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 - 190Cо, 2 - 195Cо, 3 - 200Cо, 4 - 205Cо, 5 - 210Cо, 6 - 215Cо, 7 - 220Cо
Для безсвинцового припоя максимальная температура термопрофиля: - 8 термопрофиль - 225Cо, 9 - 230Cо, 10 - 235Cо, 11 - 240Cо, 12 - 245Cо, 13 - 250Cо, 14 - 255Cо
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 5Cо. Практически показатель как у Термопро с 3D отражателем (у которого однородное квадратное тепловое пятно 4х4см с перепадом температуры не более 5Cо)
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 | Поиск в магазине Отрон | |
U1, U2 | Операционный усилитель | LM358 | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
U3 | Линейный регулятор | LM7805 | 1 | Устанавливается на радиатор | Поиск в магазине Отрон | |
U4 | МК PIC 8-бит | PIC16F876 | 1 | PIC16F876A | Поиск в магазине Отрон | |
U5, U6 | Оптопара | PC817 | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
LCD1 | LCD-дисплей | WH2004A-YYH-CT | 1 | 20x4 на основе KS0066 (HD44780) с англо-русским словарем | Поиск в магазине Отрон | |
Q1, Q2 | MOSFET-транзистор | TK20A60U | 2 | 2SK3568 | Поиск в магазине Отрон | |
Q3, Q4, Q5 | MOSFET-транзистор | IRLML0030 | 3 | Или любой N-Channel MOSFET | Поиск в магазине Отрон | |
Z1 | Кварц | 16 МГц | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VD1 | Выпрямительный диод | LL4148 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VD2, VD3 | Диодный мост | KBU1010 | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
VD4, VD5 | Стабилитрон | 24 В | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R1 | Платиновый терморезистор | PT100 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R2, R10 | Резистор | 470 Ом | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R3, R11 | Подстроечный резистор | 1 МОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R4, R12 | Резистор | 1 МОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R5, R13, R26 | Резистор | 1.5 кОм | 3 | Поиск в магазине Отрон | ||
R6, R14, R27 | Подстроечный резистор | 100 кОм | 3 | Многооборотный | Поиск в магазине Отрон | |
R7, R15 | Резистор | 130 кОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R8, R16, R29 | Резистор | 20 кОм | 3 | Поиск в магазине Отрон | ||
R9, R28 | Резистор | 100 Ом | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R17, R30 | Резистор | 10 кОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R18, R19 | Резистор | 4.7 кОм | 2 | Допуск 1% или лучше | Поиск в магазине Отрон | |
R20 | Резистор | 51 Ом | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R21 | Подстроечный резистор | 100 Ом | 1 | Многооборотный | Поиск в магазине Отрон | |
R22, R23, R24, R24 | Резистор | 220 кОм | 4 | Допуск 1% или лучше | Поиск в магазине Отрон | |
R31 | Подстроечный резистор | 10 кОм | 1 | Многооборотный | Поиск в магазине Отрон | |
R32 | Резистор | 16 Ом | 1 | Мощность 2Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R33, R34, R36, R37 | Резистор | 47 кОм | 4 | Мощность 1Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R35, R38 | Резистор | 5.1 кОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R39, R40 | Резистор | 510 Ом | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
C1, C3, C4, C9, C13, C14, C15, C19, C20, C21, C23, C28, C30 | Конденсатор | 0,1 мкФ | 13 | Поиск в магазине Отрон | ||
С2, C7, C10 | Конденсатор | 0,047 мкФ | 3 | Поиск в магазине Отрон | ||
C5, C6, C8, C16, C17, C25, C26 | Конденсатор | 4,7 мкФ | 7 | Поиск в магазине Отрон | ||
C11, C12 | Конденсатор | 33 пФ | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
C18, C24, C27 | Конденсатор | 1 мкФ | 3 | Поиск в магазине Отрон | ||
C22 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 1 | 16 Вольт | Поиск в магазине Отрон | |
C29 | Электролитический конденсатор | 1000 мкФ | 1 | 6,3 Вольта | Поиск в магазине Отрон | |
C31, C33 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 2 | 50 Вольт | Поиск в магазине Отрон | |
C32, C34 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 2 | 50 Вольт | Поиск в магазине Отрон | |
BF1 | Излучатель звука электромагнитный | HCM1203A | 1 | Или любой другой электромагнитный без генератора | Поиск в магазине Отрон | |
F1, F2 | Предохранитель | 5А | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
L1 | Дроссель | 1 | Любой с двумя обмотками из фильтра БП | Поиск в магазине Отрон | ||
БП | Блок питания | 12 Вольт 1.5 Ампера | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- IK-stantsiya.rar (110 Кб)
Комментарии (236) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Проверено в железе с имитацией (маргушек), транзистор живёт. Кому интересно, вот изменённая прошивка под китайский дисплей 876 контроллер.
