В настоящее время все электронные устройства содержат в конструкции сложную начинку из множества компонентов. Время от времени возникает необходимость в ремонте таких устройств.
Ремонт обычно заключается в замене неисправных деталей на новые. И если раньше возможно было просто обойтись для этого паяльником, то с появлением компонентов в корпусах BGA, даже использование термовоздушной пайки не всегда успешно.
Специалисты применяют ик паяльник или паяльную станцию, излучающую инфракрасные волны.
Описание процесса ИК-пайки
Проблема при работе с компонентами в корпусах BGA заключается в необходимости нагреть и расплавить сразу большое количество шариков припоя.
При нагревании их, некоторое количества тепла за счет теплопроводности материалов отдается на монтажную плату. Того тепла, которое дает паяльная станция, становится недостаточно.
Увеличение времени нагрева или повышение температуры не лучшим образом сказывается на микросхеме. Она может перегреться и выйти из строя.
Решение напрашивается само собой – нужно предварительно разогреть монтажную плату снизу, не воздействуя теплом на микросхему. Разогревать можно как потоком воздуха, так и спокойным инфракрасным излучением.
В результате, когда температура материала платы поднимется, уменьшится теплоотвод с ножек контактов и понадобится меньшая температура и меньшее время воздействия для того, чтобы расплавить шарики припоя.
При использовании инфракрасной пайки для нижнего прогрева используют специальные устройства – термостолы. В этом состоит принцип работы инфракрасной паяльной станции.
Инфракрасная пайка заключает в себе множество преимуществ перед термовоздушной. Если при термовоздушной пайке возможно контролировать только скорость истечения воздуха из сопла и температуру нагревательного элемента, и совершенно невозможно управлять оттоком воздуха, то при инфракрасной пайке контролю поддается температура припоя на протяжении всего цикла работ.
Применение инфракрасной паяльной станции позволяет более точное воздействие на определенную область платы, что затруднительно при пайке горячим воздухом.
А при ремонтных работах задача как раз и состоит в том, чтобы заменить один или несколько компонентов схемы, совершенно не воздействуя на другие.
Корпус станции
У меня корпус от БП ПК. Панель из оргстекла, при покраске необходимо оставить окошко для экрана методом приклеивания малярного скотча с двух сторон. Корпус покрашен в один слой грунта и два слоя чёрной матовой краски из баллончика. Для паяльника применён советский пятиштырьковый штекер от магнитофона. Фен не отсоединяется, штырьками подсоединён непосредственно к основной плате. Гнездо паяльника, шнур фена и сетевой шнур расположены на задней стенке корпуса. На передней панели расположены только органы управления, экран, сетевой выключатель и индикатор работы фена. Первая моя конструкция была с панелью из текстолита, с вытравленными надписями, но к сожалению фото не осталось. В архиве прилагаются рисунки печатных плат, рисунок панели, схема в Splan и прошивка.
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.
Детали для самодельного прибора
Имеющиеся в продаже инфракрасные паяльные станции отечественного и зарубежного производства представлены в продаже очень широко, но цены на них начинаются от 20 000 рублей. И при минимальной цене, это будет инструмент не самого лучшего качества.
При необходимости производства работ с BGA-корпусами в условиях стесненности в средствах выходом может стать самодельная инфракрасная паяльная станция.
Собрать ее можно из деталей инфракрасных станций, имеющихся в продаже, а также из подручных материалов и старых отслуживших свой срок приборов.
Термостол для паяльной станции можно изготовить из светильника или нагревателя с галогеновыми лампами, которые будут нагревать плату до необходимой температуры. Верхний нагреватель и контроллер паяльной станции придется приобрести из запасных частей, покупая их новыми или бывшими в употреблении.
Штатив для верхнего нагревательного блока можно изготовить из опоры от старой настольной лампы.
Для термостола необходимо запастись галогеновыми лампами и отражателями-рефлекторами. Их помещают в корпус, который можно изготовить самостоятельно из алюминиевого профиля и листового металла.
Кроме ламп, в корпусе необходимо предусмотреть место для крепления термопары, которая будет «снабжать» информацией о температуре ламп модуль управления.
Температура должна выдерживаться точно, чтобы платы не растрескивались от избыточного тепла и резких перепадов температуры.
Список компонентов
Для сборки печатной платы и корпуса потребуются следующие компоненты и материалы:
- BQ1. Энкодер EC12E24204A8
- C1. Конденсатор электролитический 35В, 10мкФ
- C2, C4-C9. Конденсаторы керамические X7R, 0.1мкФ, 10%, 50В
- C3. Конденсатор электролитический 10В, 47мкФ
- DD1. Микроконтроллер ATmega8A-PU в корпусе DIP-28
- DA1. CСтабилизатор L7805CV на 5В в корпусе TO-220
- DA2. Операционный усилитель LM358DT в корпусе DIP-8
- HG1. Семисегментный трехразрядный индикатор с общим катодом BC56-12GWA.Также на плате предусмотрено посадочное место под дешевый аналог.
- HL1. Любой индикаторный светодиод на ток 20мА с шагом выводов 2,54мм
- R2,R7. Резисторы 300 Ом, 0,125Вт — 2шт
- R6, R8-R20. Резисторы 1кОм, 0,125Вт — 13шт
- R3. Резистор 10кОм, 0,125Вт
- R5. Резистор 100кОм, 0,125Вт
- R1. Резистор 1МОм, 0,125Вт
- R4. Резистор подстроечный 3296W 100кОм
- VT1. Полевой транзистор IRF3205PBF в корпусе TO-220
- VT2-VT4. Транзисторы BC547BTA в корпусе TO-92 — 3шт
- XS1. Клемма на два контакта с шагом выводов 5,08мм
- Клемма на два контакта с шагом выводов 3,81мм
- Клемма на три контакта с шагом выводов 3,81мм
- Радиатор для стабилизатора FK301
- Колодка для корпуса DIP-28
- Колодка для корпуса DIP-8
- Разъем для подключения паяльника
- Выключатель питания SWR-45 B-W(13-KN1-1)
- Паяльник. О нем мы еще позже напишем
- Детали из оргстекла для корпуса (файлы для резки в конце статьи)
- Ручка энкодера. Можно купить ее, а можно напечатать на 3D-принтере. Файл для скачивания модели в конце статьи
- Винт М3х10 — 2шт
- Винт М3х14 — 4шт
- Винт М3х30 — 4шт
- Гайка М3 — 2шт
- Гайка М3 квадратная — 8шт
- Шайба М3 — 8шт
- Шайба М3 гроверная — 8шт
- 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
Сборка
Инфракрасную головку мощностью около 400-450 Вт, необходимо закрепить на штативе, используя крепеж, элементы которого легко приобрести в торговой сети, для контроля температуры верхнего нагревательного узла необходимо применить вторую термопару.
Она должна быть установлена вместе с нагревателем. Кабель можно проложить в гибком металлорукаве. Штатив паяльной станции необходимо крепить таким образом, чтобы ИК-головка могла свободно перемещаться над всей поверхностью.
На корпусе термостола необходимо предусмотреть кронштейны для фиксации платы. Она должна располагаться на несколько сантиметров выше галогеновых ламп. Для кронштейнов можно применить подходящие алюминиевые профили.
Контроллер для инфракрасной паяльной станции помещается в корпус, который можно изготовить самостоятельно из листового металла, лучше из оцинкованной стали.
При необходимости в корпус можно встроить такие же вентиляторы охлаждения, какие используются в корпусе компьютера.
После сборки самой конструкции предстоит отладка всей схемы инфракрасной паяльной станции. Это производится опытным путем, многократно запуская схему и производя замеры. Процесс нелегкий, но после настройки он даст свои результаты – паяльная станция будет работать правильно.
Печатная плата
Печатная плата односторонняя с четырьмя перемычками. Файл печатной платы можно будет скачать в конце статьи.
Печатная плата. Лицевая сторона
Печатная плата. Обратная сторона
Бесконтактный паяльник
Если острой потребности в использовании инфракрасной паяльной станции нет, то для пайки может быть с успехом применен инфракрасный паяльник. Внешне он похож на обычный с той разницей, что вместо жала имеет нагревательный элемент.
Применение и устройство
Инфракрасный паяльник используется в условиях, когда контакт с выводами компонентов недопустим. Удобно им пользоваться и для пайки радиодеталей, так как часто у обычного паяльника на жале образуется нагар, и соединения получаются некачественными. Нагар приходится счищать, а на эти действия уходит порой довольно много времени.
В условиях домашней мастерской можно сделать простейший самодельный инфракрасный паяльник из прикуривателя автомобиля. Нагревательный элемент этого устройства отлично подойдет для изготовления инструмента.
Так как для нормальной работы прикуривателя нужен постоянный ток напряжением 12 Вольт, соответствующий бортовой электросети автомобиля, понадобится электропреобразователь, чтобы можно было использовать бытовую сеть переменного тока. Для этих целей можно с успехом применить блок питания для корпусов компьютеров.
Технические характеристики
- Питание от источника постоянного напряжения 12-24В
- Потребляемая мощность, при питании 24В: 50Вт
- Сопротивление паяльника: 12Ом
- Время выхода на рабочий режим: 1-2 минуты в зависимости от питающего напряжения
- Предельное отклонение температуры в режиме стабилизации, не более 5ти градусов
- Алгоритм регулирования: ПИД
- Отображение температуры на семисегментном индикаторе
- Тип нагревателя: нихромовый
- Тип датчика температуры: термопара
- Возможность калибровки температуры
- Установка температуры при помощи экодера
- Светодиод для отображения состояния паяльника (нагрев/работа)
