Паяльная станция с подогревом. Устройство и сборка своими руками инфракрасной паяльной станции

В качестве нагревательных элементов инфракрасных паяльных станций могут применяться керамические или кварцевые инфракрасные излучатели. Использование инфракрасных нагревателей обеспечивает высокую скорость локального нагрева и возможность эффективного управления температурным профилем групповой пайки.

Широкое распространение среди паяльного оборудования получили паяльные станции, в которых нагрев производится сфокусированным пучком инфракрасного излучения. Такие паяльные станции состоят из двух нагревательных частей, которые и обеспечивают локальный нагрев платы и, соответственно, высокое качество и скорость нагрева.

Инфракрасный излучатель, который размещен в верхней части, зачастую небольшого размера. Его задача - осуществить в нужный момент быстрый локальный нагрев определённой части платы до температуры плавления припоя.

Инфракрасные излучатели, которые размещаются внизу, подогревают плату до сравнительно невысокой температуры для подготовки к процессу пайки. Размеры и количество излучателей зависит от размеров платы.

Керамические инфракрасные излучатели

Керамические инфракрасные излучатели долговечны и довольно прочны. Скорость выхода на температурный режим составляет порядка 10 минут. Для паяльных станций зачастую используют плоские или полые излучатели (полые обладают более высокой температурой на поверхности излучателя и быстрее выходят на температурный режим, но при этом они дороже). Для обеспечения более эффективного распределения лучей, рекомендуется дополнительно использовать рефлекторы для ИК излучателей . Излучатели производятся только стандартных размеров. Керамические инфракрасные излучатели лучше всего использовать при долгосрочной работе паяльной станции.

Кварцевые инфракрасные излучатели

Кварцевые инфракрасные излучатели характеризуются быстрым выходом на температурный режим (около 30 секунд), но более хрупкие. Для изготовления инфракрасной паяльной станции можно подобрать как

Объяснять, насколько необходима паяльная станция для работы и ремонта современного электронного оборудования, скорее всего, не стоит, только время тратить. К сожалению, даже самые бюджетные варианты подобного оборудования стоят немалые деньги, от 10 тыс. рублей и выше, поэтому для работы в домашних условиях приходится искать варианты изготовления паяльной станции своими руками. Дело это непростое, требующее терпения в отладке и настройке управляющей компоненты паяльной станции.

Варианты постройки паяльной станции

Среди всякого полезного и не очень набора информации, имеющегося в сети, можно отыскать массу схем и устройств самодельной разработки, вплоть до вариантов изготовления самодельных термопар и фенов. На практике, для перепайки и прогрева электронных компонентов материнских плат и видеокарт компьютеров, станций управления и прочей микропроцессорной техники чаще всего используют два типа установки:

• Конструкция, работающая на принципе передачи тепла раскаленным воздухом. Собирается такая термовоздушная паяльная станция своими руками достаточно просто, но при одном условии, большую часть компонентов необходимо покупать готовыми, а не пытаться сделать кустарным способом;
• Бесконтактная установка работает по принципу теплового излучателя. Инфракрасная паяльная станция своими руками собирается на основе мощных галогеновых ламп и системы отражателей. Для управления нагревом используются программные возможности ноутбука.

Самой крутой паяльной станцией, работоспособность которой подтверждена на практике, признана установка, изготовленная из отражательного зеркала и мощной галогеновой лампы на 500Вт.

К сведению! При правильной настройке такой паяльной станцией удалось выполнить пайку контактов твердым серебряным припоем.

Но для пайки или прогрева такой девайс будет смертельно опасен, потому что главным критерием при выборе варианта паяльной станции должна быть управляемость нагрева поверхности с точностью до 1 о С.

Строим воздушную паяльную станцию малой мощности

Конструкция паяльной станции состоит из четырех основных элементов:

• Платы управления процессом нагрева;
• Корпуса;
• Блока питания;
• Фена и паяльника.

Блок питания и корпус подбирают в соответствии с имеющимися ресурсами. Остальные узлы придется покупать или делать собственноручно.

Главный рабочий инструмент воздушной паяльной станции

Главным рабочим органом паяльной станции является фен с электрической спиралью и кулером, продувающий горячий воздух на поверхность пайки или микрочипа. Устройство его несложное, и при желании можно намотать нихровомовую спираль от обыкновенного низковольтного паяльника на керамическую трубку.

