Как выбрать преднагреватель плат: гайд от Суперайс

Время чтения: 9 минут

Эксперт — Сергей Пустовой

Технический консультант, специалист по электромонтажным, ремонтным и наладочным работам, кандидат наук

Пока в электротехнике применялись лампы и другие громоздкие компоненты, то не было необходимости четко контролировать температурный режим пайки. Однако уменьшение техпроцесса, разработка SMD и BGA технологий, а также применение многослойных печатных плат потребовало более бережного отношения к электронным компонентам. Ведь слишком быстрый или неравномерный нагрев может вывести микрочип из строя, а в печатной плате могут образоваться трещины или произойти её расслоение. Для того чтобы избежать подобных дефектов при пайке, и применяют преднагреватели. Другое название этих устройств – термостол или нагревательный стол.

Эти устройства обеспечивают равномерный прогрев как самой платы, так и места самой пайки. А наличие встроенного температурного контроллера позволяет подобрать подходящий температурный режим.

Данные устройства конструируются квадратной или прямоугольной формы.

В верхней части располагается нагреваемая площадка, в которую встроен нагревательный элемент. Чаще всего площадка занимает всю или большую часть поверхности термостола. Однако в инфракрасных (ИК) преднагревателях из-за их конструктивных особенностей нагревательный элемент занимает всего около 50% от площади поверхности устройства.

В передней части корпуса размещаются: кнопка включения, контроллер или информационный экран с кнопками управления температурным режимом.

Элементы, обеспечивающие нагрев рабочей области, могут быть различных размеров. Самые маленькие имеют размер поверхности 30 х 30 мм, самые крупные - диагональю 0,5 м. Чаще всего нагреватели имеют квадратную или прямоугольную форму. Условно по размеру их можно разделить на:

• малого размера, с диагональю до 200 мм;
• среднего – от 200 до 400 мм;
• большого – свыше 400 мм.

Устройства с нагревателями большого размера будут удобны при ремонте материнских плат. Малого же размера подойдут для мелкой электроники и светодиодных лент. Устройства среднего размера, можно назвать универсальными, они подойдут для большинства проводимых ремонтных работ с платами PCB.

В качестве нагревательных элементов могут применяться:

• керамические нагреватели;
• PTC нагревательные элементы.

Особенностью керамических нагревателей является:

• постоянство мощности;
• невысокая стоимость;
• большой вес;
• высокая инертность динамики нагрева;
• возможность использования в качестве источника ИК излучения.

PTC (positive temperature coefficient) нагревательные элементы или позисторы выполняются на основе поликристаллической керамики. Они имеют положительный температурный коэффициент и с ростом температуры при достижении критического значения значительно увеличивают собственное сопротивление, что ведет к прекращению протекания через них тока.

К характерным особенностям термостолов с РТС элементами можно отнести:

• малый вес;
• малый размер нагревателя;
• автоматическое поддержание температуры поверхности стола;
• возможность работы без ПИД контроллера;
• более высокая стоимость;
• малая мощность;
• быстрое охлаждение нагревателя после выключения.

По принципу нагрева все устройства можно разделить на контактные и инфракрасные.

При контактном нагреве плата размещается на нагреваемой поверхности и получает тепло методом теплопроводности. В качестве преимуществ преднагревателей такого типа можно выделить компактность и простоту конструкции.

Однако при работе с платами с двусторонним поверхностным монтажом, контактный нагрев малоэффективен из-за неплотного прилегания.

Инфракрасные нагреватели лишены этого недостатка. Они используют керамические нагревательные элементы, излучающие электромагнитные волны в инфракрасном диапазоне. В устройствах такой конструкции плата не касается ИК излучателя, а размещается на некотором расстоянии от него.

К преимуществам ИК термостолов можно отнести:

• низкая инертность динамики нагрева и охлаждения;
• возможность точного контроля температуры;
• возможность нагрева плат с двусторонним поверхностным монтажом;
• высокая удельная мощность – 3,5...4,5 Вт/см2.

Мощность преднагревателя напрямую зависит от размеров нагревательного элемента и его типа. Так, небольшие компактные устройства могут иметь мощность всего в несколько десятков Ватт. Максимальная мощность самых крупных термостолов может достигать 2000 Вт.

При выборе преднагревателя, также нужно обращать внимание на удельную поверхностную мощность. Определить ее можно разделив мощность устройства на площадь нагреваемой поверхности. Чем этот показатель выше, тем интенсивнее будет происходить нагрев.

Если сравнить инфракрасные и контактные нагреватели, то установки, использующие контактный нагрев, имеют удельную поверхностную мощность в среднем от 1,5 до 2,5 Вт/см2. У инфракрасных же устройств – этот показатель примерно в 2 раза выше.

Для выполнения узкоспециализированных ремонтных работ разработаны преднагреватели для работы с платами конкретных электронных устройств. Их конструкция имеет направляющие для фиксации платы в нужном положении, а также выступы, нагревающие их только в определенном месте.

Наибольшее распространение получили преднагреватели для плат телефонов марки iPhone. Они предназначены для распайки двухслойных плат.

Термостолы или преднагреватели незаменимы при производстве ремонтных работ с PCB платами, BGA и SMD компонентами. Эти устройства обеспечат равномерный прогрев платы, защитят её и микроэлементы от чрезмерного перегрева.