кусков этого профиля, с примерными размерами как на фото. В качестве удерживающего элемента используются импровизированные гайки, сделанные из металлической перфорированной ленты, которую можно купить в хозяйственных магазинах. Такая система крепления позволяет в достаточно широких пределах закреплять и перемещать печатные платы разнообразных размеров, используя лишь отвертку для откручивания-закручивания гаек.

Шаг 4. Нижний нагреватель. Держатели термопар.

Для того, чтоб наша инфракрасная паяльная станция, сделанная своими руками, функционировала должным образом, она должна поддерживать заданный температурный профиль нагревания и охлаждения. Иначе это может привести к растрескиванию печатных плат, перегреву микросхем и прочим не менее неприятным последствиям. Для контроля профиля нагрева служат две термопары, которые должны контролировать температуру снизу и сверху паяемой платы.

Чтобы термопары были достаточно подвижными и удобными к расположению я придумал отличный способ их крепления. Для этого нам понадобится пара гибких душевых шлангов, немного отожженной стальной проволоки (она гибкая и сохраняет форму после изгиба, в отличие от не отожженной). В гибкий шланг нужно продеть кусок стальной проволоки и провода для термопары. Затем один конец гибкого шланга нужно прикрутить к корпусу нашего нижнего нагревателя.

Шаг 5. Верхний нагреватель.

В качестве верхнего нагревателя я использовал керамический нагреватель мощностью 450 ватт. Вы можете купить такой на алиэкспрессе в разделе запасных частей для паяльных станций.

К этому нагревателю из тонкого листового железа нужно согнуть корпус, примерно такой как у меня на фото. Корпус очень важен для организации хорошего и правильного потока воздуха.

PS: Процесс нахождения констант P, I и D это неприятная процедура в данном случае, потому как керамический нагреватель нагревается и остывает довольно долго.

Шаг 6. Верхний нагреватель: держатель.

Найдите у себя или купите б\у настольную лампу примерно такого вида. От нее нам понадобится механизм ноги.

Учитывая то, что ик головка инфракрасной паяльной станции должна доставать до любого угла нашего нижнего обогревателя, сначала следует прикрепить ик головку к держателю. А затем уже выяснить из какого положения крепления она легко перемещается по всей поверхности нижнего нагревателя инфракрасной паяльной станции. Крепление держателя к нижнему нагревателю можно выполнить из кусочка пвх трубки, приверченной с помощью хомута к корпусу.

Разъемы и охлаждение контроллер вид на дисплей

Теперь вам нужно или найти готовый или сделать самостоятельно из листового металла корпус для контроллера инфракрасной паяльной станции. В этом корпусе поместятся: 2 твердотельных реле, Arduino ATmega2560, дисплей, блок питания для ардуино а так-же разнообразные кнопки и и разъемы.

Так как я не знал, насколько сильно будут греться твердотельные реле, я приделал им по радиатору. Для обдува радиаторов и внутренностей контроллера я поставил на задней стенке контроллера вентилятор.

В ниже преложенном коде всё очень подробно объяснено что и как с чем соединяется. Монтаж очень простой.

Как пользоваться контроллером: Тут нет автонастройки значений P, I и D, так что вам придется задать их именно для вашей инфракрасной паяльной станции. Есть 4 профиля. В каждом из них Вы устанавливаете количество шагов, скорость роста температуры (C / S), dwel (время на шаг ожидания), нижний порог нагревания, целевая температура на каждом шагу и P, I и D значения для нижнего и верхнего нагревателя. Если вы установите, например 3 шага, 80,180 и 230 ° для нижнего нагревателя с порогом 180, Ваша плата не будет нагреваться только от нижнего нагревателя до 180 °, она нагреется со 180 от нижнего и продолжит греться до 230 с верхнего нагревателя.

https://www.dropbox.com/s/5inxb76xgkeun43/Arduino%20Rework%20Station.rar?dl=0

Я специально не стал объяснять создание такой штуки, как инфракрасная паяльная станция своими руками очень детально, потому-что ваша конструкция почти наверняка будет отличаться от моей. Даю свою инструкцию лишь как пример самостоятельной постройки ик паяльной станции.

Как обычно говорят, жмите лайки и репостите запись в соц сетях если вам понравилась моя инструкция.

Вконтакте

Не так давно был изготовлен аппарат, предназначенный в основном для монтажа-демонтажа чипов в корпусах BGA, именуемый в народе инфракрасной паяльной станцией. Однако результаты работы этого устройства не отличались стабильностью.

