CC BY
83Компоненты и технологии, № 7'2002
Больше чем просто паяльник
Инженеры американской компании РАСЕ — ведущего производителя ручного паяльного оборудования — празднуют очередную техническую победу. В результате многолетней эволюции создан новый паяльник РБ-90 — совершенный инструмент как для опытного производства, так и для ремонта электроники, принципиально отличающийся от всех ранее существовавших паяльников.
Дмитрий Колесов
www.argus-x.com
На первый взгляд может показаться, что создавать новый паяльник — все равно, что изобретать велосипед — дело малоперспективное и неблагодарное. Действительно, что еще можно сделать с инструментом, существующим не один десяток лет? Однако для всех очевидно, что уровень сложности современных электронных изделий ставит ряд требований, которым удовлетворяет далеко не каждый паяльник.
Начнем с главного — с нагревательного элемента. PACE использует классический обмоточный нагреватель, выполненный на медном сердечнике с применением сверхтонких изолирующих материалов, обладающих теплопроводностью, соизмеримой с теплопроводностью меди. Внутри сердечника на-
гревателя устанавливается наконечник (жало), который также изготавливается из меди и имеет многослойное антикоррозионное покрытие. Наконечник фиксируется боковым винтом с достаточно большим усилием, обеспечивающим плотный контакт с нагревателем по всей длине. В крайней точке сердечника вмонтирован термодатчик. В результате плотного сжатия медных деталей получается монолит, представляющий собой единую термическую систему: нагреватель — датчик — наконечник. Передача тепла между звеньями этой цепи происходит беспрепятственно вследствие высокой теплопроводности меди и отсутствия тепловых барьеров. Поэтому и температура считывается очень точно.
Такая конструкция обеспечивает наивысшую теплопередачу, отчего высока способность удерживать заданную температуру в условиях интенсивного теплоотвода. Особенно это заметно при работе на многослойных платах, когда миниатюрный 50-ваттный PS-90 по ощущениям монтажника ведет себя как 80-ваттный паяльник, но при этом без характерного для паяльников большой мощности перерегулирования, которое обычно проявляется как временное превышение заданной температуры наконечника в паузах между пайками. На практике это означает, что при работе с PS-90 все пайки на плате выполняются при одной и той же минимально необходимой температуре, что гарантирует стабильное качество вне зависимости от теплоотвода в каждой точке платы.
Компоненты и технологии, № 7'2002
Кроме того, нет нужды устанавливать температуру с запасом, чтобы избежать «холодных паек» и «примерзания» наконечника к плате, что часто случается с паяльниками более низкого класса при пайке многослойных плат.
Сердечник нагревателя неслучайно выполнен из медного сплава, а не из другого материала, например, из керамики. Во-первых, теплопроводность меди несоизмеримо выше теплопроводности керамики. Во-вторых, металл в отличие от керамики нечувствителен к перепадам температур, что позволяет менять наконечник «на ходу» за считанные секунды без выключения инструмента. При этом горячий нагреватель не лопнет, даже если в него установить наконечник, только что принесенный с мороза.
Но все-таки основное преимущество медного сердечника — это возможность плотного прижима наконечника к нагревателю без зазора, а значит без теплового барьера.
Заслуживает особого внимания платиновый датчик температуры типа RTD (Resistance Temperature Detector), которым комплектуются все термоинструменты PACE.
Контур регулирования на базе такого датчика приблизительно в пять раз точнее контура, работающего с традиционной термопарой.
Но главное отличие RTD-датчика в том, что он выполнен из однородного материала, в данном случае платинового проводника, а это означает полное отсутствие диффузии, вследствие которой обычно стареют термопары. Неизменность параметров датчика во времени позволяет работать многие годы без калибровки системы, в то время как термопары необходимо периодически калибровать. Кроме того, все RTD-термодатчики изготавливаются с заведомо одинаковыми параметрами, поскольку для них используется платиновый проводник одного сечения и одной и той же длины. Это позволяет подключать любой термоинструмент РАСЕ к любой паяльной станции этой фирмы, причем опять же без калибровки.
Не следует путать работу платинового RTD-датчика с методом определения температуры путем измерения сопротивления обмотки нагревателя, применяемого в наиболее дешевых паяльниках. Этот метод позволяет определить лишь усредненную температуру нагревательного элемента.
