Самодельная инфракрасная (ИК) паяльная станция. Простые и понятные рекомендации, как сделать паяльную станцию своими руками Самодельная ик станция

Внимание! Данная статья предназначена только для ознакомительных целей, и к сборке не рекомендуется! Там же скачиваем обновленные версии прошивок для станции первой версии.

При ремонте материнских плат связанных с заменой BGA компонентов не обойтись без инфракрасной паяльной станции! Китайские станции качеством не блещут, а качественные ИК паяльные станции стоят не дешево. Выход - собрать самому паяльную станцию. Стоимость компонентов для сборки станции не превышает 10 тысяч рублей. Не смотря на дешевизну - самодельная ИК станция надежно себя зарекомендовала в ремонте материнских плат. Контроллер обеспечивает точное соблюдение термопрофиля, что является важным фактором во время замены BGA компонентов.

Описание конструкции

Станция состоит из контроллера управления, нижнего подогрева, верхнего нагревателя.

Контроллер двухканальный. К первому каналу можно подключить термопару или платиновый терморезистор. 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. При желании их можно изменить (исходник в архиве).

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 адаптировать контроллер для слабых нагревателей, которые прогревают долго и не успевают за термопрофилем.

Контроллер так же можно использовать в качестве регулятора температуры, например, во время сушки или запекания паяльной маски (в духовке, в которую помещена термопара), или прочих случаях, где требуется точное поддержание температуры.

Принципиальная схема контроллера

Далее приведены фото контроллера. Блок питания использовал от ноутбука, которое переделал на напряжение 12 Вольт. В качестве гнезда для термопар использовал usb гнездо с кусочками текстолита, которое припаяно к передней панели, смотрим фото. Охлаждение активное, я использовал термотрубку от охлаждения ноутбука. К термотрубке феном припаял медную пластину, на которую будут установлены элементы для охлаждения. Можно использовать охлаждение процессора от системного блока, но тогда габариты устройства увеличатся.

Нижний подогрев изготовлен из галогенового обогревателя на 3 лампы общей мощностью 1,2 кВт. Из обогревателя демонтируется основание со светоотражателем и защитной сеткой. Корпус для нижнего подогрева я изготовил из изогнутой листовой жести(конька оцинкованного), который вырезал ножницами по металлу. Так же в конструкцию добавлен порог алюминиевый(стык), для удобства установки на него швеллера алюминиевого. На швеллер через стойки устанавливается материнская плата. Нижний подогрев можно подключить к контроллеру. Я поступил другим способом чтобы не заморачиваться с второй термопарой, - в нижний подогрев встроил диммер на 600 Вт, только на симистор установил радиатор побольше. С регулировкой 1,2 кВт он прекрасно справляется. Примерное положение диммера я запомнил, при котором стабильно держится требуемая температура на материнской плате. Для небольших плат (например видеокарт) можно использовать канцелярские прищепки, прикрученные к DIN рейке. Пример на фото.

Качественный верхний нагреватель из подручных средств, к сожалению невозможно изготовить. Я проводил эксперименты с галогеновыми лампами, кварцевыми трубками со спиралями, так же экспериментировал с ИК лампой. Но лучше всего себя зарекомендовал керамический нагреватель фирмы ELSTEIN серии SHTS (с позолотой). Подобные нагреватели используются в дорогих ИК станциях. Я использовал ELSTEIN SHTS/100 800W и ELSTEIN SHTS/4 300W. Нагреватели греют очень хорошо, и практически не светят. Спектр ИК излучения очень подходит для замены BGA компонентов. Нагреватели из Китая не рекомендую, хоть внешне они и похожи на ELSTEIN.

Тепловое пятно нагревателя ELSTEIN SHTS/100 800W. Размер нагревателя 96х96 мм. Расстояние между нагревателем и платой 5см.

Круг El1 диаметр 4 см (перепад температуры 5 градусов от центра до края окружности).

Круг El2 диаметр 5 см (перепад температуры 10 градусов от центра до края окружности).

Круг El3 диаметр 6 см (перепад температуры 15 градусов от центра до края окружности).

