Паяльная станция сделанная своими руками

Инфракрасная паяльная станция своими руками

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

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.

Верхний подогрев

Известно, что верхний нагреватель подходящего качества невозможно изготовить своими руками. Для достижения наилучшего результата в процессе ИК пайки, необходимо воспользоваться керамическими нагревательными элементами. Для инфракрасной 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.

Блок управления

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.

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.

  Рис. 3: намотайте нагревательный элемент

• 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.

  Рис. 5. Наденьте шайбу

• Прикрутите шайбу сопла к стакану из батарейки при помощи соразмерных болтов.

  Рис. 6: прикрутите сопло к стакану

• 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.

  Рис. 7. соедините все элементы в корпусе

• Подключите куллер и нагревательную спираль к выводам блока питания, подсоедините регулятор напряжения.

  Рис. 8. установите кулер

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

Паяльная станция с феном: особенности изделия, обзор рынка

Для создания неразъемных соединений используют несколько методик. Одна из них – это пайка. Отличается данная технология от традиционной сварки применением низких температур и соединением с помощью припоя. Во время пайки расплавленный припой наносится на детали. По мере остывания материал твердеет, и элементы надежно соединяются между собой.

Паяльная установка с феном – это комплекс инструментов, которые предназначены для паяния компонентов

Производство многослойных плат и миниатюрных интегральных схем, а также повышенная плотность размещения мелких деталей с большим количеством выводов требуют использования тонких и специфических инструментов. Одним из таких приборов является паяльная установка с феном. Данное устройство – это комплекс инструментов, предназначенных для выполнения группового или одиночного паяния компонентов.

Современный рынок предоставляет широкий выбор изделий, которые способны удовлетворить запросы пользователей любой квалификации – от профессионалов высокого класса до новичков-любителей. Поэтому проблема, какую выбрать паяльную станцию с феном, актуальна для многих.

Данные изделия могут отличаться по комплектации, а также включать в себя следующие составляющие:

Паяльная установка с феном отличается от обычного паяльника тем, что способна оптимизировать температурный режим работы инструмента

• блок контроля, который позволяет управлять рабочими параметрами инструмента;
• паяльник для классического контактного паяния низкотемпературным припоем;
• паяльный фен для бесконтактного нагревания определенных частей сборного предмета;
• термопинцет, который используется для припаивания и удаления элементов;
• мощный инфракрасный источник для нагрева платы до необходимой температуры;
• пневматический прибор, предназначенный для удаления лишнего расплавленного олова;
• дополнительные детали;
• браслеты для снятия статического напряжения.

Современные паяльные установки многофункциональны, поэтому позволяют выполнять большое количество задач. Паяльные станции самой простой конструкции состоят из паяльника, контролирующего устройства и специальной подставки под паяльник.

Принцип работы станции не отличается большой сложностью, поэтому вполне возможно изготовить самодельную паяльную станцию с феном.

Современные паяльные установки благодаря своей многофункциональности, могут выполнять большое количество различных задач

Технические характеристики

1. Питание от источника постоянного напряжения 12-24В
2. Потребляемая мощность, при питании 24В: 50Вт
3. Сопротивление паяльника: 12Ом
4. Время выхода на рабочий режим: 1-2 минуты в зависимости от питающего напряжения
5. Предельное отклонение температуры в режиме стабилизации, не более 5ти градусов
6. Алгоритм регулирования: ПИД
7. Отображение температуры на семисегментном индикаторе
8. Тип нагревателя: нихромовый
9. Тип датчика температуры: термопара
10. Возможность калибровки температуры
11. Установка температуры при помощи экодера
12. Светодиод для отображения состояния паяльника (нагрев/работа)

Список компонентов

Для сборки печатной платы и корпуса потребуются следующие компоненты и материалы:

1. BQ1. Энкодер EC12E24204A8
2. C1. Конденсатор электролитический 35В, 10мкФ
3. C2, C4-C9. Конденсаторы керамические X7R, 0.1мкФ, 10%, 50В
4. C3. Конденсатор электролитический 10В, 47мкФ
5. DD1. Микроконтроллер ATmega8A-PU в корпусе DIP-28
6. DA1. CСтабилизатор L7805CV на 5В в корпусе TO-220
7. DA2. Операционный усилитель LM358DT в корпусе DIP-8
8. HG1. Семисегментный трехразрядный индикатор с общим катодом BC56-12GWA.Также на плате предусмотрено посадочное место под дешевый аналог.
9. HL1. Любой индикаторный светодиод на ток 20мА с шагом выводов 2,54мм
10. R2,R7. Резисторы 300 Ом, 0,125Вт — 2шт
11. R6, R8-R20. Резисторы 1кОм, 0,125Вт — 13шт
12. R3. Резистор 10кОм, 0,125Вт
13. R5. Резистор 100кОм, 0,125Вт
14. R1. Резистор 1МОм, 0,125Вт
15. R4. Резистор подстроечный 3296W 100кОм
16. VT1. Полевой транзистор IRF3205PBF в корпусе TO-220
17. VT2-VT4. Транзисторы BC547BTA в корпусе TO-92 — 3шт
18. XS1. Клемма на два контакта с шагом выводов 5,08мм
19. Клемма на два контакта с шагом выводов 3,81мм
20. Клемма на три контакта с шагом выводов 3,81мм
21. Радиатор для стабилизатора FK301
22. Колодка для корпуса DIP-28
23. Колодка для корпуса DIP-8
24. Разъем для подключения паяльника
25. Выключатель питания SWR-45 B-W(13-KN1-1)
26. Паяльник. О нем мы еще позже напишем
27. Детали из оргстекла для корпуса (файлы для резки в конце статьи)
28. Ручка энкодера. Можно купить ее, а можно напечатать на 3D-принтере. Файл для скачивания модели в конце статьи
29. Винт М3х10 — 2шт
30. Винт М3х14 — 4шт
31. Винт М3х30 — 4шт
32. Гайка М3 — 2шт
33. Гайка М3 квадратная — 8шт
34. Шайба М3 — 8шт
35. Шайба М3 гроверная — 8шт
36. Также для сборки потребуются монтажные провода, стяжки и термоусадочная трубка

Вот так выглядит комплект всех деталей:

Комплект деталей для сборки паяльной станции Simple Solder MK936

Оптимизация температуры на разных стадиях ИК пайки

ИК паяльное оборудование имеет два нагревательных элемента. Первый расположен под платой и выполняет предварительный нагрев до 100 градусов Цельсия. Второй излучатель (верхний) подает сфокусированное тепло на плату до показателей плавления припоя, приделы излучения составляют около 260 градусов.

Оптимизация скорости нагрева зависит от мощности имеющихся нагревателей, их расположения относительно платы, интенсивности и локальности тепловой подачи. Чтобы оптимизировать температуру инфракрасного нагрева следует соблюдать некоторые правила проведения отдельных этапов пайки.

Первым этапом работы ИК паяльного оборудования после установки платы есть предварительное нагревание. Основная его функция это предотвращение резкого теплового удара на электронные элементы и печатные платы. На данном этапе также происходит испарение растворителя находящегося в паяльной пасте. Разница температуры предварительного нагрева и температуры излучаемой в процессе пайки не должны составлять более 100 С.

Стабилизационный этап важен для активации флюса и удаления влаги из пасты. Увеличение температуры осуществляется в очень медленном режиме, пока все элементы платы не будут прогреты до одинаковых показателей. Здесь происходит удаление оксидной пленки с поверхности пайки. Период прохождения стабилизации составляет не больше 2 минут при этом рост температуры должен превышать 0,6 С/с.

На этапе оплавления создается температура плавления паяльной пасты и формируется соединение пайки. Для надежной пайки соединений температура должна быть на 40 градусов выше точки плавления пасты. Длительность процесса не более 2 минут. Скорость пайки 1-3 С/с.

Стадия охлаждения должна происходить быстро, чтобы в процессе сформировалось интерметаллидное соединение, но не быстрее 6 С/с. Излишняя скорость приводит к напряжениям термического характера и повреждениям компонентов объекта пайки. Режим, при котором происходит охлаждение выбирается зависимо от конструктивных особенностей пайки, размеров платы и ее типа.

Руководствуясь изложенным материалом, читатель может определиться с выбором необходимого типа паяльного инфракрасного оборудования и понять принципы оптимизации режимов пайки. Качество пайки напрямую зависит от качества используемого ИК оборудования и грамотного подхода к работе.

На данный момент схема станции и скетч доработаны! Архив для скачивания обновлён! Во избежании проблем следует установить библиотеки из архива с версией 2.1 О доработках ниже…

Конструкция претерпела несколько изменений в сравнении с изначальной задумкой. Все конструктивные решения были приняты в ходе практических испытаний. Уверен, что это ещё не окончательная итерация данного проекта.

Изначально, силовую часть планировалось реализовать в одном блоке с микроконтроллером и электроникой измерения температуры с термопар, но от данного решения пришлось отказаться, потому что уровень помех (выделены на рисунке 1 красным) от процесса включения и выключения мощной нагрузки значительно влиял на высокочувствительные усилители термопар на операционных усилителях AD8495 (фото 1, 2).

Рис. 1

На рисунке 2 представлен график термопрофиля после разнесения печатных плат управления мощной нагрузкой от печатных плат микроконтроллера и операционных усилителей термопар. Как видно, «колебания» температуры практически исчезли.

Рис. 2

Советую Вам при проектировании своей собственной инфракрасной паяльной станции сразу же предусмотреть разнесение силовых цепей нагрузки от слаботочных цепей управления. Это сэкономит уйму времени и нервов. В своей конструкции я разместил печатные платы управления мощностью верхнего и нижнего нагревателей в алюминиевый корпус нижнего нагревателя.

Блок управления благополучно занял пространство старого корпуса от компьютерного блока питания (фото 3). В качестве основы для крепления печатных плат Arduino UNO и ОУ усилителей термопар была использована распаянная печатная плата блока питания (фото 4).

В корпусе нижнего нагревателя были реализованы выключатель питания от сети 220 Вольт и переключатель рабочих секций нагревателя (положение «1»-работают 6 ламп, положение «2» — только левые 3). Рабочая поверхность выбирается исходя из размера нагреваемого объекта (фото 5). На задней стенке корпуса нижнего нагревателя  размещены: радиатор охлаждения симистора и полевого транзистора регуляторов мощности нижнего и верхнего нагревателей (фото 7), а также разъемы питания  и управления (фото 6).

Фото 7

Верхний нагреватель является съёмным — смонтирован на штативе от фотоувеличителя (фото 8). Местом соединения штатива и корпуса нижнего нагревателя является штатный фланец, снятый с фотоувеличителя (фото 9).

Основные меры предосторожности

Во время осуществления какой-либо работы с лампой нужно строго следовать правилам технике безопасности. Всё дело в том, что нарушение правил работы с устройством может развить его взрыв. Паяльная лампа представлена как пожароопасное средство. Ёмкость для осуществления хранения топлива расположена очень близко к открытому пламени самого факела.

Во время использования прибора требуется соблюдать некоторые правила:

1. Запрещено использовать инструмент во время выявления утечки газа либо паров топлива.
2. Запрещено применять во время использования лампы топливо, которое по своим характеристикам не соответствует требованием завода-производителя.
3. Запрещено применять прибор на протяжении долгого времени, так как близость горелки может развить риск нагревания баллона с топливом выше отметки в 50 градусов Цельсия.
4. Не следует применять устройство во время выявления неисправности в предохранительном клапане.
5. Запрещено осуществлять заполнение резервуара топливом во время горения горелки.
6. Лучше не использовать прибор без особой необходимости в закрытом помещении, это небезопасно.

Также нужно отметить, что несоблюдение любого пункта из списка правил безопасности во время использования паяльной лампы может спровоцировать взрыв и неприятные последствия для человека. Стоит всегда следовать несложной инструкции использования, которая позволит добиться максимальной эффективности прибора при его эксплуатации.

Простейшая установка от прикуривателя

Прикуриватель, который управляется 12 вольтами автомобильного аккумулятора, способен создавать температуры, позволяющие паять BGA-контроллеры и различные SMD.

Множество конструкторов считают, что такая станция дает кольцо нагрева (так называемое «колечко»), которое будет повторять проекцию нагревателя. Однако тест на бумаге показал абсолютно равномерный нагрев, без колец. Это означает, что доработка прикуривателя имеет смысл.

При тесте было видно, что цвет бумаги равномерно окрашивает лист от центра в сторону краев. Чистый инфракрасный прогрев плюс конвекция без каких-либо поддувов – и прикуриватель превращается в отличное паяльное устройство.

Паяльные станции из прикуривателя, по сравнению с паяльными термофенами, тихие, не дают никаких струй и отдач, пайка происходит спокойно. Десяти вольт переменного тока, которые подаются от подходящего трансформатора, оказывается вполне достаточно для того, чтобы на расстоянии 1-1,5 см снять с материнской платы 100-разъемный процессор.

Читать также: Металлический отрезной диск по металлу

Второй контакт спирали необходимо выводить в трубку корпуса и фиксировать высокотемпературным герметиком. При конструкции потребуется пайка латунью. Ее можно выполнить при помощи бензиновой горелки, полосы латуни и буры. Дистанция, при которой осуществляется спаивание, достигает максимально 1,5 см. Данная конструкция зарекомендовала себя очень хорошо.

Если придумать ручку, корпус и держатель, а это довольно несложно, учитывая корпус прикуривателя, то данное устройство будет в разы лучше, чем обычный паяльник китайского производства.

Собираем воздушный паяльник

Иногда при пайке, возникает необходимость замены SMD элементов и паяльник с жалом слишком велик для этого. Специально для этих целей применяется воздушный тип устройства. Принцип его работы аналогичен домашнему фену — поток воздуха принудительно продувается через разогретый элемент и переносится к месту пайки, разогревая припой бесконтактно и равномерно.

Для изготовления воздушного паяльника (на фото ниже) можно воспользоваться данной рекомендацией. Его можно сделать из рабочего старого прибора, вставить вместо жала трубку от антенны, по размеру старого жала. Подготовив паяльник так, что бы он был герметичен.

Принудительная подача воздуха происходит с помощью аквариумного компрессора, через трубочки для капельниц.

Видео инструкция как сделать паяльную станцию и термофен для паяльной станции

https://youtube.com/watch?v=5p3VfiKI9Hs

Для регулировки температуры потока воздуха можно воспользоваться регулятором напряжения. Идеальный вариант — если отсутствует лишний, рабочий паяльник, можно взять нерабочий и перемотать под низкое напряжение 8-12 вольт. Этот способ предпочтителен, из соображений электробезопасности. Нихром для нагревателя в этом случае может быть кусок провода, спирали от электроплитки 0,8 мм, намотанный аккуратно, без нахлестов. Приблизительно 30 витков на месте старой. Важный момент — это требование к трансформатору, он должен быть мощным, не менее 150 ватт.

Более затратный метод регулирования температуры на горячем конце паяльника — это поддержание выставленных градусов на жале. Для этого дополнительно устанавливается термопара.

Совместив наши самоделки можно сделать паяльную станцию своими руками. Самоделка в этом случае будет с регулятором напряжения, которым вы сможете регулировать вход на трансформаторе, тем самым изменяя мощность нагревателя.

В том случае, если необходимо выпаять большую микросхему и для этого необходимо ее хорошо и равномерно прогреть, воспользуйтесь самодельным термофеном с регулятором температуры. Другой вариант — сделать инфракрасную паяльную станцию из керамического патрона для лампы и спирали нихрома, подключенного к понижающему трансформатору. Для контроля температуры на поверхности деталей используется все тот же терморегулятор.

Надеемся, рассмотренные способы дали вам пищу к размышлению и Вы поняли как сделать паяльную станцию самостоятельно.