Самодельная инфракрасная паяльная станция. Бюджетный ремонт ноутбука своими руками. Инфракрасная паяльная станция с МК-управлением. Строим! Нихром для паяльной станции ик
Рано или поздно перед радиомехаником, занимающимся ремонтом современной электронной техники встаёт вопрос покупки инфракрасной паяльной станции. Необходимость назрела в связи с тем что современные элементы массово “откидывают копыта” короче говоря, производители как и мелочевки так и больших интегральных схем отказываются от гибких выводов в пользу пятачков. Процесс этот идёт уже достаточно давно.
Такие корпуса микросхем называются BGA – Ball grid array, проще говоря – массив шариков. Такие микросхемы монтируются и демонтируются бесконтактным способом пайки.
Раньше, для не особо крупных микросхем можно было обходиться термовоздушной паяльной станцией. А вот крупные графические контроллеры GPU термовоздушкой уже не снимешь и не посадишь. Разве что прогреть, но прогрев длительного результата не даёт.
В общем, ближе к теме.. Готовые профессиональные инфракрасные станции имеют запредельные цены, а недорогие 1000 – 2000 зелёных недостаточный функционал, короче допиливать всё равно придётся. Лично по мне, инфракрасная паяльная станция – это тот инструмент, который можно собрать самому и под свои нужды. Да, не спорю, есть затраты по времени. Но если подойти к сборке ИК станции методично, то будет и необходимый результат и творческая удовлетворённость. Итак, я для себя наметил, что буду работать с платами размером 250х250 мм. Для пайки телевизионных Main и компьютерных видеоадаптеров, возможно планшетных ПК.
Итак, начал я с нечистого листа и дверцы от старой антресоли, прикрутив к этому будущему основанию 4 ножки от древней пишущей машинки.
Основа при помощи приблизительных расчётов получилась 400х390 мм. Дальше необходимо было примерно рассчитать компоновку исходя из размеров нагревателей, ПИД-регуляторов. Таким нехитрым “фломастерным” способом я определил высоту своей будущей инфракрасной паяльной станции и угол скоса передней панели:
Далее уже берёмся за скелет. Тут всё просто – изгибаем алюминиевые уголки согласно конструкции нашей будущей паяльной станции, закрепляем, связываем. Идём в гараж и с головой закапываемся в корпуса от DVD и видиков. Хорошо делаю, что не выбрасываю – знаю, что пригодятся. Глядишь, дом из них построю:) Вон из пивных банок строят, из пробок и даже палочек от мороженого!
Короче говоря, на облицовку лучше не придумаешь, чем крышки от аппаратуры. Листовой металл стоит не дёшево.
Бежим по магазинам в поисках антипригарного противня. Противень необходимо подобрать согласно размерам ИК-излучателей и их количеству. Я ходил по магазинам с небольшой рулеткой и измерял стороны дна и глубину. На вопросы продавцов типа – “Зачем вам пироги строго заданных размеров?” Отвечал, что неподходящие размеры пирога нарушают общую гармонию восприятия, что не соответствует моим моральным и этическим принципам.
Урааа! Первая посылочка, а в ней особо важные запчастюлины: ПИД-ы (страшное слово-то какое) Расшифровка тоже не простая: Пропорционально-Интегрально-Дифференциальный регулятор. В общем, разбираемся с их настройкой и работой.
Далее жестянка. Здесь как раз и пришлось попотеть с крышками от DVD-юков дабы всё получилось ровно и солидно, для себя делаем. После подгонки всех стенок необходимо вырезать нужные отверстия под ПИД-ы на передней, под кулер на задней стенке и в покраску – в гараж. В итоге – промежуточный вариант нашей ИК паяльной станции стал выглядеть таким образом:
После тестирования регулятора REX C-100 предназначенного для преднагрева (нижнего нагревателя) выяснилось, что он не совсем подходит для моей конструкции паяльной станции, потому как не рассчитан на работу с твердотельными реле, которыми он и должен управлять. Пришлось его доработать под свою концепцию.
Урааа! Пришла посылка из Китая. Теперь в ней уже было самое основное богатство для постройки нашей инфракрасной паяльной станции. А именно – это 3 нижних ИК излучателя 60х240 мм, верхний 80х80 мм. и пара твердотельных реле на 40А Можно было и на 25 ампер взять, но всегда стараюсь всё сделать с запасом, да и ценой они не сильно отличались..
Глаза боятся, а руки делают. Стараюсь не забывать эту старую истину, также как и про курицу, та что по зёрнышку…Что имеем в итоге – После установки излучателей в противень, установки твердотелок на радиатор, обдуваемый кулером и соединении всего, получилось уже что-то более-менее похожее на инфракрасную паяльную станцию.
Когда дело с преднагревом начало подходить к концу и были сделаны первые тесты на нагрев, удержание температуры и гистерезис, можно было смело приступать к верхнему инфракрасному излучателю. Работы с ним оказалось больше, чем я предполагал изначально. Было рассмотрено несколько конструктивных решений, но всё же более удачным на практике оказался последний вариант, который я и воплотил.
Сделать столик для удержания платы – очередная задача, требующая нагрева черепной коробки. Необходимо чтобы выполнялось несколько условий – равномерное удержание печатной платы, чтобы плата при нагреве не прогибалась. Кроме этого была возможность сдвигать влево-вправо уже зажатую плату. Зажим платы должен быть, как и крепкий, так и давать небольшую слабину, так как плата при нагреве расширяется. Ну и так же у столика должна быть возможность закрепить платы разных размеров. Не до конца еще доделанный столик: (нет прищепок для платы)
Вот и настало время тестов, отладок, подгонки термопрофилей под разные виды микросхем, и паяльных сплавов. За осень 2014 было восстановлено приличное количество компьютерных видеокарт и телевизионных Main-board
Не смотря на то, что паяльная станция кажется завершённой и прекрасно себя зарекомендовала, на самом деле не хватает еще нескольких важных вещей: Во-первых это лампа, ну или фонарик на гибкой ножке, Во-вторых обдув платы после пайки, в-третьих я хотел изначально сделать селектор для нижних нагревателей..
Конечно же, я написал не всё что хотел, потому как, при сборке было много мелочей, проблем и тупиков. Но зато я записал на видео весь процесс конструирования и теперь это полноценный обучающий видеокурс:
Радиолюбителям рано или поздно приходится сталкиваться с пайкой элементов посредством массива шариков. BGA способ пайки используется повсеместно в массовых производствах различной техники. Для монтажа используется инфракрасный паяльник, который производит соединение деталей бесконтактным способом. Готовые модификации стоят дорого, а более дешевые аналоги не обладают достаточным функционалом, поэтому возможно изготовить паяльник в домашних условиях.
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.
Профессиональное оборудование стоит достаточно дорого, более дешевые аналоги не обладают достаточным функционалом. Для экономии средств, выполнения нужных операций с BGA контроллерами, возможно изготовить инфракрасную паяльную станцию своими руками. Сборка возможна из доступных на рынке и подручных материалов. Конструкция представляет собой изготовленный из старого светильника термостол, оснащенный лампами галогенового типа. Контроллер и верхний нагреватель приобретается на рынке или собирается из старых запасных частей.
Термостол потребует наличие отражателей, галогеновых ламп, размещенных в корпусе из профиля или листового металла. При изготовлении инфракрасной паяльной станции своими руками, стоит придерживаться чертежей, которые возможно разработать самостоятельно или позаимствовать у других исполнителей. Обязательно корпус снабжается местом для термопары, которая передает информацию на контролер для предотвращения резких перепадов температуры, избыточного нагрева материала.
Сборка ИК паяльной станции подразумевает самодельные конструкции в виде крепежа из штатива. Контроль температуры нагревательного узла производится второй термопарой. Устанавливается параллельно с нагревателем, штатив закрепляется на панели таким способом, чтобы ИК элемент можно было перемещать над поверхностью термостола. Расположение платы производится выше галогеновых ламп на 2-3 см, в корпусе термостола. Крепление производится кронштейнами, для изготовления возможно использовать ненужный алюминиевый профиль.
Изготовление паяльной лампы своими руками в первую очередь потребует корпус. Для охлаждения системы требуется монтаж одного мощного или нескольких кулеров, материал желательно выбрать из оцинкованной стали. После полной сборки производится наладка системы путем запуска схемы, отладки устройства.
Нижний подогрев может быть изготовлен несколькими способами, но гораздо лучшим вариантом является использование галогеновых ламп. Рациональным решением является установка своими руками ламп суммарной мощностью от 1 кВт. По бокам конструкции устанавливаются порожки, которые зафиксируют плату. Установка материалов для пайки производится на швеллер, для более мелких деталей используются подложки или прищепки.
Известно, что верхний нагреватель подходящего качества невозможно изготовить своими руками. Для достижения наилучшего результата в процессе ИК пайки, необходимо воспользоваться керамическими нагревательными элементами. Для и нфракрасной паяльной станции, изготовленной своими руками оптимальным вариантом является использование нагревателя ELSTEIN. Производитель показывает наилучшие результаты, спектр излучения идеально подходит для замены BGA плат, других деталей. Не рекомендуется экономить на покупке верхнего нагревателя — обогревателя при сборке паяльной станции своими руками, т.к. при работе некачественным инструментом возможно повреждение платы или собранной конструкции.
Конструкция для верхнего подогрева возможна из самодельной станины. Достаточно иметь регулировку по высоте и широте для комфортной работы на инфракрасной паяльной станции, изготовленной своими руками. К штативу крепится термопара для контроля температуры.