Иногда возникали досадные случаи вздувания чипов и заметного коробления плат, несмотря на то, что термопрофиль процесса выдерживался довольно точно, в соответствии с рекомендациями уважаемой фирмы Intel, которые можно прочесть в этом документе http://www.intel.com/content/www/xr/en/processors/packaging-chapter-09-databook.html .

Это заставило более глубоко изучить теорию и практику создания подобных устройств. Напомню, что в данной конструкции в качестве нагревателей верха и низа применены дешевые китайские галогеновые лампы для прожекторов. Кое-кто считает, что сделать хорошую паяльную станцию на галогенках вообще невозможно, ибо у них слишком коротковолновый спектр излучения, а такое излучение не проникает достаточно глубоко в текстолит и греет его через поверхность. К тому же прогревающий эффект зависит от различий цвета и поглощающей способности разных деталей, что может привести к локальным перегревам. Да еще источник излучения состоит как бы из отдельных полос, что тоже снижает равномерность прогрева. Фирменный керамический нагреватель свободен от всех этих недостатков, а кварцевый от большинства из них, и только на них якобы можно сделать нормальную станцию. Такое мнение не лишено оснований, указанные недостатки конечно имеют место, но опыт работы многих людей показывает, что они вполне преодолимы. К тому же керамика и кварц тоже небезгрешны, они обладают намного бОльшей тепловой инерцией, чем лампы, что значительно осложняет управление термопрофилем в реальном времени с помощью ПИДа из-за задержки сигнала в петле. Цитата из одной статьи по ТАУ гласит, что «для объектов с t0>0.5 tи (где t0 – транспортная задержка сигнала, tи – постоянная времени объекта(примечание автора)), даже ПИД-регуляторы не могут обеспечить достаточно хорошего качества регулирования. В крайнем случае можно применить ПИД-регулятор с коэффициентом Td=0, но для таких сложных объектов лучшие качественные показатели обеспечиваются системами автоматического управления (САУ) с моделью». Именно поэтому многие отказываются от ПИД-управления и переходят к простой диаграмме мощностей, несмотря на значительную потерю в точности. Да и опыты на равномерность нагрева, сделанные путем прожаривания обычной бумаги до получения темного отпечатка, проведенные некоторыми участниками форума, свидетельствуют о том, что равномерность нагрева даже фирменным керамическим нагревателем далеко не идеальна. И это при немалой цене. В общем выбор был сделан в пользу галогенок, но конструкция была доработана так, чтобы минимизировать влияние их врожденных недостатков.

Как известно, мощность ИК излучения с единицы площади поверхности пропорциональна четвертой степени температуры (закон Стефана-Больцмана), а длина волны, на которую приходится максимум спектра, обратно пропорциональна температуре. Галогенка в штатном режиме имеет температуру спирали 2500…3000К, максимум излучения на 1мкм. Но посмотрите на график:

Даже при такой температуре максимум очень пологий, в спектре содержатся в том числе и длинные волны, причем амплитуда их ненамного меньше максимума. При снижении температуры спирали путем последовательного соединения ламп и /или диммирования спектр становится еще более плоским, и вредная коротковолновая часть с волнами короче 2.5мкм составляет в общей мощности довольно малый процент.

Таким образом, галогеновая лампа, работающая с недокалом, по свойствам излучения мало отличается от промышленного кварцевого облучателя. Так может еще более понизить температуру спирали, до невидимого излучения? Нет, тут подстерегают другие грабли, мощность излучения с единицы площади поверхности резко падает (пропорционально четвертой степени температуры), а поверхность излучения спирали в галогенке очень мала. Мы просто не сможем обеспечить нужную плотность потока мощности. К тому же кварцевое стекло трубок ламп не пропускает волны длиннее 4мкм.

Отсюда следует важный вывод: для создания хорошего ИК излучателя из галогенок необходимо сосредоточить максимально возможную исходную мощность ламп на минимальной площади, расположив их вплотную, частоколом, а требуемую не слишком большую реальную мощность получать путем последовательного соединения и/или диммирования, то есть работы ламп с недокалом. Эксперименты с первым вариантом станции показали, что удельной мощности низа 8 Вт/кв.см с головой хватает не только для разогрева платы с любыми допустимыми скоростями, а и для выпаивания всяких разъемов и сокетов вообще без верха, одним низом, защитив остальную часть платы фольгой. Для верха необходимо хотя бы 10-12 Вт/кв.см. При расчете мощности следует учитывать, что лампы накаливания являются нелинейным элементом, при последовательном соединении двух одинаковых ламп мощность каждой составит не четверть номинала, как следует из закона Ома, а треть, при трех лампах – 1/6 часть номинала, при четырех – 1/8. С мощностью разобрались. А как же быть с полосатостью? Опять обратимся к теории http://www.all-fizika.com/article/index.php?id_article=835 .Уважаемый товарищ Фейдман рассчитал, что при расстоянии от ламп до облучаемой поверхности, бОльшем, чем 4/3 расстояния между осями ламп, неравномерность становится ничтожно малой и ней можно пренебречь. Тест с прожариванием бумаги это подтверждает, никакой полосатости не наблюдается. В итоге в качестве нижнего нагревателя выбрано 12 ламп длиной 254мм по 1.5кВт каждая, размещены вплотную друг к другу частоколом, соединены по 3 шт. последовательно (4 группы).

Общая мощность при полном открытии управляющего симистора составила около 3кВт, цвет свечения оранжевый, как у всем известных нагревателей UFO. Во время работы на полную мощность включается очень редко, обычно светит красным, а в режиме поддержания вообще почти невидимым. Конфигурация верха – 6 ламп 118мм по 300Вт (есть лампы такой же длины пятисотки, но они заметно толще и плохо влезли бы в мой корпус, у кого корпус больше, можно смело ставить их). На фото видна выдвижная сменная диафрагма, она специально задвинута не до конца для наглядности.

Естественно, лампы расположены частоколом. Соединение – по две последовательно (3 группы), общая мощность около 600Вт. Эти лампы я заматировал, с целью повысить равномерность, наверное зря, отдача немного снизилась. Потом уже, прочитав статью Фейдмана, я понял, что этого можно было не делать. Но мне хватает отдачи. Для сравнения решил все же попробовать соорудить на скорую руку макет кварцевого нагревателя, просунув в отрезанную от лампы трубку спираль для электроплиты. Да, конечно светится более красным, но инерционность просто жуткая, постоянная времени десятки секунд! Точно воспроизвести термопрофиль с таким неповоротливым «исполнительным механизмом» было бы сложно. Кстати, для промышленных кварцевых нагревателей тоже заявлены довольно большие постоянные времени, не говоря уже о керамических.

Итак, с нагревателями разобрались. Теперь об еще одном очень важном моменте, правильном измерении температуры. Когда я только начинал проект и выбрал в качестве датчиков терморезисторы Pt100 типа PT106051, думал, что у меня с этим проблем вообще не будет. Термопары принципиально не хотел, компенсация холодного спая, инструментальные усилители с обвязкой из высокоточных резисторов… Pt100 позволяет без всего этого обойтись без ущерба для точности. Схемотехника радикально упрощается, никакой настройки и калибровки не требуется. Маленькие размеры датчиков сулили малое время отклика. Однако не все оказалось так просто. Во-первых, несмотря на то, что датчики имеют размер 1.7х2.4мм, это все же больше, чем капелька спая термопары. Первоначально конструкция крепежа была такая:

Думал, что пластинчатая пружина сверху, кроме того, что будет прижимать датчик к плате, еще и затенит его от прямого излучения, чтобы он нагревался только платой. Оказалось, что затеняется и сама плата в этом месте (а может еще и отводится тепло через пружину, не знаю), и датчик показывает на 5…8градусов ниже, чем на самом деле. Изменил конструкцию:

Пробовал ставить датчик прямо на чип при выпаивании, все как по учебнику, начинает плыть при 217градусах для безсвинца. Однако это еще не все. Главной проблемой первого варианта верха было слишком маленькое рабочее окно. Из-за отвода тепла в стороны от нагреваемого места на плате распределение температур имеет следующий вид:

