Ик паяльная станция своими руками с термопрофилями – ИК паяльная станция своими руками v2

Инфракрасная паяльная станция своими руками

Рано или поздно перед радиомехаником, занимающимся ремонтом современной электронной техники встаёт вопрос покупки инфракрасной паяльной станции. Необходимость назрела в связи с тем что современные элементы массово «откидывают копыта» короче говоря, производители как и мелочевки так и больших интегральных схем отказываются от гибких выводов в пользу пятачков. Процесс этот идёт уже достаточно давно.

Такие корпуса микросхем называются BGA — Ball grid array, проще говоря — массив шариков. Такие микросхемы монтируются и демонтируются бесконтактным способом пайки.

Раньше, для не особо крупных микросхем можно было обходиться термовоздушной паяльной станцией. А вот крупные графические контроллеры  GPU термовоздушкой уже не снимешь и не посадишь. Разве что прогреть, но прогрев длительного результата не даёт.В общем, ближе к теме.. Готовые профессиональные инфракрасные станции   имеют запредельные цены, а недорогие 1000 — 2000 зелёных недостаточный функционал, короче допиливать всё равно придётся.

Лично по мне, инфракрасная паяльная станция — это тот инструмент, который можно собрать самому и под свои нужды. Да, не спорю, есть затраты по времени. Но если подойти к сборке ИК станции методично, то будет и необходимый результат и творческая удовлетворённость. Итак, я для себя наметил, что буду работать с платами размером 250х250 мм. Для пайки телевизионных Main и компьютерных видеоадаптеров, возможно планшетных ПК.

Итак, начал я с нечистого листа и дверцы от старой антресоли, прикрутив к этому будущему основанию 4 ножки от древней пишущей машинки. 

Далее уже берёмся за скелет. Тут всё просто — изгибаем алюминиевые уголки согласно конструкции нашей будущей паяльной станции, закрепляем, связываем. Идём в гараж и с головой закапываемся в корпуса от DVD и видиков. Хорошо делаю, что не выбрасываю – знаю, что пригодятся. Глядишь, дом из них построю:

Короче говоря, на облицовку лучше не придумаешь, чем крышки от аппаратуры. Листовой металл стоит не дёшево.

Бежим по магазинам в поисках антипригарного противня. Противень необходимо подобрать согласно размерам ИК-излучателей и их количеству. Я ходил по магазинам с небольшой рулеткой и измерял стороны дна и глубину. На вопросы продавцов типа — «Зачем вам пироги строго заданных размеров?» Отвечал, что неподходящие размеры пирога нарушают общую гармонию восприятия, что не соответствует моим моральным и этическим принципам.

Урааа! Первая посылочка, а в ней особо важные запчастюлины: ПИД-ы (страшное слово-то какое) Расшифровка тоже не простая: Пропорционально-Интегрально-Дифференциальный регулятор. В общем, разбираемся с их настройкой и работой.

После тестирования регулятора REX C-100 предназначенного для преднагрева (нижнего нагревателя) выяснилось, что он не совсем подходит для моей конструкции паяльной станции, потому как не рассчитан на работу с твердотельными реле, которыми он и должен управлять. Пришлось его доработать под свою концепцию.

Урааа! Пришла посылка из Китая. Теперь в ней уже было самое основное богатство для постройки нашей инфракрасной паяльной станции. А именно — это 3 нижних ИК излучателя 60х240 мм, верхний 80х80 мм. и пара твердотельных реле на 40А Можно было и на 25 ампер взять, но всегда стараюсь всё сделать с запасом, да и ценой они не сильно отличались..

Глаза боятся, а руки делают. Стараюсь не забывать эту старую истину, также как и про курицу, та что по зёрнышку…Что имеем в итоге — После установки излучателей в противень, установки твердотелок на радиатор, обдуваемый кулером и соединении всего, получилось уже что-то более-менее похожее на инфракрасную паяльную станцию.

Когда дело с преднагревом начало подходить к концу и были сделаны первые тесты на нагрев, удержание температуры и гистерезис, можно было смело приступать к верхнему инфракрасному излучателю. Работы с ним оказалось больше, чем я предполагал изначально. Было рассмотрено несколько конструктивных решений, но всё же более удачным на практике оказался последний вариант, который я и воплотил.

