Назначение
Чтобы создать современный гаджет или иное изделие, в основе которого используются микросхемы, нужно выполнить качественные швы в ограниченном пространстве. Пайка некоторых деталей производится при значительном усилении, даже под микроскопом. Только наличие паяльной станции дает возможность добиваться удовлетворительных характеристик в работе.
Покупные станции обязательно включают в состав несколько основных компонентов:
- Контрольно-управляющий модуль. Он помогает пользователю ориентироваться на режимы работы: сила тока, напряжение, температура жала, расход воздуха и ряд иных показателей.
- Паяльник, способный расплавлять определенный тип припоя. Перегрев гораздо выше заданных значений вызывает образование шлака, который не позволяет добиваться приемлемого качества.
- Пинцет с внутренним нагревателем способен помочь в монтаже и демонтаже микроэлементов и SMD-компонентов.
- Фен с терморегулятором для прогрева локального пространства и пайки групп контактов (микросхем) окажет помощь в сложном пространстве.
- Инфракрасный тепловой источник для прогрева большой площади на платах, а также групповой монтаж.
- Направленный тепловой излучатель для точечного нагрева пространства поможет выполнить миниатюрную работу.
- Приспособления для отсоса припоя после выпайки деталей.
- Вспомогательная арматура, держатели, специальные приспособления для пространственного соединения деталей. Антистатические устройства для мастера, а также коврики для размещения деталей и комплектующих.
Кроме перечисленного, станции комплектуются стойками для размещения инструмента с пружинными держателями. В зависимости от сложности и комплектации меняется цена на установку.
Контактные паяльные станции
Самыми простыми, если можно так выразиться, и распространенными паяльными станциями являются контактные. По своему принципу действия они мало чем отличаются от традиционных паяльников, но они лишены их конструктивных недостатков.
Основная проблема при использовании паяльника — это перегрев чувствительных элементов, особенно полупроводниковых. Причиной этого служит невозможность регулирования температуры нагревательного элемента. Паяльник разогревается примерно до 400 градусов, и безопасность пайки обеспечивается краткосрочным контактом жала с припоем.
Контактная паяльная станция оснащена блоком питания, который, в большинстве случаев, обеспечивает гальваническую развязку между цепью питания и нагревательным элементом. С помощью блока питания можно регулировать напряжение на нагревательном элементе, соответственно — изменять температуру нагрева. В большинстве случаев диапазон оптимальной температуры пайки — 250-330 градусов.
Паяльная станция с антистатическим исполнением и аналоговым управлением предназначена для ремонта электрического и радиооборудования.
Также стоит отметить, что в паяльных станциях присутствует система термостабилизации. Реализована она при помощи ПИД-регуляторов с обратной связью по температуре жала. В момент охлаждения жала (в момент касания жалом припоя) микроконтроллер анализирует соотношение заданной температуры к реальной и стабилизирует ее автоматически.
Мощность «обычных» контактных паяльных станций не превышает 50-60 Вт. Даже с учетом системы термостабилизации использовать их можно только для пайки свинцовыми нетугоплавкими припоями типа ПОС 60. Многие, даже опытные, мастера применяют их в ремонте современных плат, созданных по директиве RoHS с использованием только тугоплавких бессвинцовых припоев. Это в корне неверно. Негативные последствия от таких действий:
- перегретый радиокомпонент, вследствие завышенной температуры пайки;
- перегретое жало паяльника, что приводит к резкому сокращению его долговечности;
- резкое сокращение длительности работы нагревательного элемента;
- некачественная пайка (холодная пайка);
- перегрев дорожек на плате.
Цель и задачи применения
Паяльные станции используются в радиотехнике и сопутствующих направлениях производства и творчества. Пользователи применяют инструмент для выполнения разных видов работ.
- Пирография – выполнение рисунков с помощью тепловых приспособлений. Нагревая отдельные участки заготовок, добиваются изменения положения термопластичных элементов. Создаются композиции из пластиков одного цвета или многоцветные композиции.
- Сваривать пластики, при изготовлении корпусов, шкатулок или иных плоских и пространственных изделий.
- Выполнение монтажа, ремонта и иные целевые работы. Некоторые виды работ возможны только при использовании фенов, плавящих частицы пластика, не перегревая его.
- Для сборки электронных устройств и приборов.
- Пайки и монтажа электронных схем в электронике.
- Лужение и подготовка для сложного монтажа массивных деталей и узлов, соединяемых при расплавлении припоя.
- Для сварки в ограниченном пространстве.
- Пайкой SMD-компонентов, их монтажа и демонтажа на платах.
- Для усадки термоусадочной изоляции по завершении работ.
Паяльные станции для бессвинцовой пайки
Во избежание этого для ремонта современной техники следует использовать так называемые паяльные станции для бессвинцовой пайки.
