Инфракрасная паяльная станция с МК-управлением. Строим! Создание инфракрасной паяльной станции в домашних условиях Контроллер ик станции своими руками

Инфракрасная паяльная станция с МК-управлением. Строим! Создание инфракрасной паяльной станции в домашних условиях Контроллер ик станции своими руками

Инфракрасная паяльная станция - это устройство для пайки микросхем в корпусе BGA. Если прочитанное ничего вам не говорит, вряд-ли вам стоит заходить под кат. Там ардуины, графики, программирование, амперметры, саморезы и синяя изолента.

Предыстория первая.

Моя профессиональная деятельность некоторым образом связана с электроникой. Поэтому родственники и знакомые постоянно норовят притащить мне какую-нибудь не совсем исправную электронную штуку со словами «ну посмотри, может тут какой проводок отпаялся».
В тот раз такой штукой оказался 17" ноутбук eMachines G630. При нажатии на кнопку питания зажигался индикатор, шумел вентилятор, но дисплей был безжизненным, не было звуковых сигналов и активности жесткого диска. Вскрытие показало, что ноутбук построен на платформе AMD, а северный мост имеет маркировку 216-0752001. Беглое гугление показало, что у чипа весьма плохая репутация в части надежности, зато проблемы с ним легко диагностируются. Нужно лишь его прогреть. Выставил на паяльном фене 400 градусов и подул на чип секунд 20. Ноутбук запустился и показал картинку.
Диагноз поставлен. Казалось бы, дело за малым - перепаять чип. Вот тут меня ожидало первое откровение. После обзвона сервис-центров выяснилось, что минимальная сумма, за которую в Минске можно поменять чип - 80 долларов. 40 долларов за чип и 40 долларов за работу. Для ноутбука общей стоимостью хорошо если 150 долларов это было весьма не бюджетно. Дружественный сервис по знакомству предложил перепаять чип по себестоимости - за 20 долларов. Итоговый ценник снизился до 60 долларов. Верхняя граница психологически приемлемой цены. Чип был благополучно перепаян, ноутбук собран, отдан и я о нем благополучно забыл.

Предыстория вторая.

Через несколько месяцев после окончания первой предыстории мне позвонил родственник со словами «Ты же любишь разную электронику. Забери ноутбук на запчасти. Бесплатно. Или просто выкину в мусор. Сказали, вроде материнская плата. Отвал чипа. Ремонтировать экономически нецелесообразно». Так я стал обладателем ноутбука Lenovo G555 без жесткого диска, но со всем остальным, включая блок питания. Включение показало те же симптомы, что и в первой предыстории: кулер крутится, лампочки горят, больше признаков жизни нет. Вскрытие показало старого знакомого 216-0752001 со следами манипуляций.

После прогрева чипа ноутбук запустился как ни в чем не бывало, как и в первом случае.

Размышления.

Так я оказался владельцем ноутбука с неисправным северным мостом. Разобрать его на запчасти или попытаться починить? Если второе, то снова паять его на стороне, пусть даже за 60 долларов, а не за 80? Или купить собственную инфракрасную паяльную станцию? А может собрать своими руками? Хватит ли у меня сил и знаний?
После некоторых размышлений было решено попытаться починить, причем починить самостоятельно. Даже если попытка не увенчается успехом, разобрать его на запчасти это никак не помешает. А инфракрасная станция будет полезным подспорьем во многих работах, требующих предварительного подогрева.

Техническое задание.

Изучив цены на готовые промышленные инфракрасные станции (от $1000 до плюс бесконечности), перелопатив кучу топиков на профильных форумах и роликов на Youtube, окончательно сформировал техническое задание:

1. Буду изготавливать собственную паяльную станцию.

2. Бюджет конструкции - не более 80 долларов (две перепайки в сервис-центре без материалов).

Дополнительно в оффлайне были куплены:

Линейные галогенные лампы R7S J254 1500W - 9 шт.

Линейные галогенные лампы R7S J118 500W- 3 шт.

Патроны R7S - 12 шт.

Из хлама в гараже на свет божий были извлечены:

Док-станция от какого-то допотопного лэптопа Compaq - 1 шт.

Штатив от советского фотоувеличителя - 1 шт.

В домашнем складе были найдены силовые и сигнальные провода, Arduino Nano, клемники WAGO.

Нижний нагреватель.

Вооружаемся болгаркой и отрезаем от док-станции все лишнее.

К листу металла прикрепляем патроны.

Соединяем патроны по три штуки последовательно, получившиеся три цепочки в параллель. Устанавливаем лампы, прячем в корпус.

Поиск материала для отражателя занял продолжительное время. Использовать фольгу не хотелось из-за подозрения в ее недолговечности. Использовать более толстый листовой металл не получалось из-за сложностей с его обработкой. Опрос знакомых сотрудников промышленных предприятий и обход пунктов скупки цветмета результатов не дал.

В конце концов удалось найти листовой алюминий чуть толще фольги, идеально подходящий для меня.

Теперь я точно знаю, где такие листы искать - у полиграфистов. Они их крепят к барабанам в своих машинах, то ли для переноса краски, то ли еще для чего-то. Если кто в курсе, расскажите в комментариях.

Нижний нагреватель с установленным отражателем и решеткой. Вместо решетки правильнее использовать , но стоит он совершенно не бюджетно, как и все с наклейкой «Professional».

Светит красивым оранжевым светом. Глаза при этом не выжигает, смотреть на свет можно совершенно спокойно.

Потребляет порядка 2.3 кВт.

Верхний нагреватель

Идея конструкции та же самая. Патроны привернуты саморезами к крышке от компьютерного блока питания. К ней же прикреплен согнутый из алюминиевого листа отражатель. Три пятисотваттные галогенки соединены последовательно.

Тоже светит оранжевым.

Потребляет порядка 250 ватт.

Схема управления

Инфракрасная станция - суть автомат с двумя датчиками (термопара платы и термопара чипа) и двумя исполнительными механизмами (реле нижнего нагревателя и реле верхнего нагревателя).

Было решено, вся логика регулирования мощности нагрева будет реализована на ПК. Arduino будет только мостом между станцией и ПК. Получил с ПК параметры ШИМ-регулирования нагревателей - выставил их - отдал температуру термопар в ПК, и так по кругу.

Arduino ожидает на последовательном порту сообщения типа SETxxx*yyy*, где xxx - мощность верхнего нагревателя в процентах, yyy - мощность нижнего нагревателя в процентах. Если полученное сообщение соответствует шаблону, выставляются ШИМ-коэффициенты для нагревателей и возвращается сообщение OKaaabbbcccddd, где aaa и bbb - установленная мощность верхнего и нижнего нагревателей, ccc и ddd - температура, полученная с верхней и нижней термопары.

«Настоящий» аппаратный ШИМ микроконтроллера с частотой дискретизации несколько килогерц в нашем случае неприменим, так как твердотельное реле не может отключиться в произвольный момент времени, а только при прохождении переменного напряжения через 0. Было решено реализовать собственный алгоритм ШИМ с частотой порядка 5 герц. Лампы при этом полностью гаснуть не успевают, хоть и заметно мерцают. При этом минимальным коэффициентом заполнения, при котором еще есть шансы захватить один период сетевого напряжения, оказывается 10%, чего вполне достаточно.

При написании скетча была поставлена задача отказаться от задания задержек фунцией delay(), так как есть подозрение, что в момент задержек возможна потеря данных с последовательного порта. Алгоритм получился следующий: в бесконечном цикле проверяется наличие данных из последовательного порта и значение счетчиков времени программного ШИМ. Если есть данные из последовательного порта, обрабатываем их, если счетчик времени достиг значений переключения ШИМ, проводим действия по включению-выключению нагревателей.

#include int b1=0; int b2=0; int b3=0; int p_top, p_bottom; int t_top, t_bottom; int state_top, state_bottom; char buf; unsigned long prev_top, prev_bottom; int pin_bottom = 11; int pin_top = 13; int tick = 200; unsigned long prev_t; int thermoDO = 4; int thermoCLK = 5; int thermoCS_b = 6; int thermoCS_t = 7; MAX6675 thermocouple_b(thermoCLK, thermoCS_b, thermoDO); MAX6675 thermocouple_t(thermoCLK, thermoCS_t, thermoDO); void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(pin_top, OUTPUT); digitalWrite(pin_top, 0); pinMode(pin_bottom, OUTPUT); digitalWrite(pin_bottom, 0); t_top = 10; t_bottom = 10; p_top = 0; p_bottom = 0; state_top = LOW; state_bottom = LOW; prev_top = millis(); prev_bottom = millis(); } void loop() { if (Serial.available() > 0) { b3 = b2; b2 = b1; b1 = Serial.read(); if ((b1 == "T") && (b2 == "E") && (b3 == "S")) { p_top = Serial.parseInt(); if (p_top < 0) p_top = 0; if (p_top > 100) p_top = 100; p_bottom = Serial.parseInt(); if (p_bottom < 0) p_bottom = 0; if (p_bottom > 100) p_bottom = 100; t_bottom = thermocouple_b.readCelsius(); t_top = thermocouple_t.readCelsius(); sprintf (buf, "OK%03d%03d%03d%03d\r\n", p_top, p_bottom, t_top, t_bottom); Serial.print(buf); } } if ((state_top == LOW) && ((millis()-prev_top) >= tick * (100-p_top) / 100)) { state_top = HIGH; prev_top = millis(); } if ((state_top == HIGH) && ((millis()-prev_top) >= tick * p_top / 100)) { state_top = LOW; prev_top = millis(); } digitalWrite(pin_top, state_top); if ((state_bottom == LOW) && ((millis()-prev_bottom) >= tick * (100-p_bottom) / 100)) { state_bottom = HIGH; prev_bottom = millis(); } if ((state_bottom == HIGH) && ((millis()-prev_bottom) >= tick * p_bottom / 100)) { state_bottom = LOW; prev_bottom = millis(); } digitalWrite(pin_bottom, state_bottom); }

Приложение для компьютера.

Написано на языке Object Pascal в среде Delphi. Отображает состояние нагревателей, рисует график температуры и имеет встроенный примитивный язык моделирования, больше по философии напоминающий какой-нибудь Verilog, нежели к примеру Pascal. «Программа» состоит из набора пар «условие - действие». К примеру «при достижении нижней термопарой температуры 120 градусов установить мощность нижнего нагревателя 10%, а верхнего - 80%». Таким набором условий реализуется требуемый термопрофиль - скорость нагрева, температура удержания и т. п.

В приложении раз в секунду тикает таймер. По тику таймера функция отправляет в контроллер текущие установки мощности, назад получает текущие значения температур, отрисовывает их в окне параметров и на графике, вызывает процедуру проверки логических состояний, после чего засыпает до следующего тика.

Сборка и пробный запуск.

Схему управления собрал на макетке. Не эстетично, зато дешево, быстро и практично.

Окончательно собранное и готовое к запуску устройство.

Прогон на тестовой плате выявил следующие наблюдения:

1. Мощь нижнего нагревателя невероятна. График температуры тонкой ноутбучной платы свечой взлетает вверх. Даже при 10% мощности плата уверенно греется до требуемых 140-160 градусов.

2. С мощностью верхнего нагревателя похуже. Догреть чип даже до температуры «низ+50 градусов» получается только на 100% мощности. То ли придется впоследствии переделывать, то ли пускай остается как защита от соблазна недогревать низ.

Покупка чипа на Aliexpress.

В продаже есть два вида мостов 216-0752001. Одни заявлены как новые и стоят от 20 долларов за штуку. Другие указаны как «бывшие в употреблении» и стоят 5-10 долларов за штуку.
Среди ремонтников много мнений относительно б/у чипов. От категорически отрицательных («бугага, приходи ко мне, у меня как раз под столом горка бэушных мостов насобиралась после перепайки, я тебе их недорого продам») до осторожно нейтральных («сажаю иногда, вроде нормально работают, возвраты если и бывают, то не намного чаще новых»).
Поскольку ремонт у меня ультрабюждетный, то было решено сажать чип бывший в употреблении. А чтобы перестраховаться на случай дрогнувшей руки или неисправного экземпляра, был найден лот «2 штуки за 14 долларов».

Демонтаж чипа

Устанавливаем плату на нижний подогрев, крепим одну термопару к чипу, вторую к плате подальше от чипа. Для уменьшения теплопотерь накрываем плату фольгой, за исключением окошка под чип. Ставим верхний нагреватель над чипом. Так как чип уже пересаживался, загружаем самостоятельно придуманный профиль для свинцового припоя (нагрев платы до 150 градусов, догрев чипа до 190 градусов).

Все готово для старта.

После достижения платой температуры 150 градусов автоматически включился верхний нагреватель. Внизу под платой видна разогретая нить накаливания нижней галогенки.

В районе 190 градусов чип «поплыл». Поскольку вакуумный пинцет в бюджет не уместился, цепляем его тонкой отверткой и переворачиваем.

График температур в процессе демонтажа:

На графике хорошо виден момент включения верхнего нагревателя, качество стабилизации температуры платы (желтая крупно волнистая линия) и температуры чипа (красная мелкая рябь). Красный длинный «зубец» вниз - падение термопары с чипа после его переворота.

Запаивание нового чипа

Ввиду ответственности процесса было не до фотосъемки и изготовления скриншотов. В принципе все то же самое: проходимся по пятакам паяльником, мажем флюсом, устанавливаем чип, устанавливаем термопары, отрабатываем профиль пайки, легким пошатыванием убеждаемся, что чип «поплыл».

Чип после установки:

Видно, что сел более-менее ровно, цвет не поменялся, текстолит не погнуло. Прогноз на жизнь - благоприятный.

Затаив дыхание включаем:

Да! Материнская плата запустилась. Я перепаял первый в жизни BGA. К тому же с первого раза успешно.

Ориентировочно смета затрат:

Лампа J254: $1.5*9=$13.5
Лампа J118: $1.5*3=$4.5
Патрон r7s: $1.0*12=$12.0
Термопара: $1.5*2=$3.0
MAX6675: $2.5*2=5.0
Реле: $4*2=$8.0
Чипы: $7*2=$14.0

Итого: $60 минус оставшийся запасной чип.

Ноутбук был собран, в него добавлен найденный в столе жесткий диск на 40 гигабайт, установлена операционная система. Для предотвращения в будущем подобных инцидентов с помощью k10stat напряжение питания ядра процессора понижено до 0.9В. Теперь при самом жестком использовании температура процессора не поднимается выше 55 градусов.

Ноутбук был установлен в столовой в качестве фильмотеки для самого младшего члена семьи, который отказывается принимать пищу без любимых мультиков.

Современная, более усовершенствованная техника, увы, выходит из строя не меньше, чем старые образцы. И если раньше вопрос об усовершенствовании привычного нам не стоял, то сегодня по старинке отпаять или припаять деталь, не «задев» соседние чипы, практически невозможно. Именно поэтому умельцы собирают более современные термовоздушные и инфракрасные паяльные станции своими руками. В этом обзоре расскажем, какими бывают паяльные системы, как работает блок управления и как его подключить, что входит в элементы конструкции. Только в нашем обзоре вы найдете рекомендации, иллюстрирующие особенности сборки и регулировки современных паяльных станций.

Читайте в статье

Для чего нужна паяльная станция

Паяльная станция, в отличие от простого паяльника, – система более усовершенствованная. Она позволяет спаять мелкие детали, такие, к примеру, как SMD-компоненты, контролировать нагрев на табло, программировать кнопки. Кроме того, благодаря бесконтактной системе пайки перегрев соседних элементов здесь исключён.


Паяльная станция бесконтактного типа относится к современным системам пайки. К примеру, нагрев с помощью термофена помогает мастерам в ремонте бытовых электроприборов и мобильников. А вот с помощью ИК-систем можно производить монтаж и демонтаж (даже формата BGA).

Общие характеристики и принцип работы паяльной станции

Анатомия паяльной станции достаточно проста и максимально отвечает необходимым условиям: аккуратная, «умная» пайка элементов. Сердце прибора − , внутри которого находится трансформатор, выдающий напряжение двух вариантов 12 или 24 Вольта. Без этого элемента все системы станции были бы бесполезны. Трансформатор отвечает за регулировку температуры. Блок питания снабжён терморегулятором и специальными кнопками запуска прибора.

Для справки! Некоторые устройства оборудованы специальной подставкой, которая нагревает печатную плату во время пайки, что помогает избежать её деформации.

С помощью блока управления также может быть реализована функция запоминания температуры и программирования кнопок. Мастера «прокачивают» прибор, используя процессор, благодаря которому появляется возможность измерять температуру в ходе пайки.


Разберём особенности работы термовоздушной паяльной станции: поток воздуха с помощью специальных спиралевидных или керамических элементов (они находятся прямо внутри трубки термофена) нагревается, а затем через специальные насадки направляется в точку пайки. Такая система позволяет нагреть необходимую поверхность равномерно, исключив точечную деформацию.

Комментарий

Задать вопрос

"Температура, которую могут обеспечить современные фены для пайки, в том числе и собранные своими руками, варьируется от 100 до 800°C. Причём показатели эти могут настраиваться оператором.

"

В качестве ещё одного дополнительного элемента может выступать специальный инфракрасный нагреватель. Принцип его похож на работу термофена, он нагревает не место стыка, а определённую площадь. Однако, в отличие от термофена, здесь отсутствует поток тёплого воздуха. Профессиональные паяльные станции могут оборудоваться специальными сопутствующими инструментами, оловоотсосами и вакуумными пинцетами.