Нагревательный элемент изолируют несколькими слоями стеклоткани. Нихром не будет нагреваться до состояния раскаленного металла, но заизолировать поверхность необходимо хотя бы для того, чтобы металлическая поверхность не окислялась. На выходе из нагревательного устройства необходимо установить керамическое кольцо или сопло, диаметром 8-10 мм. Лучше всего подойдут термостойкие фишки, фиксирующие нагревательные спирали в старых утюгах. Мощность нагревателя для паяльной станции потребуется в пределах 400-500Вт, не менее.

Для организации наддува можно использовать кулер от компьютера, или взять за основу корпус с двигателем и вентилятором от походного фена. Но в этом случае придется разрабатывать свой вариант управления оборотами двигателя и напором воздушного потока.

Совет! Существует немало схем с ручным управлением, в которых подачу воздуха в нагревательный элемент предлагают организовать с помощью вынесенного компрессора.

Из практики можно сказать, что управление подачей воздуха паяльной станции должно быть только автоматическим, в противном случае включение-выключение клапана перепуска давления сделает процесс пайки настоящей мукой, а не работой.

Кроме того, в конструкции фена должна быть установлена термопара, с помощью которой, собственно, и регулируется температура воздуха.

Схему подключения фена можно выполнить так, как указано на рисунке ниже.

От того, насколько удобным и безопасным в работе получится конструкция фена, зависит качество пайки, поэтому, если у вас нет желания морочить голову самоделками, то можно купить обычный фен от настольной паяльной станции Luckey, модель702, и просто адаптировать ее к плате управления.

Система управления паяльной станцией

Из приведенного списка наиболее сложным узлом паяльной станции для постройки своими руками является плата управления. Ее можно купить готовой, но если есть опыт постройки подобных конструкций, схему вполне по силам собрать своими руками, комплект деталей можно заказать в сети.

Из всех существующих вариантов, доступных в онлайне, наиболее надежной и удобной в работе признана схемка на основе контролера ATMEGA серия 328р. Плата собрана на основе по приведенной ниже схеме.

Сборка выполняется на стеклотекстолитовой плате, и при нормальном качестве монтажа система управления паяльной станции запускается с первой попытки. При сборке платы потребуется крайне осторожно выполнять пайку элементов, особенно питающей цепи чипа, сделать землю и постараться не переусердствовать с нагревом ножек. Но, прежде всего, нужно будет программатором забить программный код управления. В качестве блока питания паяльной станции используется импульсник на 24В-6А со встроенной защитой от перегрузки.

В схеме управления паяльной станции используется пара мощных мосфетов IRFZ44N, нужно предпринять меры по защите от перегрева и выгорания. Если нагреватель фена получился чересчур мощным, вполне возможно срабатывание блокировки блока питания.

Симмистор и оптоэлектронную пару желательно вывести на отдельную плату, и обязательно установить радиатор охлаждения. Для оптопары рекомендуется использовать сравнительно маломощные светодиоды управления с максимальным током потребления до 20 миллиампер.

В конструкции паяльной станции используется пятипиновый паяльник мощностью в 50 Вт. Разработчики рекомендуют использовать Arrial 936, но можно установить любой аналогичный инструмент с предустановленной термопарой.

Сборка и регулировка работы станции

Все элементы монтируются в закрытый штамповый корпус от старого блока питания, на заднюю стенку выносится радиатор и включатель, на передней индикатор температуры.

Управление паяльной станцией осуществляется тремя переменными сопротивлениями на 10 кОм Первыми двумя регулируется температура паяльника и фена, третьим выставляются обороты фенового вентилятора.

Процесс регулировки касается только юстирования на плате паяльной станции температуры нагрева паяльника и фена. Для этого подключаем питание к паяльнику и термопарой с тестером измеряем реальную температуру нагрева жала. Далее подстроечным резистором выводим показание на цифровом индикаторе станции в соответствии с данными тестера. Аналогичным способом измеряем температуру воздушного потока фена и регулируем подстроечником показания на индикаторе. Если задрать обороты вентилятора фена, то место пайки можно легко разогреть до 450 о С.

Изготовление инфракрасного паяльника

Паяльные станции, работающие на инфракрасном излучении, за редким исключением, используются для прогрева распаявшегося процессора, моста или проца на видеокарте. Как известно, процессоры очень плохо переносят перегрев, и зачастую, при интенсивной нагрузке и плохом теплоотводе, происходит распаивание низкотемпературного припоя контактов от площадки.

Одним из варварских способов восстановления контакта является прогрев «тела» процессора дозированным тепловым излучение. Это можно сделать обычным феном или даже утюгом, но после подобных процедур положительный эффект достигается в одном из трех случаев. Поэтому специалисты-самодельщики предпочитают строить паяльные станции инфракрасного нагрева.