Тепловое пятно нагревателя ELSTEIN SHTS/4 300W. Размер нагревателя 60х60 мм. Расстояние между нагревателем и платой 5см.

Круг El1 диаметр 2,5 см (перепад температуры 5 градусов от центра до края окружности). Подходит для большинства чипов.

Круг El2 диаметр 3 см (перепад температуры 10 градусов от центра до края окружности).

Круг El3 диаметр 4,5 см (перепад температуры 15 градусов от центра до края окружности).

Как видим оба нагревателя подходят для замены BGA компонентов. Но ELSTEIN SHTS/100 800W имеет преимущество перед вторым нагревателем. Это гораздо большее равномерное тепловое пятно. Круг диаметром 4 см у которого перепад температуры не более 5C о. Практически показатель как у Термопро с 3D отражателем (у которого однородное квадратное тепловое пятно 4х4см с перепадом температуры не более 5C о)

Ниже приведены фото конструкции верхнего нагревателя и станины, которую изготовил из того что было в строительном магазине. Конструкция получилась удачной, регулируется по высоте и длине, нагреватель крутится вокруг своей оси, его легко установить над любым участком платы.

Термопара крепится к штативу. Ее легко навести на любой участок платы. Конструкция на фото. Гибкий металлический рукав я использовал от USB фонарика из магазина, где все по одной цене. В металлический рукав я вставил термопару без внешней изоляции при помощи проволоки.

Настройка контроллера

Для настройки канала верхней термопары R3 устанавливаем в среднее положение. Помещаем термопару контроллера и термопару образцового термометра на нагретую поверхность (например галогеновую лампу, где обе термопары соединены вместе и на них нанесена термопаста), и калибруем резистором R6 показания максимального значения температуры 250 градусов. Потом даем лампе остыть до комнатной температуры и калибруем резистором R3 нижнее показание температуры. Данную процедуру нужно повторить несколько раз, пока не будет совпадать нижнее и максимальное значение температур с реальными показателями. Такую же процедуру повторяем с каналом нижней термопары при помощи резисторов R11 и R14 соответственно. Аналогично калибруется первый канал при использовании платинового терморезистора резисторами R21 и R27 соответственно. Если не планируется использовать платиновый терморезистор, то ОУ U2 можно из схемы исключить со всей обвязкой, а 11 вывод микроконтроллера подключить на +5В.

Управление контроллером и изменение параметров, а так же процесс съема и установки чипа показан на видео. Верхний нагреватель я устанавливаю на высоте 5-6 см от поверхности платы. Если в момент исполнения термопрофиля происходит выбег температуры от заданного значения больше чем на 3 градуса - понижаем 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. На данном нижнем подогреве температура немного отличается над зоной нагревателя, и в теневой зоне (разница около 10-15 градусов). Поэтому плату на нижний нагреватель желательно установить так, чтобы чип находился над зоной нагревателя (но это не критично). 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 рекомендуется 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 выше фото тепловых пятен ИК нагревателей ELSTEIN).

Внешний вентилятор программно не задействован, хотя на схеме он и указан. В дальнейшем планируется в исходник внести изменения и задействовать внешний вентилятор.

Ниже вы можете скачать архив с печатной платой в формате LAY, исходным кодом, прошивкой

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Мой блокнот
E1	Энкодер	EC11	1	С кнопкой	В блокнот
U1, U2	Операционный усилитель	LM358	2		В блокнот
U3	Линейный регулятор	LM7805	1	Устанавливается на радиатор	В блокнот
U4	МК PIC 8-бит	PIC16F876	1	PIC16F876A	В блокнот
U5, U6	Оптопара	PC817	2		В блокнот
LCD1	LCD-дисплей	WH2004A-YYH-CT	1	20x4 на основе KS0066 (HD44780) с англо-русским словарем	В блокнот
Q1, Q2	MOSFET-транзистор	TK20A60U	2	2SK3568	В блокнот
Q3, Q4, Q5	MOSFET-транзистор	IRLML0030	3	Или любой N-Channel MOSFET	В блокнот
Z1	Кварц	16 МГц	1		В блокнот
VD1	Выпрямительный диод	LL4148	1		В блокнот
VD2, VD3	Диодный мост	KBU1010	2		В блокнот
VD4, VD5	Стабилитрон	24 В	2		В блокнот
R1	Платиновый терморезистор	PT100	1		В блокнот
R2, R10	Резистор	470 Ом	2		В блокнот
R3, R11	Подстроечный резистор	1 МОм	2		В блокнот
R4, R12	Резистор	1 МОм	2		В блокнот
R5, R13, R26	Резистор	1.5 кОм	3		В блокнот
R6, R14, R27	Подстроечный резистор	100 кОм	3	Многооборотный	В блокнот
R7, R15	Резистор	130 кОм	2		В блокнот
R8, R16, R29	Резистор	20 кОм	3		В блокнот
R9, R28	Резистор	100 Ом	2		В блокнот
R17, R30	Резистор	10 кОм	2		В блокнот
R18, R19	Резистор	4.7 кОм	2	Допуск 1% или лучше	В блокнот
R20	Резистор	51 Ом	1		В блокнот
R21	Подстроечный резистор	100 Ом	1	Многооборотный	В блокнот
R22, R23, R24, R24	Резистор	220 кОм	4	Допуск 1% или лучше	В блокнот
R31	Подстроечный резистор	10 кОм	1	Многооборотный	В блокнот
R32	Резистор	16 Ом	1	Мощность 2Вт	В блокнот
R33, R34, R36, R37	Резистор	47 кОм	4	Мощность 1Вт	В блокнот
R35, R38	Резистор	5.1 кОм	2

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 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.

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.

Инфракрасная паяльная станция своими руками

Нижний подогрев

Корпус подогрева можно изготовить из старого советского чемодана, сделанного из алюминия, или из системного блока компьютера. Но чемоданчик подойдет лучше, потому что его рабочее положение – горизонтальное. В крайнем случае, можно присмотреть подобный корпус на ближайшей барахолке.

В корпусе необходимо прорезать болгаркой отверстие для керамических нагревателей. Из алюминиевой вырезки сделать подложку для нагревателей с ножками из обычных болтов с гайками. На подложке вся конструкция и будет держаться.

Нижний подогрев состоит из четырех керамических нагревателей, купленных на AliExpress. Цена на них приемлемая, продавец обеспечивает быструю доставку.

Каждый нагреватель (размерами: длина – 24 см, ширина – 6 см) имеет мощность по 600 Вт. Четыре нагревателя составляют нагревательную панель 24х24 см2. Этого достаточно для того, чтобы нагреть материнскую плату компьютера, не говоря уже о материнской плате ноутбука, размеры которой еще меньше. Помещаются на такой подогрев даже большие топовые видеокарты. Для сравнения, у стандартной заводской китайской станции такой подогрев площадью 150х150 см2, при этом стоит она недешево.

Снизу нижнего подогрева каждый нагреватель подключается к клеммной колодке желательно еще советского производства. Колодка сделана из специального материала, который не плавится при высоких температурах. Подключение нагревателей последовательно-параллельное:

первый и третий соединены последовательно;
второй и четвертый – тоже последовательно;
первый и третий со вторым и четвертым – параллельно.

Такая схема применяется для того, чтобы немножко разгрузить проводку. Если подключить все нагреватели параллельно, то итоговая нагрузка будет составлять 2850 Вт:

нижний подогрев – 600х4=2400 Вт;
верхний нагреватель при максимальной нагрузке – 450 Вт.

Если в комнате работает еще электротехника (несколько лампочек, компьютер, паяльник, чайник), то защитный автомат на 16 ампер выбьет.

Высчитывается последовательное сопротивление нагрузки по специальной формуле. В итоге нижний подогрев представляет собой нагрузку 1210 Вт. Несложно посчитать, что вся ИК станция будет потреблять 1660 Вт. Для такого оборудования это немного. По времени плата греется нижним подогревом до 100 0 примерно 10 минут.

Сверху, когда выполняется работа, на корпус с нагревателем можно поставить металлическую решетку от холодильника. Но лучше использовать стеклокерамику по размеру корпуса, и сделать удобный термостол для ремонта платы.

