Самодельная термовоздушная станция для пайки схем

Пролог

Я уже недавно представлял на суд зрителя подобную конструкцию паяльника, но c вдвое меньшей мощностью. Это был сверхминиатюрный паяльник, позволяющий производить самые мелкие работы, такие как, например, ремонт шлейфов.

К сожалению, конструкция эта оказалась слишком сложной для повторения, так как требовала изготовления всяких замысловатых деталей, а также специальной оснастки для изготовления нагревательного элемента. Поэтому я решил значительно упростить самоделку, но вместе с этим повысить КПД изделия.

Тут уместно доложить, что несколько дней экспериментов с нагревательными элементами на основе резисторов МЛТ доказали полную несостоятельность этой конструкции, хотя она довольно широко представлена самодельщиками в сети Интернет.

Лишь один резистор из пяти позволил довести температуру жала до 400°С и то, только в течении одного цикла включения/выключения. При очередном включении он отказал. Другие резисторы не позволили получить температуру выше 250°С и выходили из строя во время одного или двух коротких циклов.

Исследование вышедших из строя резисторов показало, что обрыв плёночного резистивного элемента происходит по внешнему периметру той или другой контактной чашки. Вы можете это проверить и сами, если подключите резистор к блоку питания и с помощью вольтметра определите место наивысшего падения напряжения.

Но, не стоит унывать, изготовление паяльника на основе резистора МЛТ тоже довольно трудоёмкая работа, так как доработка самого резистора требует даже примитивной токарной обработки. А представленную ниже конструкцию можно повторить чуть ли ни на коленке.

Особенности работы с микросхемами BGA

При пайке микросхем типа BGA выбирается тот же температурный диапазон от 345 до 350 градусов с обеспечением умеренного воздушного напора для предотвращения сдувания «соседей». В процессе работы паяльный фен должен удерживаться под углом 90 градусов по отношению к плате. Во избежание выхода из строя чипа не стоит его прогревать только по центру, лучше обходить монтажный элемент по периметру.

После истечения 1-3 минуты можно сделать попытку слегка приподнять чип над платой при помощи пинцета. Если чип не поддается, значит припой все еще твердый. Чтобы избежать повреждения токопроводящих дорожек платы, нужно регулятором на фене «накинуть сверху» градусов 5 температуры и продолжить греть.

Сборка пошагово на Arduino c ATmega

Паяльная станция на atmega8 не обязательно включает данную модель этого микроконтроллера, это могут быть его разные версии (ATmega328p, 168). Описываемая МК — это база для Arduino UNO — чрезвычайно популярного инструмента программирования электронной начинки паяльных станций, роботов, радиоуправляемых машинок, подобных самоделок, сигнализаций, световой индикации и пр.

Потребуется дисплей на протоколе (интерфейс) I²С и несколько шт. энкодеров:

Вкл./выкл. осуществляется энкодером, после выкл. в памяти МК хранится последнее значение t° паяльника и фена, оборотов кулера. После выкл. на дисплее первого отображается температура, вплоть до остывания до +50° С. Если деактивирован фен, то крыльчатка охлаждает его до +50° C в бесшумном режиме на оборотах в 10 %.

Следующий элемент — БП на 24 В и 2–3 А выходного тока и преобразователь. Их можно сделать самому, если есть опыт и желание паять микросхемы, подбирать элементы, но также можно купить недорого на том же Алиэкспресс. Это изделие именно для подобных сборок, без корпуса — сама основная функциональная начинка. Цена более чем приемлемая. То же относится и к преобразователю DC-DC на LM2596S — его подключаем к БП и настраиваем подстроечным резистором 5 В.

Паяльник и фен продаются как комплектующие

Важно покупать изделия именно на термопаре, а не на резисторе, иначе схему и прошивку придется дорабатывать. В нашем примере оснащение может комплектоваться паяльниками от модельной линейки установок 852D +, 853D, 878AD… и фенами — от 858, 878D, 858D…

Для подключения их к корпусу — разъемы GX16-5 и GX16-8. Приобретен также комплект из 5 жал.

