Создание инфракрасной паяльной станции в домашних условиях

Многие радиолюбители не могут подобрать подходящий инструмент для ежедневной пайки различных микросхем и компонентов. Паяльная станция своими руками для таких умельцев – это один из лучших вариантов решения всех проблем.

Больше не нужно выбирать из множества несовершенных фабричных устройств, достаточно найти подходящие комплектующие, потратить немного времени и сделать идеальное устройство, удовлетворяющее все требования, своими руками.

Виды паяльных станций

Современный рынок предлагает радиолюбителям огромное количество всевозможных видов аппаратуры для пайки с разной комплектацией.

В большинстве случаев станции для пайки делятся на:

1. Контактные станции.
2. Цифровые и аналоговые устройства.
3. Индукционные аппараты.
4. Бесконтактные устройства.
5. Демонтажные станции.

Первый вариант станций представляет собой паяльник, подключенный к блоку регулировки температуры.

Контактные паяльные устройства делятся на:

• устройства для работы со свинцовосодержащими припоями;
• устройства для работы с безсвинцовыми припоями.

Устройства для пайки, позволяющие плавить безсвинцовый припой, обладают мощными нагревательными элементами. Такой выбор паяльников обусловлен высокой температурой плавления припоя без свинца. Безусловно, благодаря наличию регулятора температуры, подобные аппараты применимы для работы со свинцовосодержащим припоем.

Аналоговые аппараты для пайки регулируют температуру жала при помощи термодатчика. Как только наконечник перегревается, питание отключается. При остывании сердечника питание вновь подается на паяльник и начинается нагрев.

Цифровые устройства управляют температурой паяльника при помощи специализированного ПИД регулятора, который в свою очередь подчиняется своеобразной программе, заложенной в микроконтроллер.

[box type=”info”]Отличительной особенностью индукционных устройств является нагрев сердечника паяльника при помощи импульсной катушки. В процессе работы происходят колебания высоких частот, образующие в ферромагнетиковом покрытии аппаратуры вихревые токи.[/box]

Остановка нагрева происходит из-за достижения ферромагнетиком точки Кюри, после которой меняются свойства металла и прекращается эффект от воздействия высоких частот.

Бесконтактные аппараты для пайки делятся на:

• инфракрасные;
• термовоздушные;
• комбинированные.

Самодельная инфракрасная паяльная станция состоит из нагревательного элемента в виде кварцевого или керамического излучателя.

Инфракрасные паяльные станции, по сравнению с термовоздушными, обладают следующими ощутимыми преимуществами:

• отсутствие необходимости в поиске насадок на паяльный фен;
• хорошо подходят для работы со всеми видами микросхем;
• отсутствие термической деформации печатных плат из-за равномерного прогрева;
• радиодетали не сдуваются воздухом с платы;
• равномерный прогрев места пропая.

Важно отметить, что инфракрасные устройства для пайки являются профессиональным оборудованием и редко используются простыми радиолюбителями.

В большинстве случаев инфракрасные аппараты состоят из:

• верхнего керамического или кварцевого нагревателя;
• нижнего нагревателя;
• стола для поддержки печатных плат;
• микроконтроллера, управляющего станцией;
• термопар для контроля текущих температур.

Термовоздушные станции для пайки используются для монтажа радиодеталей. В большинстве случает термовоздушными станциями удобно паять компоненты, находящиеся в SMD корпусах. Такие детали имеют миниатюрные размеры и хорошо паяются по средствам подачи на них горячего воздуха из термофена.

Комбинированные устройства, как правило, сочетают в себе несколько видов паяльного оборудования, например, термофен и паяльник.

Демонтажные станции комплектуются компрессором, работающим на втягивание воздуха. Такое оборудование оптимально подходит для снятия излишков припоя или демонтажа ненужных компонентов на печатной плате.

Все мало-мальски приличные станции для пайки компонентов в разных корпусах, имеют в наличие такое дополнительное оборудование:

• лампы подсветки;
• дымоуловители или вытяжки;
• пистолеты для демонтажа и всасывания излишков припоя;
• вакуумные пинцеты;
• инфракрасные излучатели для прогрева всей печатной платы;
• термофен для прогрева определенного участка;
• термопинцет.

Паяльная станция своими руками

Наиболее функциональная и удобная станция – это инфракрасная.

Перед тем, как сделать инфракрасную паяльную станцию своими руками, следует приобрести следующие элементы:

• галогеновый обогреватель на четырех инфракрасных лампах мощностью 2КВт;
• верхний инфракрасный нагреватель для паяльной станции в виде керамической инфракрасной головки на 450 Вт;
• алюминиевые уголки для создания каркаса конструкции;
• шланг для душа;
• проволока из стали;
• нога от любой настольной лампы;
• программируемый микрокомпьютер, например, Ардуино;
• несколько твердотельных реле;
• две термопары для контроля текущей температуры;
• блок питания на 5 вольт;
• небольшой экран;
• зуммер на 5 вольт;
• крепежные элементы;
• при необходимости, паяльный фен.

[box type=”fact”]В качестве верхнего нагревателя можно использовать кварцевые или керамические нагреватели.[/box]

Преимущества керамических излучателей представлены:

• невидимым спектром излучения, не повреждающим глаза радиолюбителя;
• более длительным временем безотказной работы;
• большой распространенностью.

В свою очередь, кварцевые ИК подогреватели обладают следующими плюсами:

• большая однородность температуры в зоне подогрева;
• меньшая стоимость.

Этапы сборки ИК паяльной станции представлены ниже:

1. Монтаж элементов нижнего нагревателя для работы с bga элементами.
   Наиболее простым методом добычи четырех галогеновых ламп служит демонтаж их из старенького обогревателя. После того, как вопрос с лампами решен, следует придумать вид корпуса.
2. Сборка конструкции паяльного стола и продумывание системы удержания плат на нижнем нагревателе.
   Установка системы крепления печатных плат заключается в отрезке шести кусков алюминиевого профиля и прикреплении их к корпусу при помощи гаек из перфорированной ленты. Получившаяся система крепления позволяет перемещать печатную плату и подстраивать ее под нужды радиолюбителя.
3. Монтаж элементов верхнего нагревателя и паяльного фена.
   Керамический нагреватель на 450 – 500 Вт можно приобрести в китайском интернет магазине. Для монтажа верхнего подогрева необходимо взять лист металла и согнуть его по размерам нагревателя. После этого верхний нагреватель самодельной ик вместе с феном следует разместить на ножке от старой настолько лампы и подключить к блоку питания.
4. Программирование и подключение микрокомпьютера.
   Наиболее ответственный этап создания собственного инфракрасного устройства для пайки, включающий: создание корпуса для микроконтроллера с продумыванием места под остальные компоненты и кнопки. В корпусе вместе с контроллером должны быть следующие элементы: два твердотельных реле, дисплей, блок питания, кнопки и соединительные клеммы.

Большинство радиолюбителей предпочитают использовать старые системные блоки в качестве основы корпуса и алюминиевые уголки для крепления всех основных элементов нижнего нагревателя. При подключении ламп рекомендуется использовать штатную проводку разобранного галогенового обогревателя.

По завершению процесса сборки станции следует переходить к непосредственной настройке микроконтроллера. Радиолюбителям, сделавшим самому инфракрасную паяльную станцию, зачастую приходилось использовать микрокомпьютер Ардуино ATmega2560.

Программное обеспечение, написанное специально для устройств, основанных на данном типе контроллера, можно найти в интернете.

Схема

Типовая схема паяльной станции включает:

• блок усилителей термопар;
• микроконтроллер с экраном;
• клавиатуру;
• звуковой сигнализатор, например, компьютерный спикер;
• элементы питания и поддержки паяльного фена;
• чертежи элементов детектора нуля;
• элементы силовой части;
• блок питания всей аппаратуры.

В большинстве случаев, схема станции представлена следующими микрокомпонентами:

• опторазвязка;
• мосфет;
• симистор;
• несколько стабилизаторов;
• потенциометр;
• подстроечный резистор;
• резистор;
• светодиоды;
• резонатор;
• несколько резонаторов в СМД корпусах;
• конденсаторы;
• переключатели.

[box type=”info”]Точные маркировки деталей разнятся в зависимости от потребностей и предполагаемых рабочих режимов.[/box]

Процесс

Процесс сборки инфракрасной паяльной станции во многом зависит от предпочтений мастера.

Типовой вариант устройства на микроконтроллере Ардуино, устраивающий большинство радиолюбителей, собирается в такой последовательности:

• подбор необходимых элементов;
• подготовка радиодеталей и нагревателей к проведения монтажных работ;
• сборка корпуса паяльной станции;
• установка нижних предварительных нагревателей для равномерного разогрева массивных печатных плат;
• установка платы управления комбайном для пайки и ее фиксация при помощи заранее подготовленных крепежных элементов;
• монтаж верхнего нагревателя и паяльного термофена;
• установка креплений для термопар;
• программирование микроконтроллера под определенные условия паяльных работ;
• проверка всех элементов, включая галогеновые лампы нижнего нагревателя, инфракрасный излучатель и паяльный фен.

После полной сборки инфракрасной станции для проведения паяльных работ следует проверить все элементы на работоспособность.

Отдельное внимание нужно уделить проверке корректности работы термопар, поскольку в данной системе отсутствует их компенсация.

Это означает, что при перемене температуры воздуха в помещении термопара начнет измерять температуру с существенной погрешностью.

Проверка головки керамического нагревателя также важна. В случае, если инфракрасный излучатель перегревается, необходимо обеспечить обдув воздухом или охлаждение при помощи дополнительного радиатора.

Настройка

Настройка режимов работы ИК паяльной станции в основном заключается в:

• установке допустимых режимов работы паяльных фенов;
• проверке режимов работы нижнего нагревательного элемента;
• выставлении рабочих температур верхнего кварцевого излучателя;
• установке специальных кнопок для быстрого изменения параметров нагрева;
• программировании микроконтроллера.

По мере выполнения паяльных работ может потребоваться изменение температур и режимов.

Такие действия можно произвести при помощи кнопок, связанных с микрокомпьютером:

• кнопка + должна быть настроена на повышение температуры покупного или самодельного кварцевого излучателя с шагом в 5 – 10 градусов;
• кнопки – должна понижать температуру также с небольшим шагом.

Основные настройки микрокомпьютера представлены:

• регулировкой значений P, I и D;
• подстройкой профилей, в которых прописан шаг изменения тех или иных параметров;
• настройкой критических температур, при которых станция отключается.

[box type=”fact”]Некоторые конструкторы верхний нагреватель делают из фена. Такой подход подойдет лишь для пайки небольших элементов в SMD корпусах.[/box]

Рекомендации по работе

Самодельные ИК паяльные станции отлично подойдут для небольшого ремонта дома или в частных мастерских. Благодаря относительной простоте конструкции и широкому функционалу инфракрасные станции пользуются невероятным спросом.

Основными рекомендациями при сборке станций и работе на них являются:

1. Грамотная настройка параметров микроконтроллера.
   В случае, если в компьютер внесены неверные параметры, паяльная установка может некачественно пропаивать компоненты и повреждать маску печатных плат.
2. Надевание средств защиты при выполнении паяльных работ.
   Кварцевый излучатель, в отличие от керамического, при работе порождает излучение на видимой для глаза длине волны. Поэтому, если в устройстве используется кварцевый инфракрасный излучатель рекомендуется надевать специальные защитные очки, защищающие оператора от повреждения зрения.
3. Электрическая принципиальная схема станции должна содержать только надежные элементы.
   Кроме этого, все конденсаторы и резисторы, используемые при сборке, должны иметь быть выбраны с небольшим запасом.
4. Контроллер для ИК паяльной станции можно выбрать из популярных моделей Ардуино.
   При желании, контроллер можно изготовить и из неизвестного микрокомпьютера, однако, в этом случае мастеру придется самостоятельно разработать программное обеспечение для работы паяльной станции.
5. При сборке станции следует предусмотреть разъем для подключения паяльника.
   Иногда, компоненты платы удобнее точечно выпаивать при помощи обычного паяльника или устройства с термофеном вместо жала. Подобное решение можно реализовать, путем проектирования дополнительной термопары для контроля температуры паяльника.
6. Для пайки с использованием активных флюсов и припоев с высоким содержанием свинца следует обеспечить циркуляцию воздуха.
   Хорошая вытяжка или вентилятор значительно облегчат дыхание оператора и позволяет ему не дышать испарениями вредных металлов.

Заключение

ИК паяльные станции – это одни из лучших установок для пайки всевозможных элементов в самых разных корпусных исполнениях. Сделать паяльную станцию на инфракрасных подогревающих элементах можно даже в домашних условиях.

Как правило, домашние мастера для нижних нагревателей предпочитают использовать мощные галогеновые лампы. Основные распиновки разъемов, параметры микросхем, модели микроконтроллера, инструкции о том, как из бытового фена сделать паяльный и другая информация доступна в интернете.