Корпус контроллера подбирается по размерам в соответствие с устанавливаемыми деталями. Подходящим вариантом может оказаться кусок листового метала, который без труда возможно отрезать ножницами по металлу. Размещается в блоке управления также вентиляторы, различные кнопки, а также дисплей и сам контроллер. В роли контроллера выступает Arduino, функциональность вполне достаточна для выполнения пайки BGA схем своими руками.
Детали для самодельного прибора
Перед сборкой любого оборудования своими руками, необходимо подготовить материалы и инструменты. Для инфракрасного паяльника понадобятся:
- Комплект галогеновых ламп, количество которых зависит от формы будущего нижнего нагревателя паяльной станции, оптимальное количество подбирается в диапазоне от 4 до 6 штук.
- Керамическая инфракрасная головка мощностью не менее 400 ватт для верхнего нагревателя.
- Шланг от душевой лейки для проводов, алюминиевые уголки.
- Стальная проволока, крепежный элемент от старого фотоаппарата или настольной лампы для изготовления штатива.
- Контроллер Arduino, 2 реле и термопары, а также блок питания выходом 5 вольт, который можно изготовить от зарядного устройства мобильного телефона.
- Винты, разъемы и дополнительные периферии.
В процессе сборки понадобятся чертежи, разобрать которые помогут элементарные знания в электронике.
Применение и устройство
Инфракрасный паяльник используется в основном при условиях отсутствия доступа к заменяемым компонентам. Применяется при замене мелких деталей, основным достоинством является отсутствие нагаров и прочих отложений, как при работе обычным паяльником, а также малая возможность повредить соседние элементы. Для домашнего использования возможно изготовить паяльник своими руками, используя прикуриватель от автомобиля.
Работа устройства происходит при питании 12 вольт, такое напряжения возможно получить путем использования преобразователя или не нужного блока питания для компьютера.
Изготовление
Перед сборкой паяльной станции, извлекается из корпуса прикуривателя нагревательный элемент. К контактам питания присоединяются провода питания, к центральному проводу возможно подвести медный провод с изоляцией. Сделать паяльник не составит большого труда, достаточно изолировать соединение на расстоянии от нагревательного элемента, возможно использовать термоусадочную трубку.
Корпус производится из тугоплавкого материала. Возможно воспользоваться нерабочим паяльником или приобрести кусок стали. Необходимо следить за отсутствием соприкосновения проводов. Важно понимать, что подобного рода устройство используется при незначимых работах, так как температурные пороги, другие параметры не контролируются.
С появлением микропроцессорной техники возникла необходимость при ремонте сталкиваться с перепайкой BGA микросхем, что привычными методами сделать или крайне сложно, или, чаще, невозможно. Даже фен не всегда поможет справиться с поставленной задачей. Именно поэтому изготовление инфракрасной паяльной станции своими руками будет наилучшей альтернативой и порой единственным актуальным решением.
ИК станция для пайки
Микросхемы BGA (Ball grid array) присутствуют практически в любом современном «умном» устройстве: телефоны, компьютеры, телевизоры, принтеры. В процессе эксплуатации они могут выходить из строя, что требует замены неисправной части на новую. Но такую процедуру осуществить без специального оборудования - задача крайне сложная.
Проблема заключается в том, что производители изобретают всё новые и новые методы для монтажа электронных деталей. И обычный паяльник или фен не всегда смогут помочь в решении такой проблемы. Ведь контактные шарики способствуют высокой теплоотдаче на плату, в результате чего они не могут расплавиться.
Если пытаться поднять температуру до необходимой для их плавления, то появляется риск перегреть микросхему, в результате чего она может выйти из строя. Вследствие перегрева не исключена и возможность повреждения близлежащих деталей. Особенно если их корпусы выполнены из легкоплавких материалов.
Отличным решением может выступить инфракрасная станция. Она позволяет производить замену даже крупных GPU контроллеров. А с широким распространением компьютеров, ноутбуков, материнских плат, видеоадаптеров и другой сложной техники такие работы при ремонте выполняются достаточно часто. И если раньше для замены крупных микросхем можно было использовать термовоздушные станции, то сейчас, когда производители используют бесконтактные методы пайки, единственным оптимальным решением является ИК станция, способная качественно справиться с заменой любой микропроцессорной детали.
Принцип действия
Основными проблемами при перепайке микросхем и контроллеров является или недогрев до температуры плавления контактного материала, или перегрев заменяемой части и её выход из строя.
Так пришла идея нагревать до температуры 100–150 градусов Цельсия непосредственно саму плату. После чего уже производить пайку деталей. Это позволяет качественно снизить теплоотток на текстолит платы, что даёт возможность понижать и «верхние» температуры. А значит, и сама деталь будет меньше подвергаться перегреву.
Производить нагрев можно и термофеном, но использовать инфракрасный паяльник предпочтительнее. Ведь ИК станция позволяет делать это контролируемо, то есть следить и поддерживать «низ» и «верх» температур или использовать рекомендуемый термопрофиль пайки.
Конструктивные особенности
Любые ИК паяльные станции состоят из трёх основных частей. Выглядит всё довольно просто, хотя каждая из них является самостоятельным сложным механизмом, объединённым с общей установкой. Так, любая станция включает в себя:
В зависимости от модели и производителя, ИК паяльники могут отличаться лишь техническими характеристиками. Одни делают работу проще, другие, напротив, требуют от пользователя дополнительного внимания и трудозатрат.
Влияет это и на стоимость оборудования. Поэтому, выбирая станцию требуется обращать внимание не только на цену, но и на технические данные, чтобы не переплачивать за ненужный функционал.
Изготовление своими руками
Производствам или лицам, занимающимся ремонтом сложной электронной аппаратуры, вполне можно приобрести для работы заводскую паяльную ИК станцию. А вот любителям или тем, кому такая установка нужна изредка, можно создать её своими руками. И в пользу этого, в первую очередь, говорит цена. Даже приборы китайского производства имеют стоимость от 1 тыс. долларов. Качественные же модели европейских марок от 2 тыс. долларов и выше. Позволить себе столь дорогое удовольствие сможет далеко не каждый.
Касательно самодельной инфракрасной паяльной станции всё выглядит значительно оптимистичнее. По средним расчётам, такой аналог ИК паяльника обойдётся в пределах 80 долларов, что выглядит несравнимо более приемлемо цен на заводские приборы.
Любой человек, занимающийся ремонтом сложной техники, имеет достаточно знаний, чтобы придумать и сконструировать ИК станцию самостоятельно. В связи с этим электронная часть, внешний вид и некоторые возможности могут отличаться. А вот основная конструкция останется в любой модели одинаковой . Именно поэтому не существует единой идеальной схемы, которую можно привести в качестве единственного верного решения. Но для того чтобы понять сам принцип создания ИК паяльника, подойдёт любая модель. А уже основываясь на личных знаниях и предпочтениях, можно убрать или добавить те или иные части.
Первый вариант
В этом варианте будет использоваться двухканальный контроллер.
- Первый канал задействован для платинового терморезистора Pt 100 или обычной термопары.
- Второй канал будет использоваться исключительно термопарой. Каналы контроллера могут работать в автоматическом или ручном режиме.
Температура может поддерживаться в пределах от 10 до 255 градусов Цельсия. Термопары или датчик и термопара посредством обратной связи контролируют эти параметры в автоматическом режиме. В ручном режиме будет регулироваться мощность на каждом из каналов от 0 до 99 процентов.
Память контроллера
будет содержать 14 различных термопрофилей для работы с BGA микросхемами. Семь из них предназначены для свинецсодержащих сплавов, а другие семь для припоя без содержания свинца.
В случае со слабыми нагревателями верхний может не успевать за термопрофилем. В таком случае контроллер поставит выполнение на паузу и будет дожидаться, пока наберётся необходимая температура.
Также контроллер очень удобно выполняет термопрофиль на основании температуры преднагрева всей платы. Если по той или иной причине снять чип не получилось, то можно повторно запустить его с более высокой температурой.
Силовой блок, изображённый на схеме, имеет транзисторный ключ для верхнего нагрева и семисторный для нижнего. Хотя приемлемо использование двух транзисторных или симисторных. Участок, отмеченный красным пунктиром, можно не собирать, если рассчитывается использование двух термопар.
Для теплоотвода от ключей можно использовать радиатор с активным охлаждением от любой техники. Главное, чтобы он подходил под конструкцию моделируемого аппарата. Нижний нагреватель будет состоять из девяти галогеновых ламп номиналом 1500 Вт 220–240в R7S 254 мм. Должно получиться три части по три лампы, соединённых последовательно. Провода лучше использовать высокотемпературные силиконовые на 220 вольт.
Корпус собирается из стеклотекстолита
или любого другого похожего материала и усиливается алюминиевыми уголками. А также придётся купить и вакуумный насос. Для более эстетичного внешнего вида можно использовать ИК стекло на нижней панели. Но здесь существует сразу несколько отрицательных моментов: слишком медленный нагрев и остывание, и вся конструкция в процессе работы чересчур нагревается. Хотя наличие стекла не только делает прибор более привлекательным, но и удобным, так как платы можно класть прямо на него.
Стойка выполняется из алюминиевого швеллера для стоек. Подготавливаются вакуумный пинцет и трубка для него, термопара и стойки. Верхний нагреватель рекомендуется сделать из ELSTEIN SHTS/100 800W. Когда все детали готовы, их нужно разместить в корпусе и можно переходить к настройке.
Нагреватели устанавливаются на расстоянии 5–6 сантиметров от плат. Если температурный выбег больше трёх градусов, то стоит понизить мощность верхнего нагревателя.
Второе решение
В качестве второго варианта можно предложить конструкцию, отличающуюся лишь внутренними составляющими. И сначала стоит подготовить все необходимые комплектующие:
Главное, сразу определиться с видом корпуса. Естественно, что много зависит от наличия подходящего материала. Поэтому именно от этого стоит отталкиваться, когда приходит время располагать комплектующие внутри.
Теперь нужно взять галогеновый обогреватель. Возможно получится найти уже старый, так как его необходимо разобрать и извлечь рефлекторы и галогеновые лампы. Сами лампы разбирать не нужно. Теперь всё это потребуется поместить в заготовленный корпус. Используется всего 4 лампы по 450 ватт, подключаемых параллельно. Провода предпочтительнее использовать те же, которыми они уже были подключены. Если по каким-либо причинам использовать их возможности нет, то придётся купить дополнительно термостойкие.
Сразу придётся подумать и о системе удержания плат. Конкретные рекомендации давать здесь сложно. Ведь всё зависит от корпуса. Но хорошо бы использовать алюминиевые профили, в которые не жёстко вставляются болты с гайками таким образом, чтобы впоследствии можно было ими зажимать печатные платы и, одновременно, была возможность регулировки под разные размеры плат. Термопары, контролирующие заданную температурную схему в нижнем нагревателе, лучше пропустить в душевой шланг. Это даст подвижность и удобство в процессе работы и монтажа.
Роль верхнего нагревателя будет исполнять керамический мощностью 450 ватт. Такой можно купить как запчасть для ИК станций. Здесь же нужно позаботиться и о корпусе, так как именно он обеспечивает правильный и качественный нагрев. Сделать его можно из тонкого листового железа, согнув нужным образом, в зависимости от формы и размера нагревателя.
Теперь нужно подумать и о креплении верхнего нагревателя. Так как он должен быть подвижным, причём перемещаться не только вверх или вниз, но и под разными углами. Отлично подойдёт стойка от настольной лампы. Закрепить её можно любым удобным способом.
Пришло время заняться контроллером. Для него тоже понадобиться отдельный корпус. Если есть подходящий уже готовый, то можно использовать его. В противном случае придётся его сделать самостоятельно всё из того же тонкого металла. Твердотельные реле нуждаются в охлаждении, поэтому стоит установить к ним радиатор и вентилятор.
Так как автоматической настройки в контроллере нет, то значения P, I и D придётся вводить вручную. Здесь есть четыре профиля, для каждого отдельно устанавливается количество шагов, скорость роста температуры, время и шаг ожидания, нижний порог, целевая температура и значения для верхнего и нижнего нагревателя.
Инфракрасная паяльная станция - это устройство для пайки микросхем в корпусе BGA. Если прочитанное ничего вам не говорит, вряд-ли вам стоит заходить под кат. Там ардуины, графики, программирование, амперметры, саморезы и синяя изолента.
Предыстория первая.
Моя профессиональная деятельность некоторым образом связана с электроникой. Поэтому родственники и знакомые постоянно норовят притащить мне какую-нибудь не совсем исправную электронную штуку со словами «ну посмотри, может тут какой проводок отпаялся».
В тот раз такой штукой оказался 17" ноутбук eMachines G630. При нажатии на кнопку питания зажигался индикатор, шумел вентилятор, но дисплей был безжизненным, не было звуковых сигналов и активности жесткого диска. Вскрытие показало, что ноутбук построен на платформе AMD, а северный мост имеет маркировку 216-0752001. Беглое гугление показало, что у чипа весьма плохая репутация в части надежности, зато проблемы с ним легко диагностируются. Нужно лишь его прогреть. Выставил на паяльном фене 400 градусов и подул на чип секунд 20. Ноутбук запустился и показал картинку.
Диагноз поставлен. Казалось бы, дело за малым - перепаять чип. Вот тут меня ожидало первое откровение. После обзвона сервис-центров выяснилось, что минимальная сумма, за которую в Минске можно поменять чип - 80 долларов. 40 долларов за чип и 40 долларов за работу. Для ноутбука общей стоимостью хорошо если 150 долларов это было весьма не бюджетно. Дружественный сервис по знакомству предложил перепаять чип по себестоимости - за 20 долларов. Итоговый ценник снизился до 60 долларов. Верхняя граница психологически приемлемой цены. Чип был благополучно перепаян, ноутбук собран, отдан и я о нем благополучно забыл.
Предыстория вторая.
Через несколько месяцев после окончания первой предыстории мне позвонил родственник со словами «Ты же любишь разную электронику. Забери ноутбук на запчасти. Бесплатно. Или просто выкину в мусор. Сказали, вроде материнская плата. Отвал чипа. Ремонтировать экономически нецелесообразно». Так я стал обладателем ноутбука Lenovo G555 без жесткого диска, но со всем остальным, включая блок питания. Включение показало те же симптомы, что и в первой предыстории: кулер крутится, лампочки горят, больше признаков жизни нет. Вскрытие показало старого знакомого 216-0752001 со следами манипуляций.
После прогрева чипа ноутбук запустился как ни в чем не бывало, как и в первом случае.
Размышления.
Так я оказался владельцем ноутбука с неисправным северным мостом. Разобрать его на запчасти или попытаться починить? Если второе, то снова паять его на стороне, пусть даже за 60 долларов, а не за 80? Или купить собственную инфракрасную паяльную станцию? А может собрать своими руками? Хватит ли у меня сил и знаний?
После некоторых размышлений было решено попытаться починить, причем починить самостоятельно. Даже если попытка не увенчается успехом, разобрать его на запчасти это никак не помешает. А инфракрасная станция будет полезным подспорьем во многих работах, требующих предварительного подогрева.
Техническое задание.
Изучив цены на готовые промышленные инфракрасные станции (от $1000 до плюс бесконечности), перелопатив кучу топиков на профильных форумах и роликов на Youtube, окончательно сформировал техническое задание:
1. Буду изготавливать собственную паяльную станцию.
2. Бюджет конструкции - не более 80 долларов (две перепайки в сервис-центре без материалов).
Дополнительно в оффлайне были куплены:
Линейные галогенные лампы R7S J254 1500W - 9 шт.
Линейные галогенные лампы R7S J118 500W- 3 шт.
Патроны R7S - 12 шт.
Из хлама в гараже на свет божий были извлечены:
Док-станция от какого-то допотопного лэптопа Compaq - 1 шт.
Штатив от советского фотоувеличителя - 1 шт.
В домашнем складе были найдены силовые и сигнальные провода, Arduino Nano, клемники WAGO.
Нижний нагреватель.
Вооружаемся болгаркой и отрезаем от док-станции все лишнее.
К листу металла прикрепляем патроны.
Соединяем патроны по три штуки последовательно, получившиеся три цепочки в параллель. Устанавливаем лампы, прячем в корпус.
Поиск материала для отражателя занял продолжительное время. Использовать фольгу не хотелось из-за подозрения в ее недолговечности. Использовать более толстый листовой металл не получалось из-за сложностей с его обработкой. Опрос знакомых сотрудников промышленных предприятий и обход пунктов скупки цветмета результатов не дал.
В конце концов удалось найти листовой алюминий чуть толще фольги, идеально подходящий для меня.
Теперь я точно знаю, где такие листы искать - у полиграфистов. Они их крепят к барабанам в своих машинах, то ли для переноса краски, то ли еще для чего-то. Если кто в курсе, расскажите в комментариях.
Нижний нагреватель с установленным отражателем и решеткой. Вместо решетки правильнее использовать , но стоит он совершенно не бюджетно, как и все с наклейкой «Professional».
Светит красивым оранжевым светом. Глаза при этом не выжигает, смотреть на свет можно совершенно спокойно.
Потребляет порядка 2.3 кВт.
Верхний нагреватель
Идея конструкции та же самая. Патроны привернуты саморезами к крышке от компьютерного блока питания. К ней же прикреплен согнутый из алюминиевого листа отражатель. Три пятисотваттные галогенки соединены последовательно.
Тоже светит оранжевым.
Потребляет порядка 250 ватт.
Схема управления
Инфракрасная станция - суть автомат с двумя датчиками (термопара платы и термопара чипа) и двумя исполнительными механизмами (реле нижнего нагревателя и реле верхнего нагревателя).
Было решено, вся логика регулирования мощности нагрева будет реализована на ПК. Arduino будет только мостом между станцией и ПК. Получил с ПК параметры ШИМ-регулирования нагревателей - выставил их - отдал температуру термопар в ПК, и так по кругу.
Arduino ожидает на последовательном порту сообщения типа SETxxx*yyy*, где xxx - мощность верхнего нагревателя в процентах, yyy - мощность нижнего нагревателя в процентах. Если полученное сообщение соответствует шаблону, выставляются ШИМ-коэффициенты для нагревателей и возвращается сообщение OKaaabbbcccddd, где aaa и bbb - установленная мощность верхнего и нижнего нагревателей, ccc и ddd - температура, полученная с верхней и нижней термопары.
«Настоящий» аппаратный ШИМ микроконтроллера с частотой дискретизации несколько килогерц в нашем случае неприменим, так как твердотельное реле не может отключиться в произвольный момент времени, а только при прохождении переменного напряжения через 0. Было решено реализовать собственный алгоритм ШИМ с частотой порядка 5 герц. Лампы при этом полностью гаснуть не успевают, хоть и заметно мерцают. При этом минимальным коэффициентом заполнения, при котором еще есть шансы захватить один период сетевого напряжения, оказывается 10%, чего вполне достаточно.
При написании скетча была поставлена задача отказаться от задания задержек фунцией delay(), так как есть подозрение, что в момент задержек возможна потеря данных с последовательного порта. Алгоритм получился следующий: в бесконечном цикле проверяется наличие данных из последовательного порта и значение счетчиков времени программного ШИМ. Если есть данные из последовательного порта, обрабатываем их, если счетчик времени достиг значений переключения ШИМ, проводим действия по включению-выключению нагревателей.
#include
Приложение для компьютера.
Написано на языке Object Pascal в среде Delphi. Отображает состояние нагревателей, рисует график температуры и имеет встроенный примитивный язык моделирования, больше по философии напоминающий какой-нибудь Verilog, нежели к примеру Pascal. «Программа» состоит из набора пар «условие - действие». К примеру «при достижении нижней термопарой температуры 120 градусов установить мощность нижнего нагревателя 10%, а верхнего - 80%». Таким набором условий реализуется требуемый термопрофиль - скорость нагрева, температура удержания и т. п.
В приложении раз в секунду тикает таймер. По тику таймера функция отправляет в контроллер текущие установки мощности, назад получает текущие значения температур, отрисовывает их в окне параметров и на графике, вызывает процедуру проверки логических состояний, после чего засыпает до следующего тика.
Сборка и пробный запуск.
Схему управления собрал на макетке. Не эстетично, зато дешево, быстро и практично.
Окончательно собранное и готовое к запуску устройство.
Прогон на тестовой плате выявил следующие наблюдения:
1. Мощь нижнего нагревателя невероятна. График температуры тонкой ноутбучной платы свечой взлетает вверх. Даже при 10% мощности плата уверенно греется до требуемых 140-160 градусов.
2. С мощностью верхнего нагревателя похуже. Догреть чип даже до температуры «низ+50 градусов» получается только на 100% мощности. То ли придется впоследствии переделывать, то ли пускай остается как защита от соблазна недогревать низ.
Покупка чипа на Aliexpress.
В продаже есть два вида мостов 216-0752001. Одни заявлены как новые и стоят от 20 долларов за штуку. Другие указаны как «бывшие в употреблении» и стоят 5-10 долларов за штуку.
Среди ремонтников много мнений относительно б/у чипов. От категорически отрицательных («бугага, приходи ко мне, у меня как раз под столом горка бэушных мостов насобиралась после перепайки, я тебе их недорого продам») до осторожно нейтральных («сажаю иногда, вроде нормально работают, возвраты если и бывают, то не намного чаще новых»).
Поскольку ремонт у меня ультрабюждетный, то было решено сажать чип бывший в употреблении. А чтобы перестраховаться на случай дрогнувшей руки или неисправного экземпляра, был найден лот «2 штуки за 14 долларов».
Демонтаж чипа
Устанавливаем плату на нижний подогрев, крепим одну термопару к чипу, вторую к плате подальше от чипа. Для уменьшения теплопотерь накрываем плату фольгой, за исключением окошка под чип. Ставим верхний нагреватель над чипом. Так как чип уже пересаживался, загружаем самостоятельно придуманный профиль для свинцового припоя (нагрев платы до 150 градусов, догрев чипа до 190 градусов).
Все готово для старта.
После достижения платой температуры 150 градусов автоматически включился верхний нагреватель. Внизу под платой видна разогретая нить накаливания нижней галогенки.
В районе 190 градусов чип «поплыл». Поскольку вакуумный пинцет в бюджет не уместился, цепляем его тонкой отверткой и переворачиваем.
График температур в процессе демонтажа:
На графике хорошо виден момент включения верхнего нагревателя, качество стабилизации температуры платы (желтая крупно волнистая линия) и температуры чипа (красная мелкая рябь). Красный длинный «зубец» вниз - падение термопары с чипа после его переворота.
Запаивание нового чипа
Ввиду ответственности процесса было не до фотосъемки и изготовления скриншотов. В принципе все то же самое: проходимся по пятакам паяльником, мажем флюсом, устанавливаем чип, устанавливаем термопары, отрабатываем профиль пайки, легким пошатыванием убеждаемся, что чип «поплыл».
Чип после установки:
Видно, что сел более-менее ровно, цвет не поменялся, текстолит не погнуло. Прогноз на жизнь - благоприятный.
Затаив дыхание включаем:
Да! Материнская плата запустилась. Я перепаял первый в жизни BGA. К тому же с первого раза успешно.
Ориентировочно смета затрат:
Лампа J254: $1.5*9=$13.5
Лампа J118: $1.5*3=$4.5
Патрон r7s: $1.0*12=$12.0
Термопара: $1.5*2=$3.0
MAX6675: $2.5*2=5.0
Реле: $4*2=$8.0
Чипы: $7*2=$14.0
Итого: $60 минус оставшийся запасной чип.
Ноутбук был собран, в него добавлен найденный в столе жесткий диск на 40 гигабайт, установлена операционная система. Для предотвращения в будущем подобных инцидентов с помощью k10stat напряжение питания ядра процессора понижено до 0.9В. Теперь при самом жестком использовании температура процессора не поднимается выше 55 градусов.
Ноутбук был установлен в столовой в качестве фильмотеки для самого младшего члена семьи, который отказывается принимать пищу без любимых мультиков.
В мастерской любого радиолюбителя имеется один, а может и сразу несколько паяльников. Но вот паяльная станция, особенно инфракрасная – для многих лишь мечта.
Дело в том, что это профессиональное оборудование, применяемое для качественной пайки таких сложных элементов, как чипы BGA (от английской аббревиатуры Ball grid array, что в переводе может звучать как "Массив шариков", полный русский аналог – "поверхностно-монтируемые интегральные схемы").
Чтобы было понятнее – картинка.
Рис. 1. Пример чипа BGA
Припаять или даже отпаять такой чип обычным паяльником невозможно. С определенной долей вероятности может помочь паяльный фен, но только для отпайки и только если микросхему можно потом выбросить…
Дело в том, что в данном случае требуется:
1.Нагрев сразу с двух сторон;
2.Равномерное проникновение тепла сквозь тело микросхемы (такое делает возможным ИК-излучение);
3.Точный контроль температуры в процессе работ.
А все это напрямую связано со сложной логикой работы устройства и дорогостоящими нагревателями и датчиками.
Наверное, поэтому готовые ИК паяльные станции стоят от 30 тыс.р. (даже при заказе из Китая).
Даже если собрать все необходимые детали для ИК станции, их совокупная стоимость получится ненамного ниже готового варианта. А значит, если у вас ограниченный бюджет, материал ниже – для вас.
На форумах такое устройство ласково прозвали "прикуяльником", так как оно представляет из себя паяльник с прикуривателем вместо жала.
Выглядит он приблизительно так:
Рис. 2. Инфракрасная паяльная станция из прикуривателя
На самом деле, паяльник используется скорее просто как держатель (внутри уже нет нагревательного элемента, развязка меди и стали сделана специально).
Схема управления нагревателем строится на базе простых и недорогих элементов. Выглядит она так.
Рис. 3. Схема управления нагревателем
Если под рукой нет таймера 555, можно взять серию UC384x. Тогда схема будет иметь следующий вид.
Блок питания +12В можно сделать из трансформатора и диодного моста (самый элементарный, диоды лучше всего смонтировать на радиаторе).
Как видно из схемы – контроля температуры нет.
При таком количестве элементов можно обойтись и без печатной платы. Отлично справится макетная, а при определенной сноровке и наличии свободного пространства в корпусе – подойдет монтаж на весу.
Рис. 5. Монтаж платы
Нижний подогрев должен обеспечивать правильный термопрофиль для припоя. Графики для свинецсодержащих и безсвинцовых припоев приведены ниже.
Рис. 6. Графики для свинецсодержащих и безсвинцовых припоев
Конечно, регулирование температуры и поддержание ее на заданном уровне – сложная задача (в норме требуется термопара, логика обработки данных с нее и т.д.).
Но сделаем простой ход – нагрев будем регулировать обычным димером (от осветительных приборов), а в качестве источника тепла используем готовую галогеновую лампу на 150 Вт.
Температуру можно выставить по внешнему термометру, или "на глаз" (экспериментальным путем).
Рис. 7. Вариант нижнего нагревателя
Здесь в качестве платформы используется старая печатная плата с медной фольгой (чистым текстолитом повернута вверх).
Таким образом, в качестве конечного результата:
1.Подогрев снизу осуществляется галогеновой лампой, включенной в сеть 220В. Ее мощность регулируется димером.
2.Пайка осуществляется с помощью прикуривателя. Его мощность нагрева регулируется переменным резистором (смотри схему).
Процесс выглядит так.
Рис. 8. Процесс пайки
Конечно, для обычных микросхем пайка может осуществляться и без нижнего подогрева.
Можно работать и только с нижней платформой (например, если нужно демонтировать большое количество радиоэлементов сразу), но следует проявлять особую осторожность, так как при излишнем перегреве дорожки могут отслоиться от текстолита.
Такая паяльная станция подойдет только для кратковременной работы в быту.
Другие способы реализации
В сети можно найти много других вариаций на тему создания ИК-станции своими руками, но все они имеют бюджет 10 тыс. р.+, что сводит на нет все усилия.
То есть, если учесть возможность ошибки в процессе монтажа (по неосторожности или по неопытности) или поставки некачественной детали (что случается часто при взаимодействии с зарубежными продавцами), а также другие нюансы, то проще и надежнее приобрести готовое решение.
Дата публикации: 23.02.2018
Мнения читателей
- Юрий
/ 31.10.2018 - 11:26
Попробуйте на эту станцию поставить контроллер типа IR101 http://tehnostation.ru/kontroller/ или IR102 от и получится полноценная паяльная станция с регулируемыми профилями.