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.
Зачем нужна паяльная установка
Удобства и преимущества пайки паяльной станцией довольно легко оценить, если подробно ознакомиться с полным набором входящих в неё составляющих.
С данной точки зрения она представляет собой комплекс специальных устройств и приспособлений, обеспечивающих качественную пайку и лужение различных по структуре металлоизделий, в особенности мелких деталей, микросхем.
В состав типовой установки, как правило, входят следующие элементы:
- электронагреватель соответствующего класса (электрический паяльник или термический фен);
- регулируемый блок питания, собранный на основе достаточно мощного трансформаторного преобразователя, позволяющего выбирать требуемые режимы нагрева потребителя;
- подставка под паяльное приспособление и устройство для отсоса расплавленного припоя (ими комплектуются не все продающиеся модели).
Состав паяльного комплекса, которым пользуются для организации профессиональных работ, может быть дополнен другими модулями, позволяющими повысить качество пайки.
Принцип работы оборудования заключается в совместном использовании всех составляющих его узлов, что позволяет контролировать и осуществлять регулировку температуры в рабочей зоне.
В отдельных моделях применяется схемное решение, обеспечивающее защиту элементов от перегрузок и статического электричества.
Преимущества паяльных станций являются обоснованием целесообразности их применения и практически отвечают на вопрос о том, как ими нужно пользоваться.
По количеству подключаемых к блоку питания паяльников станции могут быть одно- или двухканальные. В комплект последнего из этих образцов могут входить как основной, так и дополнительный (демонтажный) паяльники, отличающиеся по своей мощности и рабочим температурам.
Иногда один из них имеет функцию быстрой смены рабочего наконечника («жала»), что позволяет пользоваться им для пайки различных видов радиодеталей.
С внешним видом некоторых из моделей паяльных установок можно ознакомиться на фото.
При классификации оборудования этого типа также различают цифровые паяльные станции, в которых управление рабочими режимами пайки осуществляется посредством специальных электронных модулей.
https://www.youtube.com/watch?v=ycaSJDCEsxg
Особый интерес представляет компрессорная паяльная установка, оборудованная специальным нагнетателем воздуха, используемым при работе с феном.
В таких паяльных станциях сфокусированный с помощью специального устройства воздушный поток сначала нагревается в термическом канале, а затем направляется через выходное сопло в зону пайки.
Наличие встроенной системы контроля температуры обеспечивает формирование более равномерной струи горячего воздуха.
Помимо образцов с компрессорной накачкой воздушной струи, выпускают установки турбинного типа, которые по причине своей дороговизны встречаются очень редко и не пользуются потребительским спросом.
Паяльные станции для бессвинцовой пайки
Контактные
По принципу действия такие станции ничем не отличаются от традиционных паяльников. Но работать с ними при необходимости замены элементов схем с навесным монтажом (для их обозначения используются аббревиатуры ТМП, SMD, SMT), да еще когда радиодеталь имеет множество выводов, невозможно.
Но и эта категория подразделяется на 2 большие группы изделий:
- Пайка припоем обычным (оловянно-свинцовым). Например, «AOYUE» серий 936, 937; «Solomon» SR-976 ESD.
- С припоями без содержания Pb.
Принципиальной разницы в исполнении нет. Отличия в точности настройки; в первую очередь, по температуре нагрева жала. Для бессвинцовых припоев (характеризуются тугоплавкостью) она должна быть значительно выше – в пределах 300 ºС, как минимум.
Интересна группа импульсных станций. Они обеспечивают пайку точечную. Разогрев материала происходит лишь в месте касания кратковременным эл/разрядом. При работе со сложными миниатюрными схемами – отличные помощники.
Бесконтактные
Пайка термовоздушная. Такие станции оснащены ТЭН, а горячая струя подается тонким направленным «лучом» в рабочую зону. Его параметры регулируются, что создает дополнительное удобство при работе с различными схемами, особенно с плотной компоновкой деталей.
ИК-станции. Пайка осуществляется с помощью лучей инфракрасного спектра (тепловых). При замене материнских плат, мк/схем с множеством выводов, ремонте ноутбуков, планшетов и так далее такие установки просто незаменимы. К тому же и более безопасны в плане вероятности получения термического ожога.
https://www.youtube.com/watch?v=vo2jS9ipK08
В отдельную группу можно выделить индукционные станции. Они более совершенны в управлении и позволяют работать с различными припоями, так как характеризуются значительным температурным пределом регулирования. Отличаются компактностью в сочетании с большой мощностью.
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.
Назначение отдельных модулей
Питающий блок для паяльных станций изготавливается на основе автотрансформатора достаточной мощности, посредством которого можно управлять амплитудой поступающего на нагрузку напряжения (в небольших пределах).
В качестве конечного потребителя (нагревателя для паяльной станции) чаще всего используются либо обычный электропаяльник, либо специальный термический фен, имеющий встроенный переключатель режима работ.
При приобретении подходящей для домашних условий установки предпочтение следует отдавать тем изделиям, в комплект которых входят отдельный держатель или подставка под нагревательный инструмент. При их наличии пользоваться паяльной станцией будет намного проще и безопаснее.
Входящим в комплект инструментом пользоваться будет значительно удобнее, если в его составе имеется специальный отсос для удаления остатков расплавленного припоя, а также наиболее востребованные запчасти.
Как сделать своими руками термовоздушную паяльную станцию
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 ).
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:
- Потоком воздуха можно случайно сдуть маленькие детали.
- Поверхность прогревается неравномерно.
- Для разных случаев требуются дополнительные насадки.
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.
Как происходит калибровка
Известно, что хорошо отлаженная паяльная станция позволяет в разы повысить эффективность пайки и ускорить демонтаж электронных компонентов и изделий. Однако это возможно лишь при условии, если она не имеет дефектов и схема установки температуры правильно откалибрована.
Среди имеющихся в продаже недорогих паяльных систем широкое распространение получили бюджетные китайские копии фирменных станций марки «Hakko».
Отношение российского потребителя к этим образцам нельзя назвать однозначным. Одни мастера считают, что рабочие станции сильно перегреваются, другие – что жало паяльника плохо захватывает припой, поэтому им неудобно пользоваться.
Для доведения дешёвых китайских моделей «до ума» потребуется провести настройку паяльной станции на точность выставления температуры жала.
В простейшем случае такая настройка предполагает обязательную калибровку температуры пайки.
Для проведения этой процедуры потребуется следующий инструмент и измерительные приборы:
- современный цифровой мультиметр, в комплекте которого имеется гибкий выносной термодатчик;
- отвёртка с тонкой рабочей частью и изолированной ручкой.
В процессе калибровки выносной датчик подносится к нагревательному элементу (жалу паяльника) и вплотную прижимается к нему.
При измерении температуры компрессорных станций датчик помещается в зоне действия разогретой воздушной струи.
Затем вращением имеющегося на станции подстроенного резистора по показаниям индикатора мультиметра выставляется значение температуры, которое должно совпадать с цифрами на шкале (дисплее) станции. На этом калибровка может считаться законченной.
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
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.
Для основы самодельной ИК паяльной станции, собранной своими руками, можно взять дверцу от антресоли либо фанеру 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.
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 реле 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.
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.
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
