Инфракрасная паяльная станция и паяльник: способ самостоятельного изготовления

Бесконтактный паяльник

Если острой потребности в использовании инфракрасной паяльной станции нет, то для пайки может быть с успехом применен инфракрасный паяльник. Внешне он похож на обычный с той разницей, что вместо жала имеет нагревательный элемент.

Изготовление

Чтобы собрать инфракрасный паяльник, необходимо извлечь нагревательный элемент из корпуса прикуривателя. Далее к его контактам необходимо присоединить питающие провода. К центральному контакту, соответствующему «плюсу» автомобильной сети, можно подвести любой медный провод в изоляции.

К «рубашке» элемента, контактирующей в автомобиле с массой, необходимо подвести медный одножильный провод сечением не менее 2,5 кв. мм. К этому проводу уже можно припаять другой гибкий медный проводник.

Соединение необходимо изолировать на расстоянии примерно 2-3 см от нагревательного элемента, одев на соединение термоусадочную трубку. ПВХ изоляционную ленту использовать не стоит, так как она может расплавиться.

Для корпуса инфракрасного паяльного инструмента необходимо использовать любой стержень из тугоплавкого материала. Можно даже использовать неисправный паяльник, закрепив нагревательный элемент прикуривателя на жало.

Для этой цели используют стальные затягивающиеся хомуты. При этом необходимо следить, чтобы два питающих провода не соприкасались друг с другом неизолированными отрезками. Устройство соединяется с блоком питания гибким кабелем или электрошнуром достаточной длины.

Очевидно, что использование такого паяльника возможно только при пайке неответственных соединений, так как контролировать характеристики в процессе работ крайне затруднительно.

Модель ик-650 про

Одной из наиболее распространенных инфракрасных паяльных станций профессионального уровня является ИК-650 ПРО. В России это устройство стало одним из первых, способных с успехом производить ремонт техники с BGA схемами.

Пайка производится настолько качественно, что возникло устойчивое мнение об абсолютной надежности устройств, платы которых монтировались при помощи этой инфракрасной паяльной станции.

Программное обеспечение позволяет очень точно выдерживать температурный профиль, что немаловажно для создания прочных, надежных контактов. Ведь для качественной пайки необходимо не просто создать температуру достаточную для плавления припоя, а нужно еще поднять ее плавно и затем плавно понизить, не допуская резкого охлаждения контакта.

Только тогда будет создана прочная кристаллическая решетка в капле припоя, соединяющей контакт микросхемы с монтажным пятачком.

Инфракрасная станция имеет модульную конструкцию и позволяет собрать множество возможных конфигураций для производства предварительных и вспомогательных работ:

• возможно использование различного типа термостолов;
• подключение электронного микроскопа;
• автоматическое регулирование температуры нагрева и остывания;
• существуют дополнительные модули для восстановления выводов BGA (это называется реболлингом).

В комплектацию паяльной станции входит также вакуумный пинцет, которым удобно устанавливать мелкие детали на плате.

Стоимость инфракрасной паяльной станции ИК-650 ПРО в настоящее время более 150 000 рублей. Она является профессиональным оборудованием и, конечно же, для любительского использования практически недоступна.

Настройка

Настройка режимов работы ИК паяльной станции в основном заключается в:

• установке допустимых режимов работы паяльных фенов;
• проверке режимов работы нижнего нагревательного элемента;
• выставлении рабочих температур верхнего кварцевого излучателя;
• установке специальных кнопок для быстрого изменения параметров нагрева;
• программировании микроконтроллера.

По мере выполнения паяльных работ может потребоваться изменение температур и режимов.

Такие действия можно произвести при помощи кнопок, связанных с микрокомпьютером:

• кнопка должна быть настроена на повышение температуры покупного или самодельного кварцевого излучателя с шагом в 5 – 10 градусов;
• кнопки – должна понижать температуру также с небольшим шагом.

Основные настройки микрокомпьютера представлены:

• регулировкой значений P, I и D;
• подстройкой профилей, в которых прописан шаг изменения тех или иных параметров;
• настройкой критических температур, при которых станция отключается.

Некоторые конструкторы верхний нагреватель делают из фена. Такой подход подойдет лишь для пайки небольших элементов в SMD корпусах.

Применение и устройство

Инфракрасный паяльник используется в условиях, когда контакт с выводами компонентов недопустим. Удобно им пользоваться и для пайки радиодеталей, так как часто у обычного паяльника на жале образуется нагар, и соединения получаются некачественными. Нагар приходится счищать, а на эти действия уходит порой довольно много времени.

В условиях домашней мастерской можно сделать простейший самодельный инфракрасный паяльник из прикуривателя автомобиля. Нагревательный элемент этого устройства отлично подойдет для изготовления инструмента.

Так как для нормальной работы прикуривателя нужен постоянный ток напряжением 12 Вольт, соответствующий бортовой электросети автомобиля, понадобится электропреобразователь, чтобы можно было использовать бытовую сеть переменного тока. Для этих целей можно с успехом применить блок питания для корпусов компьютеров.

Принцип действия и варианты реализации

Принцип работы паяльной станции заключается в способности устройства регулировать температуру нагрева и поддерживать ее в установленных пределах на протяжении всего процесса.

Разумеется, реализация всех вышеперечисленных функций задача не из простых, поэтому изготовление полноценного аналога под силу опытным электрикам, имеющим должное оборудование и опыт сборки электронных схем, изготовления печатных плат.

Поэтому сначала мы разберем относительно простые варианты изготовления, регулировка температуры в которых осуществляется вручную. Но и таких паяльных станций вполне достаточно, чтобы выполнить качественную  пайку деталей, ориентируясь только по внешним признакам работы жала.

Процесс

Процесс сборки инфракрасной паяльной станции во многом зависит от предпочтений мастера.

Типовой вариант устройства на микроконтроллере Ардуино, устраивающий большинство радиолюбителей, собирается в такой последовательности:

• подбор необходимых элементов;
• подготовка радиодеталей и нагревателей к проведения монтажных работ;
• сборка корпуса паяльной станции;
• установка нижних предварительных нагревателей для равномерного разогрева массивных печатных плат;
• установка платы управления комбайном для пайки и ее фиксация при помощи заранее подготовленных крепежных элементов;
• монтаж верхнего нагревателя и паяльного термофена;
• установка креплений для термопар;
• программирование микроконтроллера под определенные условия паяльных работ;
• проверка всех элементов, включая галогеновые лампы нижнего нагревателя, инфракрасный излучатель и паяльный фен.

После полной сборки инфракрасной станции для проведения паяльных работ следует проверить все элементы на работоспособность.

Отдельное внимание нужно уделить проверке корректности работы термопар, поскольку в данной системе отсутствует их компенсация.

Это означает, что при перемене температуры воздуха в помещении термопара начнет измерять температуру с существенной погрешностью.

Проверка головки керамического нагревателя также важна. В случае, если инфракрасный излучатель перегревается, необходимо обеспечить обдув воздухом или охлаждение при помощи дополнительного радиатора.

Рекомендации по работе

Самодельные ИК паяльные станции отлично подойдут для небольшого ремонта дома или в частных мастерских. Благодаря относительной простоте конструкции и широкому функционалу инфракрасные станции пользуются невероятным спросом.

Основными рекомендациями при сборке станций и работе на них являются:

1. Грамотная настройка параметров микроконтроллера.
   В случае, если в компьютер внесены неверные параметры, паяльная установка может некачественно пропаивать компоненты и повреждать маску печатных плат.
2. Надевание средств защиты при выполнении паяльных работ.
   Кварцевый излучатель, в отличие от керамического, при работе порождает излучение на видимой для глаза длине волны. Поэтому, если в устройстве используется кварцевый инфракрасный излучатель рекомендуется надевать специальные защитные очки, защищающие оператора от повреждения зрения.
3. Электрическая принципиальная схема станции должна содержать только надежные элементы.
   Кроме этого, все конденсаторы и резисторы, используемые при сборке, должны иметь быть выбраны с небольшим запасом.
4. Контроллер для ИК паяльной станции можно выбрать из популярных моделей Ардуино.
   При желании, контроллер можно изготовить и из неизвестного микрокомпьютера, однако, в этом случае мастеру придется самостоятельно разработать программное обеспечение для работы паяльной станции.
5. При сборке станции следует предусмотреть разъем для подключения паяльника.
   Иногда, компоненты платы удобнее точечно выпаивать при помощи обычного паяльника или устройства с термофеном вместо жала. Подобное решение можно реализовать, путем проектирования дополнительной термопары для контроля температуры паяльника.
6. Для пайки с использованием активных флюсов и припоев с высоким содержанием свинца следует обеспечить циркуляцию воздуха.
   Хорошая вытяжка или вентилятор значительно облегчат дыхание оператора и позволяет ему не дышать испарениями вредных металлов.

Способ №2. бесконтактная паяльная станция

Как показывает практика, далеко не всегда нагревом жала можно воздействовать на любые элементы платы, к примеру, к тем же smd деталям крайне трудно подобраться. В таких ситуациях используется паяльный фен, направляющий поток горячего воздуха на  ножки.

Несмотря на схожесть, переделать обычное устройство для сушки волос в инфракрасную станцию не получится, так как рабочая температура должна достигать 500 – 800ºС. Для сборки такой паяльной станции вам понадобится компрессор для подачи воздуха, нагревательный элемент, корпус для элементов управления, сопло, понижающий трансформатор, выпрямитель, блок управления скоростью подачи воздуха.

Принципиальная схема такой паяльной станции приведена на рисунке ниже:

Принцип действия паяльной станции основан на воздействии инфракрасного излучения от нагревательного элемента непосредственно в область пайки. Компрессор подает воздух от нагревателя через сужающееся сопло, создавая эффект турбины, производительность насоса желательно обеспечить в пределах от 20 до 30 л в минуту.

При изготовлении инфракрасной станции существует два способа для ее выполнения –  ручная модель или стационарная. Первый вариант подходит в тех ситуациях, когда корпус ИК паяльной предвидится относительно небольших размеров и будет удобно помещаться в руке.

Рассмотрим такой пример изготовления паяльной станции бесконтактного типа:

• Намотайте нагревательную спираль из нихромовой проволоки, в данном случае используется диаметром 0,8мм. Можете взять и другой вариант, к примеру, от электрической плиты.
  

  

• Для намотки используйте жесткий каркас, укладывайте витки вплотную, но не делайте нахлестов и следите за тем, чтобы не закоротить намотку. Чем меньше диаметр проволоки у вас получится, тем эффективнее будет идти нагрев, достаточно будет спирали с наружным диаметром 8 – 10 мм.
• В данном примере изготавливаются несколько спиралей, соединяемых параллельно для повышения температуры нагрева.
• Установите полученную спираль на цилиндрический каркас из негорючего материала.

Предварительно удалите с каркаса все лишнее но если он уже готов, можете сразу осуществлять намотку.

• Изготовьте металлический стакан для нагревательного элемента, в этом примере изготовления паяльной станции мы сделаем его из корпуса пальчиковой батарейки.
• Из куска телескопической антенны от радиоприемника сделайте сопло, один край которого нужно расплескать и надеть на шайбу.
  

  

• Прикрутите шайбу сопла к стакану из батарейки при помощи соразмерных болтов.
  

  

• Поместите внутрь стакана между спиралью и стенками термоизоляционный материал, чтобы предотвратить перегревание наружных деталей.
• Соберите диодный мост из четырех полупроводниковых элементов, если под рукой уже есть готовая сборка, можете использовать и ее.
• Изготовьте блок питания из понижающего трансформатора и выпрямительного агрегата, ваша задача получить на выходе низкое напряжение для снижения вероятности поражения электротоком. В рассматриваемом примере получается около 10 – 15В, мощность трансформатора составляет 150Вт. Аналогичная модель может браться с готового оборудования.
• Корпус для паяльной станции мы изготовим из обычной пластиковой бутылки. В данном примере нам нужен прозрачный пластик, так как в нем легче подключать блок питания, нагнетатель воздуха и плату управления.
  

  

• Подключите куллер и нагревательную спираль к выводам блока питания, подсоедините регулятор напряжения.
  

  

Регулировка мощности теплового потока может осуществляться либо по скорости подачи воздуха, либо по уровню напряжения, подаваемого на нагреватель.

Схема

Типовая схема паяльной станции включает:

• блок усилителей термопар;
• микроконтроллер с экраном;
• клавиатуру;
• звуковой сигнализатор, например, компьютерный спикер;
• элементы питания и поддержки паяльного фена;
• чертежи элементов детектора нуля;
• элементы силовой части;
• блок питания всей аппаратуры.

В большинстве случаев, схема станции представлена следующими микрокомпонентами:

• опторазвязка;
• мосфет;
• симистор;
• несколько стабилизаторов;
• потенциометр;
• подстроечный резистор;
• резистор;
• светодиоды;
• резонатор;
• несколько резонаторов в СМД корпусах;
• конденсаторы;
• переключатели.

Точные маркировки деталей разнятся в зависимости от потребностей и предполагаемых рабочих режимов.

Заключение

ИК паяльные станции – это одни из лучших установок для пайки всевозможных элементов в самых разных корпусных исполнениях. Сделать паяльную станцию на инфракрасных подогревающих элементах можно даже в домашних условиях.

Как правило, домашние мастера для нижних нагревателей предпочитают использовать мощные галогеновые лампы. Основные распиновки разъемов, параметры микросхем, модели микроконтроллера, инструкции о том, как из бытового фена сделать паяльный и другая информация доступна в интернете.