Як вибрати ІЧ паяльну станцію

У сучасному світі багато електронних пристроїв, і прогрес рухається в напрямку їх мініатюризації, тож ремонтувати їх «дідівським» паяльником стає дедалі складніше, хоча є сфери, де він іще може стати в пригоді.
Але сьогодні йтиметься не про паяльники, а про значно складніші пристрої, які позиціонують уже не для домашнього, а радше для професійного використання.

Нагадую: щоб постійно бути в курсі нових тем у блозі, рекомендую підписатися на мій інстаграм, де я публікуватиму сповіщення про всі нові теми й, можливо, писатиму просто про щось цікаве — посилання на акаунт

Також підписатися на оновлення та нові статті можна в телеграм-каналі — https://t.me/KirichBlog


Для початку варто пояснити, що під терміном «паяльна станція» зазвичай мають на увазі і паяльник із термостабілізацією та різними допоміжними режимами, і термоповітряні станції, і складніші пристрої, які дають змогу працювати майже в автоматичному режимі.
У цій статті йтиметься про станції, які спрощують паяння та заміну чипів у корпусах BGA.

BGA (Ball Grid Array) — це спосіб монтажу чипів, у яких замість звичних виводів з’єднання здійснюється за допомогою кульок припою. Останнім часом таких чипів стає дедалі більше, тому тема відповідних паяльних станцій стає дедалі актуальнішою.


Насправді, за великого бажання замінити чип у корпусі BGA можна й за допомогою звичайного термофена та праски, але надійність і якість такої роботи викликають великі сумніви. Ба більше, умільці навіть самі виготовляють такі станції, використовуючи контролер температури.


Річ у тім, що, крім верхнього й нижнього нагрівання, потрібно дотримуватися термопрофілю, зазначеного в описі компонента, і повноцінна станція має робити це автоматично.
Наприклад, нижче на кресленні наведено два варіанти: ліворуч — надто швидке нагрівання, коли корпус чипа вже гарячий, а контакти ще холодні. У такому разі чип перегрівається. Праворуч — правильна швидкість нагрівання, коли кульки встигають прогрітися до того, як чип перегріється.


У дорогих станціях може бути багатозонне нижнє нагрівання, що дає змогу забезпечити різну температуру: наприклад, вищу в зоні встановлення чипа й нижчу в інших ділянках.



Умовно станції можна поділити на три класи:
1. Ручні: усі операції виконуються вручну, станція лише нагріває чип.
2. Напівавтоматичні: операції нагрівання й охолодження автоматизовані, а зняття та встановлення чипа виконуються вручну
3. Автоматичні: усі операції автоматизовані.

Водночас станції можуть мати додаткові можливості: наприклад, бути обладнаними камерою, яка полегшує налаштування положення чипа відповідно до його місця на платі, або мати змогу підключатися до комп’ютера для зручної роботи з термопрофілями й оновлення програмного забезпечення. Також відрізняються потужність нагрівачів і наявність функції примусового охолодження плати.

Звісно, почнемо з простих варіантів, наприклад станції Ly M770, яка радше є платформою для паяння.

Станція максимально спрощена й більше орієнтована на «домашнє» використання, тобто на випадки, коли працювати доводиться дуже рідко, а тому всі дії повністю контролює оператор.



Станція складається з:
1. шасі з механізмом фіксації друкованих плат
2. механізму регулювання верхнього нагрівача
3. пари нижніх ІЧ-нагрівачів потужністю 800–850 Вт кожен
4. верхнього нагрівального елемента потужністю 250 Вт
5. двох незалежних контролерів температури
6. регульованої термопари для вимірювання верхньої температури
7. світлодіодного підсвічування

Усі операції виконуються вручну, термопрофілів тут немає, але це неминуча плата за низьку ціну.
Водночас ця станція вже дає змогу демонтувати й установлювати BGA-чипи на платах розміром до 500х450мм, а всі вузли, показані нижче, є і в дорогих станціях.



З погляду коректності роботи цікавішими можна вважати паяльні станції ACHI IR 6500 і Dinghua IR6500 (DH-A01R), які зовні дуже схожі, але мають деякі відмінності:
ACHI IR 6500 — потужність 1250Вт (800 нижнє нагрівання і 400 верхнє)
Dinghua IR6500 — потужність 2300Вт (1800 нижнє нагрівання і 450 верхнє)

Але обидві станції вже мають корисну функцію — підключення до комп’ютера через USB (ACHI IR 6500) або RS232 (Dinghua IR6500).
Ця особливість уже дає змогу працювати з термопрофілями, які забезпечують потрібну швидкість зміни температури та її кінцеві значення.

Тобто дані станції можна віднести до молодших, але вже повноцінних станцій, що, звісно, позитивно позначиться на результатах роботи.

В іншому все так само, як у попередньої: підігрівачі, регулювання положення та стіл. У ACHI IR 6500 він дає змогу встановлювати плати розміром до 400х305мм, а у Dinghua IR6500 — до 355х280. Відрізняється й розмір чипів, які можна встановлювати: 70х70 і 55х55мм відповідно.

Загалом станція ACHI IR 6500 виглядає трохи привабливіше: підключення через USB, більші розміри як столу, так і максимальний розмір чипів. Мабуть, поступається вона лише меншою потужністю нагрівачів.


Компромісним рішенням може бути станція LY IR8500, яка також дає змогу встановлювати плати розміром до 400х305мм, працювати з чипами розміром 70х70мм і підключатися до комп'ютера через RS232, але має потужність до 2050Вт (1600 нижній підігрівач і 450 верхній).



А ось станцію Dinghua DH-5830 уже можна сміливо віднести до класу професійних, хай і початкового рівня. Вона відрізняється від попередніх кількома суттєвими характеристиками:
1. Потужність 5200Вт (1200Вт нижній підігрів, 1200Вт верхній і 2800 додатковий)
2. Сенсорний екран, що полегшує роботу зі станцією без комп'ютера (хоча така можливість є)
3. Мінімальний розмір чипів, з якими можна працювати, становить 2х2мм!
4. Максимальний розмір чипів — 80х80мм.
5. Можливість зберігати до 50000 термопрофілів.



Але ще однією справді важливою відмінністю є наявність третього нагрівача, розташованого по центру. Цей нагрівач полегшує роботу, оскільки нагріває плату лише під чипом, з яким працюють. Великий нагрівач при цьому підігріває всю плату, щоб уникнути теплових деформацій через появу зон із великою різницею температур.


Принцип роботи можна зрозуміти з креслення, де видно всі три зони нагрівання.


Існує також розширена версія показаної вище станції — Dinghua DH-A1L-C. Для зручності роботи додано можливість оптично контролювати процес із виведенням зображення на монітор. В іншому станції практично ідентичні.

Звісно, можна обійтися й без камери, але намагатися розгледіти, що відбувається у вузькому просторі між платою та верхнім нагрівачем, не лише незручно, а й небезпечно, адже температура дуже висока.


Також у подібних станціях для охолодження плати використовують уже не звичайні вентилятори, а такі, що можуть рівномірно обдувати плату по всій ширині. Річ у тім, що чим рівномірніше охолодження (як і нагрівання), тим менше плата схильна до деформацій через нерівномірну температуру поверхні. Саме для зменшення цих деформацій і доводиться використовувати такі вентилятори. До речі, ви могли бачити їх і в кондиціонерах.


Ось так поступово ми дійшли й до професійних станцій. Звісно, ціна тут помітно вища, тож навряд чи хтось купуватиме таку додому, але для ремонтної майстерні чи сервісного центру вони цілком доступні.

Почнімо з опису паяльної станції WISDOMSHOW WDS-620. Вона також містить вузли всіх показаних раніше станцій, але має й додаткові можливості.
1. Максимальний розмір чипа обмежений значенням 50х50мм, а мінімальний становить 0.8х0.8мм.
2. Максимальний розмір друкованої плати — 400х380мм, мінімальний — лише 10х10мм
3. Потужність 5300Вт


Від попередніх ця станція відрізняється вищим рівнем автоматизації, який забезпечують система автоматичного захоплення за допомогою вакуумного пінцета, лазерне позиціювання нагрівача та оптичне позиціювання чипа.

Так, монітор у цієї та наступних станцій потрібен не для контролю процесу, а безпосередньо для позиціювання чипа відносно контактних майданчиків плати. На монітор одночасно виводяться два зображення — майданчиків і контактів чипа. За допомогою регулювань їх потрібно сумістити для точного встановлення.


Тут потрібно встановити друковану плату, вибрати режим роботи й позиціювати систему захоплення та встановлення чипа. Далі станція виконає майже всі операції сама.


Звісно, можна довго описувати особливості, але, думаю, цікавіше подивитися відео з демонстрацією процесу демонтажу та монтажу чипа на друковану плату.


Якщо потрібно працювати з чипами та платами більшого розміру, варто звернути увагу на станцію Dinghua DH-A2. Вона багато в чому повторює можливості й особливості станції WDS-620, але підтримує роботу з платами розміром до 450х430 і чипами до 80х80мм. Варто сказати, що чипи такого розміру трапляються нечасто, тож купівля цієї станції — радше інвестиція на майбутнє.


Dinghua DH-A2E, яка зовні є повною копією станції Dinghua DH-A2, отримала карбоновий нагрівач, покликаний забезпечити ще рівномірніше нагрівання та тривалу роботу. В іншому станції повністю ідентичні.


Так само, як і WISDOMSHOW WDS-620, обидві станції мають монітор, на який виводиться зображення з камер для точного позиціювання чипа перед автоматичним встановленням.


А завершує статтю автоматична паяльна станція WISDOMSHOW WDS-750, яка, крім усіх перелічених вище можливостей, має такі особливості:
1. Робота з чипами розміром від 0.2х0.4мм
2. Встановлення плат розміром до 550х480мм
3. Загальна потужність до 6800Вт
4. Захоплення чипів зі спеціального лотка, куди також кладуть демонтований чип.
5. Для точного позиціювання використовується камера з роздільною здатністю 5 мегапікселів, водночас система може працювати в режимі цифрового мікроскопа зі збільшенням до х200.
6. Точність встановлення чипа — до 0.01мм, точність підтримання температури — 1 градус.

Фактично це вже не просто паяльна станція, а цілий комплекс, що дає змогу працювати автоматично в трьох режимах: Weld – паяння, Remove - демонтаж, Mount - демонтаж і позиціювання системи відносно друкованих плат.




До війни в нас були доступні станції російського виробника Термопро, здається, їх продавав GSM-service. Як приклад, їхня молодша станція, яка за суттю радше відповідає визначенню «паяльна платформа», коштує лише трохи дешевше за Dinghua DH-5830. Водночас у DH-5830 уже є сенсорний екран, робота з термопрофілями без ПК і дві зони нижнього нагрівання.
Просунутіша версія (праворуч) коштує вже приблизно стільки ж, як Dinghua DH-A1L-C, але при цьому виглядає як набір окремих блоків.

Після того як ця фірма пішла з нашого ринку, я б порадив тим, хто добре розбирається в такому обладнанні, взятися за виробництво власних паяльних станцій. Не думаю, що це аж так складно, хоча, звісно, підводних каменів вистачає.



Окремо зазначу, що здивувався, побачивши, що паяльні станції тепер продає Електронний світ, наприклад Quick 7710. Ну що ж, можу побажати успіхів — справа корисна.





Як уже було написано вище, від найпростішої станції до найскладнішої в конструкцію щоразу додаються певні вдосконалення, а все попереднє майже не змінюється. Тому під час вибору варто орієнтуватися на власний сценарій роботи.

Ly M770 — найпростіший варіант: нижнє й верхнє нагрівання з термоконтролем.
ACHI IR 6500 і Dinghua IR6500 (DH-A01R) — додано підключення до ПК і роботу з термопрофілями
LY IR8500 — збільшено робочу зону
Dinghua DH-5830 — робота з термопрофілями без ПК і дві зони нижнього нагрівання
Dinghua DH-A1L-C — додано камеру для контролю процесу й вентилятор на всю ширину робочого поля
WISDOMSHOW WDS-620 — додано оптичне й лазерне налаштування, збільшено потужність і зменшено мінімальний розмір чипів для монтажу.
Dinghua DH-A2 — збільшено максимальний розмір чипів для монтажу.
Dinghua DH-A2E — карбоновий нагрівач замість звичайного
WISDOMSHOW WDS-750 — ще більша потужність, ще менший мінімальний розмір чипів і більший максимальний розмір плат, які можна встановити, вищий рівень автоматизації.

Тепер залишається лише вибрати станцію, яка буде оптимальною за співвідношенням можливостей для розв’язання поставлених завдань і ціни.