Внимание! Данная статья предназначена только для ознакомительных целей, и к сборке не рекомендуется! Есть модернизированная версия данной паяльной станции. Там же скачиваем обновленные версии прошивок для станции первой версии.
При ремонте материнских плат связанных с заменой BGA компонентов не обойтись без инфракрасной паяльной станции! Китайские станции качеством не блещут, а качественные ИК паяльные станции стоят не дешево. Выход — собрать самому паяльную станцию. Стоимость компонентов для сборки станции не превышает 10 тысяч рублей. Не смотря на дешевизну — самодельная ИК станция надежно себя зарекомендовала в ремонте материнских плат. Контроллер обеспечивает точное соблюдение термопрофиля, что является важным фактором во время замены BGA компонентов.
Описание конструкции
Станция состоит из контроллера управления, нижнего подогрева, верхнего нагревателя.
Контроллер двухканальный. К первому каналу можно подключить термопару или платиновый терморезистор. 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. При желании их можно изменить (исходник в архиве).
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 адаптировать контроллер для слабых нагревателей, которые прогревают долго и не успевают за термопрофилем.
Контроллер так же можно использовать в качестве регулятора температуры, например, во время сушки или запекания паяльной маски (в духовке, в которую помещена термопара), или прочих случаях, где требуется точное поддержание температуры.
Принципиальная схема контроллера
Далее приведены фото контроллера. Блок питания использовал от ноутбука, которое переделал на напряжение 12 Вольт. В качестве гнезда для термопар использовал usb гнездо с кусочками текстолита, которое припаяно к передней панели, смотрим фото. Охлаждение активное, я использовал термотрубку от охлаждения ноутбука. К термотрубке феном припаял медную пластину, на которую будут установлены элементы для охлаждения. Можно использовать охлаждение процессора от системного блока, но тогда габариты устройства увеличатся.
Нижний подогрев изготовлен из галогенового обогревателя на 3 лампы общей мощностью 1,2 кВт. Из обогревателя демонтируется основание со светоотражателем и защитной сеткой. Корпус для нижнего подогрева я изготовил из изогнутой листовой жести(конька оцинкованного), который вырезал ножницами по металлу. Так же в конструкцию добавлен порог алюминиевый(стык), для удобства установки на него швеллера алюминиевого. На швеллер через стойки устанавливается материнская плата. Нижний подогрев можно подключить к контроллеру. Я поступил другим способом чтобы не заморачиваться с второй термопарой, — в нижний подогрев встроил диммер на 600 Вт, только на симистор установил радиатор побольше. С регулировкой 1,2 кВт он прекрасно справляется. Примерное положение диммера я запомнил, при котором стабильно держится требуемая температура на материнской плате. Для небольших плат (например видеокарт) можно использовать канцелярские прищепки, прикрученные к DIN рейке. Пример на фото.
Качественный верхний нагреватель из подручных средств, к сожалению невозможно изготовить. Я проводил эксперименты с галогеновыми лампами, кварцевыми трубками со спиралями, так же экспериментировал с ИК лампой. Но лучше всего себя зарекомендовал керамический нагреватель фирмы ELSTEIN серии SHTS (с позолотой). Подобные нагреватели используются в дорогих ИК станциях. Я использовал ELSTEIN SHTS/100 800W и ELSTEIN SHTS/4 300W. Нагреватели греют очень хорошо, и практически не светят. Спектр ИК излучения очень подходит для замены BGA компонентов. Нагреватели из Китая не рекомендую, хоть внешне они и похожи на ELSTEIN.
Тепловое пятно нагревателя ELSTEIN SHTS/100 800W. Размер нагревателя 96х96 мм. Расстояние между нагревателем и платой 5см.
Круг El1 диаметр 4 см (перепад температуры 5 градусов от центра до края окружности).
Круг El2 диаметр 5 см (перепад температуры 10 градусов от центра до края окружности).
Круг El3 диаметр 6 см (перепад температуры 15 градусов от центра до края окружности).
Тепловое пятно нагревателя ELSTEIN SHTS/4 300W. Размер нагревателя 60х60 мм. Расстояние между нагревателем и платой 5см.
Круг El1 диаметр 2,5 см (перепад температуры 5 градусов от центра до края окружности). Подходит для большинства чипов.
Круг El2 диаметр 3 см (перепад температуры 10 градусов от центра до края окружности).
Круг El3 диаметр 4,5 см (перепад температуры 15 градусов от центра до края окружности).
Как видим оба нагревателя подходят для замены BGA компонентов. Но ELSTEIN SHTS/100 800W имеет преимущество перед вторым нагревателем. Это гораздо большее равномерное тепловое пятно. Круг диаметром 4 см у которого перепад температуры не более 5C. Практически показатель как у Термопро с 3D отражателем (у которого однородное квадратное тепловое пятно 4х4см с перепадом температуры не более 5C)
Ниже приведены фото конструкции верхнего нагревателя и станины, которую изготовил из того что было в строительном магазине. Конструкция получилась удачной, регулируется по высоте и длине, нагреватель крутится вокруг своей оси, его легко установить над любым участком платы.
Термопара крепится к штативу. Ее легко навести на любой участок платы. Конструкция на фото. Гибкий металлический рукав я использовал от USB фонарика из магазина, где все по одной цене. В металлический рукав я вставил термопару без внешней изоляции при помощи проволоки.
Настройка контроллера
Для настройки канала верхней термопары R3 устанавливаем в среднее положение. Помещаем термопару контроллера и термопару образцового термометра на нагретую поверхность (например галогеновую лампу, где обе термопары соединены вместе и на них нанесена термопаста), и калибруем резистором R6 показания максимального значения температуры 250 градусов. Потом даем лампе остыть до комнатной температуры и калибруем резистором R3 нижнее показание температуры. Данную процедуру нужно повторить несколько раз, пока не будет совпадать нижнее и максимальное значение температур с реальными показателями. Такую же процедуру повторяем с каналом нижней термопары при помощи резисторов R11 и R14 соответственно. Аналогично калибруется первый канал при использовании платинового терморезистора резисторами R21 и R27 соответственно. Если не планируется использовать платиновый терморезистор, то ОУ U2 можно из схемы исключить со всей обвязкой, а 11 вывод микроконтроллера подключить на +5В.
Рекомендации
Управление контроллером и изменение параметров, а так же процесс съема и установки чипа показан на видео. Верхний нагреватель я устанавливаю на высоте 5-6 см от поверхности платы. Если в момент исполнения термопрофиля происходит выбег температуры от заданного значения больше чем на 3 градуса — понижаем 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. На данном нижнем подогреве температура немного отличается над зоной нагревателя, и в теневой зоне (разница около 10-15 градусов). Поэтому плату на нижний нагреватель желательно установить так, чтобы чип находился над зоной нагревателя (но это не критично). 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 рекомендуется 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 выше фото тепловых пятен ИК нагревателей ELSTEIN).
Внешний вентилятор программно не задействован, хотя на схеме он и указан. В дальнейшем планируется в исходник внести изменения и задействовать внешний вентилятор.
Ниже вы можете скачать архив с печатной платой в формате LAY, исходным кодом, прошивкой
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E1 | Энкодер | EC11 | 1 | С кнопкой | ||
| U1, U2 | Операционный усилитель | LM358 | 2 | |||
| U3 | Линейный регулятор | LM7805 | 1 | Устанавливается на радиатор | ||
| U4 | МК PIC 8-бит | PIC16F876 | 1 | PIC16F876A | ||
| U5, U6 | Оптопара | PC817 | 2 | |||
| LCD1 | LCD-дисплей | WH2004A-YYH-CT | 1 | 20×4 на основе KS0066 (HD44780) с англо-русским словарем | ||
| Q1, Q2 | MOSFET-транзистор | TK20A60U | 2 | 2SK3568 | ||
| Q3, Q4, Q5 | MOSFET-транзистор | IRLML0030 | 3 | Или любой N-Channel MOSFET | ||
| Z1 | Кварц | 16 МГц | 1 | |||
| VD1 | Выпрямительный диод | LL4148 | 1 | |||
| VD2, VD3 | Диодный мост | KBU1010 | 2 | |||
| VD4, VD5 | Стабилитрон | 24 В | 2 | |||
| R1 | Платиновый терморезистор | PT100 | 1 | |||
| R2, R10 | Резистор | 470 Ом | 2 | |||
| R3, R11 | Подстроечный резистор | 1 МОм | 2 | |||
| R4, R12 | Резистор | 1 МОм | 2 | |||
| R5, R13, R26 | Резистор | 1.5 кОм | 3 | |||
| R6, R14, R27 | Подстроечный резистор | 100 кОм | 3 | Многооборотный | ||
| R7, R15 | Резистор | 130 кОм | 2 | |||
| R8, R16, R29 | Резистор | 20 кОм | 3 | |||
| R9, R28 | Резистор | 100 Ом | 2 | |||
| R17, R30 | Резистор | 10 кОм | 2 | |||
| R18, R19 | Резистор | 4.7 кОм | 2 | Допуск 1% или лучше | ||
| R20 | Резистор | 51 Ом | 1 | |||
| R21 | Подстроечный резистор | 100 Ом | 1 | Многооборотный | ||
| R22, R23, R24, R24 | Резистор | 220 кОм | 4 | Допуск 1% или лучше | ||
| R31 | Подстроечный резистор | 10 кОм | 1 | Многооборотный | ||
| R32 | Резистор | 16 Ом | 1 | Мощность 2Вт | ||
| R33, R34, R36, R37 | Резистор | 47 кОм | 4 | Мощность 1Вт | ||
| R35, R38 | Резистор | 5.1 кОм | 2 | |||
| R39, R40 | Резистор | 510 Ом | 2 | |||
| C1, C3, C4, C9, C13, C14, C15, C19, C20, C21, C23, C28, C30 | Конденсатор | 0,1 мкФ | 13 | |||
| С2, C7, C10 | Конденсатор | 0,047 мкФ | 3 | |||
| C5, C6, C8, C16, C17, C25, C26 | Конденсатор | 4,7 мкФ | 7 | |||
| C11, C12 | Конденсатор | 33 пФ | 2 | |||
| C18, C24, C27 | Конденсатор | 1 мкФ | 3 | |||
| C22 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 1 | 16 Вольт | ||
| C29 | Электролитический конденсатор | 1000 мкФ | 1 | 6,3 Вольта | ||
| C31, C33 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 2 | 50 Вольт | ||
| C32, C34 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 2 | 50 Вольт | ||
| BF1 | Излучатель звука электромагнитный | HCM1203A | 1 | Или любой другой электромагнитный без генератора | ||
| F1, F2 | Предохранитель | 5А | 2 | |||
| L1 | Дроссель | 1 | Любой с двумя обмотками из фильтра БП | |||
| БП | Блок питания | 12 Вольт 1.5 Ампера | 1 | |||