Сделать столик для удержания платы — очередная задача, требующая нагрева черепной коробки. Необходимо чтобы выполнялось несколько условий — равномерное удержание печатной платы, чтобы плата при нагреве не прогибалась. Кроме этого была возможность сдвигать влево-вправо уже зажатую плату. Зажим платы должен быть, как и крепкий, так и давать небольшую слабину, так как плата при нагреве расширяется.

Вот и настало время тестов, отладок, подгонки термопрофилей под разные виды микросхем, и паяльных сплавов. За осень 2014 было восстановлено приличное количество компьютерных видеокарт и телевизионных Main-board

Не смотря на то, что паяльная станция кажется завершённой и прекрасно себя зарекомендовала, на самом деле не хватает еще нескольких важных вещей: Во-первых это лампа, ну или фонарик на гибкой ножке, Во-вторых обдув платы после пайки, в-третьих я хотел изначально сделать селектор для нижних нагревателей..

С появлением микропроцессорной техники возникла необходимость при ремонте сталкиваться с перепайкой BGA микросхем, что привычными методами сделать или крайне сложно, или, чаще, невозможно. Даже фен не всегда поможет справиться с поставленной задачей. Именно поэтому изготовление инфракрасной паяльной станции своими руками будет наилучшей альтернативой и порой единственным актуальным решением.

Микросхемы BGA (Ball grid array) присутствуют практически в любом современном «умном» устройстве: телефоны, компьютеры, телевизоры, принтеры. В процессе эксплуатации они могут выходить из строя, что требует замены неисправной части на новую. Но такую процедуру осуществить без специального оборудования — задача крайне сложная.

Проблема заключается в том, что производители изобретают всё новые и новые методы для монтажа электронных деталей. И обычный паяльник или фен не всегда смогут помочь в решении такой проблемы. Ведь контактные шарики способствуют высокой теплоотдаче на плату, в результате чего они не могут расплавиться.

Отличным решением может выступить инфракрасная станция. Она позволяет производить замену даже крупных GPU контроллеров. А с широким распространением компьютеров, ноутбуков, материнских плат, видеоадаптеров и другой сложной техники такие работы при ремонте выполняются достаточно часто. И если раньше для замены крупных микросхем можно было использовать термовоздушные станции, то сейчас, когда производители используют бесконтактные методы пайки, единственным оптимальным решением является ИК станция, способная качественно справиться с заменой любой микропроцессорной детали.

Ремонт ноутбуков и видеокарт, реболлинг (демонтаж и монтаж чипа с восстановлением шариков припоя) без инфракрасной паяльной станции, как правило, не обходится. Сервисные центры за такую работу либо не берутся, либо взимают довольно большие деньги за такой ремонт. Между тем подобные поломки – явление довольно частое.

ИК паяльная станция

ИК станция заводского исполнения – устройство довольно дорогое, поэтому экономичнее сделать ее своими руками. Инфракрасную паяльную станцию можно сделать за один, максимум два дня, предварительно заказав через интернет и получив по почте комплектующие детали к ней.

Немного теории

При нормальной температуре пик электромагнитного излучения происходит в инфракрасной области. Вещи, которые горят, излучают как более интенсивное, так и более энергичное (более короткое) инфракрасное излучение. Когда становится очень жарко, они начинают светиться красным. Чем они горячее становятся, тем приобретают больше оранжевого и желтого цветов, затем синего.

Многие органические молекулы интенсивно поглощают инфракрасное излучение, это заставляет объект нагреваться. Тепло – это кинетическая энергия поступательного движения атомов и молекул. Излучаемый атомом свет имеет длину волны. В итоге нагретое тело тоже излучает свет, и чем сильнее нагрето тело, тем короче волна излучаемого света.

Для информации. Согласно закону смещения Вина, бывает так, что тепловое излучение объектов вблизи комнатной температуры находится в инфракрасной области. Сюда относятся лампочки и даже люди.

Итак, инфракрасное излучение – это не тепло, и оно (непосредственно) не вызывает тепло. Оно испускается теплом объекта при определенном диапазоне температур.

Инфракрасное излучение

Зрительные оттенки света обуславливаются длиной волны и ее направленностью, начиная с инфракрасного, потом красного, оранжевого, желтого…. фиолетового и кончая длиной волны ультрафиолетового излучения. И обратно тоже. Облучение тела светом вызывает усиление движения его молекул, любым светом, но инфракрасным, как самым длинноволновым, эффективнее всего.

ИК паяльная станция своими руками – это инфракрасный обогреватель, отдающий тепло в окружающую среду посредством инфракрасного излучения.

↑ Постановка задачи

Прикинул задачу. Мне нужно: 1. Сравнительно несложное устройство.2. С «мозгами» на ATMEGA3. Нижний нагреватель на основе галогенных ламп на 1000 Вт.4. Верхний 5. Верхний нагреватель должен быть подвижным в трех плоскостях для центровки точки нагрева и высоты.

Прожекторные лампы и держатели для них у меня уже были. Киловаттные лампы я считаю оптимальными по нагреву и габаритам. Их шесть штук, соединены по две последовательно.

Инфракрасная паяльная станция своими руками: устройство, пайка

Инфракрасная паяльная станция своими руками

Принцип работы инфракрасной паяльной станции заключается в воздействии сильными волнами длиной 2-7 мкм на элемент. Устройство для пайки самодельными ИК паяльными станциями как самодельными, так и приобретаемыми, состоит из нескольких элементов:

• Нижний нагреватель.
• Верхний нагреватель, отвечающий за основное воздействие на материалы.
• Конструкция держателя платы, размещенная на столе.
• Контроллер температуры, состоящий из программируемого элемента и термопары.

Длина волны, напрямую зависит от температурных показателей источника энергии. Материалы в различной форме подвергаются пайке с помощью ИК станции, сделанной своими руками, существуют основные параметры передачи энергии, непрозрачность, отражение, полупрозрачность и прозрачность. Перед изготовлением ИК паяльной станции своими руками нужно понимать, что существуют некоторые недостатки данных систем:

• Разная степень поглощения энергии компонентами ведет за собой неравномерный прогрев.
• Каждая плата ввиду различных характеристик требует подбора температур, в противном случае, компоненты перегреваются, выходят из строя.
• Наличие «мертвой зоны», где инфракрасная энергия не достигает требуемого объекта.
• Обязательное условие защиты поверхностей остальных элементов от испарения флюсов.

Нагревание происходит за счет передачи тепла к монтажной плате. Тепловое воздействие инфракрасной станцией происходит поверх детали, температуры бывает не достаточно, поэтому конструкция подразумевает нагрев нижней части. Нижняя часть состоит из термостола, процесс пайки может осуществляться посредством спокойного инфракрасного излучения, либо потоком воздуха.

В качестве корпуса взял трофейный корпус от бесперебойника.Корпус имеет съемную верхнюю крышку из толстой жести. Прикинув длину ламп по отношению к корпусу, понял, что «вот она, рыба моей мечты». В крышке вырезал окно для ламп. Заднюю стенку заменил ячеистой, вырезанной из крышки какого-то советского УЗЧ (похоже, «Веги»).

Основа для крепления держателей ламп сделана на листовой жести от семнадцатидюймового TFT монитора. На ней закреплены собственно держатели, а на них — отражатель, вырезанный из листового алюминия — опять же от семнадцатидюймового TFT монитора (да, много у меня этого хлама). Также в этой основе установлена термопара, взятая от неисправного термофена.

Получился такой «сэндвич».

Долго ломал голову над верхним нагревателем, особенно над тем, как сделать его подвижным. Сначала хотел использовать валы от принтеров, но тут уже без токаря не обойтись. И хотя есть у меня знакомый хороший токарь, не хотелось его беспокоить по пустякам.

На ловца и зверь бежит! Это вид в разрезе центральной стойки от старой стеклянной витрины. Два куска использовал как вертикальную и горизонтальную направляющие, а еще один кусок, разрезанный уже вдоль — как полозья, по которым и будут передвигаться направляющие. В качестве элементов, которые передвигаются в полозьях, взял обыкновенные болты «пятерки». Болтов ушла целая горсть.

Корпус верхнего нагревателя выгнул из жести от корпуса DVD плеера. Использовал для этого двое маленьких тисков и ровную дощечку. Верхнюю часть разрезал ножницами по металлу и загнул плоскогубцами и молотком.

В коробке, помимо нагревателя, находится и вентилятор. Нашел самый оборотистый (5000 об./мин, а может и больше). Он просто необходим для вытягивания испарений при паянии, а то чуть подышал, и нос заложило и в горле першит. Сверху закреплен патрубок для гофротрубы, которая соединена с вентиляцией. Патрубок, кстати, от корпуса системного блока.

Из-за ограниченного размера нижней части корпуса и довольно больших размеров несущей верхнего нагревателя и его коробки, верхний нагреватель пришлось сделать съемным, чтобы можно было его использовать в крайних положениях справа и слева.

Кроме этого, пришлось соорудить переходную планку, необходимую для выравнивания верхнего нагревателя.

Самодельная инфракрасная паяльная станция. Схема

Часто в своих видеороликах канал Sovering TVi рассказывал о том, что собирается собрать инфракрасную паяльную станцию. Уже практически заключительный этап перед тем, как ее будем собирать окончательно.

Радиодетали, паяльные станции ИК  и другие в этом китайском магазине.Перед тем, как все собирать, прикупил сопутствующие материалы — термопара, для измерения температуры. Вакуумный пинцет тоже прикупил, обзор попозже. Он уже есть готовый, нужно смонтировать, не было времени. Димеры, эти 2 димера, тоже обзорчик делал, кому интересно можете посмотреть на канале. Еще прикупил такие трафареты.

Купил универсальные, так пока учиться пробовать, поэтому такие. В комплекте еще была такая, тоже обзор чуть попозже, материал уже есть нужно обработать и сделать.Верхний нагреватель сделал из блока питания старого, такой маленький валялся. Его раскрутилась, чтобы показать вам, что внутри. Все припаял, спаял, скрутил.

Сюда поставим где-нибудь диммер, чтобы можно было не выносить на переднюю панель, а управлять напрямую. Отдельно управляться с кнопкой с отдельным шнуром питания. Нижний нагреватель со своим питанием и тоже потом, если что-то не понравится, переделывать. Пока все так выглядит. Тоже и коробку переделывать.

Он будет прикручивается сюда и штанга. Такая ножка. Дроссель, точнее блок питания для лампочки подсветки. Подсветку нормальную, тоненькую. Блок питания для нее, еще дополнительный свет. Про диммеры рассказал, кнопочку включения питания для нижнего нагревателя какую-то из этих. Уголки, на которых ляжет верхний лист, снимем верхний лист посмотрим, что внутри, из чего его собрал. Эту штучку открутим.Продолжение с 4 минуты про самодельную рабочую ИК паяльную станцию.

Вторая часть

Оказывается, можно использовать утюг.

А управляет нагревом контроллер на двух ATMEGA8. С написанием программ у меня не очень, язык «Си» только «почитать», про ассемблер вообще молчу. Поэтому искал готовый вариант в интернете. Хотел именно на AVR, потому что для этих контроллеров у меня есть готовый программатор. Искал довольно долго. Изучил все ветки, посвященные паяльным станциям, на «Радиокоте» и на «Паяльнике».Остановился на этом варианте.В нем достаточный функционал и он простой для повторения. Оба канала полностью идентичны. Единственное, что изменил — вместо MOC3023 поставил MOC3063, т.к. этот чип с контролем перехода через ноль, поэтому меньше помех в сеть. В момент разогрева потребляемая мощность около 3000 Вт и это важно.

В нижнее плечо поставил симистор помощнее — BTA41.

При первом запуске вышел небольшой «бабах». Оказалось, что я случайно подключил симистор параллельно нагрузке, т.е. фактически параллельно сети. Предохранители ушли в мир иной. А на втором канале «потерял» один провод. Больше никаких проблем не было. Будьте внимательны, не торопитесь при запуске!

↑ Платы и сборка ИК паяльной станции

В приложении выкладываю свой вариант. Скажу сразу, делал на скорую руку и уже давно. Поэтому платы без обозначений, чисто разводка. И лень возвращаться, вспоминать, что да как, извините уж. Столько свободного места планировалось для стабилизатора на 5 В, но так как блок питания взял готовый, то место осталось.Желающие смогут найти другие варианты ПП в Сети.Конструктивно управление выполнено на трех платах. Две платы 100 мм на 70 мм, на одной расположились индикаторы и кнопки, на второй находится вся слаботочная электроника. Заготовки для плат брались пачкой в Китае, поэтому под их размеры и подгонял. Платы стоят одна над другой, печатью друг к другу, между ними — шлейфы.

Силовая часть выполнена на стеклотекстолите навесным монтажом.

Питает все это блок питания от DVD плеера. Установлен готовый фильтр питания от древнего копира, с предохранителями на 10 Ампер.

↑ Наладка

В приложении есть инструкция по наладке, но я настраивал методом «научного тыка». Использовал китайские токовые клещи, в комплекте к которым шла термопара. Поставил «эталонную» термопару рядом с установленной, и крутил подстроечники. Старался сделать так, чтобы показания совпадали и подстроечники находились не в крайних положениях. Все. Ничего сложного.

Термопара от верхнего нагревателя просто устанавливается на нагреваемую плату поближе к чипу через капельку флюса, а не в сам нагреватель.Так показания будут точнее, и не будет перегрева. Это я подсмотрел у знакомых спецов-ремонтников.

В заводских станциях датчик, в основном, находится в нагревателе, в нем даже есть специальное отверстие для этого. Но никто не мешает сделать два датчика через переключатель.

Лампы в момент нагрева светят очень ярко, слепят. Надо чем-то закрывать лампы или глаза. Неплохо закрыть лампы стеклом от кухонной инфракрасной плиты, это будет идеальный вариант. Или взять стимпанковские сварочные очки, тогда можно стать крутым гиком, как в голивудских фильмах.Вот так выглядит работа нижнего подогрева.

Специально прогрел немного, иначе в момент разогрева фотоаппарат засвечивается.

Разогрев импульсный, поэтому свечение то ярче, то тусклее, в темноте возникает полное ощущение горящего костра и греться возле станции тоже можно. Если же подуть на термопару, то этот искусственный «костер» «разгорается» сильнее.

При первом прогоне испытуемая плата пошла пузырями. Но я и поставил снизу 180, а сверху 350 градусов. Второй чип снимал напарник при 230 градусах сверху, чип прекрасно снялся. Времени на второй чип ушло около 6 минут. Корпус станции почти не нагрелся. Нагревается съемная верхняя крышка. Думаю обклеить её фольгой по бокам.

↑ Файлы

Прошивки и доп. материалы: ▼ ik-payalnaya-stanciya-proshivki-i-raznoe.zip 🕗 17/07/16 ⚖️ 617,21 Kb ⇣ 100

↑ Обновление

Выше я написал, что, когда дуешь на термопару нижнего подогрева, станция «разгорается», как костер. Так вот, оказалось, это очень нежелательное явление! Термопара находится сравнительно далеко от ламп и имеет очень маленький размер, поэтому очень быстро остывает.

Когда я испытывал паяльную станцию в первый раз, я не включал вытяжной вентилятор, так как для него не было питания. И все режимы паяльной станции были в норме, я бы даже сказал, идеальны. Когда же начал использовать с вытяжкой, то выяснилось, что воздушный поток охлаждает термопару, и станция начинает «жарить» плату.

Если станцию использовать для больших материнских плат, которые полностью закрывают окно нижнего подогрева, то все прекрасно. Однако при прогреве сравнительно небольших плат, как-то видеокарт, ноутбучных материнок, в действие включается воздушный поток.

Как бороться с данным явлением? Я вижу два варианта. Либо как-то скомпенсировать влияние воздушного потока, либо полностью его ограничить.

В первом случае можно, например, сделать термопару на рычажке с противовесом, так, чтобы она касалась платы снизу. Можно увеличить площадь датчика, например, согнуть медную пластинку, вставив в неё термопару. За счёт большей площади больше ИК-лучей попадет на пластинку. Правда, и площадь охлаждения тоже больше.

Во втором случае, идеально закрыть окно подогревателя специальным стеклом от кухонной инфракрасной плиты. Но я его так и не нашел. Ну, нечасто люди ломают такие плиты.

Вспоминая опыт с большой платой, при прогреве маленьких плат можно закрыть оставшееся пространство окна какой-нибудь отражающей пластинкой. Например, алюминиевой или стальной, обмотанной алюминиевой фольгой.

И в самом крайнем случае, можно просто убавить подогрев, в моем случае, вместо 180 градусов, я выставляю 140-150.

Может, у кого-то еще есть мысли, как это лучше, а главное, проще сделать?

Кстати, в заводской станции начального уровня термопара находится вплотную между керамическими нагревателями. Так что в этом лампы проигрывают. Но зато в динамике разогрева они вне конкуренции. Видел на Ютубе, ребята даже в верхнем нагревателе поставили лампы именно по этой причине, использовав гирлянду из обычных 12-вольтовых галогеновых ламп от точечных светильников.