Центр чипа будет по любому горячее, чем термодатчик, установленный сбоку от него. А термопрофили Интела, прописанные в вышеупомянутом документе, измерены датчиком, размещенным прямо среди шаров в специальном отверстии (см. рисунок на стр. 9-5 документа). В этом вся и проблема, датчик, расположенный сбоку, да еще на краю облучаемой области, показывает значительно меньше, чем реальная температура в центре чипа. Чтобы минимизировать эту разницу, окно облучателя должно перекрывать область чипа с запасом, иметь размеры не менее 60х60мм, так чтобы датчик, стоящий сбоку, облучался по возможности так же как чип, а не попадал на край области. Расстояние от облучателя до платы не должно быть слишком большим. Но даже с этими мерами некоторая разница остается. Для того, чтобы станция работала правильно, необходимо эту разницу (градиент) измерить и ввести как поправку в программу управления. Для этого надо провести пробный цикл демонтажа, периодически пробуя покачивать чип. Можно считать, что на безсвинцовом припое чип начинает шевелиться при 217градусах (датчик при этом показывает меньше). После этого всегда стараться устанавливать верхний нагреватель на одной и той же высоте, на которой проводились измерения (я у себя риску нарисовал). В новом варианте моей станции крепление верхнего датчика заменено на традиционный «колодец-журавль» (гибкий рукав себя не оправдал, был неудобен).

«Шея» журавля сделана из медной трубки диаметром 3мм, которую при необходимости можно легко согнуть руками как угодно для обхода неудобно расположенных деталей на плате, вылет регулируется винтовым зажимом. Прижимная пружина закреплена так, что в рабочем положении прижимает датчик к плате, и в то же время удерживает «журавля» в верхнем положении, когда нужно, без всяких дополнительных фиксаторов, чисто за счет кинематики. Датчик температуры низа перенесен на нижнюю часть платы.

Дело в том, что текстолит, как оказалось, имеет очень неважную теплопроводность, примерно как сухое дерево (по данным википедии). При нагреве платы только низом со скоростью 2градуса в секунду разность температур верхней и нижней стороны платы достигает 15…20градусов (измерил лично). К примеру, если мы задаем режим стабилизации температуры платы по датчику, расположенному сверху, ПИД конечно стабилизирует температуру датчика, но при этом температура нижней стороны платы постоянно гуляет в довольно больших пределах, что не есть хорошо. Датчик закреплен на рычаге, состоящем из двух половин, соединенных шарниром (подобно руке с локтем), что позволяет легко установить его в любое свободное место на плате. Если возникают сомнения, туда ли попал датчик, всегда можно приложить плату, затем снять и посмотреть отпечаток термопасты, оставленный датчиком. Прижим осуществляется за счет упругих свойств самого рычага, этого вполне достаточно.

Теперь о ПИДе. Для тех, кто не знает, что это такое, советую прочесть вот эту статью, где все разжевано очень понятным языком:

Если в конструкции механической части учтены указанные выше рекомендации, Вы без труда настроите как верхний, так и нижний ПИД на практически идеальную работу, руководствуясь методикой ув. Тима Вескотта. Но есть одно Но. Как ни парадоксально, но в силу принципа измерения и некоторых конструктивных особенностей идеально работающий ПИД отнюдь не обеспечивает хорошую работу паяльной станции в целом. ПИД управляет температурой датчика и понятия не имеет, какую температуру имеет плата или чип в 10мм от него. А здесь уже все зависит от градиентов, величины и направления потоков тепла, и определять температуру можно только косвенно. Пирометры тоже не панацея, во-первых их показания сильно зависят от вида измеряемой поверхности, во-вторых все известные мне недорогие пиродатчики требуется размещать далеко от верхнего нагревателя, чтобы избежать прямого нагрева, и оснащать оптикой, так как без нее получается слишком большое поле зрения. По точности они уступают традиционным термопарам и RTD. Всегда следует учитывать тот факт, что верхний нагреватель греет локальную область, и тепло расходится от нее кругами во все стороны иногда до самых краев платы (если та небольшая). Если просто сделать 2 независимых ПИДа для верха и низа, возникает неприятный эффект: тепло от верха достигает нижнего датчика и повышает его температуру выше уставки. ПИД, естественно, на это реагирует полным отключением нижнего нагревателя, а верхний без подогрева снизу просто не в состоянии нормально прогреть шары, не перегрев верхушку чипа. В итоге брак. Я у себя решил эту проблему следующим образом: после разогрева платы ПИДом до необходимой температуры нижний ПИД отключается и переводит лампы в режим фиксированной мощности, а датчик используется только для индикации температуры. Величина этой фиксированной мощности измерена заранее и забита в программу. Путем нескольких тестовых нагревов с разными фиксированными мощностями я построил график зависимости установившейся температуры от мощности, данные из которого и занес в свой контроллер. Конечно, при изменении температуры в помещении и напряжения сети температура может медленно уползать от заданной, но сеть у меня хорошая, и на практике уползание не превышает десяти градусов, что для низа приемлемо. Была мысль после выхода на «полку» термопрофиля некоторое время стабилизировать температуру ПИДом, при этом запоминать среднюю мощность нагревателя и фиксировать уже на ней. Но для получения достоверной величины это время получается довольно большим, да и программа усложняется. Оставил пока так, может быть сделаю в следующей версии. Кстати, о самой температуре низа. На мой взгляд, температура разогрева всей платы должна быть как можно выше для облегчения работы верха и уменьшения эффекта «кругов на воде». Главное гарантированно не расплавить припой, чтоб детали снизу не поотпадали, если есть что-то нежное снизу (пластиковые разъемы например), их нужно защитить фольгой. У меня сейчас при безсвинцовом процессе плата разогревается до 175градусов, при свинцовом 140.