Корпус из металла может создавать помехи, желательно использовать пластиковые коробы. Для данной части можно применять распаячную коробку средних размеров.

Схема и платы

В нашем примере схема и печатная плата контроллера ATMEGA 168, которую мы взяли из популярного примера в сети, доработана (представлена ниже). Отличия от оригинала: подключение дисплея, заменены переменные резисторы и кнопки вкл./выкл. на энкодеры, а также убран стабилизатор на 12 В (фен у нас на 24 В) и на 5 В (заменен на DC-DC преобразователь).

Плата создана стандартным способом — ЛУТом (сплав розе в лимонной кислоте). Симистор на компактном радиаторе. Силовые мосфеты без него, так как нагрев там слабый, переменные резисторы многооборотные. Микроконтроллер подключен классически.

Ниже оригинальная схема, там же список элементов, которые используем и в нашем примере, учитывая сделанные модификации:

Прошивку микроконтроллера делали через Arduino UNO:

Финишный этап: собираем все в единый модуль, настраиваем t° паяльника и фена, для определения значений можно использовать термопару мультиметра. Контрастность дисплея выставляем переменным резистором на переходнике его платы.

Назначение отдельных модулей

Питающий блок для паяльных станций изготавливается на основе автотрансформатора достаточной мощности, посредством которого можно управлять амплитудой поступающего на нагрузку напряжения (в небольших пределах). В качестве конечного потребителя (нагревателя для паяльной станции) чаще всего используются либо обычный электропаяльник, либо специальный термический фен, имеющий встроенный переключатель режима работ.

При приобретении подходящей для домашних условий установки предпочтение следует отдавать тем изделиям, в комплект которых входят отдельный держатель или подставка под нагревательный инструмент. При их наличии пользоваться паяльной станцией будет намного проще и безопаснее.

Входящим в комплект инструментом пользоваться будет значительно удобнее, если в его составе имеется специальный отсос для удаления остатков расплавленного припоя, а также наиболее востребованные запчасти.

ТОП товаров

Лучшая термовоздушная паяльная станция

По моему мнению — это Zhongdi ZD-8907. Этот бренд достаточно популярный и выпускает качественные товары, так что купленный аппарат прослужит владельцу долгие годы.

Он позволяет осуществлять как монтаж, так и демонтаж, обеспечивая комфортную бесконтактную работу с большими и мелкими деталями. Мощность составляет 300 Wt, что обеспечивает многофункциональность и позволяет справляться с большим количеством поставленных задач.

Сопло паяльной станции стандартного диаметра, поэтому на него спокойно подойдут другие насадки, которые не сложно найти. Стоит отметить, что аппарат компактный и удобный в использовании, поэтому с ним справится даже новичок. Прочный корпус оснащен небольшим дисплеем, показывающим температуру нагрева.

В комплект к прибору идут три разные насадки и удобная подставка.

Цена: ₽ 2750

Лучшая двухканальная паяльная станция

К такой относится Element 937D. Она представляет собой достаточно бюджетный вариант, способный справиться с множеством поставленных задач. Станция удобна при работе как с мельчайшими микросхемами, так и с достаточно габаритными объектами. Все эти возможности обеспечиваются двухканальной системой работы аппарата.

Element 937D — контактная, цифровая паяльная станция, регулируемая работой микроконтроллера. Он обеспечивает точность нагрева и имеет погрешность до 10 градусов, которая совсем незначительна. Допустимый температурный интервал составляет 200-470°С. Гарантированный термоконтроль позволяет использовать прибор профессионально, не допуская погрешностей и не боясь испортить мелкие детали. Прибор имеет керамический нагревательный элемент, являющийся долговечным и универсальным.

В комплекте к этому аппарату нет дополнительных насадок, однако нужные жала можно с легкостью подобрать в магазине.

Замеченными мною минусами можно назвать не слишком большую мощность и габаритность устройства.