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Там обычные термопары Типа K. Типа хромель+копель.
С тестерами такие термопары идут в комплекте (если есть измерение температур).
Вот ссылка на Али https://ru.aliexpress.com/item/WSFS-2X2-K/32579564265.html
Только работать он должен до +400...+500 С (китайцы разные термопары продают и до 200 С. Этого мало.
[Автор]
Прошу отнестись объективно к моему вопросу, не хочу вас обидеть, т. к. понимаю насколько большую работу вы проделали, но если вы уже сделали аналоговый канал на AD ОУ, то поделиться схемой. Я лучше печатку переразведу. Хочется серьезный контроллер собрать... Спасибо.
[Автор]
Можно применить AD8495. Сам я еще ни первый ни второй вариант не пробовал
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Потребуется ли доработка выходной части для обеспечения такой мощности? А так же скажите пожалуйста для точности лучше использовать РТ100 или подбирать обычные термопары?
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Во всех силовых схемах транзисторные ключи снабжаются драйверами (на транзисторах или микросхемах), для того, чтобы как можно быстрее включить и выключить ключ - миновать линейный участок.
В нашем случае, закрытие ключа происходит достаточно бысто через оптрон, а вот его открытие
усугубляется RC цепочкой R35 C32. В итоге он попадает на линейный режим.
Может у автора есть возможность снять осцилограммы с затворов полевых транзисторов?
Думаю, здесь правильно двигаться в сторону симмисторного управления и нагрев схемы меньше будет, т.к. не нужным нам диодные мосты на канал.
в дополнение к малой скорости открытия и закрытия транзисторов есть 1-1,5 периода работы ШИМа при включении - немного некорректно настраивается ШИМ генератор. При убранном кратковременном запуске ШИМа при включении и увеличенных накопительных конденсаторах в ВВ части сгораний нет. Для неверящих - щуп запоминающего осцилографа на соответствующую ножку PICа и включите станцию.
https://ru.aliexpress.com/item/small-mini-size-2004LCD-20-4-lcd-display-77-47mm-green-5v/32458649563.html
В этом дисплее ДРУГОЙ контролер - придется переписывать программу.
Автор указал "20x4 на основе KS0066 (HD44780)"
ищи у китайцев на этих контролерах, можно без русского (тогда английскую прошивку в PIC)
И будет счастье.
Удачи!
4uvak помог мне все-таки определиться с выбором типа излучателя и фирмы (Elstеin). Нашел -> выкупил -> соорудил вот такой держатель на несколько дней... Критика принимается ))
Труба - нержавейка AISI304 ∅25мм.. подойдет и обычная хромированная.
Хомуты - стандартные сантехнические, с одной стороны для быстрого перемещения вместо винта - гайка-барашек,тоже из нержавейки ))
Корпус излучателя - взял миску из нержавейки с диаметром, который "обеспечит" длину её окружности, равную длине периметра Elstein (или чуть больше), т.е. по такой формуле
∅ ≥ L*(4/π),
где L - боковая стенка Elstein-а, и выгнул из круга квадрат...
Крепление излучателя внутри - это уже частности, но крепится он к внутренней пластине всего двумя нерж. винтами ∅4х10мм. На ней же размещу две керамические колодки (силовая и термопара), заказал уже, карболит ставить не хоцца..
Над излучателем поставил еще пищевую фольгу.. для курицы )
ЗЫ. Просьба сильно не ругать.. собирал реально, из того что было.. полюбил нержавейку ))
Фоты тут
https://wdfiles.ru/9f3s
https://wdfiles.ru/9f3t
[Автор]
- одним барашком - регулировка по высоте
- другим - трубу двигаем по горизонтали...
PS. Излучатель весит 200 гр, неужели не выдержит..
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Спасибо за ответы
Предполагается использовать термопары только К-типа, по описанию отключить платиновую термопару..
11 вывод на 5 вольт и всю обвязку U2
Все сделал, после включения верх работает есть возможность регулирования... а вот низ все по 00. Не реагирует LN358 менял термопара(ы) исправна
11 нога пика через резистор на 5 вольт ,7 через 0.047пф на землю что не так я опять делаю? Прошивка IK stantsiya kitaiskiy display pic16f876(ot Andrey) несколькими постами выше
[Автор]
Аналоговую - впри тоже, калибровка подстроечниками - это как-то не смешно.
Контролер берем умеющий programmable gain differential adc.
Холодный спай меряем биполярником/диодом/KTY10-xx/ntc - сэкономленые на pt100 3$ отложить на операционник (если не нашли контроллера с PGA).
Cилу срисовываем с любого аппнота на симисторы.
Калибровка в епром.
[Автор]
Или хотя бы укажите большими жирными буквами в начале статьи "Здесь представлена альфа-версия, перед сборкой рекомендуем внимательно просмотреть соответствующую ветку форума"
220 на силовую часть разорвать и включать через 16+ амперную релюшку с аналоговой задержкой включения на 1-2 с. Подсмотрено в промышленных решениях, от ситуации "пока мозги не стартовали на силе фигня творится" защищает надежно.
з.ы. Эту станцию не собирал и не планирую, судя по жалобам - транзисторы вылетают в момент включения. ЕСЛИ есть причины мое предположение по причинам выгорания транзисторов считать верным - пробуйте.
И еще вопрос - а у Вас BOR на пике активирован?
[Автор]
BOR активен
[Автор]
[Автор]
[Автор]
1. ФУНКЦИЯ ПЕРЕХОД
В настройках появилась функция «переход»: температура, которая прибавляется к установленной температуре нижнего нагревателя когда запускается операция прогрева чипа.
К примеру: температура прогрева платы t1 установлена 120 гр, переход стоит 15 гр. На операции прогрева платы, программа прогревает плату до температуры 120 гр, выдерживает площадку. Когда запускается операция прогрева чипа, нижний нагреватель прогревает плату еще на 15 гр до 135 гр и продолжает держать ее на этом значении до конца пайки. Данная функция позволяет сократить время пайки (можно не дожидаясь полного прогрева низом запускать верх) и помогает верху быстрей прогреть место пайки.
2. ФУНКЦИЯ ДОНАГРЕВА
Кроме того в нашей станции впервые появилась функция донагрева (наше название). Данная функция позволяет Вам произвести донагрев нижним нагревателям на завершающей стадии пайки. Например : Вы нагреваете нижним элементом плату до 90 градусов в месте пайки, затем включается верхний нагреватель нижний нагреватель при этом удерживает собственную температуру уровня 90 градусов по плате. При таком щадящем режиме для нижней части пайки появляется опасность при достижении температуры места пайки 180 градусов (например) и выше перегрев верхним нагревателем из-за недогрева низа. Вы в профиле указываете (при настройке) , что функция донагрева включена, указываете температуру при которой функция активируется (напрмер 180 градусов) и указываете на сколько градусов повысить температуру нижнего нагревателя (например на 40 градусов). Тогда при достижении температуры 180 градусов активизируется донагрев и нижний нагреватель повысит температуру платы снизу облегчив работу верхнему нагревателю. При этом усиленное тепловое воздействие на плату снизу будет минимальным по времени и поможет избежать термического повреждения паяемой платы. Безусловно настройки сохраняются для любого профиля. Данная функция полностью отсутствует в продаваемых на рынке паяльных станциях. Вместе с тем показала полное удобство и аккуратность в пайке. Настройка ее понятна и проста. Функция создавалась нами для качественного проведения пайки при условии тяжело паяемой платы.
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
И так сегодня у меня появилась возможность воспользоваться прибором за 800 000 рублей калибратором практически всего что только возможно в том числе и температуры. Целью было настроить каналы на калибраторе как положено. Аналоговые каналы построенные на LM358 это к сожалению утопие. Сейчас приведу цифры по памяти, здесь главное примерное соотношение искажений. При опорной температуре 5 градусов показания составили 2 градуса при опорной температуре в 20 градусов показания составили 22 градуса. При опорной температуре 150 градусов показания составили 183 градуса, при опорной температуре 200 градусов показания составили 235 градусов, при опорной температуре 250 градусов показания составили 300 градусов. Вывод на лицо. Я понял, что настраивать там нечего. Убедительно рекомендую всем участникам переходить на AD8495. На следующей неделе протестирую каналы с AD8495 выложу результаты в форуме. Думаю кто планирует собирать контроллер по принципиальной схеме v1 лучшим вариантом будет доработать плату автора конструкции и удалить все аналоговое цепи подготовки сигнала на LM358 и встроить чертеж печатной платы выложенный мной в форуме версии 2 контроллера паяльной станции. Надеюсь инфо будет полезной.