Теперь о верхе. Здесь требуется максимальная точность и недопустимо даже небольшое перерегулирование. Также недопустимы «гонки за уставкой», когда из-за большого и/или долгого рассогласования нагреватель длительное время работает на полную мощность. Многие применяют разбивку конечного (самого горячего) участка термопрофиля на много мелких шагов (каждый последующий шаг не начинается до тех пор, пока не «устаканится» предыдущий). Это очень эффективный способ. Я же просто уменьшил до минимума дифференциальную составляющую в верхнем ПИДе, чтобы регулятор «не делал резких движений» мощностью, этого оказалось достаточно. Скорость нагрева на конечной фазе не стОит делать слишком большой, достаточно где-то 0.3…0.5градусов в секунду, иначе возрастет разница чип-датчик (вышеупомянутый градиент).

Теперь об еще одном важном моменте – поддержках. Стандартный стеклотекстолит FR-4 имеет температуру размягчения 125градусов (так называемая температура стеклования). Выше нее его можно гнуть руками почти как пластилин, а при остывании он запоминает новую форму. Соответственно при нагреве плата провисает, и после охлаждения (если нет поддержек или они неправильно установлены) принимает форму вертолетного винта. Поддержек должно быть как можно больше, примерно через каждые 7..8см. Наиболее распространены две основные конструкции крепежа платы на столе: «свободная», это когда плата с помощью стоек, вставленных в штатные крепежные отверстия, просто свободно лежит на сетке или стекле, и «жесткая», где плата зажимается с боков, а промежуточные поддержки выполняют вспомогательную роль, просто не дают ей провисать. Первая конструкция прогрессивней, но для нее трудно найти жесткую непрогибающуюся сетку или ИК-прозрачное стекло. На моей станции стол подвижный, поэтому пришлось применить вторую конструкцию. Опасения, что плата будет выгибаться из-за теплового расширения, не оправдались. При обычном для паялки перепаде температур в 200градусов расширение даже самой большой десктопной материнки не превышает 0.5мм, поэтому если зажимать плату не слишком плотно, ничего никуда не выгибается. К тому же участки платы, оказавшиеся за пределами рабочего окна низа (а оно у меня 210х120мм), остаются жесткими и играют роль рамки, которая часто применяется в промышленных паяльных печах для борьбы с короблением. Для борьбы с прогибом вниз изготовил съемные поддержки с подвижными слайдерами, их легко передвинуть на место, не занятое деталями.

Думаю со временем добавить еще и поперечины, образовав что-то наподобие крупной решетки. Чтобы можно было закрепить сложные непрямоугольные платы (ноутбучные и т.п.), сделал дополнительные съемные «лапы» крепления.

Все эти меры вместе достаточно эффективны, «вертолет» практически не наблюдается.

Во время работы выяснилось, что в процессе очистки пятаков на выпаянном чипе последний все время хочет куда-то убежать, удерживать его очень неудобно. Раскопал в загашнике обрезки стеклотекстолита толщиной 2мм и, не мудрствуя лукаво, сделал вот такую мышеловку:

Обратите внимание, что прижимной уголок закреплен шарнирно одним винтом, что позволяет ему самоустанавливаться, равномерно распределяя нагрузку на чип, а также без проблем закреплять неквадратные (прямоугольные) чипы.

Ну что ж, это пожалуй все. Все вышесказанные выводы сделаны исключительно из личных наблюдений, всевозможных экспериментов и изучения литературы. Ни в коем случае нельзя их считать догмой или истиной в последней инстанции. Любые замечания и дополнения приветствуются. В настоящее время мой аппарат работает стабильно в полностью автоматическом режиме, брака практически не бывает. Думаю, что, прочитав эту статью, Вам будет намного легче изготовить свой вариант аппарата, поскольку многие вопросы станут яснее.