Цена: ₽ 2089

Лучшая керамическая паяльная станция

Для меня таковой является Зубр Профессионал 55334. Она универсальна и доступна каждому желающему. За счет значительной скорости нагрева, станция гарантирует быстрое и легкое спаивание. Аппарат идеально подойдет как профессионалам своего дела, так и новичкам, применяющих его исключительно для домашнего использования.

«Профессионал» компактный и удобный в использовании. Станция оснащена дисплеем, отображающим температуру и подсветкой, что очень удобно. Он обладает антистатической защитой, поэтому гарантирует сохранность чувствительных элементов и длительный срок эксплуатации самого прибора. Температурный интервал составляет 160-550 °С. Возможная погрешность — 10°С, что может оказаться недостатком в работе с особо чувствительными элементами.

Отдельно отмечу удобную подставку под паяльник, идущую в комплекте, а также наличие коврика для чистки.

Цена: ₽ 3354

Лучшая индукционная паяльная станция

В моем топе она представлена аппаратом Quick 202D ESD Lead Free. Это отличный прибор для настоящих профессионалов своего дела, гарантирующий быстрый и качественный монтаж и демонтаж. Он обладает высокой мощностью и является универсальным прибором, гарантирующим отсутствие таких проблем как перегрев или перенапряжение за счет использования импульсного источника питания.

Прибор удобный в управлении, характеризуется быстрым восстановлением температуры и диапазоном от 80 до 480°С. При завершении работы, аппарат самостоятельно переходит в сон, а затем быстро возвращается к работе. При всем этом, температурная погрешность составляет всего лишь 2°С.

Минусом этой паяльной станции могу назвать лишь высокую цену, однако она стоит своих денег.

Цена: ₽ 11221

Лучшая цифровая паяльная станция

Для меня это Yihua 992D, которая находится в среднем ценовом диапазоне и способна справиться с любой поставленной задачей.

Бесконтактная станция, основанная на работе термофена, характеризуется быстрым нагревом и стабильностью температуры, допуская погрешность лишь в 1°С. Антистатические данные позволяет безопасно работать с чувствительными деталями электронных приборов.

Сама станция изготовлена с использованием качественных компонентов, гарантирующих безопасное и длительное применение в бытовых или профессиональных целях. Прибор оснащен встроенным микрокомпьютером и удобным широким дисплеем, на котором можно увидеть все необходимые параметры.

Минусами прибора является возможность работы с устройством только при определенной температуре (0-40°С) и влажности менее 80%.

Цена: ₽ 8165

Начинаем конструировать термофен: пошаговая инструкция

Сразу оговоримся, что главное в нашей задаче – экономия денег. Поэтому, список деталей, которые необходимо именно купить, мы по возможности уменьшаем до нулю. Вначале разберемся с характеристиками будущей станции.

Температура

Профессиональные устройства могут обеспечить воздушный поток в целых 800 градусов. Нам такая цифра не нужна, так как в будущем мы не собираемся расплавлять серебро или алюминий.

Даже если нам придется работать с наиболее тугоплавким припоем, которым часто паяются микросхему, то самодельному фену будет вполне достаточно рабочей температуры в 600 градусов.

Мощность

Если в планах работа с «мелочевкой» (уборка с платы сгоревших микросхем с их дальнейшей заменой, пайка SMD-светодиодов и т.д.), то по мощности нам хватит устройства на 80 Вт.

Для пайки более крупных деталей (к примеру, процессора на видеокарте, южного или северного моста на материнской плате), подойдет паяльная станция с мощностью в 100-130 Вт.

Важно! От мощности будет зависеть подбор главного элемента устройства – нихромовой спирали. Взять ее можно от старой электрической плиты или электрошашлычницы, советского утюга

Толщина спирали

Оптимальная – 0,5 мм. Такое сечение проволоки будет прочно держать форму. Если диаметр будет больше – потребуется и побольше мощности. Для варианта в полмиллиметра будет достаточно источника питания на 4 А.