Изготовление корпуса и нагревательных элементов

Конструктивно паяльная станция состоит из четырех основных элементов:

• Нижнего нагревательного блока;
• Верхнего нагревательного блока;
• Штатива и блока управления нагревателями.

Между верхним и нижним корпусом укладывается материнская плата компьютера так, чтобы инфракрасный поток от верхней системы нагрева был направлен преимущественно на цель — корпус процессора. Остальная часть платы закрывается от нагрева алюминиевой пластиной или фольгой с вырезанным окном под процессор.

Нижний корпус паяльной станции применяется для создания теплового экрана, проще говоря, для дополнительного подогрева платы, чтобы уменьшить потери тепла за счет конвекции воздуха.

Важно! Вся хитрость паяльной станции заключается в том, чтобы сделать нагрев не только эффективным, но и управляемым, то есть, нельзя допустить перегрева корпуса, поэтому в конструкции используется термопара и интерфейс управления галогенками.

В качестве нагревателей можно использовать обыкновенную нихромовую спираль, уложенную внутрь кварцевых трубок или галогенки R7S J254.

Для изготовления корпуса нижнего блока можно использовать любой подходящий по размеру стальной коробок, на который устанавливаются разъемы для ламп. В итоге, после сборки и подключения проводки получается конструкция паяльной станции, как на фото.

Аналогичным способом изготавливается верхний нагревательный блок.

Все устройство и управление монтируется на штативе от старого советского фотоувеличителя, у которого есть регулировка положения верхнего блока по высоте. Остается собрать систему управления паяльной установки.

Термопары и управление

Для того чтобы не допустить перегрева, в паяльной станции используются две термопары - для корпуса процессора и остальной поверхности материнской платы. Для управления паяльной станцией используется плата интерфейса Arduino MAX6635, которая подключается к последовательному порту домашнего ноутбука или ПК, для которого приходится искать соответствующее программное наполнение -обеспечение или сделать его самому.

Управление паяльной станции выполняется следующим образом. Компьютер через интерфейс и термопару получает информацию о температуре и меняет мощность теплового потока с помощью импульсов включения-выключения галогенок станции. По мере перегрева продолжительность периода горения лампы будет снижена, а при остывании, наоборот, увеличена.

В собранном виде паяльная станция выглядит, как на фото. Стоимость постройки обошлась чуть более 80 долл.

Заключение

Существует еще как минимум четыре варианта изготовления паяльной установки, в том числе один из них аккумуляторного типа. Какой из них наиболее удобный в управлении, можно установить только практическим способом, после постройки паяльника в натуральную величину. Две приведенные в статье схемы паяльной системы являются самыми простыми и доступными в изготовлении при весьма скромном бюджете в 150 дол.

Около двух лет назад я разместил статью . Данная статья вызвала интерес у многих радиолюбителей. Но к сожалению после повторения ИК паяльной станции не обошлось без замечаний в плане работы станции, которые я постарался устранить в данной версии станции:
- применены аналоговые усилители термопары AD8495 со встроенной компенсацией холодного спая, в следствие чего увеличена точность показания температуры
- проблема с выходом из строя транзисторов нижнего нагревателя решена при помощи симисторного регулятора мощности
- доработана прошивка (которая совместима с прошлой версией станции). После запуска термопрофиль начинает выполняться с той температуры, до которой преднагрета плата, что экономит много времени. Отдельная благодарность за корректировку и адаптацию прошивки под китайские дисплеи.
- добавлен вакуумный пинцет
- корпус паяльной станции полностью переработан. Конструкция станции получилась очень симпатичной, более устойчивой и надежной, на рабочем столе занимает меньше места. В одном корпусе совмещено все необходимое, - нижний нагреватель, верхний нагреватель, вакуумный пинцет и сам контроллер.

Описание конструкции

Контроллер двухканальный. К первому каналу можно подключить термопару или платиновый терморезистор PT100. Ко второму каналу подключается только термопара. 2 канала имеют автоматический и ручной режим работы. Автоматический режим работы обеспечивает поддержание температуры 10-255 градусов через обратную связь с термопар или платинового терморезистора (в первом канале). В ручном режиме мощность в каждом канале можно регулировать в диапазоне 0-99%. В памяти контроллера заложено 14 термопрофилей для пайки BGA. 7 для свинецсодержащего припоя и 7 для безсвинцового припоя. Термопрофили указаны ниже.

Для безсвинцового припоя максимальная температура термопрофиля: - 8 термопрофиль - 225C о, 9 - 230C о, 10 - 235C о, 11 - 240C о, 12 - 245C о, 13 - 250C о, 14 - 255C о

Если верхний нагреватель, не успевает прогревать согласно термопрофилю, то контроллер становится на паузу и ждет пока не будет достигнута нужная температура. Это сделано для того, чтобы адаптации контроллера для слабых нагревателей, которые прогревают долго и не успевают за термопрофилем.

Контроллер начинает выполнять термопрофиль с той температура, до которой преднагрета плата. Это очень удобно, и позволяет оперативно перезапустить термопрофиль в случае, например, если была температура недостаточна для снятия чипа, то можно выбрать термопрофиль с температурой повыше, и тут же снять чип со второй попытки.

На схеме применен комбо силовой блок, состоящий из транзисторного ключа для верхнего нагревателя, и симисторного для нижнего нагревателя. Хотя, например можно использовать 2 транзисторных, или 2 симисторных ключа.

Я использовал 2 готовых модуля на AD8495 , купленных на Aliexpress. Правда модули нужно немного доработать. Смотрим фото ниже.

Не обращаем внимания на то, что модуль на втором фото повернут на 90 градусов. Пришлось развернуть, так как модули у меня упирались в силовой блок. Разъемы для термопар использованы заводские.

Тем, кто не планирует в дальнейшем использовать платиновый терморезистор, то часть схемы выделенную красной пунктирной линией можно не собирать.

Печатные платы силового блока и контроллера.

Для охлаждения силовых ключей я применил радиатор от видеокарты с активным охлаждением.

Далее на фото будет виден этап сборки паяльной станции, как конструктора. Все материалы куплены в крупном строймагазине. Передняя и задняя панель сделаны из стеклотекстолита, укрепленного алюминиевым уголком. Базальтовый картон служит в качестве теплоизоляционного материала. Нижний подогрев состоит из 9 галогенных ламп (1500вт 220-240в R7S 254мм) объединенных в 3 группы по 3 соединенных последовательно лампы.

Провод для 220В применен силиконовый, высокотемпературный.

Хороший вакуумный насос можно приобрести на Aliexpress за 400-500 рублей. Ориентир для поиска на фото ниже.

Изначально я планировал использовать паяльную станцию совместно и ИК стеклом над нижним нагревателем, что давало хорошие преимущества:
- красивый внешний вид
- плату (на стойках можно ложить прямо на стекло), как у станций Термопро
Но увы, недостатки оказались весомее:
- очень долгий нагрев (остывание) платы
- очень сильно разогревается корпус паяльной станции, к примеру без стекла корпус во время работы едва теплый. Так что от стекла пришлось отказаться.

С открученным штативом стекло легко вынимается, или вставляется в станцию. Так же вместо стекла можно вставить, например, сетку.

Внешний вид собранной станции.

Аксессуары, стойки, алюминиевый швеллер для стоек, ручка вакуумного пинцета, силиконовая трубка для пинцета, термопара.

Необходимые "ингредиенты" для изготовления ручки вакуумного пинцета. Использован смеситель от эпоксидного клея Момент в сдвоенном шприце. Алюминиевая трубка(в которой необходимо просверлить отверстие) и соединитель соответствующего диаметра для силиконовой трубки. Все вклеено в алюминиевую трубку эпоксидным клеем момент.

Настройка контроллера
Резистором R32 необходимо установить напряжение 5,12В на выходе U4. Резистором R28 настраиваем контрастность дисплея. Если не планируете использовать платиновый терморезистор, то настройка станции закончена.
Описание калибровки канала с платиновым терморезистором описано в статье первой версии станции.

Рекомендации
Верхний нагреватель необходимо устанавливать на высоте5-6 см от поверхности платы. Если в момент выполнения термопрофиля происходит выбег температуры от заданного значения больше чем на 3 градуса - понижаем мощность верхнего нагревателя(включаем станцию с нажатым энкодером и устанавливаем максимальную мощность верхнего нагревателя). Выбег на несколько градусов в конце термопрофиля(после отключения верхнего нагревателя) не страшен. Это сказывается инерционность керамики. Поэтому я выбираю нужный термопрофиль на 5 градусов меньше, чем мне надо. Перед съемом чипа при помощи зонда нужно убедиться(аккуратным нажатием на каждый угол чипа) что шары под чипом поплыли. При монтаже используем только качественный флюс, иначе неправильный выбор флюса может все испортить. Так же при монтаже чипа BGA обязательно нужно накрыть кристалл прямоугольником из алюминиевой фольги с размером стороны равной примерно ½ от стороны BGA, чтобы снизить температуру в центре, которая всегда выше, чем температура около термопары (смотрим фото тепловых пятен ИК нагревателей ELSTEIN в статье первой версии станции).
В общем смотрим видео ниже.
Ниже вы можете скачать архив с печатной платой в формате LAY, исходным кодом, прошивкой.

Список радиоэлементов

Цена: $2.93

Инфракрасная паяльная станция - это устройство для пайки микросхем в корпусе BGA. Если прочитанное ничего вам не говорит, вряд-ли вам стоит заходить под кат. Там ардуины, графики, программирование, амперметры, саморезы и синяя изолента.
и не , а устройство, хотя бы минимально умеющее поддерживать термопрофили согласно графика, найденного в сети:

3. Управляющим устройством будет персональный компьютер. Во-первых, автономные контроллеры нагревателей не укладываются в бюджет. Во-вторых, компьютер уже есть на рабочем столе и всегда включен во время ремонтов, ибо он и осциллограф и микроскоп и читалка схем-даташитов.

Материалы и компоненты

Для этого в онлайне были куплены:
- 2 шт.
- 2 шт.
- 2 шт.

Дополнительно в оффлайне были куплены:

Линейные галогенные лампы R7S J254 1500W - 9 шт.

Линейные галогенные лампы R7S J118 500W- 3 шт.

Патроны R7S - 12 шт.

Из хлама в гараже на свет божий были извлечены:

Док-станция от какого-то допотопного лэптопа Compaq - 1 шт.

Штатив от советского фотоувеличителя - 1 шт.

В домашнем складе были найдены силовые и сигнальные провода, Arduino Nano, клемники WAGO.

Нижний нагреватель.

Вооружаемся болгаркой и отрезаем от док-станции все лишнее.

К листу металла прикрепляем патроны.

Соединяем патроны по схеме 3s3p, устанавливаем лампы, прячем в корпус.

Поиск материала для отражателя занял продолжительное время. Использовать фольгу не хотелось из-за подозрения в ее недолговечности. Использовать более толстый листовой металл не получалось из-за сложностей с его обработкой. Опрос знакомых сотрудников промышленных предприятий и обход пунктов скупки цветмета результатов не дал.

В конце концов удалось найти листовой алюминий чуть толще фольги, идеально подходящий для меня.

Теперь я точно знаю, где такие листы искать - у полиграфистов. Они их крепят к барабанам в своих машинах, то ли для переноса краски, то ли еще для чего-то. Если кто в курсе, расскажите в комментариях.

Нижний нагреватель с установленным отражателем и решеткой. Вместо решетки правильнее использовать , но стоит он совершенно не бюджетно, как и все с наклейкой «Professional».

Светит красивым оранжевым светом. Глаза при этом не выжигает, смотреть на свет можно совершенно спокойно.

Потребляет порядка 2.3 кВт.

Верхний нагреватель

Идея конструкции та же самая. Патроны привернуты саморезами к крышке от компьютерного блока питания. К ней же прикреплен согнутый из алюминиевого листа отражатель. Три пятисотваттные галогенки соединены последовательно.

Тоже светит оранжевым.

Потребляет порядка 250 ватт.

Схема управления

Инфракрасная станция - суть автомат с двумя датчиками (термопара платы и термопара чипа) и двумя исполнительными механизмами (реле нижнего нагревателя и реле верхнего нагревателя).

Было решено, вся логика регулирования мощности нагрева будет реализована на ПК. Arduino будет только мостом между станцией и ПК. Получил с ПК параметры ШИМ-регулирования нагревателей - выставил их - отдал температуру термопар в ПК, и так по кругу.

Arduino ожидает на последовательном порту сообщения типа SETxxx*yyy*, где xxx - мощность верхнего нагревателя в процентах, yyy - мощность нижнего нагревателя в процентах. Если полученное сообщение соответствует шаблону, выставляются ШИМ-коэффициенты для нагревателей и возвращается сообщение OKaaabbbcccddd, где aaa и bbb - установленная мощность верхнего и нижнего нагревателей, ccc и ddd - температура, полученная с верхней и нижней термопары.

«Настоящий» аппаратный ШИМ микроконтроллера с частотой дискретизации несколько килогерц в нашем случае неприменим, так как твердотельное реле не может отключиться в произвольный момент времени, а только при прохождении переменного напряжения через 0. Было решено реализовать собственный алгоритм ШИМ с частотой порядка 5 герц. Лампы при этом полностью гаснуть не успевают, хоть и заметно мерцают. При этом минимальным коэффициентом заполнения, при котором еще есть шансы захватить один период сетевого напряжения, оказывается 10%, чего вполне достаточно.

При написании скетча была поставлена задача отказаться от задания задержек фунцией delay(), так как есть подозрение, что в момент задержек возможна потеря данных с последовательного порта. Алгоритм получился следующий: в бесконечном цикле проверяется наличие данных из последовательного порта и значение счетчиков времени программного ШИМ. Если есть данные из последовательного порта, обрабатываем их, если счетчик времени достиг значений переключения ШИМ, проводим действия по включению-выключению нагревателей.

#include int b1=0; int b2=0; int b3=0; int p_top, p_bottom; int t_top, t_bottom; int state_top, state_bottom; char buf; unsigned long prev_top, prev_bottom; int pin_bottom = 11; int pin_top = 13; int tick = 200; unsigned long prev_t; int thermoDO = 4; int thermoCLK = 5; int thermoCS_b = 6; int thermoCS_t = 7; MAX6675 thermocouple_b(thermoCLK, thermoCS_b, thermoDO); MAX6675 thermocouple_t(thermoCLK, thermoCS_t, thermoDO); void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(pin_top, OUTPUT); digitalWrite(pin_top, 0); t_top = 10; t_bottom = 10; p_top = 0; p_bottom = 0; state_top = LOW; state_bottom = LOW; prev_top = millis(); prev_bottom = millis(); } void loop() { if (Serial.available() > 0) { b3 = b2; b2 = b1; b1 = Serial.read(); if ((b1 == "T") && (b2 == "E") && (b3 == "S")) { p_top = Serial.parseInt(); if (p_top < 0) p_top = 0; if (p_top > 100) p_top = 100; p_bottom = Serial.parseInt(); if (p_bottom < 0) p_bottom = 0; if (p_bottom > 100) p_bottom = 100; t_bottom = thermocouple_b.readCelsius(); t_top = thermocouple_t.readCelsius(); sprintf (buf, "OK%03d%03d%03d%03drn", p_top, p_bottom, t_top, t_bottom); Serial.print(buf); } } if ((state_top == LOW) && ((millis()-prev_top) >= tick * (100-p_top) / 100)) { state_top = HIGH; prev_top = millis(); } if ((state_top == HIGH) && ((millis()-prev_top) >= tick * p_top / 100)) { state_top = LOW; prev_top = millis(); } digitalWrite(pin_top, state_top); if ((state_bottom == LOW) && ((millis()-prev_bottom) >= tick * (100-p_bottom) / 100)) { state_bottom = HIGH; prev_bottom = millis(); } if ((state_bottom == HIGH) && ((millis()-prev_bottom) >= tick * p_bottom / 100)) { state_bottom = LOW; prev_bottom = millis(); } digitalWrite(pin_bottom, state_bottom); }

Приложение для компьютера.

Написано на языке Object Pascal в среде Delphi. Отображает состояние нагревателей, рисует график температуры и имеет встроенный примитивный язык моделирования, больше по философии напоминающий какой-нибудь Verilog, нежели к примеру Pascal. «Программа» состоит из набора пар «условие - действие». К примеру «при достижении нижней термопарой температуры 120 градусов установить мощность нижнего нагревателя 10%, а верхнего - 80%». Таким набором условий реализуется требуемый термопрофиль - скорость нагрева, температура удержания и т. п.

В приложении раз в секунду тикает таймер. По тику таймера функция отправляет в контроллер текущие установки мощности, назад получает текущие значения температур, отрисовывает их в окне параметров и на графике, вызывает процедуру проверки логических состояний, после чего засыпает до следующего тика.

Сборка и пробный запуск.

Схему управления собрал на макетке. Не эстетично, зато дешево, быстро и практично.

Окончательно собранное и готовое к запуску устройство.

Прогон на тестовой плате выявил следующие наблюдения:

1. Мощь нижнего нагревателя невероятна. График температуры тонкой ноутбучной платы свечой взлетает вверх. Даже при 10% мощности плата уверенно греется до требуемых 140-160 градусов.

2. С мощностью нижнего нагревателя похуже. Догреть чип даже до температуры «низ+50 градусов» получается только на 100% мощности. То ли придется впоследствии переделывать, то ли пускай остается как защита от соблазна недогревать низ.

Покупка чипа на Aliexpress.

В продаже есть два вида мостов 216-0752001. Одни заявлены как новые и стоят от 20 долларов за штуку. Другие указаны как «бывшие в употреблении» и стоят 5-10 долларов за штуку.

Среди ремонтников много мнений относительно б/у чипов. От категорически отрицательных («бугага, приходи ко мне, у меня как раз под столом горка бэушных мостов насобиралась после перепайки, я тебе их недорого продам») до осторожно нейтральных («сажаю иногда, вроде нормально работают, возвраты если и бывают, то не намного чаще новых»).

Поскольку ремонт у меня ультрабюждетный, то было решено сажать чип бывший в употреблении. А чтобы перестраховаться на случай дрогнувшей руки или неисправного экземпляра, был найден лот «2 штуки за 14 долларов».

Демонтаж чипа

Устанавливаем плату на нижний подогрев, крепим одну термопару к чипу, вторую к плате подальше от чипа. Для уменьшения теплопотерь накрываем плату фольгой, за исключением окошка под чип. Ставим верхний нагреватель над чипом. Так как чип уже пересаживался, загружаем самостоятельно придуманный профиль для свинцового припоя (нагрев платы до 150 градусов, догрев чипа до 190 градусов).

Все готово для старта.

После достижения платой температуры 150 градусов автоматически включился верхний нагреватель. Внизу под платой видна разогретая нить накаливания нижней галогенки.

В районе 190 градусов чип «поплыл». Поскольку вакуумный пинцет в бюджет не уместился, цепляем его тонкой отверткой и переворачиваем.

График температур в процессе демонтажа:

На графике хорошо виден момент включения верхнего нагревателя, качество стабилизации температуры платы (желтая крупно волнистая линия) и температуры чипа (красная мелкая рябь). Красный длинный «зубец» вниз - падение термопары с чипа после его переворота.

Запаивание нового чипа

Ввиду ответственности процесса было не до фотосъемки и изготовления скриншотов. В принципе все то же самое: проходимся по пятакам паяльником, мажем флюсом, устанавливаем чип, устанавливаем термопары, отрабатываем профиль пайки, легким пошатыванием убеждаемся, что чип «поплыл».

Чип после установки:

Видно, что сел более-менее ровно, цвет не поменялся, текстолит не погнуло. Прогноз на жизнь - благоприятный.

Затаив дыхание включаем:

Да! Материнская плата запустилась. Я перепаял первый в жизни BGA. К тому же с первого раза успешно.

Ориентировочно смета затрат:

Лампа J254: $1.5*9=$13.5

Лампа J118: $1.5*3=$4.5

Патрон r7s: $1.0*12=$12.0

Термопара: $1.5*2=$3.0

MAX7765: $2.5*2=5.0

Реле: $4*2=$8.0

Чипы: $7*2=$14.0

Итого: $60 минус оставшийся запасной чип.

Ноутбук был собран, в него добавлен найденный в столе жесткий диск на 40 гигабайт, установлена операционная система. Для предотвращения в будущем подобных инцидентов с помощью k10stat напряжение питания ядра процессора понижено до 0.9. Теперь при самом жестом использовании температура процессора не поднимается выше 55 градусов.

Ноутбук был установлен в столовой в качестве фильмотеки для самого младшего члена семьи, который отказывается принимать пищу без любимых мультиков.

Дополнительная информация

Радиолюбителям рано или поздно приходится сталкиваться с пайкой элементов посредством массива шариков. BGA способ пайки используется повсеместно в массовых производствах различной техники. Для монтажа используется инфракрасный паяльник, который производит соединение деталей бесконтактным способом. Готовые модификации стоят дорого, а более дешевые аналоги не обладают достаточным функционалом, поэтому возможно изготовить паяльник в домашних условиях.

Описание процесса ИК пайки

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.

Профессиональное оборудование стоит достаточно дорого, более дешевые аналоги не обладают достаточным функционалом. Для экономии средств, выполнения нужных операций с BGA контроллерами, возможно изготовить инфракрасную паяльную станцию своими руками. Сборка возможна из доступных на рынке и подручных материалов. Конструкция представляет собой изготовленный из старого светильника термостол, оснащенный лампами галогенового типа. Контроллер и верхний нагреватель приобретается на рынке или собирается из старых запасных частей.

Термостол потребует наличие отражателей, галогеновых ламп, размещенных в корпусе из профиля или листового металла. При изготовлении инфракрасной паяльной станции своими руками, стоит придерживаться чертежей, которые возможно разработать самостоятельно или позаимствовать у других исполнителей. Обязательно корпус снабжается местом для термопары, которая передает информацию на контролер для предотвращения резких перепадов температуры, избыточного нагрева материала.

