Инфракрасный паяльник своими руками

Принцип действия

Чтобы понять действие инфракрасной паяльной станции, надо понимать принцип соединения микропроцессора с печатной платой. Микросхемы ноутбуков и различных электронных устройств не имеют выводных ножек. Вместо этого на их тыльной стороне расположена сетка из контактных точек. Такая же решётка есть на печатной плате.

На обеих поверхностях контакты покрыты легкоплавкими шариками. Во время пайки микропроцессор нагревается инфракрасным излучателем до температуры плавления припоя. В то же время нижняя поверхность платы нагревается ТЭНами нижней платформы станции. Прогревом контактных соединений с двух сторон достигается быстрая пайка радиодетали. Благодаря узконаправленному потоку тепла, высокая температура не успевает распространиться на другие компоненты платы.

Важно! Станция с помощью программного обеспечения может осуществлять различные ступени температурного режима в определённых промежутках времени

Принцип действия

Чтобы понять действие инфракрасной паяльной станции, надо понимать принцип соединения микропроцессора с печатной платой. Микросхемы ноутбуков и различных электронных устройств не имеют выводных ножек. Вместо этого на их тыльной стороне расположена сетка из контактных точек. Такая же решётка есть на печатной плате.

На обеих поверхностях контакты покрыты легкоплавкими шариками. Во время пайки микропроцессор нагревается инфракрасным излучателем до температуры плавления припоя. В то же время нижняя поверхность платы нагревается ТЭНами нижней платформы станции. Прогревом контактных соединений с двух сторон достигается быстрая пайка радиодетали. Благодаря узконаправленному потоку тепла, высокая температура не успевает распространиться на другие компоненты платы.

Важно! Станция с помощью программного обеспечения может осуществлять различные ступени температурного режима в определённых промежутках времени

Как сделать нож из дерева своими руками

Работа на практике

Перед началом работы важно правильно настроить ИК паяльную станцию

Настройка

После того, как закрепили печатную плату на термостоле и подвели ИК излучатель к микропроцессору, переходят к настройке работы станции. Делают это с помощью клавиш интерфейсов термоконтроллеров верхнего и нижнего нагревателей.

На дисплее контроллёра нижнего нагрева вверху отражается текущая температура. Кнопками на нижней строке задают конечную величину степени прогрева печатной платы.

Программируемый контроллер верхнего нагрева располагает 10-ю опциями (термопрофилями). Термопрофиль отражает зависимость температуры от времени. То есть прогрев можно запрограммировать ступенчато. Каждый шаг задаёт определённое время, в течение которого температура не меняется.

Сложность в работе

Инфракрасные паяльные станции серийного производства просты в работе и понятны в управлении. Сложности в работе станции могут возникнуть по причине несоответствия реальных характеристик станции данным в сопроводительной документации. За это отвечает изготовитель оборудования согласно гарантийным обязательствам.

Для людей, занимающихся ремонтом современных электронных устройств в домашних условиях, самодельная инфракрасная паяльная станция – первая необходимость. Приобретать профессиональное оборудование имеет смысл для мастерских, где есть большие объёмы ремонтных работ.

Изготовление своими руками

Высокая стоимость ИК паяльной станции (60-150 тыс. руб.) стимулирует домашних мастеров к изготовлению такого оборудования самостоятельно. При наличии определённого опыта сделать своими руками самодельный инфракрасный паяльник вполне реально. Материальные затраты обычно не превышают 10 тыс. руб. Нужно подготовить материалы и компоненты, необходимые для сборки ИК станции.

Детали для самодельного прибора

Для сборки инфракрасной паяльной станции своими руками понадобится следующее:

• лист жести;
• гибкая спиральная металлическая трубка светильника;
• рычажный штатив от старой настольной лампы;
• галогеновые лампы;
• оцинкованная мелкая сетка;
• алюминиевый профиль в виде узких реек;
• 2 термопары;
• плата Ардуино Mega 2560 R3;
• плата SSR 25-DA2x Adafruit MAX31855K – 2 шт.;
• адаптер постоянного тока 5 вольт, 0,5 А;
• провода.

Сборка

Монтаж паяльной станции состоит из нескольких этапов:

1. Термостол;
2. Инфракрасный нагреватель;
3. ПИД-регулятор на Ардуино.

Термостол

Делать термостол своими руками желательно в условиях оборудованной домашней мастерской. Конструкция представляет собой нижний нагреватель, состоящий из следующих компонентов:

• корпус, отражатель, лампы;
• система крепежа платы;
• гибкая трубка термопары;
• светильник.

Корпус

1. Основу термостола изготавливают в виде рамы из Г-образного жестяного профиля. Можно полосы металла согнуть уголком. Ножницами делают вырезы и по ним сгибают металл, соединяя части саморезами.
2. Проём закрывают металлической сеткой. Чтобы она не прогибалась, над сеткой протягивают металлические прутки в поперечном и продольном направлениях.

Установка металлической сетки

1. Старый галогеновый светильник разбирают, освобождая отражатель от ламп. Его обрезают по внутреннему периметру корпуса.
2. Лампы возвращают на место. Нагреватель вставляют в опорную раму снизу.

Монтаж отражателя

Система крепежа платы

Алюминиевую рейку разрезают на несколько отрезков. В них просверливают монтажные отверстия.

Два отрезка профиля закрепляют на широких бортах корпуса, в канавках которых будут передвигаться винтовые фиксаторы поперечных реек. Всё станет понятно из нижнего фото.

Крепёж платы

Гибкая трубка термопары

Спиральную металлическую трубку устанавливают в одном из углов рамы, протягивают провода термопары. Длина трубки должна обеспечивать доступ термопары ко всей рабочей зоне станции.

Светильник

На конце гибкой трубки закрепляют патрон с пятивольтовой лампочкой с отражателем. Основание металлического шланга крепят в углу рамы так же, как и в предыдущем случае.

Верхний нагреватель

Инфракрасный излучатель состоит из двух элементов, это:

1. Керамическая пластина в корпусе.
2. Держатель.

Крепление штатива к корпусу верхнего нагревателя

Керамическая пластина в корпусе

Дополнительная информация. Вмонтированный в верхнюю плоскость корпуса ИК пластины кулер от компьютера поможет предохранить радиодеталь от перегрева.

Держатель

Для держателя идеально подходит двухсекционный кронштейн настольного светильника. Основание кронштейна крепят к раме станции. Верхний поворотный шарнир соединяют с корпусом верхнего нагревателя.

ПИД-регулятор на Ардуино

Сделанная ИК станция своими руками обязательно комплектуется блоком управления. Для него нужно сделать отдельный корпус. Внутри помещают плату Ардуино и ПИД регулятор. Примерная схема компоновки деталей блока управления станцией видна на фото.

Блок управления ИК станции

Микропроцессорная платформа Arduino Mega 2560 R3 управляет режимами нагрева керамического ИК излучателя и платформы термостола. К плате Ардуино присоединены провода вентиляторов (верхний и нижний), ПИД регулятора, термопар и светильника.

Программирование паяльной станции осуществляется через интерфейс контроллера. Его экран отражает текущий процесс нагрева печатной платы с обеих сторон.

Самодельная ИПС

В роли тестера выступают термопары. Они, в конечном счёте, являются источниками информации о состоянии уровня нагрева тыльной стороны печатной платы и верхней поверхности микропроцессора.

Как сделать паяльный фен из паяльника своими руками

Довольно часто вместо фена применяют обычный паяльник, а если быть точнее, то его корпус. Абсолютно все внутренности нужно аккуратно вытащить, оставив лишь обойму из металла и удобную ручку. Дополнительно будет необходима галогеновая лампа с максимальной мощностью до 2 киловатт. Она пригодится для изготовления кварцевого изолятора. Для этой цели может подойти и перегоревшая лампа. Далее, с помощью специального алмазного станка нужно обрезать все сплющенные концы. В итоге должна получиться кварцевая трубка. С одной ее стороны будет находиться специальный сосок для технологических нужд, в котором необходимо сделать отверстие под питание нагревателя.

В роли нагревательного элемента будет выступать нихром. Его толщина должна быть от 0,33 до 0,75 миллиметров. В случае если диаметр проволоки будет больше, то время ее охлаждения будет очень длительное. А также будет необходим специальный регулятор, который поможет правильно настроить работу аппаратуры. Сборку изделия своими руками стоит выполнять в строгой последовательности. Готовую кварцевую трубку необходимо поместить в спираль из нихрома. Конец спирали стоит продлить при помощи обычного провода. Чтобы уменьшить температуру нагрева, трубку нужно обернуть слоем фольги.

Далее, элемент необходимо поместить в обойму корпуса из металла и зафиксировать провод питания на ручке старого паяльника. В это же место вставляется заранее подготовленная конструкция, а трубка обматывается шнуром из асбеста. После этих действий устройство будет находиться в центре обоймы. Передний край необходимо зажать, а потом разместить шланг в ручке для притока воздуха. В этом случае источником воздуха будет простой компрессор, который часто применяют в аквариумах.

Модель ИК-650 ПРО

Одной из наиболее распространенных инфракрасных паяльных станций профессионального уровня является ИК-650 ПРО. В России это устройство стало одним из первых, способных с успехом производить ремонт техники с BGA схемами.

Пайка производится настолько качественно, что возникло устойчивое мнение об абсолютной надежности устройств, платы которых монтировались при помощи этой инфракрасной паяльной станции.

Программное обеспечение позволяет очень точно выдерживать температурный профиль, что немаловажно для создания прочных, надежных контактов. Ведь для качественной пайки необходимо не просто создать температуру достаточную для плавления припоя, а нужно еще поднять ее плавно и затем плавно понизить, не допуская резкого охлаждения контакта

Только тогда будет создана прочная кристаллическая решетка в капле припоя, соединяющей контакт микросхемы с монтажным пятачком.

Инфракрасная станция имеет модульную конструкцию и позволяет собрать множество возможных конфигураций для производства предварительных и вспомогательных работ:

• возможно использование различного типа термостолов;
• подключение электронного микроскопа;
• автоматическое регулирование температуры нагрева и остывания;
• существуют дополнительные модули для восстановления выводов BGA (это называется реболлингом).

В комплектацию паяльной станции входит также вакуумный пинцет, которым удобно устанавливать мелкие детали на плате.

Стоимость инфракрасной паяльной станции ИК-650 ПРО в настоящее время более 150 000 рублей. Она является профессиональным оборудованием и, конечно же, для любительского использования практически недоступна.

Характеристики и принцип работы

Бензогенератор своими руками

Рассмотреть характеристики паяльных станций можно, разделив способы пайки на две группы: свинцовая и бессвинцовая.

Устройства, относящиеся к первой группе, имеют в своей структуре модуль, который даёт возможность устанавливать необходимый температурный уровень жала. Такие модели изготовлены как аппараты, использующие для своей работы электричество, так и как станции на основе переменного магнитного поля (индукционного типа). Высокий уровень теплоотдачи и автоматический подбор мощности для отдельных элементов – основные преимущества индукционных станций.

Для выполнения бесконтактной пайки используется второй тип паяльных установок. Это станции, основанные на инфракрасном и термовоздушном воздействии на участок пайки.

Обобщая характеристики аппаратов, выделяют следующие параметры:

• материал нагревательного элемента: нихромовый или керамический;
• скорость нагрева;
• диапазон регулировки температуры;
• мощность установки;
• напряжение питания.

Также к основным конструктивным особенностям относятся форма, габариты и вес.

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:

• Разная степень поглощения энергии компонентами ведет за собой неравномерный прогрев.
• Каждая плата ввиду различных характеристик требует подбора температур, в противном случае, компоненты перегреваются, выходят из строя.
• Наличие «мертвой зоны», где инфракрасная энергия не достигает требуемого объекта.
• Обязательное условие защиты поверхностей остальных элементов от испарения флюсов.

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.

Общие характеристики и принцип работы паяльной станции

Внешний вид промышленной воздушной паяльной станции: 1 – блок управления, 2 − паяльник, 3 – фен, 4 − ручка для переноски, 5 – регуляторы температуры для фена и нагревателя Анатомия паяльной станции достаточно проста и максимально отвечает необходимым условиям: аккуратная, «умная» пайка элементов. Сердце прибора − блок питания, внутри которого находится трансформатор, выдающий напряжение двух вариантов 12 или 24 Вольта. Без этого элемента все системы станции были бы бесполезны. Трансформатор отвечает за регулировку температуры. Блок питания снабжён терморегулятором и специальными кнопками запуска прибора.

С помощью блока управления также может быть реализована функция запоминания температуры и программирования кнопок. Мастера «прокачивают» прибор, используя процессор, благодаря которому появляется возможность измерять температуру в ходе пайки.

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.

Комментарий

Андрей Винокуров

Электромонтер 5 разряда ООО «Петроком»

Задать вопрос

«Температура, которую могут обеспечить современные фены для пайки, в том числе и собранные своими руками, варьируется от 100 до 800°C. Причём показатели эти могут настраиваться оператором.

В качестве ещё одного дополнительного элемента может выступать специальный инфракрасный нагреватель. Принцип его похож на работу термофена, он нагревает не место стыка, а определённую площадь. Однако, в отличие от термофена, здесь отсутствует поток тёплого воздуха. Профессиональные паяльные станции могут оборудоваться специальными сопутствующими инструментами, оловоотсосами и вакуумными пинцетами.

На батарейках, на аккумуляторах 18650 и других АКБ

Аккумуляторный паяльник на 3.6–9 В — это тот же минипаяльник по классической схеме: нихромовая нить на покрытом стекловолокном кожухе (или без него), в который вставлено жало. Отличие в том, что выводы питания подсоединяются к батарейкам или к базе с ними (повербанк, короб с секциями из любого прибора, питающегося от батареек).

Микропаяльник на батарее создают из таких элементов:

• провод, сечение 2 мм;
• сегмент антенны;
• нихромовая нить (∅ 0.2 мм), длина 10 см;
• кембрик (армированное стекловолокно);
• аккумуляторные батареи 3.7 Вольта можно использовать несколько по 1.2; 1.5 В. Отсек для них;
• деревяшка для ручки;
• обычный бытовой переключатель (как в настольных лампах);
• провод ∅ 0.3–0.6 мм (можно вытянуть из многожильного кабеля).

Этапы сборки

Алгоритм действий по порядку:

1. Снимаем с провода (∅ 2 мм) изоляцию.
2. Подбираем сегмент антенны, в который будет плотно входить жало.
3. Затачиваем жало, длина около 2 см.
4. Отрезаем 4 см от сегмента антенны.
5. Наматываем 10 см нить накаливания (ее сечение около 1.2–1.8 мм), с двух сторон оставляем по 1 см.
6. Тонкую медную жилу складываем вдвое, в петлю на конце продеваем нихромовую нить, скручиваем. Пока откладываем конструкцию.
7. Кембрик помещаем внутрь трубки из антенны.
8. Нихромовая катушка с проволокой продевается в кембрик, снаружи оставляют 1 см, из которого делают 1–3 витка — это термоэлемент.
9. Помещают жало в трубку, с другого конца — до упора термочасть.
10. Ручка: от деревяшки отпиливаем 2–3 см, в центре сверлим отверстие под нагревательный узел, от него создаем паз (надфилем, ножом, этим же сверлом).
11. Нагревательную часть вставляем, хвост загибаем в паз.
12. Просверливаем еще отверстие, меньшее и чуть дальше от центра.
13. Из тонкого медного провода скручиваем петлю на трубке, заворачиваем конец — это второй контакт. Вставляем сборку в деревяшку.
14. Загнутый проводник фиксируется силиконовым клеем, им же прикрепляется короб для батарей. Полярность может быть любая.
15. К батарейному отсеку на торце там, где контакты, приделываем выключатель, фиксируем термоклеем.
16. Соединяем части последовательно: нагревательный сегмент, переключатель, к аккумулятору (отсеку с ним).

Что такое паяльная станция

Если говорить просто, то простая паяльная станция состоит из нескольких основных блоков:

• блок питания;
• блок управления;
• индикаторы;
• манипуляторы.

Блок питания может быть импульсным или трансформаторным. Первый имеет меньшие габариты и способен выдавать большую мощность. Трансформаторный блок питания имеет характерный звук при работе и для большой мощности требует больших габаритов. В некоторых случаях трансформаторный блок показывает себя более надежным, но это напрямую влияет на вес и габариты паяльной станции. Блок управления паяльной станцией состоит из платы, на которой находятся микроконтроллеры, переменные резисторы и другие элементы, которые отвечают за обратную связь, а также за формирование выходного сигнала для манипуляторов.

В качестве манипуляторов на паяльной станции могут использоваться:

• паяльник;
• фен;
• инфракрасная головка.

На лицевой панели станции располагаются индикаторы. Они выводят показания датчиков температуры, которые находятся в манипуляторах. В большинстве случаев требуется дополнительная калибровка для достижения правильных показаний.

Температурные регуляторы для паяльника

Первый вариант — регулятор температуры своими руками «с нуля» из тиристора, диода (1 А, 400–600 В), конденсатор (50–100 В) на 4.7 мкФ, резистора (30 кОм), резистора регулировочного (47 кОм).

Базой терморегулятора выступает переменный резистор, тиристор изолируют термоусадкой. Готовый узел размещают в корпусе БП, например, от телефонной зарядки.

Второй вариант: приспособить уже готовый прибор — диммер для настройки температуры паяльника, так называется устройство для регулировки света ламп накаливания. Так как последние применять стали реже, то и много таких приборов не используется.

Подключение диммера, чтобы создать паяльник с регулировкой температуры предельно простое — последовательно к жилам его кабеля питания в любом порядке. Процесс не сложнее подсоединения проводов к розетке, он почти аналогичен. В роли корпуса удобно использовать переноску на две розетки, которые можно вынуть.

Одну секцию оставляют, в другую вставляют диммер (теперь это регулятор для паяльника), вилку кабель паяльника помещают в такую модифицированную переноску, ручкой прибора регулируют напряжение, соответственно, и нагрев.

Термовоздушная паяльная станция: нюансы изготовления своими руками

Работа по изготовлению самодельной паяльной станции с феном своими руками производится в несколько этапов. Сначала конструируется термофен, после − блок управления, а затем станция собирается и настраивается. При этом сам термофен можно приобрести в магазине или на интернет-ресурсах. Стоимость его невысока, а работу по изготовлению ПС такое приобретение сильно упростит. Однако лучше всего изготовить своими руками фен для пайки, который не требует электронного блока управления. В работе он достаточно удобен, а стоимость деталей для его сборки стремится к нулю. Нам потребуется:

• стеклянная трубка от электрокамина;
• нихромовая спираль оттуда же;
• силиконовый шланг;
• тонкая стеклянная трубка;
• старый, можно нерабочий паяльник.

Разберёмся пошагово с использованием примеров, как выполняется эта работа.

Паяльная станция своими руками: пошаговая инструкция

Иллюстрация	Выполняемое действие
	Внутрь стеклянной трубки от электрокамина вставляем нихромовую спираль от него же. Одну сторону придётся растянуть так, чтобы контакты выходили на один край трубки.
Закрепляем простой изолентой протянутую снаружи вдоль стеклянной трубки нихромовую нить. Теперь нужно надеть корпус паяльника со стороны концов спирали так, чтобы с краю остались контакты, к которым мы присоединим питание. Сами контакты лучше защитить изоляторамиот того же старого паяльника, оставшимися после его разборки.
	Соединяем силиконовую и тонкую стеклянную трубку. Стеклянную помещаем внутрь корпуса паяльника. Именно по этим трубкам будет поступать воздух.
Собранную воедино конструкцию обматываем слоем лакоткани. Это делается для того, чтобы можно было свободно держать наштермофен в руках. Подобный материал продаётся в любом магазине хозяйственных товаров.
	Вот практически и всё, воздушная паяльная станция готова. Остаётся подать воздух (жёлтая стрелка) и питание 220В (красная стрелка). Воздух можно подать с помощью обычного аквариумного компрессора.

Как видим, процесс изготовления такого термофена довольно прост при минимальных затратах. Если же говорить об оборудовании заводского исполнения, купить паяльную станцию с феном можно по стоимости около 5000 руб. Согласитесь, неплохая экономия. Если всё же решено приобрести подобный прибор, прежде чем это сделать, следует разобраться, как паять феном от паяльной станции. В этом поможет наша видеоинструкция.

Как пользоваться паяльной станцией с термофеном: видеоинструкция

Надеемся, что после просмотра видеоурока у наших читателей не осталось вопросов по пользованию термовоздушной ПС. Подводя итог этому разделу, предлагаем ознакомиться с несколькими схемами паяльных фенов, которые можно собрать самостоятельно.

Простые схемы паяльных фенов своими руками

Здесь редакция Seti.guru представляет вашему вниманию схемы простейших термофенов, а также пример того, как изготовить корпус для него.

Особенности и преимущества

Особенностью ИК паяльной станции является то, что, в отличие от индукционного устройства, в работе отсутствует материальный контакт с радиодеталью, по сравнению с феном, нет давления воздушного потока. Весь процесс пайки происходит полностью в бесконтактном режиме.

К преимуществам ИПС надо отнести следующие достоинства:

• в отличие от других конструкций, инфракрасный паяльник обеспечивает быстрый монтаж или, наоборот, снятие припоя в условиях полного контроля уровня нагрева обрабатываемой радиодетали;
• сфокусированный пучок инфракрасного излучения позволяет точечно направить тепловой энергопоток в нужное место платы;
• ИПС даёт возможность установить режим ступенчатого роста температуры нагрева в рабочей зоне;
• инфракрасная пайка надёжно восстанавливает нарушенное соединение площадки микросхемы с печатной платой;
• отсутствие припоя и флюса в работе станции позволяет сохранять рабочее место в чистоте и не засорять плату каплями олова и кристаллами присадки.