Напряжение и сопротивление

Оптимальное напряжение для нашего устройства – 25-36 В. Меньше – будет недостаточно мощности, больше – риск опасных последствий. Если БП будет «выдавать» 25 В, то спираль должна иметь сопротивление в 7 Ом.

Особенности выбора

Основными характеристиками, учитываемыми при выборе паяльной станции, являются ее мощность, комплектация, используемый для пайки вид флюса.

Мощность

Паяльная станция на Ардуино

Выбор паяльной станции по данной характеристике зависит от ее предназначения:

• Для пайки небольших радиодеталей, обладающих чувствительностью к перегреву, используют оборудование мощностью 40-60 Вт;
• Для работы с не столь чувствительными к высоким температурам элементами печатных плат применяют станции мощностью 70-90 Вт;
• Более мощное оборудование (мощностью свыше 100Вт) используют для профессиональной ежедневной пайки в условиях средних и крупных производств бытовой и компьютерной техники.

Обратите внимание! Наиболее удобны и производительны для радиолюбительства станции мощностью от 60 до 90 Вт

Комплектация

Наиболее удобна комплектация паяльной станции, в которую включены следующие компоненты:

• Паяльник со сменными жалами различной формы;
• Термовоздушный фен, штатив для его вертикального крепления;
• Катушка с трубчатым припоем;
• Специальная лампа.

Подобная комплектация хоть и будет стоить недешево, но при этом позволит выполнять все виды радиолюбительских паечных работ.

Выбор флюса

Лучший флюс – паяльная кислота

Флюс – вещество, предотвращающее образование на поверхности, на которую наносится припой, а также на жале паяльника, слоя окисла. От правильного выбора флюса зависят качество и скорость паечных работ.

В качестве флюсов для паяльных станций применяют:

• Канифоль (затвердевшая сосновая или еловая смола);
• Спиртовой раствор канифоли;
• Ортофосфорную паяльную кислоту.

К сведению. Среди данных видов канифоли наиболее удобной в нанесении и эффективной является ортофосфорная паяльная кислота.

Принцип работы

Поток горячего воздуха концентрируется в камере, которая обвита с помощью проволочки из меди и фольгированной бумаги. Через вставленную трубку из стали выталкивается воздух из компрессора. Самоделка не предоставляет возможности регулировать температуру, и поэтому воздушный поток можно контролировать при помощи интенсивности обдува, прижав или отпустив трубку, через которую, проходит воздух.

На корпусе есть регулятор обдува

При изменении скорости, меняется и температура. Методом проб и ошибок, можно подобрать необходимую температуру для плавления припоя и начать выпаивание.

Самодельный термофен конечно не заменит станцию для выпаек, но поможет легко справиться с трудностями во время спаивания очень мелких радиодеталей.

Термовоздушные паяльные станции

Контактные паяльные станции – это не самые современные агрегаты. Обычно в комплекте к такой паяльной станции идет одно коническое медное жало, однако большинство моделей позволяют расширить комплект и докупить необходимые жала. В итоге паять таким паяльником можно практически что угодно, кроме плат памяти в сложной электронике

При выборе следует обратить внимание на возможность расширения комплекта, если вы хотите получить действительно универсальное устройство

Контактные паяльные станции могут иметь два типа управления:

• аналоговое — в этом случае паяльник будет иметь только два положения регуляции – включено и выключено, то есть жало нагревается до нужной температуры и отключается, а после остывания снова начинает нагреваться
• цифровое — в данном случае устройство сможет поддерживать постоянную температуру, то есть, нагрев и пайка будут более равномерными

Предпочтительный вариант – оловянно-свинцовый припой. Он плавится при меньшей температуре, потому работать с таким паяльником можно быстрее. Бессвинцовый припой имеет более высокую температуру плавления, потому, если вы хотите купить такую паяльную станцию, то следует убедиться, что она имеет достаточно мощный нагреватель.

Контактные станции первыми пришли на замену «архаичному» паяльнику. Именно они, благодаря доступной цене, широкому модельному ряду и привычному для многих методу пайки, получили наибольшее распространение в качестве домашних приспособлений.

По принципу поддержания постоянной температуры жала самого паяльника эти изделия подразделяют на:

• аналоговые (напряжение питания нагревательного элемента периодически отключается с помощью электромагнитного реле);
• цифровые (постоянная температура жала поддерживается с помощью специального электронного регулятора).

Нагреватели у контактных станций бывают:

• нихромовые (самые дешевые, однако из-за непродолжительного срока службы и большой инерционности в современных моделях практически не используются);
• керамические;
• индукционные (разогрев жала осуществляют с помощью токов высокой частоты).

Компактная контактная паяльная станция Rexant ZD-99 с аналоговым регулятором температуры (в диапазоне от 100 до 450 градусов), 48-ми ваттным паяльником (с керамическим нагревательным элементом), удобным держателем (с губкой для очистки жала) на сегодняшний день стоит 1700-1800 рублей.

Стоимость цифровой контактной станции 937D составляет около 3000 рублей. На российском рынке она известна под различными брендами: Kendal, Element, WEP, Zeny. Из особенностей стоит отметить светодиодный индикатор рабочей температуры и набор из шести сменных жал (входящих в комплект поставки). Мощность – 50 Вт, рабочая температура – 200-480 °С.

Индукционная станция Quick 202D обеспечивает сверхбыстрый разогрев жала токами высокой частоты (400 кГц). Мощный паяльник (90 Вт) и широкий диапазон регулировки температуры (от 80 до 480 °C) позволяют применять это приспособление для пайки самых различных элементов и деталей (в том числе и бессвинцовыми припоями).

Термодатчик, вмонтированный в кончик жала, обеспечивает точное (±2 °С) поддержание заданной температуры на протяжении всего процесса пайки. Регулируемый режим автоотключения (в диапазоне от 1 до 99 мин.), жидкокристаллический дисплей и звуковая сигнализация (при отклонении температуры от заданных значений) дополняют удобство при использовании. Стоимость такого устройства составляет 9500-9700 рублей.

Как работает термовоздушная паяльная станция и какую выбрать? В таких приспособлениях место пайки разогревают до необходимой температуры с помощью потока горячего воздуха. Конструктивно такая станция состоит из:

• приспособления для подачи горячего воздуха (фена);
• нагревательного элемента;
• нагнетательного насоса (турбины или компрессора);
• блока управления.

Различают две разновидности таких станций:

• компрессорные (нагревательный элемент и насос установлены в блоке управления, а горячий воздух подается к фену через шланг);
• турбинные (нагревательный элемент и насос смонтированы в самом фене, который соединен с блоком управления с помощью электрического кабеля).

Какую паяльную станцию с феном выбрать для дома: компрессорную или турбинную? Первые оснащают более долговечными нагревательными элементами и насосами, однако при их использовании необходимо не допускать перегибов (или зажимов) воздушного шланга

Вторые более удобны в эксплуатации, и что немаловажно дешевле

Что паяют с помощью данного инструмента

В бытовых условиях его использование незначительно. Прибор направлен на качественное и быстрое выполнение большого объема работ. Зачастую мужчины, производящие ремонт бытовой техники и паяющие радиодетали в быту, и вовсе не знают о его существовании. Кроме пайки микросхем, можно выполнить еще большой ряд работ.

Можно обрабатывать линолеум

Например, это устройство часто используется при ремонтных работах, а именно:

• В процессе укладки линолеума.
• Материалов с плёночным покрытием.
• Пайки пластмассы и других материалов, которые легко поддаются плавкости при высоких температурах.

Можно запаивать пакеты

Важно! Стоит помнить о правилах личной безопасности. Вам это будет интересно Особенности по выбору паяльника

Вам это будет интересно Особенности по выбору паяльника

Способ №2. Бесконтактная паяльная станция

Как показывает практика, далеко не всегда нагревом жала можно воздействовать на любые элементы платы, к примеру, к тем же smd деталям крайне трудно подобраться. В таких ситуациях используется паяльный фен, направляющий поток горячего воздуха на ножки.

Несмотря на схожесть, переделать обычное устройство для сушки волос в инфракрасную станцию не получится, так как рабочая температура должна достигать 500 — 800ºС. Для сборки такой паяльной станции вам понадобится компрессор для подачи воздуха, нагревательный элемент, корпус для элементов управления, сопло, понижающий трансформатор, выпрямитель, блок управления скоростью подачи воздуха.

Принципиальная схема такой паяльной станции приведена на рисунке ниже:

Рис. 2: электрическая схема термофена

Принцип действия паяльной станции основан на воздействии инфракрасного излучения от нагревательного элемента непосредственно в область пайки. Компрессор подает воздух от нагревателя через сужающееся сопло, создавая эффект турбины, производительность насоса желательно обеспечить в пределах от 20 до 30 л в минуту.

При изготовлении инфракрасной станции существует два способа для ее выполнения — ручная модель или стационарная. Первый вариант подходит в тех ситуациях, когда корпус ИК паяльной предвидится относительно небольших размеров и будет удобно помещаться в руке. Второй способ подойдет для крупногабаритных приспособлений, в которых станция установлена неподвижно, а заготовка перемещается под соплом.

Рассмотрим такой пример изготовления паяльной станции бесконтактного типа:

• Намотайте нагревательную спираль из нихромовой проволоки, в данном случае используется диаметром 0,8мм. Можете взять и другой вариант, к примеру, от электрической плиты.

  Рис. 3: намотайте нагревательный элемент

• Для намотки используйте жесткий каркас, укладывайте витки вплотную, но не делайте нахлестов и следите за тем, чтобы не закоротить намотку. Чем меньше диаметр проволоки у вас получится, тем эффективнее будет идти нагрев, достаточно будет спирали с наружным диаметром 8 – 10 мм.
• В данном примере изготавливаются несколько спиралей, соединяемых параллельно для повышения температуры нагрева.
• Установите полученную спираль на цилиндрический каркас из негорючего материала.

Рисунок 4: поместите спирали на диэлектрический элемент Предварительно удалите с каркаса все лишнее но если он уже готов, можете сразу осуществлять намотку.

• Изготовьте металлический стакан для нагревательного элемента, в этом примере изготовления паяльной станции мы сделаем его из корпуса пальчиковой батарейки.
• Из куска телескопической антенны от радиоприемника сделайте сопло, один край которого нужно расплескать и надеть на шайбу.

  Рис. 5. Наденьте шайбу

• Прикрутите шайбу сопла к стакану из батарейки при помощи соразмерных болтов.

  Рис. 6: прикрутите сопло к стакану

• Поместите внутрь стакана между спиралью и стенками термоизоляционный материал, чтобы предотвратить перегревание наружных деталей.
• Соберите диодный мост из четырех полупроводниковых элементов, если под рукой уже есть готовая сборка, можете использовать и ее.
• Изготовьте блок питания из понижающего трансформатора и выпрямительного агрегата, ваша задача получить на выходе низкое напряжение для снижения вероятности поражения электротоком. В рассматриваемом примере получается около 10 – 15В, мощность трансформатора составляет 150Вт. Аналогичная модель может браться с готового оборудования.
• Корпус для паяльной станции мы изготовим из обычной пластиковой бутылки. В данном примере нам нужен прозрачный пластик, так как в нем легче подключать блок питания, нагнетатель воздуха и плату управления.

  Рис. 7. соедините все элементы в корпусе

• Подключите куллер и нагревательную спираль к выводам блока питания, подсоедините регулятор напряжения.

  Рис. 8. установите кулер

Регулировка мощности теплового потока может осуществляться либо по скорости подачи воздуха, либо по уровню напряжения, подаваемого на нагреватель.

Подключите шнур питания к выводам трансформатора – паяльная станция готова к использованию.

Рис. 9: паяльная станция готова