Особенности паяльной станции

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 AOYUE 936

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.

Контактная паяльная станция — это, по сути, паяльник с регулировкой температуры. Соответственно, в задачи этой паяльной станции входит весь спектр работ паяльника, но с возможностью выбора подходящего температурного режима для той или иной задачи. В нерегулируемых паяльниках значение температуры может доходить до 500 градусов и выше, при этом мелкие компоненты можно (и нужно) спаивать при относительно небольших температурах, около 250-300 градусов.

Контактная станция дает возможность соблюдать такие режимы. Кроме того, контролируемая температура значительно уменьшает износ жала, нагревательного элемента и всей конструкции паяльника, так что он прослужит дольше и качество работ, сделанных с его помощью, будет значительно отличаться в лучшую сторону.

Термовоздушная паяльная станция — это станция, в которую включен термофен. Чаще всего он идет в комплекте с паяльником, но есть и исключения. На это стоит обращать внимание — входит ли в состав станции паяльник.

Термофен делает работу с миниатюрными компонентами еще проще (а в случае самых мелких деталей — это единственный инструмент, с помощью которого их можно отпаять и запаять). Если нужно выпаять, например, микросхему с 40 выводами, термофен справится с этим буквально за минуту.

К термофенам существует большое количество насадок, которые упрощают работу с определенным типом деталей на плате. При частой работе с конкретными однотипными изделиями купить нужную насадку не помешает.

Инфракрасная станция обычно покупается в сервисные центры и другие специализированные предприятия. Ее основной рабочий элемент — инфракрасная лампа, нагревающая определенный участок платы. Действие похожее на термофен, только при этом отсутствует воздушный поток, который может сдуть мелкие детали, и не так сильно нагреваются сами компоненты (припой нагревается намного быстрее) за счет того, что инфракрасные лучи неодинаково воздействуют на разные материалы.

Принцип управления нагревом

• Во-первых, надо понять может ли она работать с припоями на основании свинца.
• Во-вторых, желательно знать возможности управляющего модуля и принцип его работы – цифровой или аналоговый.
• В-третьих, необходимо понимать, от какого напряжения будет работать станок.

Китайская модель 852d

Модель 825 — это цифровая термовоздушная модель с феном и паяльником. На корпусе этой установки установлен монитор, на котором показывается температурные режимы работы фена и паяльника. Использование цифрового управления позволяет повысить точность настройки устройства. Это оборудование может работать в широком диапазоне температур, так фен обеспечивает подачу воздуха в диапазоне от 100 до 420 градусов, паяльник от 200 до 480 градусов.

Для подачи воздуха использован диафрагменный насос. Для разогрева паяльника установлен керамический нагревательный элемент. Он способен предупредить повреждение компонентов, установленных на плате, напряжением, которое, при определенных условиях образуется на конце жала обычного паяльника. То есть, работа с использованием этого станка, позволяет снизить риск повреждения платы и повышает качество выполненной пайки.

Контактная пайка не всегда может справиться с поставленными задачами. В наши дни, когда каждый буквально напичкан современной электронной техников, часто возникает задача по ремонту или восстановлению микросхемы, отличающихся миниатюрными размерам. Традиционный паяльник абсолютно бесполезен, в этом случае применяют бесконтактные устройства. Широкое распространение получили так называемые термовоздушные устройства.

Нагретая струя направляется в рабочую зону, где выполняется пайка. Станок позволяет настраивать не только температуру воздуха, но и скорость его движения. Такие паяльные устройства применяют во время ремонта мобильников, носимых устройств и компьютерных плат.

Демонтажные станции

Этот станок условно можно разделить на два компонента, нагревательный и всасывающий. Под воздействием нагревающего устройства, тепло равномерно подводят к месту работы. Всасывающая часть удаляет остатки припоя с поверхности и отверстий печатной платы. Собранный припой направляется в специальный контейнер, оснащенный фильтрами и предотвращающими попадание остатков припоя, флюса в насос, который входит в состав станка.

Станки этого типа можно назвать оптимальным решением и для профессионалов, и для любителей. Оборудование этого класса позволяет осуществить предварительный нагрев электронных элементов перед выполнением демонтажа. Они могут быть использованы для работы с широким кругом типов микросхем.

При необходимости всегда можно подобрать оборудование подходящие именно вашим задачам и целям.

Начнем с конструктивных особенностей индукционного нагревательного элемента (см. рисунок 1), это позволит лучше понять его принцип действия.

Указанные обозначения:

• А – экранирующая оболочка;
• В – провода, подающие напряжение к индуктору;
• С – ручка паяльника;
• D – жало;
• Е – индукционная катушка;
• F – ферромагнитный слой.

Теперь поверхностно расскажем о принципе действия, не погружаясь в теоретические основы электромагнитной индукции. При поступлении в индукционную катушку высокочастотного напряжения происходит формирование переменного магнитного поля. Поскольку скин-слой жала выполнен из ферромагнитного материала, то начинается процесс его перемагничивания, который сопровождается образованием вихревых токов. Это приводит к значительному выделению тепловой энергии.

Преимущества индукционного метода очевидны: поскольку в качестве нагревательного элемента выступает жало паяльника, его нагрев происходит равномерно. Следовательно, отсутствуют потери от температурной инерции, и полностью исключен локальный перегрев, вызывающий окисление и выгорание жала. В результате, увеличивается его срок эксплуатации и повышается КПД устройства.

Управлять процессом нагрева можно двумя способами:

1. Установив на жало термодатчик и подключив его к цифровому блоку управления. Такой способ стабилизации температуры применяется практически во всех недорогих индукционных паяльных станциях, например: Quick 203H или Yihua 900Н (показана на рисунке 2).
   

   

2. Меняя состав ферромагнитного сплава, покрывающего жало. Данный принцип основан на том, что при определенной температуре (точка Кюри), ферромагнетики утрачивают свои свойства, в результате чего паяльник перестает нагреваться. Такой метод стабилизации температуры был запатентован компанией Metcal под названием SmartHeat®, что дословно переводится как «умный нагрев». Применяется в моделях Metcal, OKI, ERSA, Weller и т.д.
   

   

У каждого из представленных выше методов есть свои достоинства и недостатки. Станции с термодатчиком существенно дешевле, что делает их доступными не только для профессионалов, но и любителей. Точность и надежность такого оборудования напрямую зависят от цифрового блока управления.

Второй способ стабилизации температуры осуществляется за счет установки картриджей-наконечников с определенной точкой Кюри – он более надежен. Но станции SmartHeat® имеют два существенных недостатка:

1. Высокая стоимость, не каждый профессионал может себе позволить купить такое оборудование. Но новое поколение бюджетных моделей более доступно.
2. При изменении режима пайки необходимо устанавливать соответствующий картридж-наконечник, которые, как правило, не входят в комплект поставки и стоят недешево.

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.

Комбинированные термовоздушные паяльные станции

– это первое поколение ремонтных комплексов, созданных для монтажа и демонтажа микросхем с SMD и BGA-корпусами. Наилучшим образом они зарекомендовали себя также в работе с небольшими SMT-компонентами, а именно с планшетами и другой мелкой потребительской техникой.

Они были заменены инфракрасной технологией по причине ряда недостатков:

• Маленькая площадь нагрева.
• Неравномерность прогрева и лишние термические нагрузки на соседние элементы.
• Деформация монтажной платы.

Но, следует упомянуть, что большое распространение получили комбинированные или гибридные ремонтные комплексы, в которых объединены лучшие свойства и термовоздушных, и инфракрасных технологий. Пример такого оборудования – это гибридный ремонтный комплекс Scotle IR360 PRO V3. На сегодняшний день именно такой тип паяльных станций считается лучшим среди широкого круга специалистов.

Инфракрасные паяльные станции имеют свои недостатки и слабые стороны, на которые покупателю следует обратить внимание перед окончательным выбором модели. Многие новички ошибочно покупают станции вместо комплексов для демонтажа больших микросхем, как, например, термовоздушная станция Lukey 852D с отдельным паяльником.

В большинстве случаев это приводит к негативным последствиям, поэтому в данном случае следует использовать инфракрасный паяльный комплекс, или термовоздушный комплекс большого размера, или их гибрид. Даже если объединить в работе термовоздушную станцию с инфракрасным нижним нагревателем, заменить качественное инфракрасное паяльное оборудование не удастся, поскольку только так обеспечивается полуавтоматический процесс. А в случае с термовоздушной станцией контроль осуществляется оператором.

На рынке представлены качественные инфракрасные станции от американских и  немецких производителей, но их стоимость достигает более 10 тысяч долларов. Другой распространенный сегмент – это станции китайского производства, цена которых колеблется в пределах 1 тысячи долларов. Они мало чем уступают дорогим аналогам и позволяют начать свой бизнес, не вкладывая огромные средства в создание сервисного центра.

Популярность этих станций среди мастеров обусловлена не только простотой использования, но и работой в удобном полуавтоматическом режиме. От пользователя в первую очередь важно ввести начальные данные и правильно выбрать температурный профиль, а ремонтный комплекс даст сигнал о завершении процесса.

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 Pro’sKit SS-602B

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 ).

Краткий обзор

Начнем со станции с цифровым блоком управления Quick 203H (ее фото представлено на рисунке ниже).

Оригинальная модель данной станции стоит в пределах $220-$240, китайский аналог можно найти по цене вдвое дешевле (при выборе обращайте внимание на комплектацию, может поставляться без паяльника). Отлично справляется с smd радиодеталями и содержащим свинец припоем.

Выбор

Собственно, процесс выбора заключается в определении области применения станции. Бюджетная модель PS-900 отлично подходит для промышленной ручной пайки и тем, кто планирует заниматься радиоэлектроникой на профессиональном уровне.

Индукционные модели с цифровым блоком управления больше подходят для любителей, поскольку, установить необходимый тепловой режим значительно проще, чем подбирать картридж-наконечник с соответствующей точкой Кюри.

Следует учитывать, что недорогие индукционные устройства не производятся с термофеном. Если он станет необходимым для работы – термовоздушная станция может быть приобретена отдельно.

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

– это комплексное решение на рынке оборудования для сервисного обслуживания и ремонта разных видов современной техники. Базовый принцип их работы заключается в мощном нагревании при помощи инфракрасного излучения электромагнитными волнами длиной 2-8 мкм. Практически каждая, кроме бюджетных моделей, инфракрасная паяльная станция – это сложный ремонтный комплекс, который состоит из следующих компонентов:

• Верхний нагреватель.
• Нижний нагреватель.
• Стол с держателем для платы.
• Система обеспечения контроля температуры (состоит из термопары и программируемого контроллера).

Новейшие модели паяльных станций имеют возможность подключения к программному обеспечению ПК для контроля над процессом пайки по заданному температурному профилю.

Одно из преимуществ керамических нагревателей – это пайка при помощи излучения электромагнитными волнами невидимого спектра, которые являются абсолютно безопасными для зрения и позволяют оператору производить визуальное наблюдение за процессом. Они также являются наиболее надежными и обеспечивают длительное время эксплуатации до отказа.

Кварцевые нагреватели, в свою очередь, отличаются меньшей инерционностью и обеспечивают большую однородность зоны нагревания, хотя они используют кроме невидимого еще и видимый и, поэтому, опасный для зрения диапазон инфракрасного излучения. По этой причине, как правило, в комплекте к станции поставляются защитные очки.

Инфракрасные паяльные станции оборудованы всем необходимым для настройки размеров прямоугольной зоны нагревания, обычно от 10 до 60 мм. Вы можете также самостоятельно манипулировать размерами и формой зоны нагревания, поскольку при работе с данными станциями допускается использование фольги, которой закрывают участки элементов, не подлежащие нагреву. Инфракрасный ремонтный комплекс специально оборудован столом, на котором можно надежно зафиксировать плату.

Верхний нагреватель выполняет основную работу при пайке. Нижний нагреватель осуществляет предварительный нагрев элементов, предохраняя, таким образом, текстолит от риска термической деформации. Система термоконтроля позволяет оператору выбирать правильный термопрофиль – температурно-временной отрезок процесса и, сравнивая температурные показатели, регулировать весь процесс по заданным параметрам.

Увеличение спроса именно на инфракрасные паяльные станции достаточно легко объясняется рядом их особенностей и преимуществ в решении сложных ремонтных заданий:

• Отлично подходят для восстановления работы микросхем SMD, BGA, CBGA, CCGA, CSP, QFN  MLF, PGA больших и средних размеров.
• Инфракрасные паяльные станции лучше других могут удовлетворить потребности мастеров сервисного центра в процессе монтажа, демонтажа и реболлинга BGA-корпусов. На рынке представлены паяльные станции, которые продаются сразу с наборами для реболлинга.
• Инфракрасные паяльные станции гораздо удобнее других в работе с элементами из пластика (шлейфы и коннекторы).
• Инфракрасное излучение имеет разное воздействие на металлические и неметаллические детали. Сначала нагреваются металлические детали и припои.
• Нагревание происходит лишь в необходимой зоне, другие компоненты защищены от нежелательного термического воздействия.
• Осуществляя точный предварительный нагрев снизу, инфракрасная технология пайки препятствует термической деформации монтажной платы, что особенно важно для плат большого размера, таких как материнские платы ПК.
• Именно эти станции обеспечивают равномерность нагревания и, благодаря большой мощности, элементы быстро нагреваются до необходимой температуры.
• Идеально подходят для работы с бессвинцовыми припоями и благодаря той же мощности, способны поддерживать стабильную температуру.
• Отсутствие сильного воздушного потока не приводит к сдуванию легких элементов с платы, как в случае с термовоздушными станциями.
• Отсутствие необходимости покупать большое количество различных насадок под разные размеры микросхем, как для термовоздушных паяльных станций.
• Инфракрасное излучение волн короткой длины не вредит зрению и позволяет оператору визуально контролировать процесс пайки.

Инфракрасные паяльные станции вытеснили другие аналогичные виды техники и приобрели наибольшее распространение среди сервисных центров, которые специализируются на ремонте мобильных телефонов, игровых консолей, ноутбуков, планшетов и другой компьютерной техники, в первую очередь благодаря простоте и эффективности использования. На данном этапе производители сосредоточились на выпуске именно этого типа паяльных станций.

ACHI IR-6500 – это начальный минимум для восстановления работы больших монтажных плат.  

ACHI IR-PRO-SC –инфракрасная паяльная станция, которая является самодостаточным инструментом для профессионального массового ремонта в условиях сервисного центра, где процессы поставлены на поток. 

ACHI IR-12000 – это наиболее продвинутая модификация из ассортимента ремонтных комплексов производителя. Рассчитана она на опытных пользователей, которые хотят получить все преимущества гибридной технологии. Ключевая особенность этого комплекса – это нижний инфракрасный нагреватель, внутри которого вмонтирован термовоздушный.

https://www.youtube.com/watch?v=-vW7wDTwxbk

Инфракрасные паяльные станции производителя ACHI – это самое современное, качественное и доступное оборудование для ремонта мобильной и компьютерной техники. Их возможностей вполне достаточно для полноценного профессионального ремонта, и они по характеристикам не уступают более дорогим аналогам. Именно с ACHI потребители получают по доступной цене все преимущества лучшей на данный момент технологии пайки – инфракрасной.

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