Обзор характеристик инфракрасных паяльных станций

Обзор характеристик инфракрасных паяльных станций

Инфракрасные паяльные станции

Инфракрасные паяльные станции – это профессиональный инструмент для производства таких ремонтных работ как пайка и демонтаж микрочипов, выполненных в корпусах BGA, SOP, SOIC, QFN, QFP, LCC, TSOP и других.

Основным их преимуществом является возможность точного контроля температуры, а также поддержания заданной динамики нагрева. Всё это позволяет выполнять ремонтные операции на высоком уровне, обеспечивая высокую сохранность как самого чипа, так и печатной платы.

Время чтения: 16 минут

В этой статье рассмотрим:

О выборе инфракрасной паяльной станции

Неподготовленному человеку сложно сделать самостоятельный выбор инфракрасной паяльной станции (ИКПС). В первую очередь это связано с большим числом производителей и разнообразием существующих моделей.

В целом принцип работы всех ИКПС практически схож, однако они могут существенно различаться как конструктивно, так и в функционале. Всё это напрямую влияет на габариты и вес всей конструкции, скорость и качество выполняемых операций, а также общее удобство использования.

Инфракрасная паяльная станция Dinghua IR6500
ИК ПС Dinghua IR6500
ИК-станция ACHI HR15000
ИК ПС ACHI HR15000

Конструктивное исполнение, основной, а также дополнительный функционал – на все это нужно обращать своё внимание при выборе ИКПС.

Давайте разберемся с этим подробнее.

Система термонагрева

ИК паяльные станции сочетают в себе комплекс нагревательных элементов, выполняющих строго отведенные для них функции с четким контролем режима нагрева. К ним относятся: верхний термонагреватель, нижний преднагреватель, а также нижний локальный подогреватель.

Верхний нагреватель

Самым простым источником ИК излучения являются лампы накаливания (ЛН). В ИКПС могут применяться их улучшенная версия – галогеновые лампы. Галогеновые лампы для верхних нагревателей используют в установках низкого ценового сегмента. К их особенностям можно отнести:

  • низкую стоимость;
  • простоту конструкции;
  • малый срок службы (2000-4000 час);
  • пожароопасность (из-за высокой температуры нагрева);
  • яркий слепящий свет.

Совершенствование конструкции низкотемпературных (тёмных) электронагревательных элементов привело к разработке инфракрасных керамических нагревателей (ИК КН). По сравнению с галогеновыми ИК источниками керамические электронагреватели обладают целым рядом преимуществ:

  • длительный срок службы (150 – 250 тыс. час.);
  • пожаробезопасность (рабочие температуры не превышают 300 °C);
  • отсутствие слепящего света;
  • большая тепловая мощность (400 - 450 Вт);
  • возможность точного контроля температуры нагревательного элемента (НЭ).

К их недостаткам относятся: более высокая стоимость, неремонтопригодность, длительный процесс нагрева и охлаждения, а также наличие зон локального перегрева.

Лампа и нагреватель
Галогеновая лампа (слева) и керамический термонагреватель (справа)

Хотя ПС и называют инфракрасными, однако для нагрева микросхем могут использоваться не только нагреватели излучающие инфракрасное излучение, но и термовоздушные. В таких устройствах используется открытый электронагреватель из нихромовой проволоки. Через него прогоняется воздух, нагнетаемый вентилятором, а затем подается в рабочую область. Такой способ передачи тепла называется конвективным.

Нагреватель термовоздушный
Открытый термовоздушный электронагреватель

Термовоздушный нагрев реализуется в моделях среднего и высокого ценового сегмента. К его преимуществам можно отнести:

  • равномерность нагрева по всей площади рабочей зоны;
  • точный контроль температуры потока воздуха;
  • ремонтопригодность электронагревателя;
  • более высокие рабочие температуры (до 480°C);
  • быстрый нагрев и охлаждение;
  • большая тепловая мощность (до 1450 Вт).

К его недостаткам можно отнести только более высокую цену, а также значительно большие габаритные размеры.

Ниже приведены устройства различающиеся типом верхнего термонагревателя.

Паяльные станции YIHUA-1000A, ACHI IR-PRO-SC и Dinghua DH-5830
Инфракрасные установки: YIHUA-1000A с галогеновой лампой (слева), ACHI IR-PRO-SC с ИККН (в центре), Dinghua DH-5830 с термовоздушным верхним электронагревателем (справа)

В моделях простой конструкции перемещение нагревателей осуществляется вручную вращением специальных винтов. Установки средней и высокой ценовой категории могут оборудоваться электрическим приводом перемещения верхнего термонагревателя.

Нижний преднагреватель

Все паяльные ИК станции оборудованы нижним преднагревателем. Его функция – обеспечить равномерный нагрев всей печатной платы (PCB), что дает возможность избежать образования критических температурных деформаций, приводящих к повреждению PCB (микротрещины расслоение, отрыв контактных площадок и пр.).

Большинство моделей оборудуется керамическими нагревательными элементами. Равномерно размещаемыми по поверхности ПС. Однако более современные модели конструируются с кварцевыми нагревателями. Благодаря своей конструкции они быстро нагреваются и остывают, что позволяет лучше контролировать динамику прогрева PCB. Для повышения срока службы, в современных кварцевых нагревателях, используется карбоновое (углеродное) волокно.

Электронагревательные элементы
Трубчатые керамические электронагревательные элементы с нитью из углеволокна
Электронагревательные элементы
Установка LY M770 с керамическими НЭ (слева), Dinghua DH-A2E с кварцевыми электронагревателями (справа)

Для снижения нагрузки на электронные компоненты ПС, включение нижних преднагревателей может выполняться группами (секциями).

Нижний локальный подогреватель

Для повышения концентрации тепла в зоне пайки, в центре преднагревателя может размещаться дополнительный электронагреватель. Он может быть как керамическим, так и термовоздушным. Термовоздушные подогреватели оборудуются специальными насадками для концентрации воздушного потока. Дополнительно локальный подогреватель оборудуется механизмом перемещения по высоте.

ИК-станция H2 и паяльная станция Dinghua DH-5830
Инфракрасный ремонтный комплекс H2 (слева), Dinghua DH-5830 (справа)

Система удержания платы

Конструкция, используемая для удержания PCB, не менее важна, чем другие элементы ПС. Её предназначение - фиксация платы в заданном положении на все время выполняемых операций.

По способу размещения все удерживающие системы можно разделить на три вида:

  • накладные – размещаются свободно на поверхности основания и не фиксируются на нем;
  • приставные – устанавливаются на стол, над поверхностью основания установки;
  • встроенные – жестко размещены на основании.

Также удерживающие устройства, в зависимости от точности позиционирования PCB, можно разделить:

  • без регулировки позиции платы;
  • с грубой регулировкой;
  • с точной регулировкой.

Последние – оборудуются микрометрическими винтами, позволяющими изменять положение PCB с точностью до 0,01 мм. Эта особенность конструкции используется в системе позиционирования для максимально точного размещения микрочипа.

Паяльные станции IRDA-WELDER T862 и ACHI IR 6500
Устройства с накладным держателем IRDA-WELDER T862 (слева), а также приставным держателем ACHI IR 6500 (справа)
ИКПС Dinghua DH-5860 и Dinghua DH-A2E
ИКПС со встроенной системой удержания: с грубым позиционированием положения платы Dinghua DH-5860 (слева) и с точным позиционированием Dinghua DH-A2E (справа)

Практически во всех ИКПС применяются подвижные универсальные держатели. С их помощью можно фиксировать PCB как в упор, так и через монтажные отверстия, размещенные на ней.

Универсальные держатели РСВ
Универсальные PCB держатели отдельно и в сборе

Система позиционирования

Система точного позиционирования применяется перед пайкой. Она обеспечивает совпадение положения контактных площадок платы и чипа. Это позволяет предотвратить появление таких дефектов пайки, как непропай и замыкание соседних площадок вызванное смещение компонента.

Выделяют ручное и оптическое позиционирование.

Ручное позиционирование

Технология ручного позиционирования заключается в установке микрочипа в зоне его размещения и ручной корректировке положения с визуальным контролем выполняемой операции.Однако такая технология актуальна при расстояниях между контактными площадками чипа до 1 мм. При более высокой плотности требуется применение специальных технических средств, повышающих точность размещения чипа.

Пайка чипа вручную
Ручная укладка чипа на печатную плату

Оптическое позиционирование

Входящие в систему удержания PCB микрометрические винты используются в оптической системе позиционирования. Помимо них к ней относятся:

  • встроенный в верхний термонагреватель вакуумный пинцет;
  • микрометрический винт вращения вакуумного пинцета;
  • лазерный указатель;
  • монитор;
  • видеокамера;
  • привод перемещения видеокамеры (опционально).
Оптическое позиционирование, элементы системы
Элементы системы оптического позиционирования

Технология оптического позиционирования заключается в совмещении контактных площадок микросхемы и платы. Последовательность операций при этом следующая:

  1. печатная плата размещается и фиксируется в держателях.
  2. PCB перемещают в центр рабочего стола таким образом, чтобы лазерный луч указывал в середину области размещения чипа;
  3. на специальную площадку (при наличии таковой) или на место его размещения выкладывается микрочип;
  4. далее включают режим захвата (подбора) чипа вакуумным пинцетом;
  5. после этого вручную или автоматически (при наличии электрического привода) выдвигается видеокамера;
  6. при вращении микрометрических винтов совмещаются изображения контактных площадок печатной платы и чипа;
  7. убирается видеокамера и запускается процесс размещения чипа и выполняется последующая пайка.

Основной функционал

Все паяльные ИК станции имеют схожий принцип работы и функционал. Во всех в них реализован тот или иной контроль работы электронагревательных элементов, они имеют пользовательский (человеко-машинный) интерфейс, а некоторые оборудованы электроприводом отдельных элементов.

Контроль температуры

Контроль нагрева важен на каждом этапе выполнения пайки или демонтажа микрочипа. Слишком интенсивный или неконтролируемый нагрев может привести к повреждению как самого чипа, так и печатной платы.

В ИК ПС могут применяться: контроллеры (регуляторы) температуры, программируемые контроллеры и программируемые логические контроллеры (ПЛК).

Регулятор, контроллер и ПЛК для ИК ПС
Регулятор XMTG-8000 (справа), программируемый контроллер PC410 (в центре), ПЛК Mitsubishi (справа)

Непрограммируемые контроллеры , подобные XMTG-8000 обладают минимальным функционалом. В них возможно установить только конечную температуру и задать динамику ее изменения. Такие устройства применяются в ПС нижней ценовой категории (ACHI IR 6500, Dinghua DH-A01R и др.), а также в установках средней категории для контроля работы нижнего преднагревателя.

Программируемые контроллеры применяются в профилировании динамики нагрева. В качестве примера можно рассмотреть контроллер PC410. Это устройство может хранить до 10 температурных профилей с 8 ступенями нагрева. Такие контроллеры широко применяются во многих ИКПС, например, таких, как ACHI IR 6500, Dinghua IR6500, Ly IR8500 и других.

Использование программируемых логических контроллеров расширяют функционал установок. Они дают возможность:

  • повысить точность контроля температуры (до 1...0,5 °C);
  • использовать протоколы обмена данными RS-232, RS-422 и RS-485;
  • подключать дополнительные модули (управление внешними устройствами, визуализация и т.п.).

ПЛК используют во всех моделях высокого ценового сегмента и части среднего, например в таких, как: Dinghua DH-G620, WISDOMSHOW WDS-520, LeiKe BK LK-T6, а также другие.

Встроенный вентилятор охлаждения

В процессе пайки важны не только нагрев, но и охлаждение. Особенно это актуально при применении бессвинцовых припоев. Нарушение режима охлаждения способно вызвать растрескивание припоя, что приводит к снижению проводимости соединения или даже его разрыву. В связи с этим большинство установок оборудовано встроенным тангенциальным вентилятором охлаждения.

Вентилятор охлаждения в ИК-станции
Место расположения вентилятора охлаждения

Пользовательский интерфейс

Пользовательский интерфейс включает в себя все доступные оператору органы управления. Он позволяет оператору эффективно и удобно управлять всем процессом.

Во многих установках применяются кнопки, переключатели и рычаги. Для удобства ориентирования рядом с каждой выполнена сопроводительная надпись.

Панель управления ИК WISDOMSHOW WDS-620
Органы управления ИК паяльной станции WISDOMSHOW WDS-620

В моделях с ПЛК также реализована возможность управления посредством тачскрина (сенсорного дисплея). Сенсорный экран позволяет оперативно отслеживать и контролировать режимы работы, а также расширяет возможности в управлении станцией.

Сенсорный дисплей
Сенсорный экран на ИКПС Dinghua DH-A2

Профилирование режимов нагрева

Использование температурных профилей позволяет выполнять пайку в максимальном соответствии с технологическими требованиями, соблюдая режимы предварительного нагрева, пайки и охлаждения.

Большинство моделей, оснащенных PLC (ПЛК), позволяют настраивать до восьми ступеней термопрофиля для каждого термонагревателя. В каждой ступени оператором задаются: конечная температура, скорость ее роста (шаг и его длительность).

Меню редактирования температуры ИК Dinghua
Меню редактирования температурного профиля ПС Dinghua оборудованных ПЛК

Автоматизация

Автоматизация работы инфракрасных паяльных станций сводится не только к контролю нагрева, но и к управлению работой других элементов:

  • перемещению верхнего нагревателя;
  • выдвижению и складываниювидеокамеры;
  • работой вакуумного пинцета.

Это позволяет максимально автоматизировать процесс работы: подбор, выкладка и пайка. Оператору остается только выровнять микрочип относительно PCB.

Дополнительный функционал

Наличие дополнительного функционала позволяет повысить удобство работы, расширить рабочие возможности ПС, а также освободить рабочее место.

Освещение

Достаточный уровень освещенности улучшает условия труда и позволяет оператору лучше контролировать выполнение рабочих процессов. Дополнительное освещение, в большинстве установок реализовано одним или двумя гибкими светильниками типа «гусиная шея». Однако есть модели со стационарными источниками света, а также с комбинированными.

Комбинированное освещение у ИК-станции LeiKe BK LK-T007
ИКПС с комбинированной подсветкой LeiKe BK LK-T007

Внешние температурные датчики

Большая часть ИКПС оснащено разъемом для подключения внешнего температурного датчика. Его основное предназначение – фиксация фактической температуры в зоне пайки или иных чувствительных к перегреву элементах.

Однако некоторые инфракрасные ПС, оборудуются тремя, четырьмя и даже с пятью разъемами для подключения внешних температурных датчиков. Такое число внешних датчиков предоставляет возможность выполнять разработку собственных термопрофилей. Это актуально при использовании специальных чипов, плат или припоев.

Панели моделей ПС WISDOMSHOW
Передние панели ПС WISDOMSHOW WDS-620 и WDS-750 с разъемами для подключения термодатчиков

Вакуумный пинцет

Это устройство для большинства станций стало естественным дополнением. Практически каждая из них оборудуется вакуумным пинцетом.

По способу размещения все установки можно разделить на три типа:

  • без вакуумного пинцета;
  • со встроенным боковым вакуумным пинцетом;
  • с вакуумным пинцетом, встроенным в верхний термонагреватель.

Последний способ размещения применяется в автоматизированных моделях, способных к автоматическому подбору и укладке микрочипов.

Термовоздушный пинцет - встроенный и боковой
Расположение вакуумных пинцетов: встроенный в верхний термовоздушный электронагреватель (слева) и боковой (справа)

Столик для микрочипа

Это удобная опция, позволяющая устройству подбирать и выкладывать микрочип на чистую, ровную поверхность. Специальные площадки для микрочипа выполняют на таких моделях, как Dinghua DH-A2E, WISDOMSHOW WDS-750, и Shuttlestar SV-650A.

Стол паяльной станции для чипов

Столик для выкладки чипов на инфракрасной ПС Dinghua DH-A2E

Выдвижной экран

Ряд ИК паяльных станций имеют оригинальную конструкцию, позволяющую выдвигать и прятать сенсорный экран. Такая конструкция не только обеспечивает защиту экрана от случайных повреждений, но и значительно уменьшает габариты всей конструкции , что часто актуально для небольших рабочих зон. Эта конструктивная особенность реализована в таких моделях, как ACHI IR12000, Shuttlestar SV-650, WISDOMSHOW WDS-800 и других.

Расположение сенсорного экрана в станции ACHI IR12000
ИКПС ACHI IR12000 со сложенным (слева) и выдвинутым (справа) сенсорным экраном.

Дополнительное паяльное оборудование

Ряд установок оборудуются паяльником или даже термофеном. Такие конструкции часто проектируются для нижней ценовой категории. Преимуществом таких паяльных станций является универсальность проводимых на них операций, экономия рабочего пространства и удобство. Ведь все паяльное оборудование находится сразу под рукой.

Паяльные станции с дополнительными модулями
ИКПС с дополнительными модулями YIHUA-1000B (слева) и WELDER T862++ (справа)

Ценовой сегмент

Для малых ремонтных предприятий и рядовых пользователей стоимость инфракрасной ПС является приоритетной. Если бюджет существенно ограничен, то придется отказаться от некоторых дополнительных функций ИКПС. В такой ситуации стоит обращать внимание на способ контроля температуры, а также тип и мощность используемых нагревательных элементов. Тем, кто готов платить за качество и функционал, следует уделить внимание всем характеристикам.

Сравнение характеристик инфракрасных паяльных станций

Премиум сегмент

Модель Нагрев верхний Нагрев нижний Контроль Позиционирование чипа Система позиционирования платы Автоматическая установка и снятие чипа Вакуумный пинцет
Dinghua DH-A2 Термовоздушный Инфракрасный + термовоздушный PLC Да Да, с микрометрическими винтами Да Да, встроенный в верхний нагреватель
Dinghua DH-A2E Термовоздушный Инфракрасный + термовоздушный PLC Да
Да, с микрометрическими винтами
Да, с площадкой для микрочипа
Да, встроенный в верхний нагреватель
ACHI HR15000 Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Да
Да, с микрометрическими винтами
Да
Да, встроенный в верхний нагреватель
WISDOMSHOW WDS-620 Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Да
Да, с микрометрическими винтами
Да
Да, встроенный в верхний нагреватель
WISDOMSHOW WDS-650 Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Да
Да, с микрометрическими винтами
Да
Да, встроенный в верхний нагреватель
WISDOMSHOW WDS-750 Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Да
Да, с микрометрическими винтами
Да, с площадкой для микрочипа
Да, встроенный в верхний нагреватель

Высоко-ценовой сегмент

Модель Нагрев верхний Нагрев нижний Контроль Позиционирование чипа Система позиционирования платы Автоматическая установка и снятие чипа Вакуумный пинцет
Dinghua DH-A1L-C Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Нет
Да
Нет
Да, ручной
Dinghua DH-5830 Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Нет
Да
Нет
Да, ручной
Dinghua DH-5860 Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Нет
Да
Нет
Да, ручной
Dinghua DH-5880 Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Нет
Да
Нет
Да, ручной
ACHI IR-PRO-SC Инфракрасный
Инфракрасный
Непрограммируемый контроллер
Нет
Да
Нет
Нет
ACHI IR12000 Инфракрасный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Нет
Да
Нет
Да, ручной
ACHI ICS-R490 Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Нет
Да
Нет
Да, ручной
WISDOMSHOW WDS-520 Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Нет
Да
Нет
Да, ручной
LeiKe BK LK-T6 Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Нет
Да
Нет
Да, ручной
LeiKe BK LK-T007 Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Нет
Да
Нет
Да, ручной
Seamark ZM ZM-R5860 Термовоздушный
Инфракрасный + термовоздушный
PLC
Нет
Да
Нет
Да, ручной

Средне- и низко- ценовые сегменты

Модель Нагрев верхний Нагрев нижний Контроль Позиционирование чипа Система позиционирования платы Автоматическая установка и снятие чипа Вакуумный пинцет
Dinghua IR6500 (DH-A01R) Инфракрасный
Инфракрасный
Непрограммируемый контроллер
Нет
Да
Нет
Нет
ACHI IR 6500 Инфракрасный
Инфракрасный
Непрограммируемый контроллер
Нет
Да
Нет
Нет
Ly IR8500 Инфракрасный
Инфракрасный
Непрограммируемый контроллер
Нет
Да
Нет
Нет
Инфракрасный ремонтный комплекс H2 Инфракрасный
Инфракрасный
Непрограммируемый контроллер
Нет
Да
Нет
Нет
YIHUA-1000B Инфракрасная лампа
Инфракрасный
Непрограммируемый контроллер
Нет
Да, ручная
Нет
Нет
YIHUA-1000A Инфракрасная лампа
Инфракрасный
Непрограммируемый контроллер
Нет
Да, ручная
Нет
Нет
Ly M770 Инфракрасный
Инфракрасный
Непрограммируемый контроллер
Нет
Да
Нет
Нет
IRDA-WELDER T862++ Инфракрасная лампа
Инфракрасный
Непрограммируемый контроллер
Нет
Да, ручная
Нет
Нет
IRDA-WELDER T862 Инфракрасная лампа
Инфракрасный
Непрограммируемый контроллер
Нет
Да, ручная
Нет
Нет

Заключение

Все паяльные станции, независимо от производителя и модели, призваны помочь в замене микрочипов. При должном навыке, а также четком контроле режимов нагрева используется любая установка, независимо от того, установлен ли на ней ПЛК или обычный терморегулятор.

Однако при необходимости проведения качественного ремонта или при производстве высоконадежной техники все же стоит использовать оборудование, максимально автоматизирующее процесс пайки.


Количество показов: 275
05.10.2022

Возврат к списку