Инфракрасный стол для пайки своими руками
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 о , 2 - 195C о , 3 - 200C о , 4 - 205C о , 5 - 210C о , 6 - 215C о , 7 - 220C о
Для безсвинцового припоя максимальная температура термопрофиля: - 8 термопрофиль - 225C о , 9 - 230C о , 10 - 235C о , 11 - 240C о , 12 - 245C о , 13 - 250C о , 14 - 255C о
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.
Делаем ИК паяльную станцию на базе UYUE 946-3040. Проектирование.
В продолжение истории про нижний подогрев UYUE 946С, который я покупал в качестве бюджетного приспособления для пайки SMD, но как обычно, захотелось чего-то улучшить и я полез в очередные дебри того, что мне может никогда и не пригодится.
На тот момент, у меня получилось проверить стол в работе, покрасить его в черный цвет. Убедиться в том, что краска царапается и нужно придумывать какую-то защиту этому покрытию.
Кроме этого, вариант с верхним подогревом в виде фена имел определенные минусы в виде сдувания деталей при большом потоке и недогрева при малом.
И вроде я сначала думал добавить верхний ИК подогрев, вместо фена, заказал керамический нагревательный элемент 60х60мм.
Потом подумал, что этой штукой нужно как-то управлять и взял диммер.
Но посмотрев видео по самостоятельной сборке подобного устройства, докупил PID контроллер REX C100, который шел в комплекте с реле и датчиком температуры к типа.
Уже после того, как мне все отправили, возникла мысль о том, что дорабатывать нагреватель 200х200мм, как-то не очень перспективно, из-за ограниченных размеров. Нормальными вариантом виделся размер E-ATX платы 340 х 260мм, который должен был покрыть все возможные варианты применения.
И дальше выяснилось, что размер не маленький и банально, даже корпус под подобную поделку придется конструировать самостоятельно из говна и палок алюминиевых уголков или остатков старой радиоаппаратуры, которой у меня особо не было.
В качестве нагревательного элемента можно было использовать ту же алюминиевую плиту, добавив снизу вторую пару нагревательных элементов. Или, как все остальные, купить 4-6шт китайких керамических нагревателей 240х60мм на 600вт и придумать, как соединить их в кучку, чтобы не вышибло пробки.
В процессе изучения материала, у меня неоднократно возникала мысль, все бросить и купить готовое изделие типа IR 8500.
Однако, ценник на данную станцию получался в районе 40тр и никак не опускался ниже, в то время как размеры ее рабочей поверхности оказались 200х400мм, что не выглядело моим идеалом и достигалось простой покупкой второго нижнего подогрева за 3600р.
Но вся эта ерунда работала только для простых задач, а если нужно были паять BGA чипы, то возникала необходимость ступенчатого изменения температуры при помощи верхнего подогрева.
Реализация верхнего подогрева оказалась вполне понятной и была неоднократно расписана самодельщиками на просторах интернета.
Покупался более продвинутый PID controller PC410 который мог работать с некоей последовательностью действий типа: разогреть плату до 150 градусов на 10 минут, потом прогреть до 200 на 5 минут и как-то так.
В качестве нагревательного элемента использовался керамический нагреватель 60х60мм или 80х80мм, заключенный в металлический кожух.
К моему удивлению, такая штука оказалась в свободной продаже по цене около 3тр с доставкой. Конечно, нужно было еще соорудить некий кронштейн для позиционирования верхнего подогрева, но али в помощь, там полно деталей для сборки ЧПУ, которые можно использовать для сборки подобного устройства.
Но камнем преткновения оказался корпус. Оказалось, сделать подобный корпус на заказ стоит от 3 до 10тр, в зависимости от мастера. Сооружать самостоятельно из алюминиевых уголков я не хотел из-за увиденного на каналах ютуба, где подобные подогревы преобладали в своей массе, над заводскими.
Кроме этого, корпуса были совмещенные, блок управления с нагревателем вдоль, что тоже мне не нравилось, потому что часто для такого размещения приходилось увеличивать ширину устройства, для размещения PID регуляторов.
В моем случае, к 300-400мм, добавлялось 50мм ширины С100 нижнего подогрева и 100мм ширины PC410 верхнего подогрева, что в сумме давало более 550-600мм общей ширины устройства.
Но, на мое счастье, я таки нашел решение проблемы в виде нижнего подогрева UYUE 946-3040.
Это почти то же самое, что и у меня, только в размере 300х400 мм, т.е. целевой размер для постройки паяльной станции. В нижней части располагался блок управления, в верхней нагревательный элемент.
Если сравнивать с моим UYUE 946С, то я платил более 10 тр просто за корпус. Однако, если сравнивать с 8500, тут получалась двукратная экономия по цене при увеличении площади обогрева и платил я за возможность собрать что-то свое, т.е. реализовать хотелку. И я заказал UYUE 946-3040.
Оставалось только докупить необходимые запчасти, которые есть в станции 8500 и установить в UYUE 946-3040.
И к нижнему подогреву UYUE 946-3040 я докупил:
1. Верхний подогрев в сборе — 3000р
2. PID PC410 — 3800р
3. Температурный датчик верхнего подогрева — 700р
4. Светодиодный светильник — 700р
Разноцветные кнопки у меня где-то были, был баллон с черной краской. Начало положено :-)
Но я не рассказал, самого главного, с моей точки зрения.
Паяльная станция BGA IR8500 не была бы таким популярным продуктом, а точнее ее компонент PC410, если бы не умела общаться с компьютером. Вместе с 8500 прилагается диск с софтом, который позволяет мониторить процесс нагрева и как оказалось, делается это все через стандартные возможности PID контроллера PC410, который имеет выход на COM порт, а через него на USB вход компьютера.
Т.е. основная идея была в том, чтобы собрать из нижнего подогрева UYUE 946-3040, что-то типа IR8500, только на алюминиевой плите увеличенного размера, с раздельным включением верх-низ и прочими улучшениями типа, керамического стекла от индукционной плиты сверху, чтобы не царапалось покрытие на плите.
Если обратить внимание на детали, то весь крепеж и компоненты, стандартные, продаются на али. Нужно просто сунуть все это в нижний ящик и соединить проводами. По креплению верхнего подогрева были очень интересные примеры в сети, намного более элегантные, чем у IR8500, сделанные на валах от CNC и прочей похожей комплектухе. Нестандартные детали сделаю на фрезерном станке.
Как обычно, нужно было продумать план Б, если не сработает план А.
Алюминиевую плиту нагревателя я готов был заменить на пачку керамических нагревательных элементов 240х60мм и сверху накрыть керамическим стеклом от индукционной плиты, которое я заранее приобрел.
Были нарекания на работу китайского верхнего керамического нагревателя 80х80мм из за его избыточной мощности и я заранее заказал 60х60мм меньшей мощности, который могу включить тоже через "светофильтр" из керамического стекла.
Кроме этого, хорошо себя зарекомендовал в этих станциях, вариант с применением другого нагревательного элемента от брендового производителя и другой вид ИК лампы, имеющий меньшую инертность.
Вообще, как я выяснил, читая обзоры, самое важное в таких станциях, это работа верхнего подогрева, точность в выставлении температуры, отсутствие скачков при разогреве. Все это может быть достигнуто довольно простыми и бюджетными способами, если нижний подогрев выполняет свою задачу на должном уровне. Т.е. сначала нужно будет разобраться с работой UYUE 946-3040, а потом придет время более "творческим" вопросам.
Жду пока все приедет. Надеюсь, до НГ будет возможность собрать все в кучу.
Нижний подогрев (термостол) UYUE 946C
После моих первых попыток, паять чипы с кучей ножек при помощи паяльного фена, захотелось иметь остальные атрибуты сервисов по ремонту электроники, а именно нижний подогрев и нормальный оптический микроскоп, желательно даже тринокулярный, с камерой. Начать решил с нижнего подогрева.
Что представляют собой "нижние подогревы" и где они водятся.
Много копий сломано было с этими подогревами, когда люди сравнивали продукцию российского производителя термо про, с китайскими изделиями и с каждой стороны звучали свои доводы. Одни хотели надежный инструмент, который будет работать прогнозируемо, другие хотели на сэкономленные деньги купить что-то еще или их пропить.
Пришлось мне вникать конструкцию китайских подогревов, самодельных подогревов итд, пока не стало понятно, что самое сложное при их создании, это сделать красивый и продуманный корпус, а дальше там работает регулятор температуры.
Самые простые нижние подогревы состоят из следующих компонентов
и регулятор температуры с термодатчиком.
Добавляем туда корпус, какую-то плиту или решетку и получаем самый простой вариант нижнего подогрева.
Но на наше счастье, есть фабричные нижние подогревы, родом из китая, которые уже в сборе.
Они бывают с решетками.
И бывают с пластинами.
Решетка греет менее равномерно, пластина наоборот. Особенно, если пластина толстая и имеет хорошую теплоемкость. Но это все в теории, пора перейти к практике.
Был заказан нижний подогрев как на последней картинке с доставкой из РФ, так чтобы у меня к интерес к теме не успел заглохнуть, пока он едет.
Забрал с кассы "пятерочки", привез домой и сразу развинтил.
В отличие от предыдущих разновидностей, тут все тот же контроллер.
Чему тут радоваться? А тому, что это REX C100 это довольно интересное устройство в плане логики работы и оно более менее стандартизировано по функциям. Там можно настроить коррекцию показаний датчика температуры, петлю гистерезиса при нагревании (чтобы не так часто переключался подогрев-остывание) и многое другое, чего с запасом хватает для такой простой штуки, как нижний подогрев.
Нагревательные элементы мощностью 420вт прикручены к пластине. Почему 420? Потому что я успел их измерить в работе специальным прибором. Это не заявленные 600вт, но никто за 3800р и не планировал получить реальное 600вт. Если только не переплатить и не купить то же самое под какой-нибудь российской маркой, где с этим все более менее честно.
Но мне даже на руку, что там всего 420вт, потому что я уже заказал себе еще один термоэлемент на 400вт для верхнего подогрева и к нему REX C100 с термодатчиком и реле. Хочу оба разместить в одном корпусе, как вы видели, там места более чем достаточно, как внутри, так и на передней панели.
Начал измерять температуру стола и оказалось, что разница там примерно в 25 градусов.
Благо REX C100 позволяет корректировать показания датчика температуры и вводить поправочные коэффициенты. Выставил с точностью +-3 градуса.
Хотя, смысла в этом особого не было, потому что одно дело, температура стола, другое температура припоя на плате, которая стоит на ножках в 20 мм от поверхности.
Но у нас есть второй игрок, фен. Для его позиционирования придуман специальный держатель.
Закрепляется на задней части корпуса и вот вам уже и второй подогрев, верхний.
На самом деле, при помощи второго REX C100 и нагревательного элемента, я буду делать еще один ИК нагреватель, который можно использовать вместо фена, в качестве верхнего подогрева.
В комплекте с REX C100 идет твердотельное реле, которое нижнем подогреве отсутствует, потому что там мощность нагревательных элементов всего 420вт. Но если я буду изменять конструкцию и увеличивать мощность, добавление других нагревательных элементов, то пригодится.
Тест для 100 градусов
Тест для 200 градусов
После прогрева, температура алюминиевой плиты стабилизируется и разница температур между серединой и краями менее 3-5 градусов. Это означает, что нижний подогрев вполне годный.
В процессе разогрева были зафиксированы показания с разницей в 5-10 градусом между краем и серединой.
И я решил произвести небольшие доработки устройства.
Для улучшения отдачи тепла в ИК диапазоне, покрасить столик в матовый черный цвет
Краска для мангалов, высокотемпературная. После покраски, ее нужно было прогревать в несколько этапов.
Сначала до 100 градусов, через 30 минут, до 200 градусов. И еще через 30 минут, до 250 градусов, так чтобы из нее вышли все зловонные испарения и поверхность "прокалилась".
Действительно так и получилось. Запах довольно гадкий оказался, так что я даже опасался отравиться и все окна открыл. Потом опасался заболеть.
Из-за поправок, которые я вносил для 200 градусов, вышло что плита никак не могла дойти до 280 градусов по внутреннему датчику. Видимо это бы означало реальные 300, а тут уже начала влиять мощность нагревателя, которая не могла нагреть покрашенную плиту, потому что та стала отдавать намного больше тепла. Это один из показателей разницы между полированным алюминиевым столом и черным матовым.
Подробнее про покраску столов для подогрева можно почитать на специализированных форумах по ремонту радиоаппаратуры, где это все и придумали.
Однако, мне не понравилось то, что краска эта стала царапаться от любых касаний. Даже обычным датчиком температуры мне удалось ее чуток покорябать. Благо, все это легко подкрашивается.
Получается, платы нужно ставить на фторопластовых стоечках или как-то завешивать в воздухе на специальных приблудах, которые я видел на некоторых паяльных станциях.
А если плата будет больше, чем столик, то ее уже будет сложно установить на стандартные крепления и придется что-то придумывать.
Как вариант, использовать керамическое стекло от индукционных плит, которое разместить над плитой.
Паяльный стол для светодиодов или каша из утюга.
Давно занимаюсь установкой светодиодов, обычно ставлю их на термоклей-пасту или термопасту и механический прижим, но есть еще один способ.
Если припаять днище светодиода, да еще к медной подложке, то теплоотвод через припой получается гораздо лучше чем через пасту. Можно разгонять XML до 6 апмер и делать другие интересные вещи.
После неудачной попытки припаять светодиод к медной проволоке 10мм термофеном, понял что нужен паяльный стол.
Если кому то интересно как за вечер собрать паяльный стол из утюга и PID — регулятора температуры можно читать дальше.
Светодиоды очень чувствительны к температуре, при перегреве умирают.
Есть графики температурного режима, например такой
Паяльником, промышленным феном, термофеном паяльной станции такое сделать не возможно.
Был заказан набор из терморегулятора, датчика температуры к нему и твердотельного реле.
На мусорке был подобран сиротливо лежащий советский утюг.
Утюг разобран до основания, штатный терморегулятор-крутилка полетел в мусорку.
Слегка просверлил утюг в центре платформы, положил чуть термопасты, прижал датчик температуры железной пластиной.
Два провода к контактам нагревателя и утюг можно собирать.
В качестве основы подошел короб 40*60. В нем вырезал отверстие под регулятор температуры, регулятор закреплен на термоклеевый пистолет. Твердотельное реле не закреплял, держится за счет жестких проводов, взял 2,5 квадрата меди.
Утюг греется (как ни странно) по этому пришлось крепить короб через проставки, иначе короб плывет.
Твердотельное реле держит до 40А, то есть почти 9кило мощности на 220 вольт. Утюг 1Кватт, нагрев реле не замечен. При подаче напряжения 3-32в на вход реле оно открывается. Терморегулятор этой версии уже выдает сигнал 12 вольт (есть другие с сухими контактами), то есть дополнительный блок питания не нужен.
Термосопротивление нужно подключать с учетом полярности, цвет на клеммах как бы намекает на это.
В работе rex-c-100 прост и понятен. При включении показывает две температуры -реальную и заданную. Если реальная меньше заданной, выдает 12в на выход и гонит температуру вверх.
Для изменения температуры нажимаем SET, стрелками гоним температуру, снова SET возвращает в основной режим.
Возможна автокалибровка под текущую ситуацию.
При этом контроллер оценивает инерцию нагревателя и задает параметры PID регулятора.
Меняем параметр AГU с 0 на 1.
Выходим из меню нажатием кнопки SET.
На дисплее загорается символ AT
Регулятор поднимает температуру до заданной (на фото 150).
При достижении заданной температуры отключается нагрузка, но температура растет по инерции (около 170).
Утюг остывает, при падении температуры ниже уставки терморегулятор подталкивает ее немного вверх импульсами, держит точно, температура не колеблется.
После завершения автокалибровки символ AT погасает.
После автокалибровки терморегулятор точно держит температуру, я поднимал до 300С.
Сначала нагрузка включена постоянно, при приближении к заданной температуре контроллер отключает нагрузку на какое то время, немного перепрыгивает заданную температуру, понижает и стабилизируется.
Возможна ручная коррекция любого из параметров PID регулятора, вроде бы может работать и на охлаждение, есть выход тревоги (температура тревоги задается как первый параметр в меню).
Если нужно, можно снять видео, но процесс медленный, придется снимать Timelapce.
Теперь утюг получил вторую жизнь. Можно паять светодиоды, можно сплавить канифоль в твердое состояние из порошка и кусков, можно подогреть чай или руки, минимум температуры не ограничен. Гладить не удобно, терморегулятор мешает.
Плюсы REX-100-
+все в комплекте, все включено. Блок питания не нужен, достаточно 220в.
прост в использовании и понятен,
Минусы не обнаружены.
ИК паяльная станция своими руками
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.
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).
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 о . Практически показатель как у Термопро с 3D отражателем (у которого однородное квадратное тепловое пятно 4х4см с перепадом температуры не более 5C о )
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
Читайте также: