Инфракрасная паяльная станция своими руками: устройство, пайка

Самодельная ИК (инфракрасная) паяльная станция

В мастерской любого радиолюбителя имеется один, а может и сразу несколько паяльников. Но вот паяльная станция, особенно инфракрасная – для многих лишь мечта.

Дело в том, что это профессиональное оборудование, применяемое для качественной пайки таких сложных элементов, как чипы BGA (от английской аббревиатуры Ball grid array, что в переводе может звучать как «Массив шариков», полный русский аналог – «поверхностно-монтируемые интегральные схемы»).

Рис. 1. Пример чипа BGA

Припаять или даже отпаять такой чип обычным паяльником невозможно. С определенной долей вероятности может помочь паяльный фен, но только для отпайки и только если микросхему можно потом выбросить…

Дело в том, что в данном случае требуется:

Нагрев сразу с двух сторон;
Равномерное проникновение тепла сквозь тело микросхемы (такое делает возможным ИК-излучение);
Точный контроль температуры в процессе работ.

А все это напрямую связано со сложной логикой работы устройства и дорогостоящими нагревателями и датчиками.

Наверное, поэтому готовые ИК паяльные станции стоят от 30 тыс. руб. (даже при заказе из Китая).

Инфракрасная паяльная станция из прикуривателя

Даже если собрать все необходимые детали для ИК станции, их совокупная стоимость получится ненамного ниже готового варианта. А значит, если у вас ограниченный бюджет, материал ниже – для вас.

На форумах такое устройство ласково прозвали «прикуяльником», так как оно представляет из себя паяльник с прикуривателем вместо жала.

Выглядит он приблизительно так:

Рис. 2. Инфракрасная паяльная станция из прикуривателя

На самом деле, паяльник используется скорее просто как держатель (внутри уже нет нагревательного элемента, развязка меди и стали сделана специально).

Схема управления нагревателем строится на базе простых и недорогих элементов.

Рис. 3. Схема управления нагревателем

Если под рукой нет таймера 555, можно взять серию UC384x. Тогда схема будет иметь следующий вид:

Рис. 4. Схема управления нагревателем с UC384x

Блок питания +12В можно сделать из трансформатора и диодного моста (самый элементарный, диоды лучше всего смонтировать на радиаторе).

Как видно из схемы – контроля температуры нет.

При таком количестве элементов можно обойтись и без печатной платы. Отлично справится макетная, а при определенной сноровке и наличии свободного пространства в корпусе – подойдет монтаж на весу.

Рис. 5. Монтаж платы

Нижний подогрев должен обеспечивать правильный термопрофиль для припоя. Графики для свинецсодержащих и бессвинцовых припоев приведены ниже.

Рис. 6. Графики для свинецсодержащих и бессвинцовых припоев

Конечно, регулирование температуры и поддержание её на заданном уровне – сложная задача (в норме требуется термопара, логика обработки данных с нее и т.д.).

Но сделаем простой ход – нагрев будем регулировать обычным димером (от осветительных приборов), а в качестве источника тепла используем готовую галогеновую лампу на 150 Вт.

Температуру можно выставить по внешнему термометру, или «на глаз» (экспериментальным путем).

Вариант нижнего нагревателя.

Рис. 7. Вариант нижнего нагревателя

Здесь в качестве платформы используется старая печатная плата с медной фольгой (чистым текстолитом повернута вверх).

Таким образом, в качестве конечного результата:

Подогрев снизу осуществляется галогеновой лампой, включенной в сеть 220 В. Ее мощность регулируется димером.
Пайка осуществляется с помощью прикуривателя. Его мощность нагрева регулируется переменным резистором (смотри схему).

Процесс выглядит так.

Рис. 8. Процесс пайки

Конечно, для обычных микросхем пайка может осуществляться и без нижнего подогрева.

Можно работать и только с нижней платформой (например, если нужно демонтировать большое количество радиоэлементов сразу), но следует проявлять особую осторожность, так как при излишнем перегреве дорожки могут отслоиться от текстолита. Такая паяльная станция подойдет только для кратковременной работы в быту

Такая паяльная станция подойдет только для кратковременной работы в быту.

Другие способы реализации

В сети можно найти много других вариаций на тему создания ИК-станции своими руками, но все они имеют бюджет 10 тыс. руб.+, что сводит на нет все усилия.

То есть, если учесть возможность ошибки в процессе монтажа (по неосторожности или по неопытности) или поставки некачественной детали (что случается часто при взаимодействии с зарубежными продавцами), а также другие нюансы, то проще и надежнее приобрести готовое решение

Идея №4 – Простой проволочный вариант

Есть еще один вариант изготовления миниатюрного паяльника – с использованием нихромовой проволоки. Для этого вам понадобится:

Кусок нихромовой проволоки. Вытащить ее можно из старых нагревательных элементов, проволочных резисторов, утюгов, фенов и т.д. Главной характеристикой такой проволоки является ее диаметр, ведь именно от него зависит сопротивление катушки и, соответственно, мощность изготавливаемого инструмента. Рассчитать необходимую длину для вашего диаметра можно по формуле, указанной в инструкции к варианту №1. Удельное сопротивление нихрома в зависимости от диаметра приведено в таблице ниже.
Кусочек дерева круглого сечения.
Кусок медной проволоки диаметром 1,5-5 мм, длинной 15 см.
Небольшой отрезок стеклотканевой изоляции для проводов.
Немного гипса. Продается в строительных магазинах, еще одно название — алебастр. У многих остается немного после ремонта.
Провода.

Процесс изготовления:

Просверлите в бруске отверстие под медную проволоку раза в 3 больше, чем ее диаметр.
Поместите в него кусок медной проволоки так, чтобы он выступал примерно на 5 см и закрепите его там с помощью густой замазки из гипса, дайте просохнуть.
Оденьте на медный пруток, являющийся жалом, изоляцию и намотайте нужное количество нихромовой проволоки, оставляя расстояние между витками. На концы также оденьте изоляцию и подведите их ближе к ручке. Затем соедините на скрутки с проводами. Примотайте их к ручке на изоленту.

Вот и все, у вас получилась еще одна простая и надежная конструкция паяльника, сделанная своими руками.

Мы все же рекомендуем использовать либо первый, либо второй вариант, который является более понятным и простым в изготовлении. Что касается трансформаторного варианта, он хоть и мощнее, но все же не настолько удобен в использовании. Надеемся, что данные фото инструкции были для Вас полезными и напоследок рекомендуем обязательно просмотреть все видео примеры, в которых процесс сборки рассмотрен более подробно!

Также читают:

Как правильно паять провода
Какие инструменты должны быть у электрика
Как сделать мини дрель своими руками

https://youtube.com/watch?v=niCA8vHEVco

30.04.2019

Как пользоваться паяльником

Проведение демонтажа радиодеталей таким устройством не представляет трудностей. Время выхода устройства на рабочий режим составляет 30 секунд. Время демонтажа микросхемы с 200 ножками — от 15 до 30 секунд. В качестве нижнего подогрева лучше всего использовать утюг. Применение ИК-паяльника в комплексе с утюгом позволяет сильно ускорить выпаивание деталей и смягчает его. В процессе работы устройство требуется держать на расстоянии 15 мм от прикуривателя.

При осуществлении работ не следует жалеть канифоли. Большое ее количество облегчает выпайку компонентов радиоплат и ускоряет ее. Канифоль начинает кипеть при 250°C. Во время работы не следует допускать чрезмерного ее испарения и кипения.

При ремонте деликатных микросхем необходимо накрывать корпус. Не рекомендуется оставлять устройство включенным, т.к. оно работает на пределе возможностей.

Принцип действия и варианты реализации

Принцип работы паяльной станции заключается в способности устройства регулировать температуру нагрева и поддерживать ее в установленных пределах на протяжении всего процесса.

Разумеется, реализация всех вышеперечисленных функций задача не из простых, поэтому изготовление полноценного аналога под силу опытным электрикам, имеющим должное оборудование и опыт сборки электронных схем, изготовления печатных плат.

Поэтому сначала мы разберем относительно простые варианты изготовления, регулировка температуры в которых осуществляется вручную. Но и таких паяльных станций вполне достаточно, чтобы выполнить качественную пайку деталей, ориентируясь только по внешним признакам работы жала.

Для чего нужна паяльная станция

Паяльная станция, в отличие от простого паяльника, – система более усовершенствованная. Она позволяет спаять мелкие детали, такие, к примеру, как SMD-компоненты, контролировать нагрев на табло, программировать кнопки. Кроме того, благодаря бесконтактной системе пайки перегрев соседних элементов здесь исключён.

Благодаря «умному» блоку управления можно задать необходимые настройки температуры, включить и выключить систему нажатием одной кнопки

Паяльная станция бесконтактного типа относится к современным системам пайки. К примеру, нагрев с помощью термофена помогает мастерам в ремонте бытовых электроприборов и мобильников. А вот с помощью ИК-систем можно производить монтаж и демонтаж микросхем (даже формата BGA).

Способ №2. Бесконтактная паяльная станция

Как показывает практика, далеко не всегда нагревом жала можно воздействовать на любые элементы платы, к примеру, к тем же smd деталям крайне трудно подобраться. В таких ситуациях используется паяльный фен, направляющий поток горячего воздуха на ножки.

Несмотря на схожесть, переделать обычное устройство для сушки волос в инфракрасную станцию не получится, так как рабочая температура должна достигать 500 — 800ºС. Для сборки такой паяльной станции вам понадобится компрессор для подачи воздуха, нагревательный элемент, корпус для элементов управления, сопло, понижающий трансформатор, выпрямитель, блок управления скоростью подачи воздуха.

Принципиальная схема такой паяльной станции приведена на рисунке ниже:

Рис. 2: электрическая схема термофена

Принцип действия паяльной станции основан на воздействии инфракрасного излучения от нагревательного элемента непосредственно в область пайки. Компрессор подает воздух от нагревателя через сужающееся сопло, создавая эффект турбины, производительность насоса желательно обеспечить в пределах от 20 до 30 л в минуту.

При изготовлении инфракрасной станции существует два способа для ее выполнения — ручная модель или стационарная. Первый вариант подходит в тех ситуациях, когда корпус ИК паяльной предвидится относительно небольших размеров и будет удобно помещаться в руке. Второй способ подойдет для крупногабаритных приспособлений, в которых станция установлена неподвижно, а заготовка перемещается под соплом.

Рассмотрим такой пример изготовления паяльной станции бесконтактного типа:

Намотайте нагревательную спираль из нихромовой проволоки, в данном случае используется диаметром 0,8мм. Можете взять и другой вариант, к примеру, от электрической плиты.
Для намотки используйте жесткий каркас, укладывайте витки вплотную, но не делайте нахлестов и следите за тем, чтобы не закоротить намотку. Чем меньше диаметр проволоки у вас получится, тем эффективнее будет идти нагрев, достаточно будет спирали с наружным диаметром 8 – 10 мм.
В данном примере изготавливаются несколько спиралей, соединяемых параллельно для повышения температуры нагрева.
Установите полученную спираль на цилиндрический каркас из негорючего материала.

Рисунок 4: поместите спирали на диэлектрический элемент

Предварительно удалите с каркаса все лишнее но если он уже готов, можете сразу осуществлять намотку.

Изготовьте металлический стакан для нагревательного элемента, в этом примере изготовления паяльной станции мы сделаем его из корпуса пальчиковой батарейки.
Из куска телескопической антенны от радиоприемника сделайте сопло, один край которого нужно расплескать и надеть на шайбу.
Прикрутите шайбу сопла к стакану из батарейки при помощи соразмерных болтов.
Поместите внутрь стакана между спиралью и стенками термоизоляционный материал, чтобы предотвратить перегревание наружных деталей.
Соберите диодный мост из четырех полупроводниковых элементов, если под рукой уже есть готовая сборка, можете использовать и ее.
Изготовьте блок питания из понижающего трансформатора и выпрямительного агрегата, ваша задача получить на выходе низкое напряжение для снижения вероятности поражения электротоком. В рассматриваемом примере получается около 10 – 15В, мощность трансформатора составляет 150Вт. Аналогичная модель может браться с готового оборудования.
Корпус для паяльной станции мы изготовим из обычной пластиковой бутылки. В данном примере нам нужен прозрачный пластик, так как в нем легче подключать блок питания, нагнетатель воздуха и плату управления.
Подключите куллер и нагревательную спираль к выводам блока питания, подсоедините регулятор напряжения.

Регулировка мощности теплового потока может осуществляться либо по скорости подачи воздуха, либо по уровню напряжения, подаваемого на нагреватель.

Подключите шнур питания к выводам трансформатора – паяльная станция готова к использованию.
Рис. 9: паяльная станция готова

Лучшие инфракрасные паяльные станции

Для бережного и качественного ремонта электроники рекомендуется купить ИК паяльную станцию. Это сложный аппаратный комплекс с верхним и нижним нагревательным элементом. Контроль температуры обеспечивается микроконтроллером, пайка осуществляется за счет нагрева электромагнитными волнами невидимого спектра, безопасными для зрения оператора. Для фиксации платы предусмотрен стол с зажимами. Зона нагрева варьируется от 10х10 до 70х70 мм.

Achi IR 6500

Создана для работы с микросхемами и чипов любых типов, подходит для радиолюбителей и профессионалов. Может использоваться для ремонта больших плат. Для верхнего нагревательного элемента можно задать термопрофиль с оптимизированными параметрами. Данные хранятся в микроконтроллере или в компьютере, к которому ИК устройство подключается через USB-порт. С помощью ПК можно менять настройки.

Большой термостол укомплектован 4 удобными держателями, нижний нагреватель защищен закаленным стеклом и имеет увеличенную площадь. Тепло равномерно распределяется по поверхности, а усовершенствованная термопара обеспечивает точную регулировку. Темное инфракрасное излучение обеспечивает отличную скорость нагрева. Оборудование может применяться для бессвинцовой пайки. Об окончании работы извещает звуковой сигнализатор.

Достоинства:

В памяти хранится до 10 профилей;
Высокий уровень безопасности для соседних компонентов;
Удобное управление;
Печатные платы не деформируются зажимами;
Низкая цена.

Недостатки:

Небольшой срок гарантии производителя.

Yihua-1000B

Профессиональная монтажная платформа, разработанная с учетом специфики BGA-корпусов. Комплектуется термофеном с бесщеточным вентилятором, который характеризуется бесшумной работой и паяльником, мощность 75Вт. ИК-нагреватель и преднагреватель позволяют выполнять быстрый демонтаж и монтаж компонентов. У каждого инструмента, который находится в распоряжении оператора, есть свой двухстрочный трехразрядный дисплей, расположенный на лицевой панели.

Квалитетный контроль над основными параметрами осуществляется с помощью однокристального микрокомпьютера корейской компании Самсунг. Все базовые параметры отслеживаются в режиме реального времени. Мощность инфракрасной лампы регулируется в диапазоне от 5 до 80Вт. У оборудования силиконовый электрический провод, выдерживающий термическое воздействие в 300 градусов.

Достоинства:

4 насадки для фена;
Стабильный температурный режим;
Подставки под припой, термофен и паяльник;
Светодиодная подсветка;
Активное охлаждение блока управления.

Недостатки:

Работа со светозащитным экраном.

Dinghua IR6500 (DH-A01R)

Разработана для стандартной и бессвинцовой пайки, по отзывам пользователей, лучшие результаты у оборудования при работе BGA-модулями и мостами материнских плат. Комплектуется двумя инфракрасными нагревателями с независимым контролем теплового нагрева. Верхний излучатель мобильный, что позволяет выбрать оптимальное место над печатной платой. Регулятор высокоточный, настройка плавная в широком диапазоне. Данные выводятся на ЖК-дисплей.

К блоку управления подключается датчик внешней температуры для анализа лучших условий для работы. Мощный вентилятор защищает от деформации плат. Для фиксации микросхем предусмотрены V-образные пазы. Нагревательные элементы имеют термопары k-типа с замкнутыми контурами. Контроль над основными параметрами – в автоматическом режиме.

Достоинства:

Подсветка рабочей зоны;
Термопрофилирование с обратной связью;
Звуковое информирование об окончании процесса пайки;
Рабочий стол большого размера.

Недостатки:

Не выявлены.