Термостол своими руками

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 04.10.2024

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:

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.

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.

Инструменты для изготовления инфракрасного паяльника

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.

Принципиальная схема контроллера для инфракрасной паяльной станции своими руками

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.

Инфракрасная паяльная станция своими руками на основе Arduino

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.

Инфракрасная паяльная станция промышленного производства

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:

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

Инфракрасная паяльная станция своими руками

Инструменты для изготовления инфракрасного паяльника

Принципиальная схема контроллера для инфракрасной паяльной станции своими руками

Нижний подогрев

Верхний подогрев

Блок управления

Детали для самодельного прибора

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.

Инфракрасная паяльная станция своими руками на основе Arduino

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

Общие характеристики и принцип работы паяльной станции

Для справки! Некоторые устройства оборудованы специальной подставкой, которая нагревает печатную плату во время пайки, что помогает избежать её деформации.

Вариация самодельного паяльника для микросхем

Разберём особенности работы термовоздушной паяльной станции: поток воздуха с помощью специальных спиралевидных или керамических элементов (они находятся прямо внутри трубки термофена) нагревается, а затем через специальные насадки направляется в точку пайки. Такая система позволяет нагреть необходимую поверхность равномерно, исключив точечную деформацию.

Много слов уже написано по разным форумам на тему самодельного низа. Я все перечитал и сделал все равно по своему. Теперь можно паять большие BGA чипы и не ужасаться тому, как платы сгибает до состояния салатницы. Кому интересен обзор этого изделия, а также краткий пересказ других вариантов, найденных в сети, добро пожаловать под кат.

Из чего это готовят и с чем едят

Как и полагается, рыскал долго по интернету, искал какие самодельные низы были сделаны до меня, как кто выкручивается, и что у кого получается. Итак:
1. Галогенные светильники, направленные вверх. По мне так просто лютый ужас: эта штуковина светит вверх, а значит в глаза. А кто-то выпиливает в столе дырки и монтирует светильники туда. Против ничего не имею, но для такого кустарного решения портить мебель как-то жалко, а тем более уж насиловать ярким светом глаза.
2. Электрическая плитка. Да, такая круглая, с одной конфоркой. Над конфоркой делается держатель платы, в которую она вставляется. Уже лучше, но типичная ступенчатая регулировка мощности требует доработок. Да и просто как-то это слишком уж сурово как мне кажется.
3. Нагреватели из лазерных принтеров. Плоские такие и длинные. Уже лучше, но как пишут нагрев сильно не равномерный по их длине.
4. Инфракрасные кварцевые лампы. Такие еще в микроволновках идут в качестве гриля. Вот это уже хорошо. Нагрев производится не только через воздух, но и ИК излучением, более равномерен, легко фокусируется отражателем. Вот только купить отдельно эти лампы оказалось дороговато. Хотя остановился я именно на этом варианте.

Мой рецепт

Прокручивая в голове варианты разных конструкций и озадачиваясь где бы что взять и куда бы приделать вспомнил про такую вещь, как дешевые китайские обогреватели. В них стоят точно такие кварцевые трубки, как в грилях, и цепляются сразу на сетевые 220 В. А тут еще и отражатель в комплекте. Итог: за цену одной кварцевой трубки в розницу мы получаем две и отражатель. Эта идея мне очень понравилась, и я в тот же день помчал на рынок за обогревателем.

Обогреватель оказался чудесного качества: винты не затянуты, клеммы обжаты так, что слезают с провода при попытке их вытащить. Но мне то были нужны только лампы и отражатель. Последний в свою очередь пришлось гнуть до плоского состояния(обогреватель был округлым). Ну а дальше денек послесарил, вырезал корпус из алюминия и обрезков старых системников, и прочего хлама, занимающего половину балкона, склепал все вместе, и получил вполне себе хорошее изделие.