Верхний подогрев

Верхний подогрев можно сделать из советского фотоувеличителя УПА-60. Модель подходит для самодельной паяльной станции. Керамический нагреватель размерами 80х8 см идеально крепится к фотоувеличителю. При этом можно регулировать высоту нагревателя и двигатель в любую сторону. Штатив удобно прикрепить к самому столу, а нижний подогрев двигать при необходимости. Размеров нагревателей достаточно, чтобы прогревать большие чипы и сокеты для процессорных разъемов.

Все б/у детали можно купить в интернете через доску объявлений, керамический нагреватель – на AliExpress.

Блок управления

Готовый пластиковый бокс можно приобрести в специальном магазине для самостоятельного изготовления электроники, или сделать корпус из обычного компьютерного блока питания. На панели управления размещают:

выключатели для нижнего и верхнего подогрева;
диммер 2 кВт.

Надо отметить, что внутренних проводов в корпусе довольно много, поэтому бокс нужно выбирать немаленьких размеров.

Отверстия для вывода элементов управления на лицевую панель вырезаются электролобзиком со специальной пилочкой по металлу. Обычно это трудностей не вызывает при наличии практики с подобным инструментом.

PID контроллер REX-C100 можно также заказать на AliExpress. В комплекте с ним продавец поставляет твердотельное реле и термопару. То есть контроллер считывает, какой температуры достигает керамический нагреватель. Пока температура не достигнет нужной величины, твердотельное реле находится в открытом состоянии и пропускает электрический ток на керамический нагреватель.

При достижении устройством необходимой температуры срабатывает твердотельное реле и отключает подачу тока на керамический нагреватель. Диммер управляется вручную. Обычно его устанавливают на максимуме, чтобы быстрее подогревался верх.

Тестер

Данный прибор нужен для работы, чтобы считывать информацию о температуре, которая возле чипа. К нему подключена обычная термопара, конец которой ставят возле чипа. На дисплее тестера будет отображена температура непосредственно возле чипа.

Важно! Провод от термопары заматывают термостойким скотчем, потому что оплетка проводов горит при высокой температуре.

В итоге собранная на скорую руку самодельная ИК паяльная станция порядка десяти раз будет дешевле стоить, нежели готовое изделие. Устройство можно дорабатывать и постепенно улучшать.

Работа на практике

Работа устройства будет описана на примере починки платы от ноутбука. Одной из неисправностей платы является поломка видеочипа. Бывает достаточно прогреть его термофеном, и изображение на экране появляется. Скорее всего, в этом случае происходит отвал кристалла от текстолита. Менять чип довольно дорого. Но если прогреть его, то срок службы ноутбука этим можно продлить. На примере такого банального прогрева и может применяться самодельная инфракрасная паяльная станция.

Для начала плату подготавливают к прогреву, снимают детали:

пленки, потому что они при высокой температуре начинают плавиться;
процессор;
память.

Компаунд лучше снимать пинцетом после предварительного подогрева термофеном. Фен ставят при этом на температуру 1800, средний поток воздуха.

Важно! Всю окружающую область вокруг чипа необходимо обклеить фольгой, чтобы не греть элементы платы. На всякий случай следует закрыть и пластиковые разъемы для памяти.

Для информации. Использование флюсов облегчает процесс пайки и предотвращает окисление металла спаиваемых элементов.

Плату в таком виде устанавливают на решетку нижнего подогрева паяльной станции. Возле чипа располагают термопару. Другая термопара находится вблизи с нагревателями, её задача считывать температуру их нагрева. Включают нижний подогрев на блоке управления. На тестере и PID контроллере появляются рабочие параметры.

Когда низ прогреется, нужно дождаться, чтобы температура вокруг чипа была не менее 1000, в зависимости от материала припоя. Если припой бессвинцовый, то желательно прогреть до 1100.

Расстояние между чипом и верхним нагревателем должно быть около 5 см. Центр чипа должен быть строго под центром верхнего нагревателя, потому что максимальная температура идет от центра в стороны. Верхний нагреватель включают, когда температура возле чипа поднимется до 1100. Низ обычно прогревается 10 минут, затем включается верх, который должен нагреться до 2300. На PID контроллере верхнее значение показывает текущую температуру, нижнее – температуру, которую необходимо достичь.

При достижении нужной температуры включают верхний нагреватель, который управляется диммером. Когда температура подойдёт ближе к 2300, мощность диммером нужно уменьшить. Это делается для того, чтобы нагрев слишком быстрый не был. Рекомендуется выдержать минуту при температуре 2300 и затем выключить устройство. Температура пойдет на спад.

Беспрерывное совершенствование паяльной техники обусловлено появлением более сложных печатных плат радиоэлектроники. Инфракрасная паяльная станция (ИПС) предназначена для работы с новым поколением чувствительных микросхем и других радиодеталей. Необычный подход к пайке основан на применении светового луча в инфракрасном диапазоне в качестве носителя тепловой энергии.

Особенности и преимущества

Особенностью ИК паяльной станции является то, что, в отличие от индукционного устройства, в работе отсутствует материальный контакт с радиодеталью, по сравнению с феном, нет давления воздушного потока. Весь процесс пайки происходит полностью в бесконтактном режиме.

К преимуществам ИПС надо отнести следующие достоинства:

в отличие от других конструкций, инфракрасный паяльник обеспечивает быстрый монтаж или, наоборот, снятие припоя в условиях полного контроля уровня нагрева обрабатываемой радиодетали;
сфокусированный пучок инфракрасного излучения позволяет точечно направить тепловой энергопоток в нужное место платы;
ИПС даёт возможность установить режим ступенчатого роста температуры нагрева в рабочей зоне;
инфракрасная пайка надёжно восстанавливает нарушенное соединение площадки микросхемы с печатной платой;
отсутствие припоя и флюса в работе станции позволяет сохранять рабочее место в чистоте и не засорять плату каплями олова и кристаллами присадки.

Виды ИПС

По типу инфракрасного излучателя различают два вида ИПС:

Керамические;
Кварцевые.

Керамические

Примером керамической инфракрасной паяльной станции является модель Achi ir6000. Станция обладает массой достоинств. Она зарекомендовала себя как надёжное, прочное и долговечное оборудование. Рабочая температура в зоне пайки достигается в течение 10 минут. В станциях такого типа используется сплошной плоский или полый керамический излучатель.

Кварцевые

В отличие от керамического паяльника, кварцевая станция достигает максимального нагрева за 30 секунд. Кварцевые станции очень чувствительны к частым циклам включения – выключения.

Внимание! Если специфика паяльного режима требует в течение короткого периода нескольких отключений оборудования, то лучше пользоваться керамической паяльной станцией.

Принцип действия

Чтобы понять действие инфракрасной паяльной станции, надо понимать принцип соединения микропроцессора с печатной платой. Микросхемы ноутбуков и различных электронных устройств не имеют выводных ножек. Вместо этого на их тыльной стороне расположена сетка из контактных точек. Такая же решётка есть на печатной плате.

На обеих поверхностях контакты покрыты легкоплавкими шариками. Во время пайки микропроцессор нагревается инфракрасным излучателем до температуры плавления припоя. В то же время нижняя поверхность платы нагревается ТЭНами нижней платформы станции. Прогревом контактных соединений с двух сторон достигается быстрая пайка радиодетали. Благодаря узконаправленному потоку тепла, высокая температура не успевает распространиться на другие компоненты платы.

Важно! Станция с помощью программного обеспечения может осуществлять различные ступени температурного режима в определённых промежутках времени.

Описание процесса ИК-пайки

Процесс инфракрасной пайки состоит из нескольких фаз:

Печатную плату помещают на платформу станции.
Её фиксируют боковыми упорами и дополнительными рейками.
Вокруг монтажного участка пластиковые элементы закрывают клейкой фольгой.
На высоте 3-4 см от микросхемы устанавливают инфракрасный излучатель.
Термопару на гибкой трубке подводят непосредственно к месту пайки.
С помощью кнопок на интерфейсах термоконтроллеров задаются режимы работы верхнего и нижнего нагревателя.
К месту пайки подводят светильник на стальном гибком шнуре.
Включают станцию нажатием стартовой кнопки.
По истечении заданного времени микропроцессор снимают с платы с помощью пинцета.
Таким же образом, только в обратном порядке, монтируют новый микропроцессор.

Конструктивные особенности

Инфракрасная паяльная станция представляет собой довольно габаритное оборудование:

ширина – 450-475 мм;
высота – 430-450 мм;
глубина – 420-450 мм.
высота опорного штатива ИК излучателя – 200 мм.

Дополнительная информация. Размеры различных моделей станций могут немного отличаться от вышеуказанных данных. Площадь рабочего стола рассчитана на печатные платы максимальной величины и любой конфигурации.

Расположение органов управления и подвижных узлов ИК станции:

Рабочий стол представляет собой углублённую платформу из ряда ТЭНов, закрытую металлической сеткой.
Параллельные упоры с фиксаторами передвигаются по направляющим. Ими с обеих сторон зажимают печатную платформу.
Поперечные борта оснащены винтовыми опорами, которые поддерживают плату на нужной высоте.
В комплекте есть рейки, которыми дополнительно крепят плату.
На вертикальной опоре установлен поворотный механизм, на котором закреплен инфракрасный нагреватель.
ИК излучатель может передвигаться в прямолинейном направлении по направляющим штатива. Одновременно паяльник может поворачиваться вокруг вертикальной опоры.
На передней панели оборудования расположены:

кнопка включения;
разъём для термопары;
кнопка остановки;
клавиша включения вентилятора рабочего стола;
включатель подсветки;
кнопка верхнего охлаждения;
термоконтроллер нижних нагревателей;
программируемый контроллер верхнего ИК нагревателя.

Температура верхнего ИК нагревателя может достигать от 220 до 270 градусов. Нижняя платформа прогревается до 150-1700 С.

Изготовление своими руками

Высокая стоимость ИК паяльной станции (60-150 тыс. руб.) стимулирует домашних мастеров к изготовлению такого оборудования самостоятельно. При наличии определённого опыта сделать своими руками самодельный инфракрасный паяльник вполне реально. Материальные затраты обычно не превышают 10 тыс. руб. Нужно подготовить материалы и компоненты, необходимые для сборки ИК станции.

Детали для самодельного прибора

Для сборки инфракрасной паяльной станции своими руками понадобится следующее:

лист жести;
гибкая спиральная металлическая трубка светильника;
рычажный штатив от старой настольной лампы;
галогеновые лампы;
оцинкованная мелкая сетка;
алюминиевый профиль в виде узких реек;
2 термопары;
плата Ардуино Mega 2560 R3;
плата SSR 25-DA2x Adafruit MAX31855K – 2 шт.;
адаптер постоянного тока 5 вольт, 0,5 А;
провода.

Сборка

Монтаж паяльной станции состоит из нескольких этапов:

Термостол;
Инфракрасный нагреватель;
ПИД-регулятор на Ардуино.

Термостол

Делать термостол своими руками желательно в условиях оборудованной домашней мастерской. Конструкция представляет собой нижний нагреватель, состоящий из следующих компонентов:

корпус, отражатель, лампы;
система крепежа платы;
гибкая трубка термопары;
светильник.

Корпус

Основу термостола изготавливают в виде рамы из Г-образного жестяного профиля. Можно полосы металла согнуть уголком. Ножницами делают вырезы и по ним сгибают металл, соединяя части саморезами.
Проём закрывают металлической сеткой. Чтобы она не прогибалась, над сеткой протягивают металлические прутки в поперечном и продольном направлениях.

Старый галогеновый светильник разбирают, освобождая отражатель от ламп. Его обрезают по внутреннему периметру корпуса.
Лампы возвращают на место. Нагреватель вставляют в опорную раму снизу.

Система крепежа платы

Алюминиевую рейку разрезают на несколько отрезков. В них просверливают монтажные отверстия.

Два отрезка профиля закрепляют на широких бортах корпуса, в канавках которых будут передвигаться винтовые фиксаторы поперечных реек. Всё станет понятно из нижнего фото.

Гибкая трубка термопары

Спиральную металлическую трубку устанавливают в одном из углов рамы, протягивают провода термопары. Длина трубки должна обеспечивать доступ термопары ко всей рабочей зоне станции.

Светильник

На конце гибкой трубки закрепляют патрон с пятивольтовой лампочкой с отражателем. Основание металлического шланга крепят в углу рамы так же, как и в предыдущем случае.

Верхний нагреватель

Инфракрасный излучатель состоит из двух элементов, это:

Керамическая пластина в корпусе.
Держатель.

Керамическая пластина в корпусе

Пластину можно приобрести на рынке электротехники или заказать на сайте интернет-магазина. Главное – сделать прочный корпус, в котором был бы обеспечен свободный приток воздуха. Как это сделать, видно на фото.

Дополнительная информация. Вмонтированный в верхнюю плоскость корпуса ИК пластины кулер от компьютера поможет предохранить радиодеталь от перегрева.

Держатель

Для держателя идеально подходит двухсекционный кронштейн настольного светильника. Основание кронштейна крепят к раме станции. Верхний поворотный шарнир соединяют с корпусом верхнего нагревателя.

ПИД-регулятор на Ардуино

Сделанная ИК станция своими руками обязательно комплектуется блоком управления. Для него нужно сделать отдельный корпус. Внутри помещают плату Ардуино и ПИД регулятор. Примерная схема компоновки деталей блока управления станцией видна на фото.

Микропроцессорная платформа Arduino Mega 2560 R3 управляет режимами нагрева керамического ИК излучателя и платформы термостола. К плате Ардуино присоединены провода вентиляторов (верхний и нижний), ПИД регулятора, термопар и светильника.

Программирование паяльной станции осуществляется через интерфейс контроллера. Его экран отражает текущий процесс нагрева печатной платы с обеих сторон.

Тестер

В роли тестера выступают термопары. Они, в конечном счёте, являются источниками информации о состоянии уровня нагрева тыльной стороны печатной платы и верхней поверхности микропроцессора.

Работа на практике

Перед началом работы важно правильно настроить ИК паяльную станцию.

Настройка

После того, как закрепили печатную плату на термостоле и подвели ИК излучатель к микропроцессору, переходят к настройке работы станции. Делают это с помощью клавиш интерфейсов термоконтроллеров верхнего и нижнего нагревателей.

На дисплее контроллёра нижнего нагрева вверху отражается текущая температура. Кнопками на нижней строке задают конечную величину степени прогрева печатной платы.

Программируемый контроллер верхнего нагрева располагает 10-ю опциями (термопрофилями). Термопрофиль отражает зависимость температуры от времени. То есть прогрев можно запрограммировать ступенчато. Каждый шаг задаёт определённое время, в течение которого температура не меняется.

Сложность в работе

Инфракрасные паяльные станции серийного производства просты в работе и понятны в управлении. Сложности в работе станции могут возникнуть по причине несоответствия реальных характеристик станции данным в сопроводительной документации. За это отвечает изготовитель оборудования согласно гарантийным обязательствам.

Для людей, занимающихся ремонтом современных электронных устройств в домашних условиях, самодельная инфракрасная паяльная станция – первая необходимость. Приобретать профессиональное оборудование имеет смысл для мастерских, где есть большие объёмы ремонтных работ.

Видео

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.

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.

Основа при помощи приблизительных расчётов получилась 400х390 мм. Дальше необходимо было примерно рассчитать компоновку исходя из размеров нагревателей, ПИД-регуляторов. Таким нехитрым “фломастерным” способом я определил высоту своей будущей инфракрасной паяльной станции и угол скоса передней панели:

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:) Вон из пивных банок строят, из пробок и даже палочек от мороженого!

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.

Далее жестянка. Здесь как раз и пришлось попотеть с крышками от DVD-юков дабы всё получилось ровно и солидно, для себя делаем. После подгонки всех стенок необходимо вырезать нужные отверстия под ПИД-ы на передней, под кулер на задней стенке и в покраску – в гараж. В итоге – промежуточный вариант нашей ИК паяльной станции стал выглядеть таким образом:

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. Ну и так же у столика должна быть возможность закрепить платы разных размеров. Не до конца еще доделанный столик: (нет прищепок для платы)

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..

Конечно же, я написал не всё что хотел, потому как, при сборке было много мелочей, проблем и тупиков. Но зато я записал на видео весь процесс конструирования и теперь это полноценный обучающий видеокурс: