Ремонт ноутбуков и видеокарт, реболлинг (демонтаж и монтаж чипа с восстановлением шариков припоя) без инфракрасной паяльной станции, как правило, не обходится. Сервисные центры за такую работу либо не берутся, либо взимают довольно большие деньги за такой ремонт. Между тем подобные поломки – явление довольно частое.
ИК станция заводского исполнения – устройство довольно дорогое, поэтому экономичнее сделать ее своими руками. Инфракрасную паяльную станцию можно сделать за один, максимум два дня, предварительно заказав через интернет и получив по почте комплектующие детали к ней.
Немного теории
При нормальной температуре пик электромагнитного излучения происходит в инфракрасной области. Вещи, которые горят, излучают как более интенсивное, так и более энергичное (более короткое) инфракрасное излучение. Когда становится очень жарко, они начинают светиться красным. Чем они горячее становятся, тем приобретают больше оранжевого и желтого цветов, затем синего.
Многие органические молекулы интенсивно поглощают инфракрасное излучение, это заставляет объект нагреваться. Тепло – это кинетическая энергия поступательного движения атомов и молекул. Излучаемый атомом свет имеет длину волны. В итоге нагретое тело тоже излучает свет, и чем сильнее нагрето тело, тем короче волна излучаемого света.
Для информации. Согласно закону смещения Вина, бывает так, что тепловое излучение объектов вблизи комнатной температуры находится в инфракрасной области. Сюда относятся лампочки и даже люди.
Итак, инфракрасное излучение – это не тепло, и оно (непосредственно) не вызывает тепло. Оно испускается теплом объекта при определенном диапазоне температур.
Зрительные оттенки света обуславливаются длиной волны и ее направленностью, начиная с инфракрасного, потом красного, оранжевого, желтого…. фиолетового и кончая длиной волны ультрафиолетового излучения. И обратно тоже. Облучение тела светом вызывает усиление движения его молекул, любым светом, но инфракрасным, как самым длинноволновым, эффективнее всего.
ИК паяльная станция своими руками – это инфракрасный обогреватель, отдающий тепло в окружающую среду посредством инфракрасного излучения.
Инфракрасная паяльная станция своими руками
Нижний подогрев
Корпус подогрева можно изготовить из старого советского чемодана, сделанного из алюминия, или из системного блока компьютера. Но чемоданчик подойдет лучше, потому что его рабочее положение – горизонтальное. В крайнем случае, можно присмотреть подобный корпус на ближайшей барахолке.
В корпусе необходимо прорезать болгаркой отверстие для керамических нагревателей. Из алюминиевой вырезки сделать подложку для нагревателей с ножками из обычных болтов с гайками. На подложке вся конструкция и будет держаться.
Нижний подогрев состоит из четырех керамических нагревателей, купленных на AliExpress. Цена на них приемлемая, продавец обеспечивает быструю доставку.
Каждый нагреватель (размерами: длина – 24 см, ширина – 6 см) имеет мощность по 600 Вт. Четыре нагревателя составляют нагревательную панель 24х24 см2. Этого достаточно для того, чтобы нагреть материнскую плату компьютера, не говоря уже о материнской плате ноутбука, размеры которой еще меньше. Помещаются на такой подогрев даже большие топовые видеокарты. Для сравнения, у стандартной заводской китайской станции такой подогрев площадью 150х150 см2, при этом стоит она недешево.
Снизу нижнего подогрева каждый нагреватель подключается к клеммной колодке желательно еще советского производства. Колодка сделана из специального материала, который не плавится при высоких температурах. Подключение нагревателей последовательно-параллельное:
- первый и третий соединены последовательно;
- второй и четвертый – тоже последовательно;
- первый и третий со вторым и четвертым – параллельно.
Такая схема применяется для того, чтобы немножко разгрузить проводку. Если подключить все нагреватели параллельно, то итоговая нагрузка будет составлять 2850 Вт:
- нижний подогрев – 600х4=2400 Вт;
- верхний нагреватель при максимальной нагрузке – 450 Вт.
Если в комнате работает еще электротехника (несколько лампочек, компьютер, паяльник, чайник), то защитный автомат на 16 ампер выбьет.
Высчитывается последовательное сопротивление нагрузки по специальной формуле. В итоге нижний подогрев представляет собой нагрузку 1210 Вт. Несложно посчитать, что вся ИК станция будет потреблять 1660 Вт. Для такого оборудования это немного. По времени плата греется нижним подогревом до 100 0 примерно 10 минут.
Сверху, когда выполняется работа, на корпус с нагревателем можно поставить металлическую решетку от холодильника. Но лучше использовать стеклокерамику по размеру корпуса, и сделать удобный термостол для ремонта платы.
Верхний подогрев
Верхний подогрев можно сделать из советского фотоувеличителя УПА-60. Модель подходит для самодельной паяльной станции. Керамический нагреватель размерами 80х8 см идеально крепится к фотоувеличителю. При этом можно регулировать высоту нагревателя и двигатель в любую сторону. Штатив удобно прикрепить к самому столу, а нижний подогрев двигать при необходимости. Размеров нагревателей достаточно, чтобы прогревать большие чипы и сокеты для процессорных разъемов.
Все б/у детали можно купить в интернете через доску объявлений, керамический нагреватель – на AliExpress.
Блок управления
Готовый пластиковый бокс можно приобрести в специальном магазине для самостоятельного изготовления электроники, или сделать корпус из обычного компьютерного блока питания. На панели управления размещают:
- выключатели для нижнего и верхнего подогрева;
- диммер 2 кВт.
Надо отметить, что внутренних проводов в корпусе довольно много, поэтому бокс нужно выбирать немаленьких размеров.
Отверстия для вывода элементов управления на лицевую панель вырезаются электролобзиком со специальной пилочкой по металлу. Обычно это трудностей не вызывает при наличии практики с подобным инструментом.
PID контроллер REX-C100 можно также заказать на AliExpress. В комплекте с ним продавец поставляет твердотельное реле и термопару. То есть контроллер считывает, какой температуры достигает керамический нагреватель. Пока температура не достигнет нужной величины, твердотельное реле находится в открытом состоянии и пропускает электрический ток на керамический нагреватель.
При достижении устройством необходимой температуры срабатывает твердотельное реле и отключает подачу тока на керамический нагреватель. Диммер управляется вручную. Обычно его устанавливают на максимуме, чтобы быстрее подогревался верх.
Тестер
Данный прибор нужен для работы, чтобы считывать информацию о температуре, которая возле чипа. К нему подключена обычная термопара, конец которой ставят возле чипа. На дисплее тестера будет отображена температура непосредственно возле чипа.
Важно! Провод от термопары заматывают термостойким скотчем, потому что оплетка проводов горит при высокой температуре.
В итоге собранная на скорую руку самодельная ИК паяльная станция порядка десяти раз будет дешевле стоить, нежели готовое изделие. Устройство можно дорабатывать и постепенно улучшать.
Работа на практике
Работа устройства будет описана на примере починки платы от ноутбука. Одной из неисправностей платы является поломка видеочипа. Бывает достаточно прогреть его термофеном, и изображение на экране появляется. Скорее всего, в этом случае происходит отвал кристалла от текстолита. Менять чип довольно дорого. Но если прогреть его, то срок службы ноутбука этим можно продлить. На примере такого банального прогрева и может применяться самодельная инфракрасная паяльная станция.
Для начала плату подготавливают к прогреву, снимают детали:
- пленки, потому что они при высокой температуре начинают плавиться;
- процессор;
- память.
Компаунд лучше снимать пинцетом после предварительного подогрева термофеном. Фен ставят при этом на температуру 1800, средний поток воздуха.
Важно! Всю окружающую область вокруг чипа необходимо обклеить фольгой, чтобы не греть элементы платы. На всякий случай следует закрыть и пластиковые разъемы для памяти.
Для информации. Использование флюсов облегчает процесс пайки и предотвращает окисление металла спаиваемых элементов.
Плату в таком виде устанавливают на решетку нижнего подогрева паяльной станции. Возле чипа располагают термопару. Другая термопара находится вблизи с нагревателями, её задача считывать температуру их нагрева. Включают нижний подогрев на блоке управления. На тестере и PID контроллере появляются рабочие параметры.
Когда низ прогреется, нужно дождаться, чтобы температура вокруг чипа была не менее 1000, в зависимости от материала припоя. Если припой бессвинцовый, то желательно прогреть до 1100.
Расстояние между чипом и верхним нагревателем должно быть около 5 см. Центр чипа должен быть строго под центром верхнего нагревателя, потому что максимальная температура идет от центра в стороны. Верхний нагреватель включают, когда температура возле чипа поднимется до 1100. Низ обычно прогревается 10 минут, затем включается верх, который должен нагреться до 2300. На PID контроллере верхнее значение показывает текущую температуру, нижнее – температуру, которую необходимо достичь.
При достижении нужной температуры включают верхний нагреватель, который управляется диммером. Когда температура подойдёт ближе к 2300, мощность диммером нужно уменьшить. Это делается для того, чтобы нагрев слишком быстрый не был. Рекомендуется выдержать минуту при температуре 2300 и затем выключить устройство. Температура пойдет на спад.
согласен.
не согласен. Это не проц начинает паниковать, а программист, который его программил не предусмотрел такую ситуацию. Что мешает программисту учесть такую ситуацию. Мало того, в контроллере от торментор эта функция реализована-CUT.
что мешает забить такую же таблицу в ПО контроллера? Например. Кнопка СТАРТ нажата при Тниз.=100гр. Контроллер проверяет следующее условие: начальная Т шага=20гр., конечная Т шага=180гр, время шага равно 160сек. Значит прирост Т на этом шаге равно 1 гр/сек. Контроллер должен сократить время нагрева на 80 сек. Но так же должен учесть (а вот это условие не учтено в контроллере от торментор), что если прирост Т на этом шаге должно быть равно 1 гр/сек, то несмотря ни на какие другие факторы, а именно время увеличится-уменьшится, он должен греть не БОЛЕЕ и НЕ МЕНЕЕ ЧЕМ 1гр/сек. Тем более что какое то время все равно необходимо хотя бы на разогрев излучателя. Какая бы там мощность не была выставлена на этом шаге. Да и оператору должно быть вобще пофиг с какой мощностью греет в данный момент станция. А знать это контроллер должен из составленных таблиц, к примеру, на такой функции как автонастройка. При первом включении станции или автоматом или по пункту меню запускается автонастройка станции. Можно это оговорить в инструкции. Типа сначала установите плату максимально большую, контроллер прогнал до 100 гр., что в принципе для платы безболезненно, сделал замеры, потом среднюю, затем самую маленькую, вроде МХМ. И все! Контроллер для себя создал таблицу о которой вы пишите "про печи". Далее, на основании этой таблицы, контроллер делает преднагрев и одновременно САМ ОПРЕДЕЛЯЕТ какого размера плата установлена. Определяет он это на реакцию платы к подъему Т от приложенной к ВИ мощности. Если он что то "не вкурил", то пусть подаст сигнал-необходимо провести автонастройку. В результате которой еще одна плата попадет в его таблицу. По времени я не думаю что это критично. Т.к. самодельщики значительно больше тратят времени на настройку своих самоделок.
ЛЮБОЙ контроллер для паялки является именно таким устройством по функционалу, даже от именитых производителей. Что такое димер? Это управление мощностью каким то внешним воздействием. В случае с димером это ручка потенциометра. В случае с паялкой-контроллер. А то что вы написали в конце, я расписал в начале. Некогда не создать паяльную станцию на основе пид и управлению мощностью. Вернее создать можно, но тут нужно очень четкое и глубоко продуманное ПО.
Продолжение для Krievs
. В случае с многоступенчатыми димерами этим ПО является оператор, котрый следит за процессом и в случае "что то пошло не так" принимает то или иное решение. Единственный плюс такого решения - дешевизна. Как правильно написал Andy52280
, в этом случае все идет "на выпуклый морской глаз".
В продолжении скажу что maxlabt
нашел максимально оптимальное решение для самодельных станций. Вернее не он нашел, а он максимально (ник помог) глубоко изучил теорию и на практике выбрал из всех зол меньшее. И главное что он поделился со всеми своими изысканиями. За что ему большое спасибо. Овен 151 на самом деле стоит ровно столько на сколько он может быть применен, ну может чуть дороже Он то же из-за своей универсальности не совсем подходит к нашим условиям. Достаточно вспомнить как maxlabt
помогал одному челу на ромбае настраивать печь почти в онлайне. Голивуд блин. Открываешь ветку, прочитал последние сообщения и удивляешься, а где продолжение этого увлекательного сериала? Так что несмотря на все уважение к maxlabt
для себя я понял, что Овен не ИДЕАЛЬНОЕ решение. Оптимальное-ДА, но не идеальное. Поэтому на Овен я тратиться не готов, несмотря на его стоимость. Хотя и стоит то он не так дорого. Если сравнить его стоимость с ценами на ремонт ноутбуков, а конкретно, когда за замену моста берут от 80 баксов и выше, не считая стоимости самого моста, то стоимость Овена в 200 с небольшим баксов уже не кажется такой уж большой.
Лучше тогда уж термопро купить. Но это не мой уровень. Не нужен он мне. Мне гораздо интереснее получить конфетку из того что имею на текущий момент. А уж с какой начинкой будет эта конфетка зависит от моих знаний, опыта и степени кривизны рук. Всем удачи в нашем нелегком деле!
Паяльник — это хорошо. Хорошо для DIP деталей, ну для тех для которых сверлят отверстия в платах. Спору нет, паяльник отлично подходит и для SMD компонентов, но для этого необходимо иметь черный пояс в этой дисциплине. А вот как, раз в год выпаять, а потом запаять многоногую smd микросхему без особых навыков и оборудования? Ну тогда читаем дальше…
Меня всегда пугали многоногие smd микросхемы, в части монтажа, а не внешностью, в корпусах QFP и разные SO-шки, про BGA даже заикаться не буду. Был однажды неудачный опыт, делал , и заложил в конструкцию контроллер в корпусе SO. В процессе отладки что-то пошло не так и мне пришлось его перепаивать. Первый демонтаж плата и контроллер условно выдержали, а вот после второго, плата и контроллер отправились в мусорный бак. В итоге поставил микросхему в dip корпусе и мои мучения закончились. Это все к чему, шарясь как-то по интернету, случайно попал в ветку форума forum.easyelectronics.ru , откуда перенаправился на radiokot.ru . После посещения радиокота я и загорелся идеей сделать «Прикуяльник» (® by radiokot.ru). Именно прикуриватель в качестве паяльника и будет источником инфракрасного излучения.
Пошарив по закромам отыскал трансформатор от бесперебойника, который мне когда-то подарил . Этот трансформатор работал в режиме преобразования 12 — 220 В, значит заработает и в обратном направлении.
Источник питания есть! А это уже пол дела. Осталось найти прикуриватель, и он был найден на местном рынке за символическую цену. Прикуриватель подойдет любой, хоть от мерседеса, хоть от жигуля. К стати, у запорожца, этого очень важного девайса, не было. Подключать излучатель к трансформатору решил через ШИМ регулятор, как в дальнейшем оказалось не зря. Выбрал схему на распространенной микросхеме NE555. По опыту других пользователей, она менее капризна.
Микросхема NE555, в соответствии с даташитом, питается постоянным напряжением в диапазоне 4,5 — 16В. Так же можно рассмотреть чуть боле капризную схему на UC384x. они довольно часто встречаются в импульсных блоках питания, компьютерные не исключение.
Печатную плату решил не делать, слишком большая честь для трех проводов. Собрал на макетке.
Пришлось придумывать выпрямитель. Диодный мост собран на диодах шотки, которые были выдраны из сгоревшего компьютерного блока питания. На всякий случай все усажено на радиатор, мы ж не китайцы, нам не жалко. Сгоревшие компьютерные блоки питания просто превосходная вещь, источник корпусов и всяких деталюх с радиаторами!
Подключив диодный мост к трансформатору и замерив напряжение холостого хода, немного взгрустнул. Нет, напряжение было достаточное, даже чересчур, 20 В на холостом ходу. Многовато для моего ШИМ регулятора. Знал бы, то сделал плату на UC3842, она начинает работать от 16В и выше. Но погрустил и ладно, добавил к питанию КРЕН8А (КР142ЕН8А, аналог L7808….), на нее же повесил и вентилятор охлаждения.
У меня как всегда, минимум, а хочется максимум. Сделаю я наверно и нижний подогрев. Обойдемся бютжетнинько. Нижний подогрев будет на основе галогенного прожектора, станция ведь не для постоянного использования. Для галогенной лампы нужен регулятор мощности, иначе сожжет все на свете, проверено. Думал заказать в китае тиристорный регулятор, но время. Купить в городе, значит переплатить. По случаю зашел в местный магазинчик промтоваров, там есть много всякой ерунды. И заметил на прилавке осветительный димер. На фоне всех остальных электроинсталяционных изделий, он отличался невзрачным внешним видом и ценой. Заявленная мощность 600 Вт меня порадовала. Купил его всего за 35 грн (1,3$).
Посмотрим, что у него внутри. Не замысловатая конструкция, собранная на двух тиристорах BT136 соединенных параллельно. Отличное резервирование и запас по мощности. Но почему с такими деталями и всего 600 Вт?
А вот теперь видно почему. Вот смотрю и думаю… Потенциал в нашей стране огромный, а вот руки…
Пришлось помыть плату, все заново пропаять, усилить силовые дорожки и поменять радиатор. На фотографии ниже, видно под оранжевым тумблером, просматривается новый радиатор димера.
Парочка фоток, как оно у меня разместилось в корпусе от компьютерного БП. Радиаторов конечно многовато, они несколько избыточны.
Лицевая панель из куска поликарбоната (оргстекло). Белую защитную пленку не снимал, это придает ощущение, что оргстекло белое, а не прозрачное. И потрошки не просвечиваются.
А на этой фотке уже установлена верхняя крышка. И тут впервые появляется сам виновник торжества — собственно прикуяльник.
Прикуриватель прикручен к сгоревшему паяльнику. Все внутренности паяльника демонтированы.
Крепления нагревательного элемента к основанию выполнено через отожженную стальную проволоку, намотанной в виде спирали для улучшения теплоотвода. Раскаляется он будь здоров и плавит изоляцию провода, так что прикручивать медный провод на прямую не стоит даже и пытаться.
Нижний подогрев. Здесь особых конструктивных особенностей нет. В качестве нижнего подогрева выступает галогенный прожектор. Устойчивости прожектору придают три ножки с резиновым основанием. Как известно конструкция на трех ножках никогда не будет качаться, доказано в геометрии — через три точки можно построить только одну плоскость. Стекло сверху накрыто медной фольгой с остатками текстолита, когда-то отодранной от старой платы. Установлена лампа мощностью 150 Вт.
Вот и паяльная станция готова.
Немного поигравшись могу сделать несколько заключений. Самим прикуяльником можно выпаивать микросхемы и без нижнего подогрева, но это занимает немного больше времени. Демонтировать мелкие smd-шки (резисторы, конденсаторы) можно при помощи только нижнего подогрева, в том случае если сама плата больше вам не нужна. Дело в том, что здесь отсутствует термостабилизация и со временем плата начинает перегреваться, демонтаж большого количества элементов может растянутся на долго. Во время экспериментов, при демонтаже на нижнем подогреве, я перегрел плату, и она вздулась. Это вздутие сопровождалось хорошим хлопком, я как говорится, чуть не «письнул» от неожиданности. Для разовых работ лучше не придумаешь.
И для того, чтобы показать, что это все-таки работает, предлагаю посмотреть следующие фотографии.
В качестве жертвы была выбрана старючая материнка. На ней выбран чип, вокруг которого расположено большое количество мелких компонентов, что затрудняет работу привычным инструментом. На следующей фотографии чип отпаян.
Хочу подвести черту под выше сказанным. Прикуяльник имеет право быть. Он конечно не претендует на звание «професиональный» инструмент, но со своими задачами справляется. И с сегодняшней архитектурой плат, любителю, он просто необходим.
Внимание! Данная статья предназначена только для ознакомительных целей, и к сборке не рекомендуется! Там же скачиваем обновленные версии прошивок для станции первой версии.
При ремонте материнских плат связанных с заменой BGA компонентов не обойтись без инфракрасной паяльной станции! Китайские станции качеством не блещут, а качественные ИК паяльные станции стоят не дешево. Выход - собрать самому паяльную станцию. Стоимость компонентов для сборки станции не превышает 10 тысяч рублей. Не смотря на дешевизну - самодельная ИК станция надежно себя зарекомендовала в ремонте материнских плат. Контроллер обеспечивает точное соблюдение термопрофиля, что является важным фактором во время замены BGA компонентов.
Описание конструкции
Станция состоит из контроллера управления, нижнего подогрева, верхнего нагревателя.
Контроллер двухканальный. К первому каналу можно подключить термопару или платиновый терморезистор. Ко второму каналу подключается только термопара. 2 канала имеют автоматический и ручной режим работы. Автоматический режим работы обеспечивает поддержание температуры 10-255 градусов через обратную связь с термопар или платинового терморезистора (в первом канале). В ручном режиме мощность в каждом канале можно регулировать в диапазоне 0-99%. В памяти контроллера заложено 14 термопрофилей для пайки BGA. 7 для свинецсодержащего припоя и 7 для безсвинцового припоя. Термопрофили указаны ниже. При желании их можно изменить (исходник в архиве).
Для безсвинцового припоя максимальная температура термопрофиля: - 8 термопрофиль - 225C о, 9 - 230C о, 10 - 235C о, 11 - 240C о, 12 - 245C о, 13 - 250C о, 14 - 255C о
Если верхний нагреватель, не успевает прогревать согласно термопрофилю, то контроллер становится на паузу и ждет пока не будет достигнута нужная температура. Это сделано для того, чтобы адаптировать контроллер для слабых нагревателей, которые прогревают долго и не успевают за термопрофилем.
Контроллер так же можно использовать в качестве регулятора температуры, например, во время сушки или запекания паяльной маски (в духовке, в которую помещена термопара), или прочих случаях, где требуется точное поддержание температуры.
Принципиальная схема контроллера
Далее приведены фото контроллера. Блок питания использовал от ноутбука, которое переделал на напряжение 12 Вольт. В качестве гнезда для термопар использовал usb гнездо с кусочками текстолита, которое припаяно к передней панели, смотрим фото. Охлаждение активное, я использовал термотрубку от охлаждения ноутбука. К термотрубке феном припаял медную пластину, на которую будут установлены элементы для охлаждения. Можно использовать охлаждение процессора от системного блока, но тогда габариты устройства увеличатся.
Нижний подогрев изготовлен из галогенового обогревателя на 3 лампы общей мощностью 1,2 кВт. Из обогревателя демонтируется основание со светоотражателем и защитной сеткой. Корпус для нижнего подогрева я изготовил из изогнутой листовой жести(конька оцинкованного), который вырезал ножницами по металлу. Так же в конструкцию добавлен порог алюминиевый(стык), для удобства установки на него швеллера алюминиевого. На швеллер через стойки устанавливается материнская плата. Нижний подогрев можно подключить к контроллеру. Я поступил другим способом чтобы не заморачиваться с второй термопарой, - в нижний подогрев встроил диммер на 600 Вт, только на симистор установил радиатор побольше. С регулировкой 1,2 кВт он прекрасно справляется. Примерное положение диммера я запомнил, при котором стабильно держится требуемая температура на материнской плате. Для небольших плат (например видеокарт) можно использовать канцелярские прищепки, прикрученные к DIN рейке. Пример на фото.
Качественный верхний нагреватель из подручных средств, к сожалению невозможно изготовить. Я проводил эксперименты с галогеновыми лампами, кварцевыми трубками со спиралями, так же экспериментировал с ИК лампой. Но лучше всего себя зарекомендовал керамический нагреватель фирмы ELSTEIN серии SHTS (с позолотой). Подобные нагреватели используются в дорогих ИК станциях. Я использовал ELSTEIN SHTS/100 800W и ELSTEIN SHTS/4 300W. Нагреватели греют очень хорошо, и практически не светят. Спектр ИК излучения очень подходит для замены BGA компонентов. Нагреватели из Китая не рекомендую, хоть внешне они и похожи на ELSTEIN.
Тепловое пятно нагревателя ELSTEIN SHTS/100 800W. Размер нагревателя 96х96 мм. Расстояние между нагревателем и платой 5см.
Круг El1 диаметр 4 см (перепад температуры 5 градусов от центра до края окружности).
Круг El2 диаметр 5 см (перепад температуры 10 градусов от центра до края окружности).
Круг El3 диаметр 6 см (перепад температуры 15 градусов от центра до края окружности).
Тепловое пятно нагревателя ELSTEIN SHTS/4 300W. Размер нагревателя 60х60 мм. Расстояние между нагревателем и платой 5см.
Круг El1 диаметр 2,5 см (перепад температуры 5 градусов от центра до края окружности). Подходит для большинства чипов.
Круг El2 диаметр 3 см (перепад температуры 10 градусов от центра до края окружности).
Круг El3 диаметр 4,5 см (перепад температуры 15 градусов от центра до края окружности).
Как видим оба нагревателя подходят для замены BGA компонентов. Но ELSTEIN SHTS/100 800W имеет преимущество перед вторым нагревателем. Это гораздо большее равномерное тепловое пятно. Круг диаметром 4 см у которого перепад температуры не более 5C о. Практически показатель как у Термопро с 3D отражателем (у которого однородное квадратное тепловое пятно 4х4см с перепадом температуры не более 5C о)
Ниже приведены фото конструкции верхнего нагревателя и станины, которую изготовил из того что было в строительном магазине. Конструкция получилась удачной, регулируется по высоте и длине, нагреватель крутится вокруг своей оси, его легко установить над любым участком платы.
Термопара крепится к штативу. Ее легко навести на любой участок платы. Конструкция на фото. Гибкий металлический рукав я использовал от USB фонарика из магазина, где все по одной цене. В металлический рукав я вставил термопару без внешней изоляции при помощи проволоки.
Настройка контроллера
Для настройки канала верхней термопары R3 устанавливаем в среднее положение. Помещаем термопару контроллера и термопару образцового термометра на нагретую поверхность (например галогеновую лампу, где обе термопары соединены вместе и на них нанесена термопаста), и калибруем резистором R6 показания максимального значения температуры 250 градусов. Потом даем лампе остыть до комнатной температуры и калибруем резистором R3 нижнее показание температуры. Данную процедуру нужно повторить несколько раз, пока не будет совпадать нижнее и максимальное значение температур с реальными показателями. Такую же процедуру повторяем с каналом нижней термопары при помощи резисторов R11 и R14 соответственно. Аналогично калибруется первый канал при использовании платинового терморезистора резисторами R21 и R27 соответственно. Если не планируется использовать платиновый терморезистор, то ОУ U2 можно из схемы исключить со всей обвязкой, а 11 вывод микроконтроллера подключить на +5В.
Управление контроллером и изменение параметров, а так же процесс съема и установки чипа показан на видео. Верхний нагреватель я устанавливаю на высоте 5-6 см от поверхности платы. Если в момент исполнения термопрофиля происходит выбег температуры от заданного значения больше чем на 3 градуса - понижаем мощность верхнего нагревателя. Выбег на несколько градусов в конце термопрофиля(после отключения верхнего нагревателя) не страшен. Это сказывается инерционность керамики. Поэтому я выбираю нужный термопрофиль на 5 градусов меньше, чем мне надо. На данном нижнем подогреве температура немного отличается над зоной нагревателя, и в теневой зоне (разница около 10-15 градусов). Поэтому плату на нижний нагреватель желательно установить так, чтобы чип находился над зоной нагревателя (но это не критично). Перед съемом чипа при помощи зонда нужно убедиться(аккуратным нажатием на каждый угол чипа) что шары под чипом поплыли. При монтаже используем только качественный флюс, иначе неправильный выбор флюса может все испортить. Так же при монтаже чипа BGA рекомендуется накрыть кристалл прямоугольником из алюминиевой фольги с размером стороны равной примерно ½ от стороны BGA, чтобы снизить температуру в центре, которая всегда выше, чем температура около термопары (смотрим выше фото тепловых пятен ИК нагревателей ELSTEIN).
Внешний вентилятор программно не задействован, хотя на схеме он и указан. В дальнейшем планируется в исходник внести изменения и задействовать внешний вентилятор.
Ниже вы можете скачать архив с печатной платой в формате LAY, исходным кодом, прошивкой
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| E1 | Энкодер | EC11 | 1 | С кнопкой | В блокнот | |
| U1, U2 | Операционный усилитель | LM358 | 2 | В блокнот | ||
| U3 | Линейный регулятор | LM7805 | 1 | Устанавливается на радиатор | В блокнот | |
| U4 | МК PIC 8-бит | PIC16F876 | 1 | PIC16F876A | В блокнот | |
| U5, U6 | Оптопара | PC817 | 2 | В блокнот | ||
| LCD1 | LCD-дисплей | WH2004A-YYH-CT | 1 | 20x4 на основе KS0066 (HD44780) с англо-русским словарем | В блокнот | |
| Q1, Q2 | MOSFET-транзистор | TK20A60U | 2 | 2SK3568 | В блокнот | |
| Q3, Q4, Q5 | MOSFET-транзистор | IRLML0030 | 3 | Или любой N-Channel MOSFET | В блокнот | |
| Z1 | Кварц | 16 МГц | 1 | В блокнот | ||
| VD1 | Выпрямительный диод | LL4148 | 1 | В блокнот | ||
| VD2, VD3 | Диодный мост | KBU1010 | 2 | В блокнот | ||
| VD4, VD5 | Стабилитрон | 24 В | 2 | В блокнот | ||
| R1 | Платиновый терморезистор | PT100 | 1 | В блокнот | ||
| R2, R10 | Резистор | 470 Ом | 2 | В блокнот | ||
| R3, R11 | Подстроечный резистор | 1 МОм | 2 | В блокнот | ||
| R4, R12 | Резистор | 1 МОм | 2 | В блокнот | ||
| R5, R13, R26 | Резистор | 1.5 кОм | 3 | В блокнот | ||
| R6, R14, R27 | Подстроечный резистор | 100 кОм | 3 | Многооборотный | В блокнот | |
| R7, R15 | Резистор | 130 кОм | 2 | В блокнот | ||
| R8, R16, R29 | Резистор | 20 кОм | 3 | В блокнот | ||
| R9, R28 | Резистор | 100 Ом | 2 | В блокнот | ||
| R17, R30 | Резистор | 10 кОм | 2 | В блокнот | ||
| R18, R19 | Резистор | 4.7 кОм | 2 | Допуск 1% или лучше | В блокнот | |
| R20 | Резистор | 51 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R21 | Подстроечный резистор | 100 Ом | 1 | Многооборотный | В блокнот | |
| R22, R23, R24, R24 | Резистор | 220 кОм | 4 | Допуск 1% или лучше | В блокнот | |
| R31 | Подстроечный резистор | 10 кОм | 1 | Многооборотный | В блокнот | |
| R32 | Резистор | 16 Ом | 1 | Мощность 2Вт | В блокнот | |
| R33, R34, R36, R37 | Резистор | 47 кОм | 4 | Мощность 1Вт | В блокнот | |
| R35, R38 | Резистор | 5.1 кОм | 2 |
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.
