Около двух лет назад я разместил статью ИК паяльная станция своими руками. Данная статья вызвала интерес у многих радиолюбителей. Но к сожалению после повторения ИК паяльной станции не обошлось без замечаний в плане работы станции, которые я постарался устранить в данной версии станции:
— применены аналоговые усилители термопары AD8495 со встроенной компенсацией холодного спая, в следствие чего увеличена точность показания температуры
— проблема с выходом из строя транзисторов нижнего нагревателя решена при помощи симисторного регулятора мощности
— доработана прошивка (которая совместима с прошлой версией станции). После запуска термопрофиль начинает выполняться с той температуры, до которой преднагрета плата, что экономит много времени. Отдельная благодарность Андрею за корректировку и адаптацию прошивки под китайские дисплеи.
— добавлен вакуумный пинцет
— корпус паяльной станции полностью переработан. Конструкция станции получилась очень симпатичной, более устойчивой и надежной, на рабочем столе занимает меньше места. В одном корпусе совмещено все необходимое, — нижний нагреватель, верхний нагреватель, вакуумный пинцет и сам контроллер.
Описание конструкции
Контроллер двухканальный. К первому каналу можно подключить термопару или платиновый терморезистор PT100. Ко второму каналу подключается только термопара. 2 канала имеют автоматический и ручной режим работы. Автоматический режим работы обеспечивает поддержание температуры 10-255 градусов через обратную связь с термопар или платинового терморезистора (в первом канале). В ручном режиме мощность в каждом канале можно регулировать в диапазоне 0-99%. В памяти контроллера заложено 14 термопрофилей для пайки BGA. 7 для свинецсодержащего припоя и 7 для безсвинцового припоя. Термопрофили указаны ниже.
Для свинецсодержащего припоя максимальная температура термопрофиля: — 1 термопрофиль — 190C, 2 — 195C, 3 — 200C, 4 — 205C, 5 — 210C, 6 — 215C, 7 — 220C
Для безсвинцового припоя максимальная температура термопрофиля: — 8 термопрофиль — 225C, 9 — 230C, 10 — 235C, 11 — 240C, 12 — 245C, 13 — 250C, 14 — 255C
Если верхний нагреватель, не успевает прогревать согласно термопрофилю, то контроллер становится на паузу и ждет пока не будет достигнута нужная температура. Это сделано для того, чтобы адаптации контроллера для слабых нагревателей, которые прогревают долго и не успевают за термопрофилем.
Контроллер начинает выполнять термопрофиль с той температура, до которой преднагрета плата. Это очень удобно, и позволяет оперативно перезапустить термопрофиль в случае, например, если была температура недостаточна для снятия чипа, то можно выбрать термопрофиль с температурой повыше, и тут же снять чип со второй попытки.
На схеме применен комбо силовой блок, состоящий из транзисторного ключа для верхнего нагревателя, и симисторного для нижнего нагревателя. Хотя, например можно использовать 2 транзисторных, или 2 симисторных ключа.
Я использовал 2 готовых модуля на AD8495, купленных на Aliexpress. Правда модули нужно немного доработать. Смотрим фото ниже.
Не обращаем внимания на то, что модуль на втором фото повернут на 90 градусов. Пришлось развернуть, так как модули у меня упирались в силовой блок. Разъемы для термопар использованы заводские.
Тем, кто не планирует в дальнейшем использовать платиновый терморезистор, то часть схемы выделенную красной пунктирной линией можно не собирать.
Печатные платы силового блока и контроллера.
Для охлаждения силовых ключей я применил радиатор от видеокарты с активным охлаждением.
Далее на фото будет виден этап сборки паяльной станции, как конструктора. Все материалы куплены в крупном строймагазине. Передняя и задняя панель сделаны из стеклотекстолита, укрепленного алюминиевым уголком. Базальтовый картон служит в качестве теплоизоляционного материала. Нижний подогрев состоит из 9 галогенных ламп (1500вт 220-240в R7S 254мм) объединенных в 3 группы по 3 соединенных последовательно лампы.
