Паяльная станция начинающего

Устройства для бессвинцовой пайки

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.

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.

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.

Данный тип станций конструктивно представляет собой паяльник, снабженный электронным блоком управления, который представляет собой обычный терморегулятор.

Станции для контактной пайки условно можно разделить на категории, в зависимости от типа используемого припоя:

• устройства, предназначенные для оловянно-свинцовых припоев;
• станции для бессвинцового припоя.

Типичными представителями станций для пайки оловянно-свинцовым припоем являются модели Аoyue2900 , Аoyue 936, их фото показаны ниже.

Данный тип отличается тем, что на нем установлен более мощный нагревательный элемент, как правило, от 75 до 160Вт. Это связано с высокой температурой плавления бессвинцовых припоев (около 300°C), поэтому для разогрева места пайки до нужной температуры требуется большая мощность.

Благодаря наличию терморегулятора, станции этого типа могут быть использованы для работы с обычным припоем, содержащим свинец, то есть не таким тугоплавким.

В зависимости от принципа работы блоков управления станций для пайки, их принято разделять на цифровые и аналоговые. У последних стабилизация заданной температуры происходит по следующему принципу:

• нагревательный элемент включен, пока жало паяльника не достигнет определенной температуры, после чего происходит отключение питания;
• после падения температуры ниже заданного диапазона нагреватель опять включается.

Собственно, за работу паяльника отвечает электромагнитное реле, управляемое электронной схемой, получающей сигнал от термодатчика. Единственное достоинство аналоговой системы управления станцией для пайки – невысокая цена реализации.

К недостаткам следует отнести низкую точность, которая приводит к перегреву жала паяльника, и связанные с этим проблемы (частая замена жала, перегрев радиодеталей и т.д.).

Цифровая станция для пайки управляет нагревательным элементом при помощи ПИД-регулятора, контролируемого запрограммированным микроконтроллером. Он устанавливает необходимую мощность нагрева. Такой способ управления намного точнее аналогового.

В данном типе в качестве нагревательного элемента используется импульсная индукционная катушка, на которую подается высокочастотное колебание, вызывающие в ферромагнитном покрытии появление вихревых токов. Нагрев происходит до достижения температуры точки Кюри, после чего у ферромагнетика изменяются магнитные свойства и, соответственно, прекращается нагрев.

Бесконтактные станции для пайки применяются при ремонтно-демонтажных работах с электрическими схемами, помимо этого их используют при замене чипов (микросхем) с большим количеством выводов.

В зависимости от принципа действия, бесконтактная станция для пайки может быть термовоздушной или инфракрасной. Рассмотрим подробно каждый из этих типов.

Во-первых, все паяльные станции делятся на контактные, термовоздушные и инфракрасные.

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 ).

Станции контактного типа относятся к монтажным, то есть с их помощью можно припаять радиодетали, но использовать такие устройства для демонтажа, особенно элементов в многовыводном корпусе, не представляется возможным. Для этой цели используются устройства, оборудованные термофеном.

Заметим, что иногда радиолюбителями для этой цели применяется промышленный фен, или даже газовая горелка, но с их помощью не всегда удается добиться необходимого результата.  Мощный поток нагретого воздуха может сдуть с платы соседние радиодетали. Чтобы избежать этого, лучше воспользоваться специальными устройствами.

Модель, представленная на фото, оборудована цифровыми контролерами уровня. Такие устройства стоят несколько дороже обычных моделей, но если есть возможность, то лучше купить станцию, оборудованную феном для пайки (Quick 850AD, Element 898BD, BAKU (Баку) 761D и т.д.).

Как правило, в комплекте с фенами идут насадки, позволяющие регулировать воздушный поток.

Второй способ создания самодельной паяльной станции больше подойдет для новичков. Он подразумевает изготовление термовоздушного инструмента, для которого потребуется:

• Корпус, в качестве которого можно использовать готовые штампованные детали.
• Любой контактный паяльник.
• Обычный бытовой или более продвинутый промышленный фен.
• Блок питания. Сделать его своими руками довольно сложно, поэтому лучше взять готовый модуль на 24 В, который имеет собственную защиту от перегрузки. В таких блоках применяются транзисторы MOSFET, обеспечивающие эффективное преобразование напряжения.
• Плата для регулировки температуры паяльника. В ней обычно используется симистор с радиатором охлаждения, а также переменный резистор, позволяющий выполнять настройку. Чтобы отслеживать изменения температуры нагрева, к плате подключается светодиодный или цифровой индикатор.

