Андрей Смирнов
Время чтения: ~17 мин.
Просмотров: 0

Самодельный фен для пайки мелких деталей

Принцип работы и общие характеристики

Паяльная станция, а иногда ее называют станком или установкой это устройство, которое широко применяют и в быту, и в электронике, и электротехнике. Основное предназначение этого оборудования – групповая или единичная пайка деталей.

В конструкцию этого оборудования входят следующие компоненты:

  1. Блок управления, который контролирует рабочие параметры работы устройства.
  2. Паяльник, предназначенный для выполнения пайки.
  3. Пинцет, участвующий в сборке/разборке элементов, устанавливаемых на печатную плату.
  4. Фен, который предназначен для нагрева сборочного места. Его можно использовать для выполнения как единичных, так и групповых операций.
  5. Источник тепла, используемый для нагрева печатной платы для определенной в технологическом процессе температуры.
  6. Прибор для удаления лишнего олова.
  7. Вспомогательную оснастку – подставки и пр.
  8. Браслеты, которые снимают статическое напряжение.

Самодельная паяльная станция

Самые простые станции включают в себя паяльники, контролирующего прибора и подставки под паяльник. Ключевое отличие станции с феном от традиционного паяльника заключается в том, использование этого станка позволяет не только соединять между собой детали, но, при этом оптимизировать температурный режим. В состав станции входят различные приспособления, которые не только повышают производительность, но и обеспечивают безопасность работника.

И конечно нельзя забывать то, что паяльные станции с феном оснащены приспособлением для снятия статического напряжения.

Характеристики, а так же принципы работы станции с феном не отличаются большой сложностью, и это позволяет, соорудить паяльную станцию с феном своими руками.

Из паяльника и капельницы

Для изготовления своими руками паяного фена может быть использован простой паяльник со снятым с него защитным кожухом.

При взятии его за основу будущего нагревателя необходимо произвести доработку конструкции, заключающуюся в следующем:

  • Сначала из рабочей части паяльника удаляют жало, после чего трубка из слюды с размещенной под ней обмоткой из нихрома полностью вытаскивается из деревянной ручки-держателя.
  • Затем подходящие к элементу нагрева сетевые провода отсоединяют и также вытаскивают из деревянного держателя, но уже с другой стороны.
  • После этого в боковой части ручки просверливают отверстие нужного размера, в которое продёргивается отсоединённый ранее сетевой провод (в сторону рабочей части).
  • На следующем шаге изготовления паяльного фена берут капельницу, от которой отрезают наконечник в районе расположения резиновой юбки. Затем оголённую часть трубки вставляют в сетевое отверстие деревянной ручки.
  • Далее, прорезиненный уплотнитель (юбка) капельницы с усилием прижимается к торцевой части держателя, обеспечивая надёжную герметизацию зоны стыковки.
  • По завершении этих действий концы продёрнутого питающего провода вновь подсоединяют к обмотке из нихрома и надёжно изолируют.
  • В отверстие, где ранее размещалось жало паяльника, вставляют подходящий по диаметру отрезок телескопической антенны и тщательно зажимают стопорным винтом.

Герметичность входного отверстия в ручке обеспечит эффективную накачку холодным воздухом, поступающим от компрессорной станции.

На заключительной стадии сборки паяльного фена следует возвратить нагревающую трубку с нихромовой обмоткой на место, предварительно обмотав её несколькими слоями алюминиевой фольги.

Затем подготовленный таким образом нагреватель утапливается в деревянную ручку и надёжно фиксируется посредством гибкого медного провода, наматываемого по всей длине защитного покрытия.

Замена деталей

Некоторые замены активных и не очень активных компонентов:

  • ОУ — Lm358, Lm2904, Ha17358.
  • Полевые транзисторы — Irfz44, Irfz46, Irfz48, Irf3205, Irf3713 и подобные, подходящие по напряжению  и току.
  • Биполярный транзистор Т1 — С9014, С5551, BC546 и подобные.
  • Оптопара MOC3021 — MOC3023, MOC3052 без перехода через ноль (без zero kross по даташиту).
  • Оптопара PC817 — PC818, PC123
  • Стабилитрон ZD1 — любой на напряжение стабилизации от 4,3 — 5,1V.
  • Энкодер с кнопкой, я применял от автомагнитолы.
  • Конденсатор в снаббере симистора обязательно на 400v и 100n!
  • LCD WH1602 — смотреть внимательно расположение контактов при соединении с основной платой, от разных производителей может отличаться.
  • Для питания лучшим вариантом будет стабилизированный бп на 24V 2-4A, с одного большого восточного магазина или  переделанный БП АТХ. Хотя я применял 24V 1,2A от принтера, немного греется при пользовании паяльника, но мне хватает. На худой конец трансформатор с диодным мостом, но не советую.