Провод для 220В применен силиконовый, высокотемпературный.
Хороший вакуумный насос можно приобрести на Aliexpress за 400-500 рублей. Ориентир для поиска на фото ниже.
Изначально я планировал использовать паяльную станцию совместно и ИК стеклом над нижним нагревателем, что давало хорошие преимущества:
— красивый внешний вид
— плату (на стойках можно ложить прямо на стекло), как у станций Термопро
Но увы, недостатки оказались весомее:
— очень долгий нагрев (остывание) платы
— очень сильно разогревается корпус паяльной станции, к примеру без стекла корпус во время работы едва теплый. Так что от стекла пришлось отказаться.
С открученным штативом стекло легко вынимается, или вставляется в станцию. Так же вместо стекла можно вставить, например, сетку.
Внешний вид собранной станции.
Аксессуары, стойки, алюминиевый швеллер для стоек, ручка вакуумного пинцета, силиконовая трубка для пинцета, термопара.
Необходимые «ингредиенты» для изготовления ручки вакуумного пинцета. Использован смеситель от эпоксидного клея Момент в сдвоенном шприце. Алюминиевая трубка(в которой необходимо просверлить отверстие) и соединитель соответствующего диаметра для силиконовой трубки. Все вклеено в алюминиевую трубку эпоксидным клеем момент.
Для верхнего нагревателя очень рекомендую ELSTEIN SHTS/100 800W.
Настройка контроллера
Резистором R32 необходимо установить напряжение 5,12В на выходе U4. Резистором R28 настраиваем контрастность дисплея. Если не планируете использовать платиновый терморезистор, то настройка станции закончена.
Описание калибровки канала с платиновым терморезистором описано в статье первой версии станции.
Рекомендации
Верхний нагреватель необходимо устанавливать на высоте 5-6 см от поверхности платы. Если в момент выполнения термопрофиля происходит выбег температуры от заданного значения больше чем на 3 градуса — понижаем мощность верхнего нагревателя(включаем станцию с нажатым энкодером и устанавливаем максимальную мощность верхнего нагревателя). Выбег на несколько градусов в конце термопрофиля(после отключения верхнего нагревателя) не страшен. Это сказывается инерционность керамики. Поэтому я выбираю нужный термопрофиль на 5 градусов меньше, чем мне надо. Перед съемом чипа при помощи зонда нужно убедиться(аккуратным нажатием на каждый угол чипа) что шары под чипом поплыли. При монтаже используем только качественный флюс, иначе неправильный выбор флюса может все испортить. Так же при монтаже чипа BGA обязательно нужно накрыть кристалл прямоугольником из алюминиевой фольги с размером стороны равной примерно ½ от стороны BGA, чтобы снизить температуру в центре, которая всегда выше, чем температура около термопары (смотрим фото тепловых пятен ИК нагревателей ELSTEIN в статье первой версии станции).
В общем смотрим видео ниже.