Все компоненты управляющего модуля размещаются на обычной текстолитовой плате, которую нужно подготовить следующим образом:

1. Переносим на плату схему с обозначением мест установки всех компонентов. Для этого применяется лазерно-утюжный метод, а также лак, с помощью которого можно прорисовать отдельные соединения деталей.
2. Протравливаем текстолитовую плату в растворе лимонной кислоты и перекиси водорода. Чтобы запустить химическую реакцию, в него достаточно добавить немного обычной соли.
3. Промываем плату и сверлим в ней отверстия.
4. С помощью обычного паяльника лудим токопроводящие дорожки.
5. Предельно осторожно устанавливаем все компоненты схемы и производим пайку.

Сборка термовоздушной станции осуществляется довольно просто:

1. Внутрь корпуса монтируется плата для регулировки мощности, провода от которой выводятся наружу.
2. На задней панели корпуса устанавливается тумблер включения-выключения прибора, а также резисторы для регулировки температуры воздуха и жала паяльника.
3. На переднюю панель выносим цифровой или светодиодный индикатор температуры. Рекомендуем использовать первый вариант. Он сложнее в реализации, однако позволяет более точно регулировать мощность оборудования.

Начинающим радиолюбителям будет довольно сложно изготовить своими руками полноценную паяльную станцию. Поэтому лучше для начала потренироваться на какой-либо старой и ненужной электронике. Попробуйте разобрать прибор, извлечь из него печатную плату, отпаять отдельные детали, а затем установить их обратно. Если все получается без проблем, если компоненты не перегреваются и не разрушаются, можно приступать к изготовлению оборудования.

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).

Во-первых, все паяльные станции делятся на контактные, термовоздушные и инфракрасные.

Чтобы ремонтировать микросхемы BGA или восстанавливать работоспособность процессоров на ПК, ноутбуках и иных электронных устройствах, необходимо использовать более совершенное оборудование, чем обычный паяльник, оснащенный медным жалом. В его качестве преимущественно выступают инфракрасные паяльные станции. Для их изготовления своими руками потребуются начальные знания и навыки, а также следующие материалы и принадлежности:

1. Две галогеновые лампы. Именно они будут использоваться в роли нагревателей.
2. Микросхема Arduino MAX6635. Она будет подключаться к компьютеру и осуществлять управление нагревом с помощью специального программного обеспечения.
3. Термопары, позволяющие поддерживать требуемую температуру и обеспечивающие защиту от перегрева.
4. Штативный механизм для подъема или опускания верхней секции инфракрасной паяльной станции.

Нижняя лампа в нашей конструкции будет неподвижной. Она исполняет роль теплового экрана, отражающего тепло и обеспечивающего дополнительный подогрев микросхемы. Верхняя секция, которая монтируется на штатив, перемещается вверх и вниз, что позволяет удобно работать с паяльной станцией.

В качестве нагревательного элемента для оборудования этого типа используется кварцевый или керамический инфракрасный излучатель. Если провести сравнение с термовоздушными устройствами, то перед ними у инфракрасных приборов будут следующие преимущества:

• обеспечение равномерного локального нагрева в месте пайки;
• радиодетали не сдуваются с платы;
• нет необходимости подбирать насадку на фен под определенный чип;
• допускается работа с компонентами, у которых сложный профиль.

Заметим, что ИК станции относятся к дорогостоящему профессиональному оборудованию, радиолюбителями они используются редко из-за своей высокой стоимости.

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

Дополнительное оборудование для паяльных станций

Многие модели станций комплектуются дополнительным оборудованием, облегчающим работу. К таким устройствам относятся демонтажные пистолеты (специальный паяльник, снабженный оловоотсосом, позволяющий удалять припой с платы), дымоуловители, лампа подсветки и т.д.

Заметим, что такие известные производители, как Digital, Rexant, Xun, Xytronic, Ардуино, Веллер, КИТ, ОКОФ, Соломон, Термопро и т.д. в большинстве случаев комплектуют свои устройства дополнительным оборудованием. В последнее время даже продукция из Китая снабжается аксессуарами.

Простая Паяльная станция своими руками

Обладая определенным опытом, не составит труда сделать своими руками станцию для пайки. Предложенная ниже схема – это простой регулятор температуры паяльника.

Используемые элементы:

• VD1- любой диод, рассчитанный на напряжение 400-600В и ток от 1А, например, 1N4007;
• VD2 – в данной схеме можно использовать КУ101Г или его аналог;
• C1 – конденсатор емкостью 4,7мкФ, рассчитанный на напряжение 50-100В;
• R1 – переменное сопротивление  в диапазоне от 30 до 47кОм;
• R2 – резистор, номиналом от 27 до 33кОм, минимальная мощность 0,5Вт.

Собранная схема в настройке не нуждается, калибровка шкалы переменного резистора может быть выполнена произвольно.