Stacja lutownicza na podczerwień DIY: urządzenie, zasada działania, przykłady wykonania

Wraz z pojawieniem się technologii mikroprocesorowej konieczne stało się lutowanie mikroukładów BGA podczas napraw, co jest albo niezwykle trudne do wykonania zwykłymi metodami, albo, częściej, niemożliwe. Nawet suszarka do włosów nie zawsze pomoże poradzić sobie z danym zadaniem. Dlatego wykonanie stacji lutowniczej na podczerwień własnymi rękami będzie najlepszą alternatywą, a czasem jedynym odpowiednim rozwiązaniem.

Stacja lutownicza IR

Chipy BGA (Ball grid array) są obecne w prawie każdym nowoczesnym „inteligentnym” urządzeniu: telefonach, komputerach, telewizorach, drukarkach. Podczas pracy mogą ulec awarii, co wymaga wymiany wadliwej części na nową. Ale przeprowadzenie takiej procedury bez specjalnego sprzętu jest niezwykle trudnym zadaniem.

Problem w tym, że producenci wymyślają coraz więcej metod montażu części elektronicznych. A zwykła lutownica czy suszarka do włosów nie zawsze będą w stanie pomóc w rozwiązaniu takiego problemu. W końcu kulki kontaktowe przyczyniają się do wysokiego transferu ciepła do płyty, w wyniku czego nie mogą się stopić.

Jeśli spróbujesz podnieść temperaturę do temperatury niezbędnej do ich stopienia, istnieje ryzyko przegrzania mikroukładu, w wyniku czego może się nie powieść. Z powodu przegrzania nie wyklucza się możliwości uszkodzenia pobliskich części. Zwłaszcza jeśli ich korpusy są wykonane z materiałów niskotopliwych.

Stacja na podczerwień może być doskonałym rozwiązaniem. Pozwala na wymianę nawet dużych kontrolerów GPU. A przy powszechnym użyciu komputerów, laptopów, płyt głównych, kart wideo i innego złożonego sprzętu takie naprawy są wykonywane dość często. A jeśli wcześniej można było użyć stacji gorącego powietrza do zastąpienia dużych mikroukładów, teraz, gdy używają producenci bezstykowe metody lutowania, jedynym optymalnym rozwiązaniem jest stacja IR, która poradzi sobie z wymianą dowolnych części mikroprocesorowe.

Zasada działania

Głównymi problemami podczas lutowania mikroukładów i sterowników jest albo przegrzanie do temperatury topnienia materiału stykowego, albo przegrzanie wymienianej części i jej awaria.

Pojawił się więc pomysł, aby podgrzać samą deskę do temperatury 100-150 stopni Celsjusza. Po tym można już lutować części. Pozwala to jakościowo zmniejszyć przenoszenie ciepła na płytkę PCB, co umożliwia obniżenie „górnych” temperatur. Oznacza to, że sama część będzie mniej narażona na przegrzanie.

Możesz także ogrzać pistoletem na gorące powietrze, ale preferowane jest użycie lutownicy na podczerwień. W końcu stacja IR pozwala to robić w sposób kontrolowany, czyli monitorować i utrzymywać temperaturę „dolną” i „górną” lub stosować zalecany profil termiczny lutowania.

Cechy konstrukcyjne

Każda stacja lutownicza IR składa się z trzech głównych części. Wszystko wygląda dość prosto, choć każdy z nich jest niezależnym złożonym mechanizmem, połączonym ze wspólną instalacją. Więc, każda stacja zawiera:

1. Sterownik sterujący, który reguluje cały proces ogrzewania;
2. Dolna część grzewcza;
3. Górna grzałka.

W zależności od modelu i producenta lutownice IR mogą różnić się jedynie charakterystyką techniczną. Niektóre ułatwiają pracę, inne wręcz przeciwnie, wymagają od użytkownika dodatkowej uwagi i pracy.

Wpływa to również na koszt sprzętu. Dlatego przy wyborze stacji należy zwrócić uwagę nie tylko na cenę, ale również na dane techniczne, aby nie przepłacać za niepotrzebną funkcjonalność.

Zrób to sam

Jest całkiem możliwe, że producenci lub osoby zajmujące się naprawą złożonego sprzętu elektronicznego zakupią do pracy fabryczną stację lutowniczą IR. Ale dla amatorów lub tych, którzy od czasu do czasu potrzebują takiej instalacji, możesz ją stworzyć samodzielnie. A na korzyść tego przemawia przede wszystkim cena. Nawet urządzenia wyprodukowane w Chinach kosztują 1000 USD. dolarów. Wysokiej jakości modele europejskich marek od 2 tys. dolarów i więcej. Nie każdy może sobie pozwolić na tak kosztowną przyjemność.

W przypadku domowej stacji lutowniczej na podczerwień wszystko wygląda znacznie bardziej optymistycznie. Według przeciętnych szacunków taki analog lutownicy IR będzie kosztował około 80 USD, co wygląda na nieporównywalnie bardziej akceptowalne ceny dla urządzeń fabrycznych.

Każda osoba zajmująca się naprawą skomplikowanego sprzętu ma wystarczającą wiedzę, aby samodzielnie wymyślić i zaprojektować stację IR. W związku z tym część elektroniczna, wygląd i niektóre funkcje mogą się różnić. I tu podstawowy projekt pozostanie taki sam w każdym modelu. Dlatego nie ma jednego idealnego schematu, który można by przytoczyć jako jedyne poprawne rozwiązanie. Ale aby zrozumieć samą zasadę tworzenia lutownicy IR, odpowiedni jest każdy model. I już w oparciu o osobistą wiedzę i preferencje możesz usuwać lub dodawać niektóre części.

Pierwsza opcja

Ta opcja użyje kontrolera dwukanałowego.

1. Pierwszy kanał jest używany dla platynowego termistora oporowego Pt 100 lub konwencjonalnej termopary.
2. Drugi kanał będzie używany wyłącznie przez termoparę. Kanały sterownika mogą pracować w trybie automatycznym lub ręcznym.

Temperatura może być utrzymywana od 10 do 255 stopni Celsjusza. Termopary lub czujnik i termopara automatycznie kontrolują te parametry poprzez sprzężenie zwrotne. W trybie ręcznym moc na każdym kanale będzie regulowana w zakresie od 0 do 99 procent.

Pamięć kontrolera będzie zawierać 14 różnych profili termicznych do pracy z chipami BGA. Siedem z nich to stopy na bazie ołowiu, a pozostałe siedem to lut bezołowiowy.

W przypadku słabych grzałek górna może nie nadążać za profilem termicznym. W takim przypadku sterownik wstrzyma wykonanie i poczeka na osiągnięcie wymaganej temperatury.

Ponadto sterownik bardzo wygodnie wykonuje profil termiczny w oparciu o temperaturę wstępnego nagrzewania całej płyty. Jeśli z jakiegoś powodu nie można było wyjąć chipa, możesz go ponownie uruchomić w wyższej temperaturze.

Przedstawiony na schemacie zasilacz posiada wyłącznik tranzystorowy dla grzania górnego i siedmiopunktowy dla grzania dolnego. Chociaż dopuszczalne jest użycie dwóch tranzystorów lub triaka. Obszar zaznaczony czerwoną kropkowaną linią można pominąć, jeśli obliczono użycie dwóch termopar.

Do odprowadzania ciepła z klawiszy możesz użyć grzejnika z aktywnym chłodzeniem z dowolnej technologii. Najważniejsze, że pasuje do projektu symulowanego aparatu. Dolna grzałka będzie składać się z dziewięciu lamp halogenowych 1500W 220-240V R7S 254mm. Powinieneś otrzymać trzy części trzech lamp, połączonych szeregowo. Lepiej jest używać wysokotemperaturowych przewodów silikonowych na 220 woltów.

Korpus składa się z włókna szklanego lub innego podobnego materiału i wzmocnione aluminiowymi narożnikami. I trzeba też kupić pompę próżniową. Aby uzyskać bardziej estetyczny wygląd, możesz użyć szkła IR na dolnym panelu. Ale jest kilka negatywnych punktów naraz: zbyt wolne ogrzewanie i chłodzenie, a cała konstrukcja zbyt mocno się nagrzewa podczas pracy. Chociaż obecność szkła nie tylko sprawia, że ​​urządzenie jest bardziej atrakcyjne, ale także wygodne, ponieważ deski można umieścić bezpośrednio na nim.

Stojak wykonany jest z aluminiowego kanału na stojaki. Przygotowano pęsety próżniowe i rurkę do niej, termoparę i stojaki. Zaleca się, aby górna grzałka była wykonana z ELSTEIN SHTS / 100 800W. Gdy wszystkie szczegóły są gotowe, należy je umieścić w etui i można przystąpić do konfiguracji.

Grzejniki są instalowane w odległości 5-6 centymetrów od desek. Jeśli bicie temperatury jest większe niż trzy stopnie, warto obniżyć moc górnej grzałki.

Drugie rozwiązanie

Jako drugą opcję możemy zaproponować projekt, który różni się tylko wewnętrznymi elementami. A najpierw warto wszystko przygotować wymagane komponenty:

• Grzałka górna - głowica IR 450 W;
• Grzałka dolna - grzałka halogenowa czterolampowa 1800 W;
• Narożniki aluminiowe;
• Materiał obudowy - włókno szklane, obudowa ze starego sprzętu, PC lub inne podobne;
• Stalowy drut;
• Spiralny wąż prysznicowy;
• Noga lampy stołowej;
• płytka Arduino Atmega 2560;
• Dwie termopary;
• Dwa przekaźniki półprzewodnikowe;
• Zasilacz z 220 V do 5 V. Pasuje do ładowarki do telefonu;
• brzęczyk na pięć woltów;
• Wyświetlacz znaków;
• Nakrętki, śruby, druty i inne niezbędne drobiazgi.

Najważniejsze jest, aby natychmiast zdecydować o rodzaju sprawy. Oczywiście wiele zależy od dostępności odpowiedniego materiału. Dlatego właśnie od tego warto zacząć, od kiedy przychodzi czas na umieszczenie komponentów w środku.

Teraz musisz wziąć grzejnik halogenowy. Być może uda się znaleźć stary, ponieważ trzeba go zdemontować, a reflektory i lampy halogenowe muszą zostać usunięte. Samych lamp nie trzeba demontować. Teraz wszystko to trzeba umieścić w przygotowanej walizce. Używane są tylko 4 lampy o mocy 450 watów, połączone równolegle. Lepiej jest używać tych samych przewodów, z którymi były już połączone. Jeśli z jakiegoś powodu nie można wykorzystać ich możliwości, będziesz musiał kupić dodatkowe odporne na ciepło.

Od razu musisz pomyśleć o systemie zatrzymywania opłat. Trudno tu podać konkretne zalecenia. W końcu wszystko zależy od przypadku. Ale dobrze by było zastosować profile aluminiowe, w które nie są sztywno włożone śruby i nakrętki, aby później można było zacisnąć nimi płytki drukowane, a jednocześnie można było dostosować je do różnych rozmiarów deski. Do węża prysznicowego lepiej jest wprowadzić termopary, które sterują zadaną temperaturą w dolnej grzałce. Zapewni to mobilność i wygodę w procesie pracy i instalacji.

Rola górnej grzałki wykona ceramikę o mocy 450 watów. Można go kupić jako część zamienną do stacji IR. Tutaj również musisz zadbać o obudowę, ponieważ to on zapewnia prawidłowe i wysokiej jakości ogrzewanie. Może być wykonany z cienkiej blachy żelaznej giętej w miarę potrzeb, w zależności od kształtu i wielkości grzałki.

Teraz musisz pomyśleć o naprawieniu górnej grzałki. Ponieważ musi być mobilny i poruszać się nie tylko w górę lub w dół, ale także pod różnymi kątami. Stojak na lampę biurkową jest idealny. Możesz to naprawić w dowolny wygodny sposób.

Czas zająć się kontrolerem. Potrzebuje również osobnego budynku. Jeśli istnieje odpowiedni gotowy, możesz go użyć. W przeciwnym razie będziesz musiał zrobić to sam z tego samego cienkiego metalu. Przekaźniki półprzewodnikowe potrzebują chłodzenia, dlatego warto zainstalować na nich radiator i wentylator.

Ponieważ w sterowniku nie ma automatycznego dostrajania, wartości P, I i D należy wprowadzić ręcznie. Są tu cztery profile, dla każdego ilość kroków ustawiana jest osobno, tempo wzrostu temperatura, czas oczekiwania i krok, próg dolny, temperatura docelowa oraz wartości dla górnego i dolnego podgrzewacz.