Ниже вы можете скачать архив с печатной платой в формате LAY, исходным кодом, прошивкой.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Е1 | Энкодер | 1 | ||||
| U1, U2 | Операционный усилитель | AD8495 | 2 | |||
| U3 | Операционный усилитель | LM358 | 1 | |||
| U4 | Линейный регулятор | LM7805 | 1 | |||
| U5 | МК PIC 8-бит | PIC16F876A | 1 | |||
| U6 | МК PIC 8-бит | PIC12F683 | 1 | Допустима замена на PIC12F675, но не рекомендуется | ||
| U7, U8 | Оптопара | PC817 | 2 | |||
| U9 | Оптопара | MOC3052M | 1 | |||
| LCD1 | LCD дисплей | VC20x4C-GIY-C1 | 1 | 20×4 на основе KS0066 (HD44780) | ||
| Q1 | MOSFET-транзистор | TK20A60U | 1 | |||
| Z1 | Кварц | 16 МГц | 1 | |||
| VD1 | Выпрямительный диод | LL4148 | 1 | |||
| VD2 | Диодный мост | KBU1010 | 1 | |||
| VD3 | Стабилитрон | 24В | 1 | |||
| VD4 | Диодный мост | DB107 | 1 | |||
| T1 | Симистор | BTA41-600B | 1 | |||
| R9 | Платиновый терморезистор | PT100 | 1 | |||
| R2, R3, R6, R7, R26, R27 | Резистор | 10 кОм | 6 | |||
| R1, R5 | Резистор | 1 МОм | 2 | |||
| R4, R8 | Резистор | 100 кОм | 2 | |||
| R10, R11 | Резистор | 4.7 кОм | 2 | Допуск 1% или лучше | ||
| R12 | Резистор | 51 Ом | 1 | |||
| R13, R32 | Подстроечный резистор | 100 Ом | 2 | Многооборотный | ||
| R14, R15, R16, R17 | Резистор | 220 кОм | 5 | Допуск 1% или лучше | ||
| R18 | Резистор | 1.5 кОм | 1 | |||
| R19 | Подстроечный резистор | 100 кОм | 1 | Многооборотный | ||
| R20 | Резистор | 100 Ом | 1 | |||
| R21 | Резистор | 20 кОм | 1 | |||
| R22 | Резистор | 510 Ом | 1 | |||
| R23, R24 | Резистор | 47 кОм | 2 | Мощность 1Вт | ||
| R25 | Резистор | 5.1 кОм | 1 | |||
| R28 | Подстроечный резистор | 10 кОм | 1 | Многооборотный | ||
| R29 | Резистор | 16 Ом | 1 | Мощность 2Вт | ||
| R30, R31 | Резистор | 2.7 кОм | 2 | |||
| R33 | Резистор | 2.2 кОм | 1 | |||
| R34 | Резистор | 100 кОм | 1 | Мощность 1Вт (возможно придется подобрать номинал при настройке детектора нуля) | ||
| R35 | Резистор | 47 кОм | 1 | возможно придется подобрать номинал при настройке детектора нуля | ||
| R36 | Резистор | 470 Ом | 1 | |||
| R37 | Резистор | 360 Ом | 1 | Мощность 1Вт | ||
| R38 | Резистор | 330 Ом | 1 | Мощность 1Вт | ||
| R39 | Резистор | 39 Ом | 1 | Мощность 1Вт | ||
| C1, C3, C6, C8 | Конденсатор | 1 нФ | 4 | |||
| C2, C7 | Конденсатор | 10 нФ | 2 | |||
| C5, C10, C21 | Конденсатор | 1 мкФ | 3 | |||
| C11, C15, C20, C27, C29 | Конденсатор | 4.7 мкФ | 5 | |||
| C12, C14, C16, C17, C22, C23, C24, C31, C33 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 9 | |||
| C13 | Конденсатор | 47 нФ | 1 | |||
| C18, C19 | Конденсатор | 33 пФ | 2 | |||
| C25 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | |||
| C26 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 1 | |||
| C28, C30, C32 | Конденсатор | 20 мкФ | 8 | |||
| C34 | Конденсатор | 10 мкФ | 1 | |||
| C35 | Конденсатор | 10 нФ | 1 | 1 кВ | ||
| Излучатель звука электромагнитный | HCM1203A | 1 | Или любой другой электромагнитный без генератора | |||
| F1, F2 | Предохранитель | 10 А | 2 | |||
| L1 | Дроссель | 1 | Любой с двумя обмотками из фильтра БП | |||
| БП | Блок питания | 19 Вольт | 1 | От любого нетбука | ||
| Преобразователь DC/DC | 12-30В (вход). регулируемый выход до 12В | 2 | Рассчитанный на ток 500мА и выше | |||