Сборка ИК паяльной станции подразумевает самодельные конструкции в виде крепежа из штатива. Контроль температуры нагревательного узла производится второй термопарой. Устанавливается параллельно с нагревателем, штатив закрепляется на панели таким способом, чтобы ИК элемент можно было перемещать над поверхностью термостола. Расположение платы производится выше галогеновых ламп на 2-3 см, в корпусе термостола. Крепление производится кронштейнами, для изготовления возможно использовать ненужный алюминиевый профиль.

Изготовление паяльной лампы своими руками в первую очередь потребует корпус. Для охлаждения системы требуется монтаж одного мощного или нескольких кулеров, материал желательно выбрать из оцинкованной стали. После полной сборки производится наладка системы путем запуска схемы, отладки устройства.

Нижний подогрев может быть изготовлен несколькими способами, но гораздо лучшим вариантом является использование галогеновых ламп. Рациональным решением является установка своими руками ламп суммарной мощностью от 1 кВт. По бокам конструкции устанавливаются порожки, которые зафиксируют плату. Установка материалов для пайки производится на швеллер, для более мелких деталей используются подложки или прищепки.

Известно, что верхний нагреватель подходящего качества невозможно изготовить своими руками. Для достижения наилучшего результата в процессе ИК пайки, необходимо воспользоваться керамическими нагревательными элементами. Для и нфракрасной паяльной станции, изготовленной своими руками оптимальным вариантом является использование нагревателя ELSTEIN. Производитель показывает наилучшие результаты, спектр излучения идеально подходит для замены BGA плат, других деталей. Не рекомендуется экономить на покупке верхнего нагревателя — обогревателя при сборке паяльной станции своими руками, т.к. при работе некачественным инструментом возможно повреждение платы или собранной конструкции.

Конструкция для верхнего подогрева возможна из самодельной станины. Достаточно иметь регулировку по высоте и широте для комфортной работы на инфракрасной паяльной станции, изготовленной своими руками. К штативу крепится термопара для контроля температуры.

Корпус контроллера подбирается по размерам в соответствие с устанавливаемыми деталями. Подходящим вариантом может оказаться кусок листового метала, который без труда возможно отрезать ножницами по металлу. Размещается в блоке управления также вентиляторы, различные кнопки, а также дисплей и сам контроллер. В роли контроллера выступает Arduino, функциональность вполне достаточна для выполнения пайки BGA схем своими руками.

Детали для самодельного прибора

Перед сборкой любого оборудования своими руками, необходимо подготовить материалы и инструменты. Для инфракрасного паяльника понадобятся:

• Комплект галогеновых ламп, количество которых зависит от формы будущего нижнего нагревателя паяльной станции, оптимальное количество подбирается в диапазоне от 4 до 6 штук.
• Керамическая инфракрасная головка мощностью не менее 400 ватт для верхнего нагревателя.
• Шланг от душевой лейки для проводов, алюминиевые уголки.
• Стальная проволока, крепежный элемент от старого фотоаппарата или настольной лампы для изготовления штатива.
• Контроллер Arduino, 2 реле и термопары, а также блок питания выходом 5 вольт, который можно изготовить от зарядного устройства мобильного телефона.
• Винты, разъемы и дополнительные периферии.

В процессе сборки понадобятся чертежи, разобрать которые помогут элементарные знания в электронике.

Применение и устройство

Инфракрасный паяльник используется в основном при условиях отсутствия доступа к заменяемым компонентам. Применяется при замене мелких деталей, основным достоинством является отсутствие нагаров и прочих отложений, как при работе обычным паяльником, а также малая возможность повредить соседние элементы. Для домашнего использования возможно изготовить паяльник своими руками, используя прикуриватель от автомобиля.

Работа устройства происходит при питании 12 вольт, такое напряжения возможно получить путем использования преобразователя или не нужного блока питания для компьютера.

Изготовление

Перед сборкой паяльной станции, извлекается из корпуса прикуривателя нагревательный элемент. К контактам питания присоединяются провода питания, к центральному проводу возможно подвести медный провод с изоляцией. Сделать паяльник не составит большого труда, достаточно изолировать соединение на расстоянии от нагревательного элемента, возможно использовать термоусадочную трубку.

Корпус производится из тугоплавкого материала. Возможно воспользоваться нерабочим паяльником или приобрести кусок стали. Необходимо следить за отсутствием соприкосновения проводов. Важно понимать, что подобного рода устройство используется при незначимых работах, так как температурные пороги, другие параметры не контролируются.