Индукционный паяльник – идеальный ручной инструмент.

Индукционный паяльник – идеальный ручной инструмент.

С появлением индукционной паяльной системы эволюция ручного паяльного инструмента совершила большой скачок. Все дальнейшее развитие паяльника является лишь попытка фирм-изготовителей воспроизвести физический процесс, проходящий в индукционном инструменте, с помощью искусственных схем управления. Индукционный метод нагрева обеспечивает очень высокие характеристики инструмента, и он до сих пор остается непревзойденным.

Индукционный метод, основанный на нагре­ве проводника переменным магнитным по­лем, давно и успешно применяется в промы­шленности.  Примером такой паяльной системы может служить МХ-500, общий вид которой показан на рис. 1. Однако нагре­в проводника переменным магнитным по­лем использовать в па­яльнике стали сравнительно недавно. Первой применила  индукционный метод  американская компания ОК International (Oki), покрыв обычный медный наконечник слоем ферромагнетика и обмотав его проводом, под­ключенным к переменному напряжению, и все это бы­ло выполнено в виде единого картриджа (рис. 2). Наконечник нагревался до температуры, при которой ферромаг­нетик терял магнитные свойства (точка Кюри) после чего температура стабили­зировалась в этой точке. Таким образом,  был получен простой и на­дежный терморегулятор, работающий без схемы управления, только за счет законов физики (патент «Smart Heat» компании OKi). Кроме того, оказалось, что сразу после включения питания инструмент потреблял макси­мальную мощность 50 Вт, но, как только дости­галась точка Кюри, мощность падала до 12 Вт, чего вполне хватало для поддержания холостого хода. При контакте с пла­той температура наконечника резко падала, и посколь­ку наконечник был крошечным и обладал очень маленькой теплоемкостью, то при этом мгновенно вос­станавливались магнитные свойства ферромагнетика, и наконечник начинал интенсивно потреблять энер­гию из магнитного поля, быстро нагреваясь вместе с паяемым контактом. Чем массивнее был контакт, и чем сильнее от­клонялась температура наконечника от точки Кюри, тем больше энергии потреблялось из магнитного по­ля. Таким образом, инструмент сам регулировал мощ­ность, необходимую для пайки каждого конкретно­го контакта, и все это без традиционного широтно-импульсного модулятора, а только за счет за­конов физики. Лучших условий для качественной и безопасной пайки нельзя было даже предста­вить: начальная мощность инструмента 12 Вт (понятно, что 12-ваттным паяльником труд­но что-либо перегреть). Кроме того, за счет пре­небрежимо малой теплоемкости наконечника не происходит «термоудара», характерного для массивных наконечников, когда они касают­ся точки пайки. И, наконец, автоматический подбор мгновенной мощности обеспечивает нагрев как легких, так и теплоемких контак­тов приблизительно с одинаковой скоростью. Но главным достоинством нового инструмента является потрясающая теплоотдача. При мощности паяльника, не пре­вышающей 50 Вт, наконечнике толщиной со стержень от шариковой ручки и весом в пол­грамма инструмент легко паял такие толстые «многослойки» (рис. 3) на которых намертво «примерзали» даже более мощные паяльники классического исполнения. И это естественно, так как у индукционного паяльника нагреву подвер­гается сам наконечник, а нагревателя как тако­вого нет, поэтому нет и теплопотерь при пе­редаче энергии от нагревателя к наконечнику (КПД индукционного паяльника примерно вдвое выше, чем классического).

Рис. 1. Паяльная система МХ-500     

Рис. 2. Картридж: индуктор-наконечник

В свое время был проведен эксперимент, в котором участвовали паяльные системы ведущих ми­ровых производителей. Были отобраны ин­струменты одинаковой мощности с одина­ковыми наконечниками и с одной и той же температурой холостого хода. Нужно было на время последовательно распаять 10 мас­сивных контактов. Индукционный паяль­ник выиграл соревнование с большим отрывом. Чтобы до­биться аналогичных результатов с помощью классического паяльника, его мощность должна быть не менее 80-100 Вт, но, как из­вестно, мощность более 50 Вт в электрони­ке не приветствуется из-за возможного ди­намического перегрева наконечника, а зна­чит, и компонента. На индукционных паяльных системах не видно привычных ручек, кнопок и ин­дикаторов для управления температурой именно потому, что за счет исключительно малой теплоемкости наконечника его началь­ная температура не имеет никакого практического значения. Если в классическом па­яльнике температура наконечника определя­ет количество запасенной в нем энергии, то в индукционном инструменте температу­ра холостого хода — это всего лишь точка отсчета, по отклонению от которой инстру­мент «подбирает» мощность, оптимальную для пайки каждого контакта. Основное от­личие индукционных систем от классичес­ких как раз и заключается в том, что управ­ление процессом идет не по температуре, а только по мгновенной мощности.

Индукционная паяльная система METCAL МХ-500 (рис. 1) выпускается до сих пор без принципиаль­ных изменений, и до сих пор является непре­взойденным инструментом для безопасного высококаче­ственного монтажа и ремонта. Сейчас это са­мый легкий в мире паяльник с самой высокой теплоотдачей. К системе МХ-500 предлагается большой ас­сортимент картриджей-наконечников (рис. 4), предназначенных как для пайки, так и для де­монтажа большинства компонентов, что позволяет широко использовать инструмент при ремонте (рис. 5). Такое универсальное применение па­яльника стало возможным исключительно благодаря индукционному методу, посколь­ку для работы больших наконечников, используемых для демонтажа, требуется очень высо­кая теплоотдача инструмента.

В последние годы в семействе индукционных паяльных систем компании OKi появилось несколько новых моделей, учитывающих меняющийся спрос на рынке. Например, паяльная станция MFR, которая представляет собой многофункциональный и вме­сте с тем экономичный инструмент современ­ного монтажника. Во время ручной пайки монтажник сталкивается с двумя задачами, име­ющими различные технологические решения:

 - это пайка поверхностно мон­тируемых микросхем, которая легко выполняет­ся с помощью паяльника с наконечником «миниволна», позволяющим паять ряд выводов одним движением инструмента (для этой цели система MFR (рис. 6) укомплектована ми­кропаяльником, имеющим характеристики, близкие к МХ-500).

 -  пайка керамических конденсаторов, которая является более серьезной проблемой.

 Все знают, что керамика крайне чувствитель­на к резким перепадам температур, и монтиро­вать конденсаторы паяльником без предвари­тельного подогрева не рекомендуется. Наибо­лее распространенный прием, применяемый в промышленности, — пайка горячим возду­хом на паяльную пасту, предварительно нане­сенную из дозатора. Воздух обеспечивает плав­ный нагрев, вполне безопасный для керамики, однако метод этот достаточно дорог, посколь­ку требует термовоздушного инструмента, па­сты, дозатора, компрессора и т. д.

Рис. 3. Пайка толстых многослойных плат

Рис. 4. Картриджи-наконечники для МХ-500

Рис. 5. Демонтаж QFP-100

Рис. 6. Паяльная станция MFR

В системе MFR реализован более простой и более экономичный прием пайки конден­саторов с помощью микротермопинцета (рис. 7). Контактные площадки платы пред­варительно облуживаются и флюсуются, за­тем на них устанавливается конденсатор с по­мощью обычного пинцета, после чего вы­полняют пайку термопинцетом, нагревая контактные площадки одновременно с двух сторон от компонента. При оплавлении при­поя конденсатор самопозиционируется за счет сил поверхностного натяжения, что поз­воляет выполнять операцию очень легко. Будучи индукционным инструментом, микротермопинцет имеет очень маленькую теп­лоемкость наконечников и, следовательно, не располагает запасенным в наконечниках теплом и не способен вызвать резкий нагрев компонента. Это как раз то, что нужно для керамики. Следует отметить, что только ин­дукционный метод позволяет использовать такие тонкие и легкие наконечники без рис­ка «приморозить» инструмент к многослой­ной плате. Для точно­го сведения кончиков наконечников в одну точку предусмотрены специальные эксцент­рики-регуляторы, при вращении которых ме­няется взаимное положение наконечников, что крайне важно при работе с мелкими ком­понентами.

Сегодня индукционный паяльник превра­тился из дорогого элитарного инструмента в массовый и доступный. Еще более эконо­мичным его делает то обстоятельство, что в си­стеме МХ-500 один паяльник функциональ­но заменяет несколько термоинструментов, работая как на монтаж, так и на демонтаж. Вместе с тем, компания OKi мно­гие годы вела работу над созданием действи­тельно «массового» паяльника, который был бы доступен даже радиолюбителям. Так появилась система PS-800 главной особен­ностью которой является раздельное исполнение индукто­ра и наконечника. За счет этого можно использовать боль­шое количество недорогих наконечников с од­ним и тем же индуктором, который остается в рукоятке паяльника (рис. 9). Низкая стои­мость наконечников позволила значительно расширить их ассортимент. Одних только «мини-волн» выпускается с десяток вариантов. Несмотря на раздельную конструкцию, принцип действия индукционного нагрева­теля в PS-800 остался прежним, и по-преж­нему нагреву подвергается непосредственно сам наконечник.  Характеристики PS-800  несколько  скромнее, чем  у  систем  с  картриджами наконечниками, такими  как

МХ-500 или MFR, но они все равно выше, чем у большинства классических паяльников. Мон­тажник одним и тем же паяльни­ком может выполнять очень тонкую работу под ми­кроскопом, и тут же, этим же инструментом демонтирует, например, QFP304 размером 40x40 мм, причем от него требуется только выполнять пайку и не нужно думать о том, какую оптимальную температуру необходимо задать для каждой операции.

Рис. 7. Пайка конденсаторов с помощью микротермопинцета

Рис. 8. Паяльная система PS-800

Рис. 9. Раздельное исполнение индуктора и наконечника