Jak wybrać stację lutowniczą na podczerwień

We współczesnym świecie mamy mnóstwo urządzeń elektronicznych, a postęp zmierza w kierunku ich miniaturyzacji. Naprawa „dziadkową” lutownicą staje się coraz trudniejsza, choć są dziedziny, w których i ona może się przydać.
Dziś jednak nie będzie o lutownicach, lecz o znacznie bardziej zaawansowanych urządzeniach, które są przeznaczone nie tyle do użytku domowego, ile raczej do zastosowań profesjonalnych.

Przypominam: żeby być na bieżąco z nowymi wpisami na blogu, polecam obserwować mnie na Instagramie. Będę tam publikować powiadomienia o wszystkich nowych tematach, a może też pisać po prostu o czymś ciekawym — link do konta

Można też subskrybować aktualizacje i nowe artykuły na kanale Telegram — https://t.me/KirichBlog


Na początek warto wyjaśnić, że termin „stacja lutownicza” zwykle obejmuje zarówno lutownicę z regulacją temperatury i różnymi dodatkowymi trybami, jak i stacje na gorące powietrze oraz bardziej zaawansowane urządzenia, które pozwalają pracować niemal w pełni automatycznie.
W tym artykule będzie mowa o stacjach, które ułatwiają lutowanie i wymianę układów w obudowach BGA.

BGA (Ball Grid Array) to sposób montażu układów, w których zamiast tradycyjnych wyprowadzeń połączenie realizują kulki lutownicze. Takich układów jest ostatnio coraz więcej, dlatego temat odpowiednich stacji lutowniczych staje się coraz bardziej aktualny.


Przy odpowiedniej dozie determinacji układ w obudowie BGA można wymienić nawet za pomocą zwykłej opalarki i żelazka, ale niezawodność i jakość takiej pracy będą mocno wątpliwe. Co więcej, majsterkowicze budują nawet takie stacje samodzielnie, wykorzystując regulator temperatury.


Chodzi o to, że oprócz grzania od góry i od dołu trzeba przestrzegać profilu temperaturowego podanego w dokumentacji komponentu, a pełnoprawna stacja powinna robić to automatycznie.
Na poniższym rysunku pokazano dwa przykłady. Po lewej stronie nagrzewanie jest zbyt szybkie: obudowa układu jest już gorąca, a wyprowadzenia wciąż zimne. W takim przypadku układ się przegrzewa. Po prawej stronie tempo nagrzewania jest prawidłowe — kulki zdążyły się rozgrzać, zanim układ się przegrzał.


Droższe stacje mogą mieć wielostrefowe grzanie od dołu, co pozwala ustawić różne temperatury, na przykład wyższą w okolicy montowanego układu, a niższą na pozostałym obszarze.



Umownie stacje można podzielić na trzy klasy:
1. Ręczne — wszystkie czynności wykonuje się ręcznie, a stacja jedynie nagrzewa układ.
2. Półautomatyczne — nagrzewanie i chłodzenie są zautomatyzowane, natomiast układ zdejmuje się i montuje ręcznie.
3. Automatyczne — wszystkie czynności są zautomatyzowane.

Stacje mogą mieć też dodatkowe funkcje, na przykład kamerę ułatwiającą ustawienie układu we właściwym miejscu na płytce albo możliwość podłączenia do komputera, co ułatwia pracę z profilami temperaturowymi i aktualizację oprogramowania. Różnią się również mocą grzałek i funkcją wymuszonego chłodzenia płytki.

Zacznijmy oczywiście od prostych rozwiązań, na przykład stacji Ly M770, która jest raczej platformą do lutowania.

Stacja jest maksymalnie uproszczona i przeznaczona głównie do użytku domowego, czyli do sytuacji, gdy pracuje się z nią bardzo rzadko, a wszystkie czynności są w pełni kontrolowane przez operatora.



W skład stacji wchodzą:
1. podstawa z mechanizmem mocowania płytek drukowanych
2. mechanizm regulacji górnej grzałki
3. dwie dolne grzałki IR o mocy 800–850 W każda
4. górny element grzejny o mocy 250 W
5. dwa niezależne regulatory temperatury
6. regulowana termopara do pomiaru temperatury górnej
7. oświetlenie LED

Wszystkie czynności wykonuje się ręcznie, nie ma tu profili temperaturowych, ale to nieunikniona cena niskiej ceny urządzenia.
Ta stacja pozwala już jednak demontować i montować układy BGA na płytkach o wymiarach do 500х450 mm, a wszystkie pokazane niżej podzespoły znajdziemy również w drogich stacjach.



Pod względem precyzji działania ciekawsze są stacje lutownicze ACHI IR 6500 i Dinghua IR6500 (DH-A01R). Z zewnątrz są bardzo podobne, ale różnią się kilkoma szczegółami:
ACHI IR 6500 — moc 1250 W (800 W grzania dolnego i 400 W górnego)
Dinghua IR6500 — moc 2300 W (1800 W grzania dolnego i 450 W górnego)

Obie stacje mają już jednak przydatną funkcję: można je podłączyć do komputera przez USB (ACHI IR 6500) lub RS232 (Dinghua IR6500).
Dzięki temu można już pracować z profilami temperaturowymi, które zapewniają wymaganą szybkość zmian temperatury i jej wartości końcowe.

Czyli Dane tej stacji plasują ją wśród modeli z niższej półki, ale są to już pełnoprawne stacje, co oczywiście pozytywnie wpłynie na efekty pracy.

Poza tym wszystko wygląda tak samo jak w poprzednim modelu: podgrzewacze, regulacja położenia i stół. W ACHI IR 6500 można umieścić płytki o wymiarach do 400х305mm, a w Dinghua IR6500 do 355х280. Różni się też maksymalny rozmiar montowanych układów: odpowiednio 70х70 i 55х55mm.

Ogólnie rzecz biorąc, stacja ACHI IR 6500 wygląda nieco atrakcyjniej: ma połączenie przez USB, większy stół i obsługuje większe układy. Chyba ustępuje jej tylko pod względem mocy podgrzewaczy.


Kompromisowym rozwiązaniem może być stacja LY IR8500, która również pozwala umieścić płytki o wymiarach do 400х305mm, obsługuje układy o rozmiarze 70х70mm i może łączyć się z komputerem przez RS232, ale jej moc wynosi maksymalnie 2050W (1600 dolny podgrzewacz i 450 górny).



Natomiast stację Dinghua DH-5830 można już śmiało zaliczyć do klasy profesjonalnej, choć jej podstawowego poziomu. Od poprzednich modeli różni się kilkoma istotnymi cechami:
1. Moc 5200W (1200W dolny podgrzewacz, 1200W górny i 2800 dodatkowy)
2. Ekran dotykowy ułatwiający obsługę stacji bez komputera (choć można ją również podłączyć do komputera)
3. Minimalny rozmiar obsługiwanych układów to zaledwie 2х2mm!
4. Maksymalny rozmiar układów to 80х80mm.
5. Możliwość zapisania do 50000 profili termicznych.



Kolejną naprawdę istotną różnicą jest trzeci podgrzewacz, umieszczony pośrodku. Ułatwia on pracę, ponieważ ogrzewa płytkę tylko pod układem, który jest właśnie obrabiany. Duży podgrzewacz ogrzewa w tym czasie całą płytkę, aby uniknąć odkształceń termicznych spowodowanych powstaniem stref o dużej różnicy temperatur.


Zasada działania jest widoczna na rysunku, na którym pokazano wszystkie trzy strefy grzania.


Istnieje też rozszerzona wersja pokazanej wyżej stacji — Dinghua DH-A1L-C. Dla wygody pracy dodano możliwość optycznego monitorowania procesu i wyświetlania obrazu na monitorze. Poza tym stacje są niemal identyczne.

Oczywiście można obyć się bez kamery, ale próby dostrzeżenia, co dzieje się w wąskiej przestrzeni między płytką a górnym podgrzewaczem, są nie tylko niewygodne, lecz także niebezpieczne, bo temperatura jest bardzo wysoka.


W takich stacjach do chłodzenia płytki stosuje się już nie zwykłe wentylatory, lecz takie, które mogą równomiernie owiewać ją na całej szerokości. Im bardziej równomierne chłodzenie (podobnie jak grzanie), tym mniejsze ryzyko odkształcenia płytki wskutek nierównomiernego rozkładu temperatury na jej powierzchni. Właśnie po to stosuje się takie wentylatory. Swoją drogą, można je spotkać także w klimatyzatorach.


Stopniowo dotarliśmy do stacji profesjonalnych. Oczywiście ich cena jest już znacznie wyższa, więc raczej nikt nie kupi takiej do domu, ale w warsztacie naprawczym czy serwisie są jak najbardziej realnym wyborem.

Zacznijmy od opisu stacji lutowniczej WISDOMSHOW WDS-620. Zawiera ona również wszystkie podzespoły znane z wcześniej pokazanych stacji, ale ma też dodatkowe funkcje.
1. Maksymalny rozmiar układu to 50х50mm, a minimalny 0.8х0.8mm.
2. Maksymalny rozmiar płytki drukowanej to 400х380mm, a minimalny zaledwie 10х10mm
3. Moc 5300W


Ta stacja różni się od poprzednich większym stopniem automatyzacji. Zapewniają go system automatycznego chwytania za pomocą pęsety próżniowej, laserowe pozycjonowanie podgrzewacza oraz optyczne pozycjonowanie układu.

Tak, monitor w tej i kolejnych stacjach służy nie do kontrolowania procesu, lecz bezpośrednio do pozycjonowania układu względem pól kontaktowych na płytce. Na ekranie wyświetlane są jednocześnie dwa obrazy: pól kontaktowych i wyprowadzeń układu. Za pomocą regulacji trzeba je nałożyć na siebie, aby precyzyjnie umieścić układ.


Wystarczy umieścić płytkę drukowaną, wybrać tryb pracy i ustawić pozycję systemu chwytania oraz montażu układu. Potem stacja wykona już niemal wszystkie czynności samodzielnie.


Można oczywiście długo opisywać jej możliwości, ale myślę, że ciekawiej będzie obejrzeć film pokazujący demontaż i montaż układu na płytce drukowanej.


Jeśli trzeba pracować z większymi układami i płytkami, warto zwrócić uwagę na stację Dinghua DH-A2. Pod wieloma względami powtarza możliwości i cechy stacji WDS-620, ale obsługuje płytki o wymiarach do 450х430 oraz układy o wymiarach do 80х80mm. Warto dodać, że układy tej wielkości spotyka się rzadko, a zakup takiej stacji jest raczej inwestycją na przyszłość.


Dinghua DH-A2E, która z wyglądu jest dokładną kopią stacji Dinghua DH-A2, otrzymała grzałkę węglową, która ma zapewnić jeszcze bardziej równomierne nagrzewanie i długą żywotność. Poza tym obie stacje są identyczne.


Podobnie jak WISDOMSHOW WDS-620, obie stacje mają monitor wyświetlający obraz z kamer, co pozwala precyzyjnie ustawić układ przed automatycznym montażem.


Artykuł kończy automatyczna stacja lutownicza WISDOMSHOW WDS-750, która oprócz wszystkich wymienionych wyżej możliwości ma następujące cechy:
1. Obsługa układów o wymiarach od 0.2х0.4мм
2. Montaż płytek o wymiarach do 550х480мм
3. Łączna moc do 6800Вт
4. Pobieranie układów ze specjalnego podajnika, do którego odkłada się również zdemontowany układ.
5. Do precyzyjnego pozycjonowania służy kamera o rozdzielczości 5 megapikseli. System może też pracować w trybie mikroskopu cyfrowego z powiększeniem do х200.
6. Dokładność montażu układu do 0.01мм, dokładność utrzymywania temperatury 1 stopień.

W praktyce to już nie tylko stacja lutownicza, ale cały system, który może pracować automatycznie w trzech trybach: Weld – lutowanie, Remove - rozlutowywanie, Mount - rozlutowywanie i pozycjonowanie układu względem płytki drukowanej.




Przed wojną dostępne były u nas stacje rosyjskiego producenta Termopro, o ile pamiętam, sprzedawał je GSM-service. Jako przykład: ich najmniejsza stacja, która w zasadzie bardziej pasuje do określenia „platforma lutownicza”, kosztuje tylko nieco mniej niż Dinghua DH-5830. Tymczasem DH-5830 ma już ekran dotykowy, obsługę profili termicznych bez komputera i dwie strefy dolnego grzania.
Bardziej zaawansowana wersja (po prawej) kosztuje już podobnie jak Dinghua DH-A1L-C, ale wygląda jak zestaw osobnych modułów.

Skoro ta firma wycofała się z naszego rynku, radziłbym osobom dobrze znającym tego typu sprzęt zająć się produkcją własnych stacji lutowniczych. Nie sądzę, żeby było to aż tak trudne, choć oczywiście nie brakuje pułapek.



Osobno wspomnę, że zdziwiło mnie, gdy zobaczyłem, że stacje lutownicze sprzedaje teraz Elektronnyj mir, na przykład Quick 7710. Cóż, życzę powodzenia — to pożyteczna działalność.





Jak już wspomniałem, od najprostszej do najbardziej zaawansowanej stacji, w każdej kolejnej konstrukcji pojawiają się pewne dodatki, a wszystkie wcześniejsze rozwiązania pozostają niemal bez zmian. Dlatego przy wyborze warto kierować się własnym scenariuszem pracy.

Ly M770 - najprostszy wariant, dolne i górne grzanie z kontrolą temperatury.
ACHI IR 6500 i Dinghua IR6500 (DH-A01R) - dodano połączenie z komputerem i obsługę profili termicznych
LY IR8500 - powiększono obszar roboczy
Dinghua DH-5830 - obsługa profili termicznych bez komputera i dwie strefy dolnego grzania
Dinghua DH-A1L-C - dodano kamerę do monitorowania procesu i wentylator na całej szerokości pola roboczego
WISDOMSHOW WDS-620 - dodano pozycjonowanie optyczne i laserowe, zwiększono moc i zmniejszono minimalny rozmiar montowanych układów.
Dinghua DH-A2 - zwiększono maksymalny rozmiar montowanych układów.
Dinghua DH-A2E - grzałka węglowa zamiast standardowej
WISDOMSHOW WDS-750 - jeszcze większa moc, jeszcze mniejsze minimalne układy i większy maksymalny rozmiar montowanych płytek, a także wyższy poziom automatyzacji.

Pozostaje już tylko wybrać stację, która najlepiej odpowiada zakresowi zadań do wykonania i cenie.