Регулятор мощности

Схема в точности, с номиналами и марками как у меня:

Все лаконично и работоспособно, что и требовалось. Главное терминалы у симистора не перепутать, а то работать ничего не будет. Собрал несколько криво в крышке от распаячной коробки:

Как-нибудь не поленюсь и вырежу ему крышку из пластика.

Вообще эту схему часто ругают на форумах, но она работает у тысяч человек и вроде все в порядке.

Затраты

Что и требовалось, изделие получилось очень дешевым:

1. Жертвенный обогреватель на лампы и отражатель — 500р.
2. Детали конструктива — бесплатно с балкона
3. Рассыпуха на регулятор — в основном все было, но думаю что уложиться в 100р можно с большим запасом.

Что получилось:

В итоге у меня есть нижний нагрев для плат за 600р и несколько вечеров копошения. Нагрева ему хватает с лихвой: на максимальной мощности на плате сперва плавится весь припой, потом начинает отслаиваться медь, особенно большие полигоны. Так что нагреть до нужных 150-200 градусов плату точно можно. Даже не знаю, насколько мое изделие ее прожаривает. Температуру приходится подбирать опытным путем, но думаю, что освоюсь. Для плавного равномерного прогрева подкручиваю мощность по чуть-чуть каждые несколько минут. Не хватает какого-нибудь крепления для плат, нужно будет им заняться. Рабочая поверхность как раз со среднюю ноубучную материнку. Если сделать крепление повыше, должно прокатить и с настольными. Не помешает также сообразить какую-нибудь заслонку, если захочется помонтировать чего-нибудь маленького.

Возможностей к апгрейду тут масса, воображение включить только и поразмыслить. Например можно сделать автоматизированный регулятор мощности, который сам бы плавно менял температуру. Можно подумать над измерением температуры на плате и чипе, управлением и заданием термопрофиля, скажем по USB с ПК. Можно приделать верхний нагрев, и получить полноценную станцию BGA монтажа. Но лучше на нее подкопить, а пока перебиваться этой.

А еще в мороз им можно квартиру обогревать:)

P.S. Знающие люди могут сказать, зачем в схеме нужен C2? Попадается множество вариантов этой схемы без него. И я не понимаю, зачем он там. Поставил потому что у других так. Получается: С1 заряжается через R1 и R2, как напряжение на нем будет достаточным для открытия динистора T1, тот открывается и открывает симистор T2. Это без C2 (тоже работает, проверял). На С2 выходит напряжение растет еще медленнее? И зачем он нужен, если можно подобрать R1, R2, C1 нужных номиналов и все?

Комментарии ( 36 )

А откуда сеточку взял? И приведи фото обогревателя до.
Лампы эти, судя по моему ростеру, представляют собой просто спирали в стеклянных трубках. Даже единой конструкцией не держатся, не будучи установлены в печь.
Насчет C2 хз. В моих регуляторах ни его, ни R3 нет. И снаббера обычно тоже нет.

Итак, по порядку:
Сеточка с того-же обогревателя, собственно лучше по размеру и не найти:)
Фоток до не делал, но он легко нашелся гуглокартинками:

Именно, спираль внутри трубки, две керамических заглушки по краям и единой конструкцией не держатся. Только стекло должно быть не простым, температура все-таки. Я всегда считал что такие вещи делают из кварцевых стекол.

А снабберную цепочку в интернете советуют ставить, надежнее все-таки. И неизвестно, где я этот регулятор могу задействовать в будущем еще, какой будет нагрузка. С C2 и правда хз. Я руководствовался принципом: раз народ делает так, значит так лучше, а я пока чего-то не знаю.

Ну я просто не уточнил, что стекло кварцевое.
Алсо, не маловат ли радиатор на тиристоре? Если он будет перегреваться, может получиться как с люкеем.

Тоже об этом думал. По даташиту BT139 до 150 градусов может греться, а греется он конкретно, больше сотни точно. Радиатор тут нужен поосновательнее. Как подходящий по габаритам подвернется — сразу заменю.

Читайте также: