Форум - Супутникового телебачення SAT-PROF - Паяльні станції,ваші методи випаювання

Паяльна станція з цифровим управлінням.

Автор - Black
РадіоКот> Лабораторія> Цифрові пристрої

В даній статті описується, як самостійно виготовити інфрачервону паяльну станцію з невеликими витратами. Пристрій дозволяє робити монтаж / демонтаж SMD і BGA компонентів на друкованій платі. Дана паяльна станція розрахована на роботу з великими платами (наприклад, материнські плати персональних комп'ютерів або ноутбуків), чого не дозволяють робити дешеві "падлюка" китайського виробництва, які розраховуються як правило, на роботу з невеликими друкованими платами і елементами.
Так уже сталося, що в даний час відбувається масовий перехід на поверхневий монтаж, і нічого з цим не поробиш. Все б нічого, паяльник ще справляється, але лише не з BGA (погляньте хоча б на материнську плату вашого комп'ютера, чіп є, а висновків немає: Вірніше їх не видно). Такі мікросхеми паяются повним прогревом разом з платою. Методів пайки існує не багато, як правило, це гаряче повітря або ІК випромінювання. У кожного методу є свої переваги і недоліки. Але в будь-якому випадку потрібно прогрів плати, в чому і полягає складність пайки таких мікросхем "на коліні". Пов'язано це з тим, що при нагріванні невеликої ділянки плати происходи її розширення (випучіваніе ділянки, що нагрівається), що може привести до пошкодження міжшарових провідників та відриву контактних майданчиків. Тому, необхідний прогрів всієї плати (не до температури пайки, але десь на 2/3 від неї). Детальніше від процесі ручної пайки BGA можна прочитати на сайтах присвячених ремонту комп'ютерної техніки.
Даний пристрій буде корисно багатьом радіоаматорам займаються ремонтом апаратури, комп'ютерної та відео техніки. А так же тим, хто просто збирає різні схеми з деталей, випаяних зі старих плат.
Пристрій дозволяє монтувати / демонтувати і просто пропоювати BGA-компоненти, відновлюючи контакт, так само за допомогою даного пристрою можна легко "потрошити" будь-які плати "на деталі", що допомагає позбутися від "зайвого".
Тепер про сам пристрій і принципі його роботи. Пристрій складається з самої установки і блоку управління, який виконаний в окремому корпусі. На установці є місце кріплення плат і два нагрівача. Верхній нагрівач має можливість змінювати своє положення щодо закріпленої плати. В якості нижнього нагрівального елемента я використовую конфорку для електроплиток потужністю 2 кВт і діаметром 220 мм. А в якості верхнього 4 трубчасті галогенові лампи по 150 Вт кожна і довжиною по 78мм. Виглядає це приблизно ось так:

http://radiokot.ru/lab/controller/56/01.jpg

Про конструкції корпуса дивіться окрему інструкцію, там більш-менш докладно описаний процес складання і дані розміри заготовок. Матеріал переважно листова сталь від старих комп'ютерних корпусів, в них застосовувалася сталь товщиною порядку 1 мм, не те що в сучасних: В принципі для верхнього нагрівача підійде і 0,3-0,5 мм, а для нижнього бажано товстіший, т.к. плитка штука не легке. В якості сполучної ланки використані гвинти і гайки M3 c шайбами. Штатив виконаний з двох сталевих рейок знятих зі старого матричного принтера (напрямні блоку голівки).
Блок керування виконаний на МК ATmega16, тактируемого від внутрішнього RC-генератора частотою порядку 8 МГц. Як індикатор в схемі застосований широко поширений двох рядковий ЖК-модуль з контролером HD44780 (і сумісними). Розглянемо принципову схему:
http://radiokot.ru/lab/controller/56/02_tn.gif
Схема складається з блоку підсилювачів термопар, МК з дисплеєм, клавіатурою і звуковим сигналізатором, схеми детектора нуля, силової частини і блоку живлення. Блок підсилювачів зібраний на ОУ DA1 і DA2, замість LM358 допускається використовувати LM2904. Далі сигнали надходять на АЦП МК.
МК має типову обв'язку у вигляді клавіатури і дисплея. LC-ланцюжок L1 C11 живить внутрішню схему АЦП МК. Резистором R35 встановлюється контрастність дисплея. На платі виведені сигнали для внутрисхемного програмування (ISP). До МК так само підключений пьезокристаллических звуковий випромінювач BQ1. Невелика примітка з приводу підключення дисплея, в залежності від виробника в дисплеях можуть бути змінені місцями контакти 1 і 2 (харчування) і ще можливо знадобиться встановити гасящий резистор в ланцюзі підсвічування (висновок 15 дисплея).
Схема детектора нуля має два варіанти, що б, так сказати, полегшити повторюваність. Вибір варіанту залежить від застосовуваного вами блоку живлення, якщо блок живлення трансформаторний, то простіше використовувати схему виділену пунктиром, а при використанні імпульсного БП доведеться збирати схему на оптопаре U1. У моєму блоці управління застосований трансформаторний БП.
Блок живлення. Можна застосувати як імпульсний БП з вихідними напругами +5 В і 12В, так і трансформаторний з інтегральними стабілізаторами 7805 і 7812, включених за типовою схемою. В трансформаторному БП робиться доробка у вигляді додаткового діода (VD6) відразу після діодного моста і перед фільтруючим конденсатором (див. Схему обведений пунктиром). Блок живлення повинен забезпечувати струм порядку 1А по обом каналам.
Силова частина складається з двох однакових каналів на сімісторов VS1 і VS2. Мається два варіанти управління ними, це через оптосімістори (схема показана пунктиром) і через імпульсні трансформатори (їх параметри вказані на схемі). Терморегулятори сімісторов так же показана на схемі. Допускається застосування сімісторов імпортного виробництва. Сімістори необхідно встановлювати на радіатори т.к. виділяється потужність становить приблизно 5-10 Вт Неонова лампа HL1 встановлюється поза блоком управління поближче до нижнього нагревателю (в корпусі установки) і сигналізує про включення нижнього підігріву. Для роботи з оптосімісторамі або трансформаторами прошивки розрізняти.
Так само до силової частини можна віднести схему управління вентилятором, на фото вище цього вентилятора не видно, він виконаний у вигляді окремого "фена" і призначений для охолодження місця пайки, це дозволяє зробити пайку більш якісною.
У даній схемі застосовується метод "беспомехового" регулювання потужності, тобто шляхом "пропускання" напівперіодів мережевої напруги, кількість пропускаються полупериодов визначає потужність. Даний метод хороший тим, що він не дає імпульсних перешкод на електромережу, але при роботі з лампами розжарювання є недолік - це мерехтіння. В принципі це не критично і роботі не заважає.
У програмі для автоматичного регулювання температури використовується алгоритм ПІД-регулятора.
Трохи фотографій мого варіанту блоку управління:
http://radiokot.ru/lab/controller/56/03.jpg
http://radiokot.ru/lab/controller/56/04.jpg
До речі, на фотографіях друкованої плати присутній кварцовий резонатор, і розводка дещо відрізняється, пов'язано це з тим, що це перший варіант і в ньому присутня порт RS-232 для з'єднання з комп'ютером. Він був потрібний для налагодження програми в процес її написання. Для роботи самої програми точність тактового генератора непотрібен, т.к. для відліку часу (секунд) використовується частота мережевої напруги, чого цілком достатньо.
Дивлячись на схему і програму, можна подумати, що вона ще на стадії розробки, що не далеко від істини, справа в тому що замислювалося більше ніж реально зроблено, але як показала практика поточних функцій вистачає для багатьох завдань і що б зрозуміти чого б ще такого доробити, потрібен якийсь час поексплуатувати пристрій: Так само я сподіваюся на Вас шановний читачу, що ви підкажете, яким чином можна поліпшити функціональність і зручність роботи з цим інструментом.
Кілька фото того що вийшло:
http://radiokot.ru/lab/controller/56/05.jpg
http://radiokot.ru/lab/controller/56/06.jpg
http://radiokot.ru/lab/controller/56/07.jpg
Блок живлення, оптосімістори і вихідні сімістори розташовуються окремо. Спочатку на основній платі присутні транзистори VT1 і VT2, тепер їх немає т.к. вдалося дістати оптосімістори. Рішення з імпульсними трансформаторами вважаю не надто надійним і красивим, т.к. є деякі складнощі в їх намотуванні - потрібна хороша ізоляція первинної та вторинної обмоток, а кільця мають межу по кількості намотаного на них ізолятора. Але якщо дістати оптосісмістори не вдається, завжди є варіант з трансформаторами.
УВАГА: При монтажі вихідних сімісторов і їх радіаторів (особливо застосовуючи болтові TC122, які мають електричний контакт з радіатором) пам'ятайте, що вони знаходяться під високою напругою і їх потрібно розташовувати, так що б вони ГАРАНТОВАНО, не могли замкнути на корпус (якщо він металевий ) та інші провідники схеми. Проводи силових ланцюгів повинні бути розраховані на струм порядку 10А.
В моєму випадку в корпусі блоку управління встановлений вентилятор, в принципі на практиці нагрів семісторів не такий сильний, як мені здавалося при розробці, але все ж рекомендую встановити, при тривалій роботі можливий перегрів.
http://radiokot.ru/lab/controller/56/08.jpg
На фото відбувається пропайка відеочипа комп'ютерної відеокарти (часта їх несправність полягає в пошкодженні пайки через перегрів), фольга використовується для обмеження площі впливу верхнього нагрівача.
Для з'єднання нагрівачів з блоком управління у мене використовуються дроти від старих прасок, вони в даному випадку підходять найкращим чином, тому що мають підходяще перетин провідників і термостойкую ізоляцію.
У конструкції застосовуються термопари K-типу від недорогих мультиметров, вдалося дістати окремо невелику кількість у продавців таких мультиметров, т.к. прилади виявилися бракованими. Термопари при роботі розташовуються в зоні пайки і повинні притискатися до плати, для нижнього нагрівача знизу, для верхнього безпосередньо в зоні пайки. Притиск забезпечується дуже легко, це пов'язано з тим, що дроти термопар, як правило, гнучкі і в теж час досить пружні.
Тепер про процес складання блоку управління. Після монтажу всіх елементів на платі (включаючи МК) ретельно перевіряється якість монтажу. Потім можна перейти до прошивці МК, для цього краще і безпечніше використовувати лабораторний (не штатний джерело живлення) або живити від комп'ютера через програматор. Для прошивки я використовую програматор PonyProg (http://www.lancos.com/prog.html). Нагадаю, що при роботі з PonyProg спочатку потрібно відкалібрувати програму, потім прочитати (!) Фьюз, завантажити прошивку (HEX), завантажити дані для EEPROM (EEP) (для цього у вікні провідника міняємо тип файлу), прошити (Write Device), знову відкрити вкладку з фьюз, встановити їх (як саме см. нижче), записати. Для вдалої прошивки МК раджу слідувати цій послідовності.
BootLock12 = 1 (галки немає)
BootLock11 = 1 (галки немає)
BootLock02 = 1 (галки немає)
BootLock01 = 1 (галки немає)
Lock2 = 0 (галка є)
Lock1 = 0 (галка є)

OCDEN = 1 (галки немає)
JTAGEN = 1 (галки немає)
SPIEN = 0 (галка є)
CKOPT = 1 (галки немає)
EESAVE = 1 (галки немає)
BOOTSZ1 = 1 (галки немає)
BOOTSZ0 = 1 (галки немає)
BOOTRST = 1 (галки немає)

BODLEVEL = 0 (галка є)
BODEN = 0 (галка є)
SUT1 = 0 (галка є)
SUT0 = 0 (галка є)
CKSEL3 = 0 (галка є)
CKSEL2 = 1 (галки немає)
CKSEL1 = 0 (галка є)
CKSEL0 = 0 (галка є)

Далі, перевіряємо працездатність подачею живлення, на дисплеї повинно відобразитися вітання (з коротким звуковим сигналом) і потім з'явитися повідомлення про помилку. Це нормально, так і має бути. Далі дотримуйтеся Інструкції з налаштування та експлуатації паяльної станції (знаходиться у додатку).
Детально про збірку мого варіанту можна прочитати в Інструкції по збірці установки, але це лише один з багатьох варіантів, і далеко не самий ідеальний, тому має лише рекомендаційний характер. Наприклад, простіше і швидше для нижнього підігріву використовувати готовий галогеновий прожектор, він звичайно має більш малу площу, але за то нічого майструвати не потрібно. Або навпаки використовувати зверху і знизу кварцові ІК випромінювачі з високою ефективністю, але з ними вже складніше.
Ще одне важливе зауваження, при роботі з галогеновими лампами пам'ятаєте, що їх не можна включати зі слідами жиру на колбі (від цього вони можуть розплавитися або вибухнути), тому перед включенням ретельно знежирюємо бензином або ацетоном. І ще при роботі дуже рекомендую обзавестися хорошими очками від сонця, вони вам дуже знадобляться! Удачі!

файли:
Друкована плата в форматі SL 4.0.
Прошивка МК з ісходником.
Інструкція по зборці (~ 5Мб).
Інструкція з налаштування.
Питання складаємо тут.http://www.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?t=36005