Разновидности паяльных станций по конструкции

Существуют как простые паяльные станции, оборудованные привычным нам классическим паяльником, так и более продвинутые. Причём вариаций сочетания компонентов и систем может быть великое множество. Без труда можно в одной станции совместить контактный паяльник и фен, вакуумный или термопинцет и оловоотсос. Для удобства приведём таблицу основных типов паяльных станций.

Контактные ПС− это обыкновенный, имеющий при пайке прямой контакт с поверхностью, паяльник, оснащённый электронным блоком управления и регулирования температуры. Бесконтактные ПС − в основе работы
блок управления и особая система
управления элементов.
Свинцовые Бессвинцовые

Требуют повышенной температуры плавки.

Термовоздушные

Обеспечивают эффективную пайку в труднодоступных зонах с единовременным прогреванием сразу нескольких поверхностей. Позволяет осуществлять пайку любого типа, как со свинцом, так и без него.

Инфракрасные

Здесь присутствует нагревательный элемент в виде инфракрасного излучателя, сделанного из керамики или кварца.

Комбинированные

Сочетают в своей конструкции несколько типов оборудования: фен или классический паяльник, или, как мы уже говорили, ИК-нагреватель и оловоотсос допустим, паяльник и фен.

По механизму стабилизации температуры и принципу работы управляющих блоков паяльные станции можно разделить также на аналоговые и цифровые. В первом случае нагревательный элемент включён, пока паяльник не прогреется до нужной температуры, самая близкая аналогия – нагрев обычного утюга. А вот второй тип паяльника отличается сложной системой контроля и регулирования температуры. Здесь размещён PID-регулятор, который подчиняется программе микроконтроллера. Такой метод стабилизации температуры намного эффективнее аналогового. Ещё одна классификация позволяет разделить все ПС на монтажные и демонтажные. Первые осуществляют пайку приборов, однако, не имеют оловоотсоса и других элементов, позволяющих проводить чистку и замену деталей.


Такие паяльные системы снабжены специальной ёмкостью для удаления припоя, который, в свою очередь, отсасывается специальной насадкой, снабжённой компрессором.

К сведению! Существуют комбинированные станции, позволяющие проводить как монтажные, так и демонтажные работы. Они снабжены двумя видами паяльников, различающихся по мощности.

Как сделать своими руками термовоздушную паяльную станцию

Купить паяльную станцию с феном не каждому по карману, хотя ИК-станции стоят ещё больших денег, поэтому самый простой путь – собрать её своими руками. Однако, следует помнить, что такие воздушные паяльные станции обладают определёнными недостатками:

  1. Потоком воздуха можно случайно сдуть маленькие детали.
  2. Поверхность прогревается неравномерно.
  3. Для разных случаев требуются дополнительные насадки.

Паяльный фен своими руками: универсальная схема

Термофен – специальное устройство, которое нагревает место пайки потоком горячего воздуха.

Проще всего собрать прибор с феном на вентиляторе, а в качестве нагревателя использовать спираль.


Если покупать нагреватель механический, то он достаточно дорогой. И при резких перепадах температур может простой треснуть. Не все могут самостоятельно сконструировать компрессор. В качестве поддувала можно использовать обычный малогабаритный вентилятор. Подойдёт кулер от домашнего ПК. Для знакомства с устройством такого прибора изучим схему паяльной станции своими руками.

Вентилятор расположим около термофена. К нему аккуратно присоединяем трубку для подачи тёплого воздуха. На торце кулера вытачиваем отверстие под сопло. С противоположной стороны кулер необходимо закрыть, чтобы обеспечить необходимую тягу.


Теперь подошла очередь сборки нагревательного элемента. Для этого необходимо накрутить нихромовую проволоку спиралью на основание нагревателя. Причём витки обязательно не должны касаться друг друга. Витки наматываются с учётом того, что сопротивление должно быть 70-90 Ом. Основание выбирают с плохой теплопроводностью и хорошей стойкостью к большим температурам.

Комментарий

Электромонтер 5 разряда ООО "Петроком"

Задать вопрос

"Часть деталей можно позаимствовать из обычного фена. В частности, в качестве основы для спирали с низкой термопроводностью подойдёт слюдяная пластина.

"

Приступаем к поиску деталей для сопла. Лучше всего для этого подойдёт труба из керамики или фарфора. Оставляем небольшой зазор между стенками сопла и спиралью. Сверху поверхность обматываем изоляционными материалами. Можно использовать асбестовый слой, стекловолокно и т.д. Это увеличит высокое КПД фена, а также позволит брать его руками, не получив ожог. Крепим нагревательный элемент так, чтобы воздух подавался в трубку, а нагреватель находился точно посередине внутри сопла.

Система управления паяльной станцией

Для сборки системы управления самодельной паяльной станции типа фен своими руками в ней необходимо разместить два реостата: один регулирует входящий поток, другой − мощность нагревательного элемента. А вот обычно делается один как для нагревателя, так и для нагнетателя.


Здесь очень важно правильно подключить провода, чтобы они соотносились с реостатами.

Затем присоединяем термофен так, чтобы провода соответствовали нужным реостатам и выключателю.

Сборка и настройка работы паяльной станции

Мощность паяльной станции, как мы уже замечали выше, обычно находится в пределах от 24 до 40 Ватт. Однако если вы планируете паять шины питания и , то мощность прибора должна быть увеличена от 40 до 80 Ватт.


Подробнее о том, как паять феном от паяльной станции, смотрите в этом видео.

Инфракрасная паяльная станция своими руками

Инфракрасная паяльная станция − тот инструмент, который проще всего сделать своими руками. Цена на паяльные станции такого типа просто заоблачная. Купить что-то попроще – не вариант, так как всё равно будет ограниченный функционал.


Именно поэтому мы расскажем поэтапно, как собрать своими руками инфракрасный паяльник. Разберём этапы сборки ПС для пайки плат размером 250×250 мм. Наша паяльная станция подойдёт для работы с телевизионными платами, видеоадаптерами для ПК, а также планшетов.

Изготовление корпуса и нагревательных элементов

Для основы самодельной ИК паяльной станции, собранной своими руками, можно взять дверцу от антресоли либо 10-12 мм, прикручиваем к ней ножки. На этом этапе важно примерно прикинуть компоновку исходя из размеров нагревателей и ПИД-регуляторов. От этого будет зависеть высота «боковин» и скосов передней панели.

Алюминиевые уголки используются для формирования «скелета» конструкции. Заранее позаботьтесь о «начинке», в работе пригодятся и старые видеомагнитофоны, ДВД-проигрыватели и тому подобное. Можно обойти специализированных уличных лоточников.



Теперь ищем антипригарный поддон. Да, именно тот, что можно купить в обычном магазине бытовой техники. Здесь же можно и присмотреть качественный паяльник для паяльной станции.

Важно! Возьмите с собой рулетку. Ваша задача – найти противень оптимальной ширины и глубины. Размеры зависят от высоты ИК-излучателей и их количества.

Система управления паяльной установкой

Приступим к самому интересному. На торговой площадке заранее заказываем ПИДы (или пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы), а также ИК - 3 нижних ИК излучателя 60×240 мм, и один верхний − 80×80 мм, не забудьте запастись двумя твердотельными на 40А. На этом этапе уже можно переходить к жестяным работам, а именно подогнать всю конструкцию под размеры наших основных элементов. После подгонки боковин и крышки вырезаем технологические отверстия под ПИДы на передней, под кулер на задней стенке.

Сборка и регулировка работы паяльной станции

Итак, после установки излучателей, кулера и соединения всех проводков внешний вид нашей паяльной станции уже обретает практически законченный вид. На этом этапе необходимо провести тестирование оборудования на нагрев, удержание температуры и гистерезис. Переходим к монтажу основного ИК-излучателя. Сделать это несложно.


Паяльник — это хорошо. Хорошо для DIP деталей, ну для тех для которых сверлят отверстия в платах. Спору нет, паяльник отлично подходит и для SMD компонентов, но для этого необходимо иметь черный пояс в этой дисциплине. А вот как, раз в год выпаять, а потом запаять многоногую smd микросхему без особых навыков и оборудования? Ну тогда читаем дальше…

Меня всегда пугали многоногие smd микросхемы, в части монтажа, а не внешностью, в корпусах QFP и разные SO-шки, про BGA даже заикаться не буду. Был однажды неудачный опыт, делал , и заложил в конструкцию контроллер в корпусе SO. В процессе отладки что-то пошло не так и мне пришлось его перепаивать. Первый демонтаж плата и контроллер условно выдержали, а вот после второго, плата и контроллер отправились в мусорный бак. В итоге поставил микросхему в dip корпусе и мои мучения закончились. Это все к чему, шарясь как-то по интернету, случайно попал в ветку форума forum.easyelectronics.ru , откуда перенаправился на radiokot.ru . После посещения радиокота я и загорелся идеей сделать «Прикуяльник» (® by radiokot.ru). Именно прикуриватель в качестве паяльника и будет источником инфракрасного излучения.

Пошарив по закромам отыскал трансформатор от бесперебойника, который мне когда-то подарил . Этот трансформатор работал в режиме преобразования 12 — 220 В, значит заработает и в обратном направлении.

Источник питания есть! А это уже пол дела. Осталось найти прикуриватель, и он был найден на местном рынке за символическую цену. Прикуриватель подойдет любой, хоть от мерседеса, хоть от жигуля. К стати, у запорожца, этого очень важного девайса, не было. Подключать излучатель к трансформатору решил через ШИМ регулятор, как в дальнейшем оказалось не зря. Выбрал схему на распространенной микросхеме NE555. По опыту других пользователей, она менее капризна.

Микросхема NE555, в соответствии с даташитом, питается постоянным напряжением в диапазоне 4,5 — 16В. Так же можно рассмотреть чуть боле капризную схему на UC384x. они довольно часто встречаются в импульсных блоках питания, компьютерные не исключение.

Печатную плату решил не делать, слишком большая честь для трех проводов. Собрал на макетке.

Пришлось придумывать выпрямитель. Диодный мост собран на диодах шотки, которые были выдраны из сгоревшего компьютерного блока питания. На всякий случай все усажено на радиатор, мы ж не китайцы, нам не жалко. Сгоревшие компьютерные блоки питания просто превосходная вещь, источник корпусов и всяких деталюх с радиаторами!

Подключив диодный мост к трансформатору и замерив напряжение холостого хода, немного взгрустнул. Нет, напряжение было достаточное, даже чересчур, 20 В на холостом ходу. Многовато для моего ШИМ регулятора. Знал бы, то сделал плату на UC3842, она начинает работать от 16В и выше. Но погрустил и ладно, добавил к питанию КРЕН8А (КР142ЕН8А, аналог L7808….), на нее же повесил и вентилятор охлаждения.

У меня как всегда, минимум, а хочется максимум. Сделаю я наверно и нижний подогрев. Обойдемся бютжетнинько. Нижний подогрев будет на основе галогенного прожектора, станция ведь не для постоянного использования. Для галогенной лампы нужен регулятор мощности, иначе сожжет все на свете, проверено. Думал заказать в китае тиристорный регулятор, но время. Купить в городе, значит переплатить. По случаю зашел в местный магазинчик промтоваров, там есть много всякой ерунды. И заметил на прилавке осветительный димер. На фоне всех остальных электроинсталяционных изделий, он отличался невзрачным внешним видом и ценой. Заявленная мощность 600 Вт меня порадовала. Купил его всего за 35 грн (1,3$).

Посмотрим, что у него внутри. Не замысловатая конструкция, собранная на двух тиристорах BT136 соединенных параллельно. Отличное резервирование и запас по мощности. Но почему с такими деталями и всего 600 Вт?

А вот теперь видно почему. Вот смотрю и думаю… Потенциал в нашей стране огромный, а вот руки…

Пришлось помыть плату, все заново пропаять, усилить силовые дорожки и поменять радиатор. На фотографии ниже, видно под оранжевым тумблером, просматривается новый радиатор димера.

Парочка фоток, как оно у меня разместилось в корпусе от компьютерного БП. Радиаторов конечно многовато, они несколько избыточны.

Лицевая панель из куска поликарбоната (оргстекло). Белую защитную пленку не снимал, это придает ощущение, что оргстекло белое, а не прозрачное. И потрошки не просвечиваются.

А на этой фотке уже установлена верхняя крышка. И тут впервые появляется сам виновник торжества — собственно прикуяльник.

Прикуриватель прикручен к сгоревшему паяльнику. Все внутренности паяльника демонтированы.

Крепления нагревательного элемента к основанию выполнено через отожженную стальную проволоку, намотанной в виде спирали для улучшения теплоотвода. Раскаляется он будь здоров и плавит изоляцию провода, так что прикручивать медный провод на прямую не стоит даже и пытаться.

Нижний подогрев. Здесь особых конструктивных особенностей нет. В качестве нижнего подогрева выступает галогенный прожектор. Устойчивости прожектору придают три ножки с резиновым основанием. Как известно конструкция на трех ножках никогда не будет качаться, доказано в геометрии — через три точки можно построить только одну плоскость. Стекло сверху накрыто медной фольгой с остатками текстолита, когда-то отодранной от старой платы. Установлена лампа мощностью 150 Вт.

Вот и паяльная станция готова.

Немного поигравшись могу сделать несколько заключений. Самим прикуяльником можно выпаивать микросхемы и без нижнего подогрева, но это занимает немного больше времени. Демонтировать мелкие smd-шки (резисторы, конденсаторы) можно при помощи только нижнего подогрева, в том случае если сама плата больше вам не нужна. Дело в том, что здесь отсутствует термостабилизация и со временем плата начинает перегреваться, демонтаж большого количества элементов может растянутся на долго. Во время экспериментов, при демонтаже на нижнем подогреве, я перегрел плату, и она вздулась. Это вздутие сопровождалось хорошим хлопком, я как говорится, чуть не «письнул» от неожиданности. Для разовых работ лучше не придумаешь.

И для того, чтобы показать, что это все-таки работает, предлагаю посмотреть следующие фотографии.

В качестве жертвы была выбрана старючая материнка. На ней выбран чип, вокруг которого расположено большое количество мелких компонентов, что затрудняет работу привычным инструментом. На следующей фотографии чип отпаян.

Хочу подвести черту под выше сказанным. Прикуяльник имеет право быть. Он конечно не претендует на звание «професиональный» инструмент, но со своими задачами справляется. И с сегодняшней архитектурой плат, любителю, он просто необходим.

Внимание! Данная статья предназначена только для ознакомительных целей, и к сборке не рекомендуется! Там же скачиваем обновленные версии прошивок для станции первой версии.

При ремонте материнских плат связанных с заменой BGA компонентов не обойтись без инфракрасной паяльной станции! Китайские станции качеством не блещут, а качественные ИК паяльные станции стоят не дешево. Выход - собрать самому паяльную станцию. Стоимость компонентов для сборки станции не превышает 10 тысяч рублей. Не смотря на дешевизну - самодельная ИК станция надежно себя зарекомендовала в ремонте материнских плат. Контроллер обеспечивает точное соблюдение термопрофиля, что является важным фактором во время замены BGA компонентов.

Описание конструкции

Станция состоит из контроллера управления, нижнего подогрева, верхнего нагревателя.

Контроллер двухканальный. К первому каналу можно подключить термопару или платиновый терморезистор. Ко второму каналу подключается только термопара. 2 канала имеют автоматический и ручной режим работы. Автоматический режим работы обеспечивает поддержание температуры 10-255 градусов через обратную связь с термопар или платинового терморезистора (в первом канале). В ручном режиме мощность в каждом канале можно регулировать в диапазоне 0-99%. В памяти контроллера заложено 14 термопрофилей для пайки BGA. 7 для свинецсодержащего припоя и 7 для безсвинцового припоя. Термопрофили указаны ниже. При желании их можно изменить (исходник в архиве).

Для безсвинцового припоя максимальная температура термопрофиля: - 8 термопрофиль - 225C о, 9 - 230C о, 10 - 235C о, 11 - 240C о, 12 - 245C о, 13 - 250C о, 14 - 255C о

Если верхний нагреватель, не успевает прогревать согласно термопрофилю, то контроллер становится на паузу и ждет пока не будет достигнута нужная температура. Это сделано для того, чтобы адаптировать контроллер для слабых нагревателей, которые прогревают долго и не успевают за термопрофилем.

Контроллер так же можно использовать в качестве регулятора температуры, например, во время сушки или запекания паяльной маски (в духовке, в которую помещена термопара), или прочих случаях, где требуется точное поддержание температуры.

Принципиальная схема контроллера

Далее приведены фото контроллера. Блок питания использовал от ноутбука, которое переделал на напряжение 12 Вольт. В качестве гнезда для термопар использовал usb гнездо с кусочками текстолита, которое припаяно к передней панели, смотрим фото. Охлаждение активное, я использовал термотрубку от охлаждения ноутбука. К термотрубке феном припаял медную пластину, на которую будут установлены элементы для охлаждения. Можно использовать охлаждение процессора от системного блока, но тогда габариты устройства увеличатся.

Нижний подогрев изготовлен из галогенового обогревателя на 3 лампы общей мощностью 1,2 кВт. Из обогревателя демонтируется основание со светоотражателем и защитной сеткой. Корпус для нижнего подогрева я изготовил из изогнутой листовой жести(конька оцинкованного), который вырезал ножницами по металлу. Так же в конструкцию добавлен порог алюминиевый(стык), для удобства установки на него швеллера алюминиевого. На швеллер через стойки устанавливается материнская плата. Нижний подогрев можно подключить к контроллеру. Я поступил другим способом чтобы не заморачиваться с второй термопарой, - в нижний подогрев встроил диммер на 600 Вт, только на симистор установил радиатор побольше. С регулировкой 1,2 кВт он прекрасно справляется. Примерное положение диммера я запомнил, при котором стабильно держится требуемая температура на материнской плате. Для небольших плат (например видеокарт) можно использовать канцелярские прищепки, прикрученные к DIN рейке. Пример на фото.

Качественный верхний нагреватель из подручных средств, к сожалению невозможно изготовить. Я проводил эксперименты с галогеновыми лампами, кварцевыми трубками со спиралями, так же экспериментировал с ИК лампой. Но лучше всего себя зарекомендовал керамический нагреватель фирмы ELSTEIN серии SHTS (с позолотой). Подобные нагреватели используются в дорогих ИК станциях. Я использовал ELSTEIN SHTS/100 800W и ELSTEIN SHTS/4 300W. Нагреватели греют очень хорошо, и практически не светят. Спектр ИК излучения очень подходит для замены BGA компонентов. Нагреватели из Китая не рекомендую, хоть внешне они и похожи на ELSTEIN.

Тепловое пятно нагревателя ELSTEIN SHTS/100 800W. Размер нагревателя 96х96 мм. Расстояние между нагревателем и платой 5см.

Круг El1 диаметр 4 см (перепад температуры 5 градусов от центра до края окружности).

Круг El2 диаметр 5 см (перепад температуры 10 градусов от центра до края окружности).

Круг El3 диаметр 6 см (перепад температуры 15 градусов от центра до края окружности).

Тепловое пятно нагревателя ELSTEIN SHTS/4 300W. Размер нагревателя 60х60 мм. Расстояние между нагревателем и платой 5см.

Круг El1 диаметр 2,5 см (перепад температуры 5 градусов от центра до края окружности). Подходит для большинства чипов.

Круг El2 диаметр 3 см (перепад температуры 10 градусов от центра до края окружности).

Круг El3 диаметр 4,5 см (перепад температуры 15 градусов от центра до края окружности).

Как видим оба нагревателя подходят для замены BGA компонентов. Но ELSTEIN SHTS/100 800W имеет преимущество перед вторым нагревателем. Это гораздо большее равномерное тепловое пятно. Круг диаметром 4 см у которого перепад температуры не более 5C о. Практически показатель как у Термопро с 3D отражателем (у которого однородное квадратное тепловое пятно 4х4см с перепадом температуры не более 5C о)

Ниже приведены фото конструкции верхнего нагревателя и станины, которую изготовил из того что было в строительном магазине. Конструкция получилась удачной, регулируется по высоте и длине, нагреватель крутится вокруг своей оси, его легко установить над любым участком платы.

Термопара крепится к штативу. Ее легко навести на любой участок платы. Конструкция на фото. Гибкий металлический рукав я использовал от USB фонарика из магазина, где все по одной цене. В металлический рукав я вставил термопару без внешней изоляции при помощи проволоки.

Настройка контроллера

Для настройки канала верхней термопары R3 устанавливаем в среднее положение. Помещаем термопару контроллера и термопару образцового термометра на нагретую поверхность (например галогеновую лампу, где обе термопары соединены вместе и на них нанесена термопаста), и калибруем резистором R6 показания максимального значения температуры 250 градусов. Потом даем лампе остыть до комнатной температуры и калибруем резистором R3 нижнее показание температуры. Данную процедуру нужно повторить несколько раз, пока не будет совпадать нижнее и максимальное значение температур с реальными показателями. Такую же процедуру повторяем с каналом нижней термопары при помощи резисторов R11 и R14 соответственно. Аналогично калибруется первый канал при использовании платинового терморезистора резисторами R21 и R27 соответственно. Если не планируется использовать платиновый терморезистор, то ОУ U2 можно из схемы исключить со всей обвязкой, а 11 вывод микроконтроллера подключить на +5В.

Управление контроллером и изменение параметров, а так же процесс съема и установки чипа показан на видео. Верхний нагреватель я устанавливаю на высоте 5-6 см от поверхности платы. Если в момент исполнения термопрофиля происходит выбег температуры от заданного значения больше чем на 3 градуса - понижаем мощность верхнего нагревателя. Выбег на несколько градусов в конце термопрофиля(после отключения верхнего нагревателя) не страшен. Это сказывается инерционность керамики. Поэтому я выбираю нужный термопрофиль на 5 градусов меньше, чем мне надо. На данном нижнем подогреве температура немного отличается над зоной нагревателя, и в теневой зоне (разница около 10-15 градусов). Поэтому плату на нижний нагреватель желательно установить так, чтобы чип находился над зоной нагревателя (но это не критично). Перед съемом чипа при помощи зонда нужно убедиться(аккуратным нажатием на каждый угол чипа) что шары под чипом поплыли. При монтаже используем только качественный флюс, иначе неправильный выбор флюса может все испортить. Так же при монтаже чипа BGA рекомендуется накрыть кристалл прямоугольником из алюминиевой фольги с размером стороны равной примерно ½ от стороны BGA, чтобы снизить температуру в центре, которая всегда выше, чем температура около термопары (смотрим выше фото тепловых пятен ИК нагревателей ELSTEIN).

Внешний вентилятор программно не задействован, хотя на схеме он и указан. В дальнейшем планируется в исходник внести изменения и задействовать внешний вентилятор.

Ниже вы можете скачать архив с печатной платой в формате LAY, исходным кодом, прошивкой

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
E1 Энкодер EC11 1 С кнопкой В блокнот
U1, U2 Операционный усилитель

LM358

2 В блокнот
U3 Линейный регулятор

LM7805

1 Устанавливается на радиатор В блокнот
U4 МК PIC 8-бит

PIC16F876

1 PIC16F876A В блокнот
U5, U6 Оптопара

PC817

2 В блокнот
LCD1 LCD-дисплей WH2004A-YYH-CT 1 20x4 на основе KS0066 (HD44780) с англо-русским словарем В блокнот
Q1, Q2 MOSFET-транзистор

TK20A60U

2 2SK3568 В блокнот
Q3, Q4, Q5 MOSFET-транзистор

IRLML0030

3 Или любой N-Channel MOSFET В блокнот
Z1 Кварц 16 МГц 1 В блокнот
VD1 Выпрямительный диод

LL4148

1 В блокнот
VD2, VD3 Диодный мост KBU1010 2 В блокнот
VD4, VD5 Стабилитрон 24 В 2 В блокнот
R1 Платиновый терморезистор PT100 1 В блокнот
R2, R10 Резистор

470 Ом

2 В блокнот
R3, R11 Подстроечный резистор 1 МОм 2 В блокнот
R4, R12 Резистор

1 МОм

2 В блокнот
R5, R13, R26 Резистор

1.5 кОм

3 В блокнот
R6, R14, R27 Подстроечный резистор 100 кОм 3 Многооборотный В блокнот
R7, R15 Резистор

130 кОм

2 В блокнот
R8, R16, R29 Резистор

20 кОм

3 В блокнот
R9, R28 Резистор

100 Ом

2 В блокнот
R17, R30 Резистор

10 кОм

2 В блокнот
R18, R19 Резистор

4.7 кОм

2 Допуск 1% или лучше В блокнот
R20 Резистор

51 Ом

1 В блокнот
R21 Подстроечный резистор 100 Ом 1 Многооборотный В блокнот
R22, R23, R24, R24 Резистор

220 кОм

4 Допуск 1% или лучше В блокнот
R31 Подстроечный резистор 10 кОм 1 Многооборотный В блокнот
R32 Резистор

16 Ом

1 Мощность 2Вт В блокнот
R33, R34, R36, R37 Резистор

47 кОм

4 Мощность 1Вт В блокнот
R35, R38 Резистор

5.1 кОм

2


Была зима и, видимо, из-за нехватки солнечного света на меня напала тоска. Обычное дело. Но в этот раз решил что-то изменить. А, как известно, лучший способ развеяться - сотворить что-нибудь и желательно полезное. Моя работа - ремонт всяких цифровых штук. Почему бы мне не собрать ИК паяльную станцию?

На самом деле, я давно об этом думал. А узнав цены, понял, что хочу её именно собрать. Поэтому потихоньку покупал или собирал необходимые компоненты. Но всё как-то руки не доходили.

На этот же раз так совпало, что у меня было мало работы и практически все компоненты в наличии.
За работу!

Постановка задачи

Прикинул задачу. Мне нужно:
1. Сравнительно несложное устройство.
2. С «мозгами» на ATMEGA
3. Нижний нагреватель на основе галогенных ламп на 1000 Вт.
4. Верхний .


5. Верхний нагреватель должен быть подвижным в трех плоскостях для центровки точки нагрева и высоты.

Прожекторные лампы и держатели для них у меня уже были. Киловаттные лампы я считаю оптимальными по нагреву и габаритам. Их шесть штук, соединены по две последовательно.

--
Спасибо за внимание!

Прошивки и доп. материалы:
🕗 17/07/16 ⚖️ 617,21 Kb ⇣ 100 Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи - помоги мне!

--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, учредитель журнала «Датагор»

Фьюзы

Спасибо за внимание!

Обновление

Выше я написал, что, когда дуешь на термопару нижнего подогрева, станция «разгорается», как костер. Так вот, оказалось, это очень нежелательное явление! Термопара находится сравнительно далеко от ламп и имеет очень маленький размер, поэтому очень быстро остывает.

Когда я испытывал паяльную станцию в первый раз, я не включал вытяжной вентилятор, так как для него не было питания. И все режимы паяльной станции были в норме, я бы даже сказал, идеальны. Когда же начал использовать с вытяжкой, то выяснилось, что воздушный поток охлаждает термопару, и станция начинает «жарить» плату.

Если станцию использовать для больших материнских плат, которые полностью закрывают окно нижнего подогрева, то все прекрасно. Однако при прогреве сравнительно небольших плат, как-то видеокарт, ноутбучных материнок, в действие включается воздушный поток.

Как бороться с данным явлением? Я вижу два варианта. Либо как-то скомпенсировать влияние воздушного потока, либо полностью его ограничить.

В первом случае можно, например, сделать термопару на рычажке с противовесом, так, чтобы она касалась платы снизу. Можно увеличить площадь датчика, например, согнуть медную пластинку, вставив в неё термопару. За счёт большей площади больше ИК-лучей попадет на пластинку. Правда, и площадь охлаждения тоже больше. Будем надеяться, что такая пластинка будет иметь большую тепловую инерционность и воздух не помешает.
Еще напрашивается вариант с переносом термопары поближе к лампе, но тут уже будет оказывать влияние нагретое стекло лампы, что приведет к искажению показаний.

Во втором случае , идеально закрыть окно подогревателя специальным стеклом от кухонной инфракрасной плиты. Но я его так и не нашел. Ну, нечасто люди ломают такие плиты.

Вспоминая опыт с большой платой, при прогреве маленьких плат можно закрыть оставшееся пространство окна какой-нибудь отражающей пластинкой. Например, алюминиевой или стальной, обмотанной алюминиевой фольгой.

И в самом крайнем случае, можно просто убавить подогрев, в моем случае, вместо 180 градусов, я выставляю 140-150.

Может, у кого-то еще есть мысли, как это лучше, а главное, проще сделать?

Кстати, в заводской станции начального уровня термопара находится вплотную между керамическими нагревателями. Так что в этом лампы проигрывают. Но зато в динамике разогрева они вне конкуренции. Видел на Ютубе, ребята даже в верхнем нагревателе поставили лампы именно по этой причине, использовав гирлянду из обычных 12-вольтовых галогеновых ламп от точечных светильников.

Камрад, смотри полезняхи!

Читательское голосование

Статью одобрили 86 читателей.

Для участия в голосовании зарегистрируйтесь и войдите на сайт с вашими логином и паролем.
2022 oxbi.ru. Фурни-Инфо - Информационный портал.