По принципу действия они не отличаются от обычных, но мощность нагревательного элемента начинается от 75-80 Вт и заканчивается в пределах 150-160 Вт. Также производители пытаются минимизировать время стабилизации температуры микроконтроллером. Для этого используют более продвинутые ПИД-регуляторы.
Отдельно хочется отметить очень популярную модель GOOT PX-201, которая на первый взгляд является паяльником, но на самом деле — это полноценная паяльная станция для бессвинцовой пайки в компактном корпусе.
Не стоит бояться применять бессвинцовые станции и со свинцовыми припоями. Они для этого подходят ничуть не меньше, чем «простые» контактные станции.
Но далеко не со всеми задачами можно справиться лишь контактным методом пайки. SMT-монтаж, который сейчас доминирует, подразумевает использование миниатюрных SMD-компонентов и безвыводных BGA-микросхем. А справиться с такими элементами с помощью паяльника не только сложно, но и, в большинстве случаев, просто невозможно.
Для такого рода работ были созданы бесконтактные паяльные станции, и среди них наибольшее распространение получили термовоздушные.
Обзор конструкций паяльных станций
Станции для пайки различаются по назначению, а также комплектации оборудования, входящего в их состав. Их классифицируют по основным параметрам.
Контактные станции
Подобные паяльные станции оборудуются паяльниками, которые взаимодействуют с расплавленными припоями. В их составе имеются сами паяльники со сменными жалами, а также блоки управления, поддерживающие заданный температурный режим.
Наиболее продвинутые конструкции автоматически включаются только в момент изменения положения паяльника в пространстве. Если его помещают на стойку, то питание отключается, нагрев прекращается.
Нагревать можно не только жало. Нагревается и поток воздуха, который используется для прогрева пространства. Они оснащены вентилятором (некоторые даже можно считать компрессорными) и нагревателем.
Подобный инструмент способен производить групповой монтаж и демонтаж. Сразу несколько контактов микросхемы припаиваются по всем точкам на плате. Аналогично при необходимости замены производится и демонтаж детали.
Наличие подобных инструментов позволяет эффективно использовать пространство при изготовлении компактных установок.
У инструмента с кварцевым и керамическим нагревателями пайка выполняется бесконтактным способом. Сам инструмент используется только для нагревания области пайки. Жало не касается деталей и припоя.
ИК-излучатель расположен на удалении от зоны пайки. Он только прогревает ограниченную площадь в заданном месте.
Современная паяльная станция сочетает в своем составе несколько типов оборудования. Главное отличие от бытовых паяльников – это разогрев до заданных параметров. При необходимости легко изменить обрабатываемые пространства и величину нагрева.
Промышленные паяльные станции изготавливаются не только универсальными. Некоторые имеют узкое направление использования:
- для монтажа на удаленном расположении деталей;
- для демонтажа элементов;
- комбинированные устройства;
- ремонтные установки.
Наиболее развитые конструкции оснащены цифровыми регуляторами.
Аналоговые паяльные станции оснащаются приборами с обратной связью. Их работа регулируется задаваемыми температурными интервалами. При получении сигнала, что достигнут предельный режим, происходит автоматическое отключение прибора.
Некоторые пользователи считают, что подобные устройства помогают выполнять быстрый и качественный монтаж электронных схем и установок.
Комбинированные термовоздушные паяльные станции
Принцип работы термовоздушных станций довольно прост. Компрессор или турбина создают воздушный поток, который, проходя через спираль нагревательного элемента, набирает соответствующую температуру. Струю воздуха на выходе фена подают в зону пайки.
Таким образом решаются проблемы с пайкой в труднодоступных местах, с прогревом нескольких контактных площадок и т. п.
Термовоздушные паяльные станции широко используют для ремонта мобильных телефонов и бытовой техники. Мощности любой станции достаточно для работы как со свинцовыми, так и с бессвинцовыми припоями. Но и у них есть ограничение по применению. Нельзя использовать станцию для монтажа/демонтажа больших BGA-микросхем.
Термовоздушная паяльная станция с микропроцессорным управлением, 3 режимами подачи воздушного потока, жидкокристаллическим экраном с цифровой индикацией и диапазоном рабочих температур от 200 до 500 °C. Потребляемая мощность: 300 Вт.
Термовоздушные станции получили свое развитие в комбинации с другими видами паяльного оборудования. Поэтому самая распространенная модель на рынке — Lukey 852D . Тандем термофена и паяльника за небольшие деньги стал залогом успеха этой модели. Наверное, трудно встретить отечественного электронщика, который никогда не паял с ее помощью.
На волне успеха Lukey на рынке появились сотни моделей, так или иначе похожих на нее. И сейчас без проблем можно подобрать «паялку» на свой вкус.
Например:
- в ассортименте Lukey, кроме 852D , это могут быть модели 702, 868, 898. Их отличие от «классики» — тип нагнетателя воздуха. Все они оснащены турбинным мотором, который размещен в рукояти термофена. За счет этого был упразднен шланг-воздуховод от головного блока станции, что повлияло на улучшение эргономики и удобства пользования. В модели 853D также реализован встроенный лабораторный блок питания.
- ассортимент AOYUE предлагает значительно большую вариативность. Кроме модели со встроенным лабораторным БП — AOYUE 768, есть станции с встроенным дымопоглотителем — AOYUE 968. Самые «продвинутые» модели оснащаются не простым паяльником, а паяльником для бессвинцовой пайки (AOYUE 2738A ) и даже демонтажным пистолетом (AOYUE 2702A и AOYUE 2703A ).
Изготовление паяльной станции с феном
Для самодельной паяльной станции необходимо приобрести:
- Розетку для подключения паяльника.
- Диммер – устройство для регулирования мощности подключаемых электрических приборов.
- Набор проводов и метизов для монтажа.
- Ламинированный ДВП для изготовления корпуса паяльной станции.
Остается разобраться, как сделать несложное устройство, которое поможет в дальнейшей работе. Кажется, что проще некуда.
Чтобы изготовить простую паяльную станцию, нужны обычные паяльники. Мощность первого составляет 100 Вт, второй имеет нагреватель на 40 Вт.
Простое включение без промежуточного блока показывает, что на жале паяльника образуется нагар. Он происходит из-за перегрева жала в процессе нагревания. Нужно устройство, которое ограничит температуру нагрева. Для монтажа деталей на плате достаточно только расплавить припой. Застывая, он надежно соединит детали.
Приобретены основные комплектующие изделия: розетка для внутреннего монтажа; диммер, рассчитанный на 100 Вт.
У диммера имеются монтажные отверстия. Одно предназначено для соединения к общей сети, другое используется для подключения к инструменту.
Из ламинированного ДВП выпиливаются детали для изготовления корпуса. С помощью клеевого пистолета будет произведена сборка корпуса в единую пространственную конструкцию.
Прорезаны необходимые отверстия и производится спайка деталей. Прибор обретает нужный вид.
Нижняя крышка будет отъемной. Устанавливаются специальные клеммы, для винтов.
Остается установить детали внутрь корпуса паяльной станции.
После установки диммера выполняется монтаж розетки.
Устройство собрано. Нужно выполнить тестирование. Для удобства работы требуется градуировка.
Включение при установке диммера на максимальную мощность показывает, что перегрев не устранен. Нужно снижать силу тока, подаваемую на паяльник.
Чтобы градуировать паяльную станцию подключение выполняется через амперметр. Его соединяют последовательно нагрузке. Остается только контролировать значение силы тока, отмечая их на диммере.
Подводя контакт прибора в вилке паяльника, проверяют величину протекающего тока. Наблюдают за нагревом жала.
Для каждого измеренного значения наносят отметки на неподвижном диске диммера. В дальнейшем достаточно будет устанавливать разные режимы, чтобы контролировать работоспособность паяльника.
Градуируется весь неподвижный диск.
Для любого положения поворотного движка нанесены риски. Им соответствует определенная сила тока, а также и мощность, передаваемая на паяльник.
С помощью припоя определенной марки уточняются температурные значения. Каждой мощности соответствует своя температура разогрева жала.
Паяльная станция работает отлично. Припой на жале не выгорает. Он только расплавился.
Изготовлено работоспособное устройство.
Для выполнения более сложных работ требуется более сложная паяльная станция. В ее комплекте будет не только паяльник для тонкого и глубокого монтажа. Для работы с группами контактов нужен фен. Он тоже будет создан в качестве дополнительного инструмента.
Вот такой вид будет иметь блок управления. Цифровой индикатор покажет температуру разогрева жала и воздушного потока. Общий выключать, ручки управления помогут установить нужный режим.
Предусматривается использование паяльника на 24 В. Он приобретается в интернет-магазине. Нужно приспособить его для установки в паяльной станции. Для управления питанием в паяльнике используется шариковый включатель. При определенном положении шарики включают контакт, в другом положении питание отключается.
Выполняется установка включателя в корпус паяльника. Меняя положение шарикового контакта, проверяют его работоспособность. Теперь в определенном положении паяльника он выключится сам.
Подключается блок питания. Теперь контролируется нагрев по показаниям индикатора. С паяльником на 24 В основные работы завершены.
Электрический фен также рассчитан на 24 В. В комплекте к нему имеется схема подключения к блоку питания.
Паяльная станция выполняется по прилагаемым электрическим схемам. Параметры используемых деталей показаны на фото.
По приложенным схемам спаяна плата для управления режимами работы фена. Поворачивая один регулятор, добиваются изменения скорости вращения крыльчаток вентилятора. Другим регулятором меняется величина напряжения на нагревателе.
Передняя панель. Ее только вырезали из текстолита. Остается нанести недостающую информацию.
Внутри корпуса от дисковода выполнен монтаж основных элементов паяльной станции.
На пленке выполнена печать. Сама пленка с информацией крепится на двухстороннем скотче. Теперь передняя панель получает товарный внешний вид.
Производится тестирование рабочих режимов паяльника.
Включается фен. У него в комплекте имеется несколько наконечников. Они различаются по размерам.
Подставив руку, монтажник проверяет нагрев воздушного потока.
На дополнительной стойке будут размещаться инструменты паяльной станции. Зеленая ручка у обычного паяльника на 220 В.
Тестирование паяльника. Выполняется пайка SMD-компонента.
SMD-компонент припаян грамотно. Тонкий монтаж выполняется с помощью тонкого жала
Жало паяльника меняется довольно легко.
Более мощное жало помогает паять толстые провода.
Фен может прогреть площадку достаточно большого размера. Возможен групповой монтаж и демонтаж деталей.
Микросхема через 10 секунд отпаяна.
Тестирование паяльной станции завершено. Она готова к работе.
Паяльная станция помогает мастеру организовать выполнение сложных задач.
Демонтажные паяльные станции
Неотъемлемым конструктивным элементом демонтажной паяльной станции также является компрессор, но здесь он работает не на выдув, а на всасывание. С его помощью разогретый припой на контактной поверхности всасывается в специальный резервуар. Тот, кому хоть раз приходилось выпаивать микросхему в корпусе, например, DIP8, понимает, насколько это удобно.
Кроме AOYUE 2702A , которая является чем-то вроде «паяльного комбайна», существуют сугубо демонтажные станции, такие как Pro’sKit SS-331B, AOYUE 474A и AOYUE 701A (AOYUE 701A также оснащена обычным паяльником).
Инфракрасные паяльные станции
Описать все нюансы эксплуатации и применения в общем обзоре для инфракрасных паяльных станций невозможно. Это уже тема отдельной статьи. Но мы попытаемся кратко их классифицировать.
Данный тип паяльного оборудования был создан для решения нескольких сложных задач:
- монтаж/демонтаж средних и крупных BGA-микросхем;
- уменьшение теплового влияния на пластиковые элементы при пайке;
- упразднение использования большого количества насадок под конкретный тип микросхем, как в термовоздушных станциях, ввиду того, что новые микросхемы появляются на рынке постоянно.
Учитывая эти преимущества, ИК-станции практически полностью вытеснили любые другие в сервисных центрах по обслуживанию компьютеров и ноутбуков.
Фактически любая (кроме бюджетных решений типа Tornado) ИК-станция — это ремонтный комплекс, который состоит из таких элементов:
- верхний нагреватель;
- нижний нагреватель (преднагреватель);
- стол для держания платы;
- система термоконтроля, которая состоит из термодатчиков и программируемого контроллера.
Такая конструкция предусмотрена именно для обслуживания плат большого размера, таких как материнские платы ПК и ноутбуков.
Мощный верхний нагреватель позволяет выпаять большую BGA-микросхему, например, «северный мост». Большой по площади нижний нагреватель минимизирует риск термической деформации текстолита в связи с локальным нагревом «сверху». На столе можно правильно и надежно зафиксировать плату. А система термоконтроля автоматически отслеживает изменение температуры в контрольных точках, сравнивает ее с заданной температурой и регулирует ее соответственно термопрофилю.
Задача оператора такой станции сводится к подбору правильного термопрофиля (температурно-временных отрезков процесса пайки), а сама станция выполнит всю оставшуюся работу в автоматическом режиме.
По типу нагревательного элемента ИК-станции делятся на:
- керамические (ACHI IR-PRO-SC, ERSA IR500A, Jovy Systems RE-8500, Tornado Infra Pro, Jovy Systems RE-7550, Quick IR2005, ACHI IR-6500 )
- кварцевые (AOYUE 732, AOYUE 720, AOYUE Int 883)
Преимуществами керамических нагревателей являются работа в невидимом спектре излучения, высокая надежность и длительное время наработки на отказ.
Преимущества кварцевых нагревателей заключаются в меньшей инерционности и в большей однородности пятна нагрева.
Надеемся, что эта статья поможет вам сделать правильный выбор паяльной станции. По вопросам, которые не были затронуты в обзоре, и по любым другим вопросам технического характера, вы можете обращаться в наш отдел технической поддержки.
Юрий Стахняк,Технический специалист магазина инструментов Masteram