Описание процесса ИК-пайки

Проблема при работе с компонентами в корпусах BGA заключается в необходимости нагреть и расплавить сразу большое количество шариков припоя.

При нагревании их, некоторое количества тепла за счет теплопроводности материалов отдается на монтажную плату. Того тепла, которое дает паяльная станция, становится недостаточно.

Увеличение времени нагрева или повышение температуры не лучшим образом сказывается на микросхеме. Она может перегреться и выйти из строя.

Решение напрашивается само собой – нужно предварительно разогреть монтажную плату снизу, не воздействуя теплом на микросхему. Разогревать можно как потоком воздуха, так и спокойным инфракрасным излучением.

В результате, когда температура материала платы поднимется, уменьшится теплоотвод с ножек контактов и понадобится меньшая температура и меньшее время воздействия для того, чтобы расплавить шарики припоя.

При использовании инфракрасной пайки для нижнего прогрева используют специальные устройства – термостолы. В этом состоит принцип работы инфракрасной паяльной станции.

Инфракрасная пайка заключает в себе множество преимуществ перед термовоздушной. Если при термовоздушной пайке возможно контролировать только скорость истечения воздуха из сопла и температуру нагревательного элемента, и совершенно невозможно управлять оттоком воздуха, то при инфракрасной пайке контролю поддается температура припоя на протяжении всего цикла работ.

А при ремонтных работах задача как раз и состоит в том, чтобы заменить один или несколько компонентов схемы, совершенно не воздействуя на другие.

Особенности

Уникальность ИК-паяльника заключается в главном отличии от индукционного прибора – в момент работы прямого контакта с деталью нет. И давления воздушного потока тоже нет. Это принципиальная разница, отличающая инфракрасную паяльную станцию. У этого прибора множество достоинств:

  • ИК-паяльник – это быстрый монтаж, так же как и скорое снятие припоя при тотальном контроле нагрева детали;
  • пучок ИК-излучения сфокусирован, что дает возможность точечно направить тепловой энергопоток в конкретную зону платы;
  • инфракрасная станция помогает установить режим постепенного температурного роста нагрева на участке работы;
  • благодаря инфракрасной пайке сама станция реанимирует деформированные соединения площадки микросхемы;
  • в работе ПС нет флюса и припоя, что дает возможность оставить чистым рабочий стол, а плата не засоряется каплями олова и присадочными кристаллами.

Описание конструкции инфракрасного устройства:

  • верхний нагревательный элемент (из кварца или керамики);
  • нижний нагревательный элемент;
  • стол для печатных плат;
  • маленький контроллер, который руководит ПС;
  • термопара, контролирующая температуры.

Принципиальная схема самодельной паяльной станции

   Схема простая и довольно неплохо работает, но есть нюанс — очень чувствительная к наводкам, поэтому желательно навешать побольше керамики в цепи питания микроконтроллера.  И по возможности сделать плату с симистором и оптопарой на отдельной печатной плате. Но я так не делал, для экономии стеклотекстолита. Сама схема, прошивка и печатка прилагаются в архиве, только прошивка под индикатор с общим катодом. Фьюзы для МК Atmega8 на фото ниже.

   Для начала разберите ваш фен и определите  на какое напряжение у вас стоит моторчик, потом подключите все провода к плате кроме нагревателя (полярность термопары можно определить подключив тестер). Примерная распиновка проводов фена Luckey 702 на фото ниже, но рекомендую разобрать свой фен и посмотреть что и куда идет, сами понимаете — китайцы, они такие!

   Затем подайте питание на плату и переменным резистором R5 настройте показания индикатора на комнатную температуру, потом отпаяйте резистор на R35 и подстроечником R34 отрегулируйте напряжение питания моторчика. А если он у вас на 24 вольт, то отрегулируйте 24 вольт. И после этого померяйте напряжение на 28 ноге МК — там должно быть 0,9 вольт, если это не так пересчитайте делитель R37/ R36 (для 24 вольтового моторчика соотношение сопротивлений 25/1, у меня 1 кОм и 25 кОм), напряжение на 28 ноге 0,4 вольт – минимальные обороты, 0,9 вольт максимальные обороты. После этого можете подключить нагреватель и если понадобится откорректировать температуру подстроечником R5.

   Немного об управлении. Есть три кнопки для управления: Т+ ,Т-, М. Первые две изменяют температуру, нажимая один раз кнопку значение меняется на 1 градус, если удерживать то значения начинают быстро меняться. Кнопка М — память позволяет запоминать три значения температуры, стандартно это 200, 250 и 300 градусов, но вы можете изменить их как вам удобно. Для этого надо нажать кнопку М и удерживать пока не услышите дважды подряд сигнал бипера, тогда можете кнопками Т+ и Т- изменять температуру.

   В прошивке есть функция охлаждения фена, кладя фен на подставку он начинает охлаждаться моторчиком, при этом нагреватель выключается и пока не остынет до 50 градусов моторчик не выключается. Когда фен на подставке, когда холодный или обороты двигателя меньше нормальных допустимых (на 28 ноге меньше 0,4 вольт) — на дисплее будет три черточки.

   Подставка должна быть с магнитом, желательно посильнее или неодимовым (от винчестера). Так как в фене есть геркон который переводит фен в режим охлаждения когда он на подставке. Я пока что еще не сделал подставку.

   Фен можно остановить двумя способами — кладя на подставку или скручивая обороты моторчика до нуля. Ниже фото моей готовой паяльной станции.

Разделение ПС на виды по конструктивным особенностям

Паяльная станция может быть воздушной (термовоздушной), контактной, комбинированной или инфракрасной. Каждый из этих видов имеет свою область применения. Для начала рассмотрим общую информацию по каждому из видов, а после разберёмся, как самостоятельно изготовить наиболее востребованные из них – термовоздушную и инфракрасную.

Контактная ПС – наиболее простой и дешёвый вариант

Контактная паяльная станция: особенности прибора

Контактная ПС представляет собой обычный паяльник, оборудованный терморегулятором. Регулятор температуры может быть механическим или электронным. Цена такой паяльной станции значительно ниже, чем стоимость остальных видов. Подобное оборудование можно приобрести за 900−1000 руб. Немного выше стоимость контактной ПС с функцией стабилизации нагрева при касании поверхностей. При прикосновении жала к неразогретой печатной плате автоматика увеличивает мощность.

Термовоздушное оборудование для пайки

В конструкцию устройства включён компрессор. Воздух, подаваемый им, проходит через паяльник, нагреваясь от жала. Именно этот нагретый поток воздуха и разогревает печатную плату и припой.

Интересно знать! Существуют специализированные демонтажные термовоздушные паяльные станции. Их компрессор работает в обратную сторону – на всасывание, что позволяет сразу удалять частицы припоя с поверхности.

Термовоздушный прибор позволяет выпаивать труднодоступные для контактной ПС радиодетали

Стоимость демонтажной станции значительно выше. Если обычную термовоздушную ПС «Lukey 852D+ с паяльником» можно приобрести за 5300 руб., то демонтажная «AOYUE 701A++» обойдётся в 13000 руб.

Комбинированные ПС и их особенности

В этих станциях присутствует два вида – контактная и термовоздушная. При помощи термофена разогревается печатная плата, после чего довольно легко элементы выпаиваются жалом.

Мнение эксперта
Артём Крикунов
Консультант по подбору инструмента ООО «ВсеИнструменты.ру»

“Наиболее распространённый рабочий диапазон температур – от +120 до +420°С. Этого достаточно для работы со всеми разновидностями радиоаппаратуры, существующей на сегодняшний день”.

Примеры паяльных станций различных видов:

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.
  • 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.
  • Прикрутите шайбу сопла к стакану из батарейки при помощи соразмерных болтов.
  • 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.
  • Подключите куллер и нагревательную спираль к выводам блока питания, подсоедините регулятор напряжения.

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

Термовоздушная паяльная станция: нюансы изготовления своими руками

Работа по изготовлению самодельной паяльной станции с феном своими руками производится в несколько этапов. Сначала конструируется термофен, после − блок управления, а затем станция собирается и настраивается. При этом сам термофен можно приобрести в магазине или на интернет-ресурсах. Стоимость его невысока, а работу по изготовлению ПС такое приобретение сильно упростит. Однако лучше всего изготовить своими руками фен для пайки, который не требует электронного блока управления. В работе он достаточно удобен, а стоимость деталей для его сборки стремится к нулю. Нам потребуется:

  • стеклянная трубка от электрокамина;
  • нихромовая спираль оттуда же;
  • силиконовый шланг;
  • тонкая стеклянная трубка;
  • старый, можно нерабочий паяльник.

Разберёмся пошагово с использованием примеров, как выполняется эта работа.

Паяльная станция своими руками: пошаговая инструкция

ИллюстрацияВыполняемое действие
Внутрь стеклянной трубки от электрокамина вставляем нихромовую спираль от него же. Одну сторону придётся растянуть так, чтобы контакты выходили на один край трубки.
Закрепляем простой изолентой протянутую снаружи вдоль стеклянной трубки нихромовую нить. Теперь нужно надеть корпус паяльника со стороны концов спирали так, чтобы с краю остались контакты, к которым мы присоединим питание. Сами контакты лучше защитить изоляторамиот того же старого паяльника, оставшимися после его разборки.
Соединяем силиконовую и тонкую стеклянную трубку. Стеклянную помещаем внутрь корпуса паяльника. Именно по этим трубкам будет поступать воздух.
Собранную воедино конструкцию обматываем слоем лакоткани. Это делается для того, чтобы можно было свободно держать наштермофен в руках. Подобный материал продаётся в любом магазине хозяйственных товаров.
Вот практически и всё, воздушная паяльная станция готова. Остаётся подать воздух (жёлтая стрелка) и питание 220В (красная стрелка). Воздух можно подать с помощью обычного аквариумного компрессора.

Как видим, процесс изготовления такого термофена довольно прост при минимальных затратах. Если же говорить об оборудовании заводского исполнения, купить паяльную станцию с феном можно по стоимости около 5000 руб. Согласитесь, неплохая экономия. Если всё же решено приобрести подобный прибор, прежде чем это сделать, следует разобраться, как паять феном от паяльной станции. В этом поможет наша видеоинструкция.

Как пользоваться паяльной станцией с термофеном: видеоинструкция

Надеемся, что после просмотра видеоурока у наших читателей не осталось вопросов по пользованию термовоздушной ПС. Подводя итог этому разделу, предлагаем ознакомиться с несколькими схемами паяльных фенов, которые можно собрать самостоятельно.

Простые схемы паяльных фенов своими руками

Здесь редакция Seti.guru представляет вашему вниманию схемы простейших термофенов, а также пример того, как изготовить корпус для него.

Конструкция термофена

Основные части, из которых состоит фен для пайки, схожи с элементами других нагревательных приборов:

  1. Рукоятка. Она делается из жаропрочных материалов из расчета, что выдержит высокую температуру. Например эбонит, керамика, фарфор. Кроме того, рукоятку можно обмотать жаропрочной тканью, что также снизит температуру поверхности.
  2. Корпус. К нему предъявляются такие же требования как к рукоятке.
  3. Насадки. Чаще всего это стальная трубка с небольшим диаметром отверстия. Использование других металлов не рекомендуется из-за меньшей долговечности или большей цены.
  4. Нагревательный элемент. Используется нихромовая проволока небольшого радиуса, которая хорошо держит форму при нагреве.
  5. Вентилятор. Устанавливается на обратной стороне паяльного фена и подает воздух к нагревательному элементу. Он обязан быть маленьким, для удобного использования инструмента.

Описание процесса ИК пайки

Принцип работы инфракрасной паяльной станции заключается в воздействии сильными волнами длиной 2-7 мкм на элемент. Устройство для пайки самодельными ИК паяльными станциями как самодельными, так и приобретаемыми, состоит из нескольких элементов:

  • Нижний нагреватель.
  • Верхний нагреватель, отвечающий за основное воздействие на материалы.
  • Конструкция держателя платы, размещенная на столе.
  • Контроллер температуры, состоящий из программируемого элемента и термопары.

Длина волны, напрямую зависит от температурных показателей источника энергии. Материалы в различной форме подвергаются пайке с помощью ИК станции, сделанной своими руками, существуют основные параметры передачи энергии, непрозрачность, отражение, полупрозрачность и прозрачность. Перед изготовлением ИК паяльной станции своими руками нужно понимать, что существуют некоторые недостатки данных систем:

  • Разная степень поглощения энергии компонентами ведет за собой неравномерный прогрев.
  • Каждая плата ввиду различных характеристик требует подбора температур, в противном случае, компоненты перегреваются, выходят из строя.
  • Наличие «мертвой зоны», где инфракрасная энергия не достигает требуемого объекта.
  • Обязательное условие защиты поверхностей остальных элементов от испарения флюсов.

Нагревание происходит за счет передачи тепла к монтажной плате. Тепловое воздействие инфракрасной станцией происходит поверх детали, температуры бывает не достаточно, поэтому конструкция подразумевает нагрев нижней части. Нижняя часть состоит из термостола, процесс пайки может осуществляться посредством спокойного инфракрасного излучения, либо потоком воздуха.

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.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации