Разработка и изготовление инфракрасного нижнего подогрева для пайки

Введение

В 2020-м году участниками хакерспейса CADR принято решение оборудовать hardware-зону с рабочим местом для монтажа и ремонта. Для качественного монтажа в некоторых случаях необходимо использовать инструмент "нижний подогрев" обеспечивающий поддержание стабильной температуры поверхности платы и уменьшающий необходимое время нагрева припоя до температуры плавления.

Постановка задачи, поиск исполнителей

Для сборки плат, имеющих двухсторонний монтаж элементов, не подходит нижний подогрев, который требующет непосредственного контакта с поверхностью платы для передачи тепла. При двухстороннем монтаже используется подогрев работающий на ИК-излучателях, т.к. инфракрасное излучение обеспечивает нагрев PCB, не имеющих ровной нижней поверхности в случае наличия смонтированных SMD-элементов.

Доступные в продаже готовые устройства имеют высокую стоимость в среднем 20т.р.

По ТЗ необходимо разработать бюджетное устройство обеспечивающее нагрев pcb с использованием инфракрасного излучения. Устройство должно обеспечивать стабильный результат при известных недостатках.

Команда разработки включала в себя @SergeyPRS.

Описание решения

В качестве основы изделия используется инфракрасная плита "Матрёна" МА-044.

Преимущества решения

Коэффициенты пропускания разных длин волн для разных материалов.

1. Низкая исходная цена. Плита доступна в продаже по цене от 1700р.
2. Устройство уже имеет корпус, нагревательный элемент и контроллер, это позволяет ускорить сборку и уменьшить затраты.
3. Поверхность плиты покрыта стеклом, которое обеспечивает фильтрацию диапазона излучения и легко очищается после использования.
4. Мощность нагрева регулируется от 100 Вт, что позволяет нагревать платы небольшого размера без риска перегрева.
5. Низкий корпус позволяет использовать конструкцию совместно с микроскопом с подходящим по высоте штативом.

Необходимые доработки

1. В исходном состоянии температура нагрева не стабилизируется и непрерывно растет при самой минимальной мощности нагрева. Для решения проблемы используется механический термостат, используемый для стабилизации температуры духовки.
2. Корпус не имеет креплений для надежной фиксации PCB в процессе сборки. Для решения проблемы крепления собираются из доступных подходящих по форме и размеру профилей.

Процесс сборки

Первые шаги

• 

  Шаг 0.
  Исходное состояние.

• 

  Шаг 1.
  Разбираем корпус плиты.

Установка термостата

• 

  Шаг 2.
  Подготовка механического термостата

• 

  Шаг 3.
  С помощью мультиметра ищем контакты замкнутые в исходном состоянии. Можно провести тест работоспособности термостата нагрев колбу паяльным феном.

• 

  Шаг 4.
  На передней панели плиты сделать подходящие по размеру отверстия для фиксации термостата.

• 

  Шаг 5.
  Используя kapton tape изолируем витки трубки, чтобы избежать короткого замыкания элементов на плате.

• 

  Шаг 5 (продолжение).
  Используя kapton tape изолируем витки трубки, чтобы избежать короткого замыкания элементов на плате.

• 

  Шаг 6.
  Впаиваем термостат в разрыв красного провода идущего к нагревательному элементу.

• 

  Шаг 7.
  Располагаем баллон термостата над нагревательным элементом по центру, для этого аккуратно чтобы не повредить разгибаем тонкую трубку

• 

  Шаг 8.
  Собираем корпус плиты и фиксируем ручку термостата.

Первое тестовое включение плиты

Шаг 9. Устанавливаем на термостате температуру нагрева. Нажимаем кнопку включения питания. Выставляем мощность нагрева кнопками панели в соответствии с инструкцией к плите. Конфорка включается, при нагреве начинает светиться, черная полоса на фоне конфорки -- колба термостата под стеклом над конфоркой. В момент нагрева до установленной температуры термостат отключается со звуком щелчка. Плита при этом работает независимо от состояния термостата т.к. в этой бюджетной модели доступность нагревательного элемента не проверяется и отключения не происходит, для задачи это преимущество, т.к. упрощает конструкцию.

• 

  Шаг 9.

Сборка крепления для фиксации платы из профилей

• 

  Шаг 10.
  Сборка крепления для фиксации платы из профилей.
  На фото: П-образный профиль.

• 

  Шаг 10 (продолжение).
  Плоский профиль 15х2х1000мм.

Шаг 11. Из П образного профиля необходимо нарезать 4 П-образных крепления, шириной равной ширине плоского профила -- 15мм. Используя сверло по металлу 3,5мм нужно сделать в заготовке 4 отверстия. Винт DIN 965 вкрутить в полученные отверстия нарезая резьбу. Диаметр винта меньше диаметра отверстия и алюминий достаточно мягкий, чтобы не использовать метчик.

• 
• 

Разделить заготовку на 4 сегмента по 15мм шириной.

Из плоского профиля нарезать полосы на отрезки по 28,5мм используя ножовку по металлу. Используя сверло по металлу 6,5мм сделать в каждой заготовке по 2 отверстия. Отверстия с запасом по диаметру для подгонки в зависимости от поверхности платы.

• 

Получаем набор крепежа:

•