Как сделать термовоздушный паяльный фен своими руками

Варианты пайки

Причиной того, что современный рынок способен предложить широкий спектр паяльного оборудования является тот факт, что обыкновенный бытовой паяльник стал инструментом, который можно купить на каждом углу. А вот паяет он далеко не все современные приборы.

При помощи паяльной станции, которую можно сделать своими руками, есть возможность производить ремонт любого электрического оборудования, в том числе такого сложного и высокоточного, как материнская плата компьютера.

Прежде, чем приступить к конструкции и начать описывать самодельный цифровой паяльный механизм, рассмотрим, какой может быть станция и какие типы пайки существуют.

Станции условно можно классифицировать таким образом:

• контактного типа;
• контактного типа без применения свинца;
• термовоздушного типа;
• комбинированно-термовоздушного типа;
• демонтажного типа;
• инфракрасные станции.

Самый простой вид – контактный. Его строение мало чем отличается от привычного паяльника, однако контактное оборудование лишено многих конструктивных недостатков, которые есть у паяльников.

Контактная пайка

Главной проблемой паяльника является чрезмерный нагрев радиокомпонентов, в частности транзисторов, диодов, тиристоров. Из-за высокой температуры, полупроводниковые элементы начинают менять свою вольтамперную характеристику и нарушать протекание электрического тока в цепи.

Именно поэтому становится невозможным регулировать температуру нагревательных элементов, иными словами традиционный паяльник рано или поздно перестает «слушать» — температура либо неограниченно растет, либо перестает расти вообще.

Таким образом, после достигнутых 400 °C, пайка может быть безопасной только из-за краткосрочного контакта «жало-припой».

Приступая к созданию контактной паяльной станции, или выбирая одну из моделей, которые уже предложены на рынке, следует понимать, что она должна содержать блок питания, включающий в свою конструкцию гальваническую развязку. Именно такой механизм «питание — нагреватель» гарантирует адекватную регулировку напряжения и температуры прогрева. Чаще всего наиболее рациональной температурой нагрева является 250-350 °C.

Бесконтактная пайка

Бесконтактными (термовоздушными) паяльными станциями являются такие установки, которые отлично подходят для ремонта мобильных телефонов, крупной и мелкой бытовой техники. Мощность таких установок крайне высока, они отлично справляются как с припоями, содержащими свинец, так и с бессвинцовыми.

Однако следует помнить, что применять такие устройства для микросхем BGA-типа нельзя. Термовоздушная, бесконтактная пайка представляет собой симбиоз строительного фена и паяльника, паять с помощью такого оборудования очень удобно и быстро.

Контактные модели

Паяльная станция данного типа способна работать только при помощи высокочастотных катушек индуктивности. Дополнительно для смены фазы в устройствах используются адаптеры. В данном случае пороговое напряжение электроинструмента может достигать 50 В. Чтобы решить проблему с искажениями, специалисты советуют устанавливать бесконденсаторные выходы. В свою очередь, резисторы для платы станции подбираются исключительно ортогонального типа. Все это позволит стабильно поддерживать обратное напряжение на выходе на уровне 30 В.

Расход электроэнергии у таких устройств в среднем составляет 2 Вт. Модуляторы применяются исключительно магнитные. Параметр проводимости тока у них в среднем равняется 44 мк. Степень искажение электроинструмента, в конечном счете, будет зависеть от скорости генерации тока. Разъемы для станции зачастую подбираются на дополнительной плате расширения. Кабель питания устройства припаивается только возле адаптера. Корпус для указанного прибора можно вполне изготовить самостоятельно.

Техника безопасности и правила использования

На рабочем месте важно соблюдать технику пожарной безопасности.
В процессе работы постарайтесь не допустить резкого изменения температуры нагревателя. Не трогайте нагревательный элемент и насадки фена.
Насадки меняйте после выключения и остывания фена.
Не допускайте попадания на термофен жидкости.
Обеспечьте хорошее проветривание рабочего места.. Паяльная станция-фен – довольно удобное приспособление, которое можно собрать самостоятельно

Несмотря на имеющиеся недостатки, это вполне пригодное устройство для ремонта бытовой техники

Паяльная станция-фен – довольно удобное приспособление, которое можно собрать самостоятельно. Несмотря на имеющиеся недостатки, это вполне пригодное устройство для ремонта бытовой техники.

Паяльные станции

Рекомендации по сборке

В домашних условиях проще и дешевле сделать станцию с феном на вентиляторе, где роль нагревателя играет спираль. Керамический нагреватель стоит дорого, а в случае резких изменений температуры может потрескаться. Компрессор сложно сконструировать самостоятельно, и его нельзя присоединить к фену, поэтому от главного блока придется проводить трубу для воздуха, что добавляет неудобств.

Нагнетателем послужит малогабаритный вентилятор (подойдет кулер от блока питания компьютера) возле ручки термического фена. К нему присоединяется трубка, в которой воздух нагревается и выходит на паяемый элемент. На торце кулера вырезается отверстие, через которое в трубку с нагревателем попадает воздух. С одной стороны кулер плотно закрывается, чтобы воздух во время работы шел лишь в трубку, а не выходил наружу. Нагнетатель монтируется в задней части фена.

Нагреватель собрать гораздо труднее. Нихромовая проволока спиралью накручивается на основание. Витки соприкасаться друг с другом не должны. Длина спирали рассчитывается из расчета того, что ее сопротивление должно равняться 70-90 Ом. Основанием может служить основание с низкой теплопроводностью и большой стойкостью к высоким температурам.

При конструировании фена много разных деталей могут быть взяты из старых домашних фенов. В каждом, даже простом и дешевом, устройстве есть слюдяные пластины, из которых для спирали собирается крестообразное основание. Также используются основания старых паяльников либо галогенных ламп для прожекторов. Основание на 5-7 см должно быть не занятым спиралью. От спирали по основанию отводятся концы. Затем эта часть плотно обматывается жаропрочной тканью.

Далее, из фарфора, керамики и подобных материалов делается трубка. Диаметр рассчитывается так, чтобы между ее внутренними стенками и спиралью оставался маленький зазор. Сверху на сопло наклеиваются термоизоляционные материалы:

• стекловолокно;
• асбест;
• прочее.

Изоляция обеспечит больший КПД фена и позволит спокойно брать его руками.

Нагревательный элемент и трубка-сопло по отдельности соединяются с нагнетателем таким образом, чтобы воздух шел в сопло, а нагреватель находился внутри сопла посередине. Место скрепления сопла и нагнетателя изолируется во избежание пропускания воздуха.

По форме получившаяся конструкция напоминает пистолет. Для удобства к корпусу можно прикрепить держатели и ручки. Специальные насадки покупаются или вытачиваются из термостойкого металла. От изготовленного фена к главному блоку должны отходить четыре провода и выходить из задней части фена. Их рекомендуется собрать вместе и изолировать повторно.

В корпусе блока размещаются два реостата, один из которых регулирует мощность потока воздуха, а другой – мощность нагревательного элемента. Лучше, если выключатель для нагревателя и нагнетателя будет общим. Завершающее действие – устройство выхода для розетки.

Что такое паяльная станция

Такое устройство называют ещё паяльной установкой. Это набор инструментов и приспособлений, включающий в себя основные элементы:

• паяльник;
• сменное жало;
• подставка;
• термический фен;
• удалитель олова;
• блок регулировки.

По сравнению с ценой на традиционный инструмент для пайки, такая установка стоит в десятки раз дороже. Перед обычным паяльником станция обладает рядом преимуществ:

• возможность подключать более одного паяльника;
• осуществление точной регулировки с плавной подачей напряжения, по сигналу электронного блока управления;
• защита от воздействия на обрабатываемые элементы статического электричества;
• защита от перегрузки;
• смена насадок на рабочую часть паяльников;
• освобождение поверхностей от излишков припоя.

Кроме того, она предохраняет оператора от поражения электрическим током, по причине подачи питания на паяльники пониженного напряжения. При профессиональной работе или мелком единичном ремонте электронной аппаратуры это устройство повышает качество спаянных соединений.

Конструкция и детали

В качестве индикаторов можно использовать любые светодиодные строенные индикаторы, как с общим анодом, так и с общим катодом. Так же можно использовать и отдельные индикаторы, соединив параллельно их сегменты. Прошивки для этих двух вариантов приложены в прицепе. Должны работать обе, но с общим катодом я не тестировал.

Трансформатор блока питания выполнен на сердечнике PQ2625PC40, купленным на Aliexpress. Так как выходной каскад БП однотактный, то сердечник трансформатора должен иметь зазор 0,35-0,4 мм.
Первичная обмотка содержит 34 витка, намотана проводом диаметром 0,45 мм. Обмотка питания ШИМ-а содержит 5 витков, провода диаметром 0,25 мм.
Вторичные обмотки намотаны в два провода, диаметром 0,5 мм и содержат:
30-ти вольтовая обмотка — 9 витков;
9-ти вольтовая обмотка 3 витка.

Сердечник трансформатора

Вполне можно использовать и любые сердечники от комповых БП, но их надо перематывать по расчетам в программе расчета Flyback 8.11, и если сердечник без зазора, то соответственно расчётам, собирать сердечник с необходимым зазором. Ниже на рисунке показан расчет для примера для сердечника от компового БП.

Расчёт трансформатора на сердечнике от БП компьютера.

Вообще вы можете не заморачиваться с импульсным блоком питания и собрать его на обычном силовом трансформаторе, имеющим на выходе две вторичные обмотки с выходными напряжениями 7-12 и 24-28 вольт. По габаритам он получится не больше импульсного БП, так как токи потребляемые контроллером и вентилятором фена не большие, и вполне будет достаточно того, чтобы максимальный ток вторичных обмоток был 0,3-0,5 Ампер.

Все печатные платы сделаны по всем известной технологии ЛУТ. Надписи и рисунки на платы со стороны деталей тоже наносил при помощи этой технологии.

Обзор конструкций паяльных станций

Станции для пайки различаются по назначению, а также комплектации оборудования, входящего в их состав. Их классифицируют по основным параметрам.

Контактные станции

Подобные паяльные станции оборудуются паяльниками, которые взаимодействуют с расплавленными припоями. В их составе имеются сами паяльники со сменными жалами, а также блоки управления, поддерживающие заданный температурный режим.

Наиболее продвинутые конструкции автоматически включаются только в момент изменения положения паяльника в пространстве. Если его помещают на стойку, то питание отключается, нагрев прекращается.

Термовоздушные установки

Нагревать можно не только жало. Нагревается и поток воздуха, который используется для прогрева пространства. Они оснащены вентилятором (некоторые даже можно считать компрессорными) и нагревателем.

Подобный инструмент способен производить групповой монтаж и демонтаж. Сразу несколько контактов микросхемы припаиваются по всем точкам на плате. Аналогично при необходимости замены производится и демонтаж детали.

Наличие подобных инструментов позволяет эффективно использовать пространство при изготовлении компактных установок.

Инфракрасные приборы

У инструмента с кварцевым и керамическим нагревателями пайка выполняется бесконтактным способом. Сам инструмент используется только для нагревания области пайки. Жало не касается деталей и припоя.

ИК-излучатель расположен на удалении от зоны пайки. Он только прогревает ограниченную площадь в заданном месте.

Общие характеристики

Современная паяльная станция сочетает в своем составе несколько типов оборудования. Главное отличие от бытовых паяльников – это разогрев до заданных параметров. При необходимости легко изменить обрабатываемые пространства и величину нагрева.

Промышленные паяльные станции изготавливаются не только универсальными. Некоторые имеют узкое направление использования:

• для монтажа на удаленном расположении деталей;
• для демонтажа элементов;
• комбинированные устройства;
• ремонтные установки.

Наиболее развитые конструкции оснащены цифровыми регуляторами.

Аналоговые установки

Аналоговые паяльные станции оснащаются приборами с обратной связью. Их работа регулируется задаваемыми температурными интервалами. При получении сигнала, что достигнут предельный режим, происходит автоматическое отключение прибора.

Некоторые пользователи считают, что подобные устройства помогают выполнять быстрый и качественный монтаж электронных схем и установок.

Инфракрасная

Инфракрасную станцию также вполне реально изготовить самостоятельно. Для этой цели понадобится:

• паяльник;
• блок питания от ПК;
• автомобильный прикуриватель.

Блок питания можно использовать старый. Понадобится только одна рабочая линия с напряжением в 12 вольт. Особой мощности не требуется. От паяльника понадобится только деревянная ручка. Ее можно использовать и от любого другого прибора или изготовить самостоятельно. Первым делом необходимо разобрать прикуриватель, чтобы добраться до нагревательного элемента, который находится внутри. На фото показано, как он выглядит.

Следующая задача заключается в том, чтобы закрепить ручку от прикуривателя на рукоятке от паяльника. Для этого можно воспользоваться клеем. Далее необходимо просверлить отверстие в ручке от прикуривателя, чтобы через отверстие можно было подвести питающие провода. Когда провода подведены, можно собрать модуль прикуривателя с керамической проставкой, как показано на фото ниже.

Закрепить всю конструкцию на рукоятке можно с помощью дополнительной металлической пластины. Когда все готов провода подключаются к блоку питания на вывод в 12 вольт. Готовый вариант мини-станции показан ниже на фото.

Станция получается компактной, поэтому ее легко транспортировать и можно запитать от любого источника, который способен выдать 12 вольт постоянного тока. Это может быть даже аккумулятор, поэтому станция получилась полностью автономной. Если собрать небольшой блок из литий-ионных аккумуляторов 18650 с преобразователем на 12 вольт и установить контроллер зарядки, то цены такой станции не будет.

Нагрев мини-станции происходит практически моментально, а максимальная температура может превышать 400 градусов. Выпайке поддаются небольшие элементы, например, конденсаторы и транзисторы, как видно на фото ниже.

Расстояние до платы при пайке должно быть не меньше 10 мм. Кроме миниатюрных SMD элементов, станция с легкостью справляется и с микросхемами в корпусах SOEC. На фото ниже видно прямое тому доказательство.

Также без особых сложностей можно выпаять и более крупные компоненты. Станцию можно немного доработать, чтобы получился удобный вариант для работы. Одним из модулей, который легко использовать дополнительно является диммер, как видно на фото ниже.

Его предназначением является возможность регулировка мощности паяльной станции. В качестве источника питания можно использовать не блок питания от ПК, а блок питания для светодиодной ленты, как видно на фото ниже. Его легко приобрести в любом магазине электротоваров. Общая мощность станции составляет примерно 50 Вт, сила тока, которая потребуется для ее работы достигает 6 ампер. Это стоит учитывать при выборе блока питания.

Минусом такой паяльной стации можно считать отсутствие контакта с элементом, который подвергается пайке. Из-за этого нет возможности убрать излишек припоя, а также невозможно поправить деталь, если она была спозициоинрована со смещением, а припой еще не остыл. Желательно предусмотреть отдельную кнопку включения на рукоятке, которая предотвратит перегревание прикуривателя. Во время работы такой станцией, необходимо держать манипулятор под углом в 90 градусов к элементу, который паяется. Это даст возможность воздействовать на него всей областью нагревателя равномерно.

Дополнительно для успешной пайки мелких элементов понадобится набор пинцетов. Их губки обязательно должны быть острыми, чтобы было легче захватывать миниатюрные компоненты. Кроме того, не обойтись без устройства, которое называется «третья рука». Есть множество его вариаций, но основное предназначение везде одинаковое. Оно заключается в удержании припаиваемых проводов или целых микросхем. Чтобы было легче рассмотреть мелкие компоненты, необходимо хорошее увеличительное стекло или микроскоп. Неотъемлемой частью инструментария мастера является хорошее освещение. Желательно, если оно будет основано на светодиодах, которые не имеют мерцания при работе. Во время пайки с использованием станции не обойтись без флюса. Это специальный раствор, который улучшает адгезию и очищает металл для пайки. Вариант инфракрасной паяльной станции с нижним подогревом также можно собрать самостоятельно. Об этом есть видео ниже.

Основы пайки феном

Прежде, чем начать проектировать самодельный паяльный фен, следует ознакомиться с основными методами использования данного инструмента.

Чертеж паяльного фена.

Термофен для пайки, как правило, может понадобиться в таких случаях:

1. Пайка очень маленьких деталей в SMD корпусах.
   Большинство мелких радиодеталей не поддаются пайке паяльником. Для монтажа подобных компонентов необходимо залудить место посадки, смазать его флюсом и расположить микросхему. После этого можно смело начать нагрев монтажных контактов при помощи фена, до того момента пока припой под компонентом не расплавится, и он не сядет на печатную плату.
2. Отсутствие свободного места для использования паяльника.
   При очень плотной компоновке элементов на печатной плате использование паяльника существенно затруднено. В этом случае термофен – это лучший вариант для радиолюбителя.
3. Ремонтные работы, связанные с мобильными телефонами или планшетными компьютерами.
   Большинство современный гаджетов практически невозможно разобрать без использования термофена. Например, замена экрана на любом телефоне требует предварительного прогрева старой матрицы при помощи термофена. Серьезный нагрев нейтрализует клей и позволяет отделить экран от корпуса устройства.
4. Снятие BGA чипов с посадочных площадок.
   Работы по реболу и прогреву современных видеочипов производятся при помощи паяльного термофена.

Процесс пайки

• нанесение припоя или паяльной пасты на место предполагаемого монтажа;
• установка микросхемы на посадочное место;
• прогрев монтажных контактов при помощи паяльного термофена.

Для того, чтобы обезопасить близлежащие компоненты от нагрева, следует наложить на них специальные экраны из алюминиевой фольги.

После проведения работ следует проверить качество пропая всех контактов при помощи иголки.

Демонтаж элемента при помощи фена еще проще. Для снятие неисправной микросхемы необходимо:

• равномерно прогреть все контакты;
• аккуратно снять элемент при помощи пинцета или присоски.

Во время нагрева поверхности при помощи термофена необходимо совершать круговые движения. Такая методика позволяет избежать локального перегрева платы и нарушения ее геометрии.

На базе кулера

Сделать фен своими руками в домашних условиях проще всего, если воспользоваться турбинным принципом нагнетания воздуха, реализуемым с помощью любого подходящего для этих целей малогабаритного вентилятора.

Фен для пайки может быть изготовлен своими руками на базе кулера, которым комплектуется блок питания любого стационарного компьютера.

При этом вентилятор встраивается в ручку термического элемента из огнеупорной трубки с электрической спиралью, проходя по которой воздух будет нагреваться, а затем поступать в зону пайки.

Наружную часть корпуса паяльного фена необходимо сделать герметичной, что исключает возможность отсоса воздуха в окружающее пространство. Для сборки нагревателя потребуется нихромовая проволока, наматываемая в виде спирали на керамическую трубку.

Общая длина обмотки выбирается из того расчёта, чтобы сопротивление всего проводного отрезка составляло около 70-90 Ом.

Отдельные витки спирали, наматываемой на керамическое основание, должны располагаться на некотором удалении один от другого. Для безопасной работы нагревателя это удаление должно составлять порядка 1-2 мм.

Принципиальная схема

Изначально, в авторском варианте, схема была выполнена полностью на SMD компонентах (в том числе и atmega8) и на двухсторонней плате. Повторить её для меня, и думаю большинства радиолюбителей, не представляется возможным. Поэтому перевел схему и разработал плату на DIP компонентах. Конструкция выполнена на двух печатных платах: высоковольтная часть сделана на отдельной платке во избежание наводок и помех. Паяльник применён с термопарой, на 24v 50w от станции “Baku”.

Фен применен от этой же фирмы, c термопарой в качестве датчика температуры. Имеет нихромовый нагреватель с сопротивлением около 70 ом и “турбинку” на 24v. На экране отображается температура: заданная и фактическая для фена и паяльника, сила воздушного потока фена(отображается в виде горизонтальной шкалы в нижней строчке экранчика).

Для увеличения, уменьшения температуры и потока воздуха турбинки: переносится курсор кратковременным нажатием на энкодер, и поворачивая влево или вправо устанавливается нужное значение. Удерживая первую или вторую кнопку памяти можно запомнить удобную для вас температуру и при следующем использовании, нажав на память, сразу пойдет нагрев до установленных в памяти значений. Запуск фена осуществляется нажатием на кнопку “Fen ON”, которая находится на лицевой панели, но можно вывести её на ручку фена, использовав проводки идущие на геркон, так как в данной станции он не используется. Для перехода фена в спящий режим: также нужно нажать на кнопку “Fen ON”, при этом нагрев фена прекратится, а турбинка фена будет остужать его до заданной температуры(от 5 до 200 градусов), которую можно выставить в настройках.

Особенности и предназначение

Для разогрева металлических отводов и специального паяльного вещества необходимо специальное оборудование, которым и является паяльный фен. Устройство способно очень быстро разогреваться до нужной температуры даже с учетом простой конструкции. Благодаря простому строению, с аппаратом может работать и начинающий электрик и профессионал. Для упрощения работы с мелкими деталями применяют также дополнительное оборудование совместно с фенами, но так как цена приборов немалая, то лучшим вариантом будет паяльная станция с феном своими руками. Это оборудование позволит справиться с большинством сложных задач без особых усилий.

По конструкции аппарат устроен так же, как и строительный фен, но обладает меньшей мощностью и более компактными насадками. Чаще всего в комплекте паяльной станции имеется обычный паяльник и термофен. При этом приборы оснащаются регуляторами температурного режима.

Для профессиональной мастерской термофен проще купить, так как он быстро оправдает свою стоимость, и пользоваться таким оборудованием будет удобнее. А если микросхемы необходимо припаивать в домашних условиях и не каждый день, то для этого подойдет самодельная термовоздушная паяльная станция своими руками.

Отличие паяльных фенов

Очень часто радиолюбители задумываются о том, как сделать паяльный фен своими руками, но перед началом сборки необходимо знать принципы и отличия паяльной станции и самого паяльника. Схема устройства состоит из основной и дополнительной части. Основной частью является блок, к которому подключаются паяльники. В зависимости от способа подачи воздуха станции бывают двух видов:

1. Турбинная — воздушный поток формируется благодаря встроенному кулеру в термофене.
2. Компрессорная — поток воздуха формируется посредством компрессора, установленного в главном корпусе станции.

При покупке паяльной станции такие особенности имеют большое значение, так как компрессорными создается сильный воздушный поток, и они могут использоваться для работы в труднодоступных местах даже с узкими насадками, а турбинные не способны продавить воздух с необходимой мощностью через узкое отверстие насадок.

https://youtube.com/watch?v=3zE-HDdz2Xs

Работа устройства заключается в нагревании керамического или спиралеподобного элемента, который установлен в термофене, и нагревании воздуха, проходящего через этот элемент. Паяльный термофен может нагревать воздух до температуры в пределах 100—180 градусов, а в современных моделях имеется возможность регулировки температурного порога.

По сравнению с инфракрасными аналогами, термовоздушные станции имеют такие недостатки:

1. Поток воздуха сдувает мелкие детали.
2. Неравномерный прогрев поверхности.
3. Изменение насадок для разного типа работ.

Однако для любителей, такие недостатки несущественны по сравнении с преимуществом в цене.

Термовоздушный паяльник для станции можно изготовить в домашних условиях из обычного бытового фена. При этом по техническим характеристикам он не будет уступать заводскому аналогу. Основными характеристиками такого паяльника являются:

• Диаметр наконечника;
• Мощность;
• Производительность турбины;
• Максимальный температурный порог.

Такие параметры напрямую влияют на качество и производительность работы устройства, поэтому при сборке к ним необходимо относиться очень внимательно.

https://youtube.com/watch?v=KVvm4V3dIMg

Особенности конструкции термофена

С помощью паяльного устройства можно плавить пластиковые детали и метал, который имеет небольшую температуру плавления. Специальная спираль из нихрома разогревает воздух, после этого горячий воздух подается в нужную точку. При конструировании самодельного аппарата необходимо руководствоваться главным параметром — температура нагрева воздуха. В профессиональных устройствах параметр достигает 800 градусов, но если плавка серебра или алюминия не потребуется, то самодельный термофен можно изготовить с температурным порогом до 600℃.

При сборке устройства в домашних условиях также необходимо ориентироваться на экономию средств, а для этого нужно найти детали для сборки. В конструкцию оборудования входят:

• Корпус;
• Нагревательная часть;
• Устройство, посредством которого будет подаваться воздух;
• Держатель;
• Кнопка включения.

Для улучшения прибора можно заранее предусматривать использование датчика и регулятора температуры, а также установку разных насадок.