Многообразие форм и размеров наконечников впечатляет. Здесь можно встретить и универсальные «миниволны» разного диаметра, позволяющие монтировать поверхностные микросхемы с любым шагом, и, конеч-
но, традиционные конические и клиновидные наконечники. Кроме того, есть наконечники для демонтажа. Имея один лишь паяльник PS-90, можно не только устанавливать, но и демонтировать очень многие поверхностные компоненты, а применение других термоинструментов, таких, как вакуумный паяльник, термопинцет и термоэкстрактор, дает практически неограниченные возможности по безопасному демонтажу всех видов компонентов, исключая разве что BGA, для которых выпускаются специальные ковекционные установки серии ThermoFlo.
Все наконечники PACE изготавливаются из очищенной от кислорода меди для обеспечения наилучшей теплопередачи и наибольшего срока службы. Медь защищена от выгорания многослойным покрытием из железа, хрома и никеля, усиленным в рабочей зоне наконечника. Причем установлено, что срок службы наконечника зависит в основном от толщины слоя железа на его рабочей части. Поэтому в последнее время рабочую часть наконечника покрывают только железом оптимальной толщины для обеспечения максимальной долговечности при сохранении высокой теплопроводности, а затем облужива-ют припоем. Слои хрома и никеля наносят на хвостовик наконечника для его защиты от коррозии и обеспечения гладкой поверхности, что улучшает контакт с нагревателем. Такое распределение металлов не только увеличивает срок службы и без того долговечных наконечников, но и улучшает их смачивае-
мость припоем, что заметно повышает качество пайки и дает дополнительный комфорт монтажнику.
Непременным требованием к современному паяльнику является надежная антистатическая защита. В большинстве случаев она достигается использованием диссипативных материалов для рукоятки и заземлением наконечника. Именно так сделаны все термоинструменты РАСЕ. При этом непосредственно заземленным оказывается сердечник нагревателя, а наконечник заземляется, контактируя
с ним по всей длине и дополнительно — через фиксирующий винт. При выполнении разнообразных паяльных операций, а следовательно, при частой замене наконечников, фиксирующий винт постоянно находится с ним в надежном контакте. Однако возможна ситуация, когда монтажник работает длительное время наконечником одного типа, не трогая фиксирующего винта. В этом случае за счет окисления возможно увеличение сопротивления заземления свыше 2 Ом.
Рис. 4. Защитное покрытие наконечника (не в масштабе)
Рис. 5. Паяльная станция MBT250 с набором термоинструментов
Рис. 6. Наконечники с заземляющим контактом
Рис. 7. Паяльники PS90 и PS70
О
Компоненты и технологии, № 7'2002
Резервуар с припоєм
Рис. 8. Монтаж при помощи наконечника «миниволна»
Чтобы исключить ухудшение антистатической защиты при таком режиме эксплуатации, разработана новая серия наконечников РЕКМАОКОиЫО. От обычных они отличаются наличием заземляющего контакта на хвостовике. В паяльнике Рв-90 предусмотрена специальная клемма в центре нагревателя, с которой соединяется заземляющий контакт наконечника, когда он установлен в инструмент, однако это не исключает применения традиционных наконечников с новым паяльником.
Помимо новых конструктивных решений паяльник Р8-90 отличается от своих предшественников еще более высокой надежностью. Оборудование РАСЕ вообще считается одним из наиболее надежных, поскольку изготавливается в соответствии с жесткими требованиями военно-промышленного стандарта США. Однако кроме высокого качества исполнения и строжайшей технологической дисциплины
надежность обеспечивается применением специальных материалов. Так, например, контакты разъема, соединяющего нагревательный элемент с рукояткой, покрыты химически чистым золотом. Чтобы проверить состояние разъема, достаточно открутить гайку и отсоединить нагреватель.
Благодаря высокой теплопередаче и точности управления температурой, паяльник Рв-90 является универсальным и может применяться как микропаяльник для пайки чувствительных компонентов, так и в качестве силового паяльника для работы с теплоемкими платами и компонентами. Однако такая универсальность требуется далеко не всем. Например, для ремонта сотовых телефонов очень высокая теплопередача не требуется, но хотелось бы, чтобы инструмент был максимально легким и миниатюрным. На такой случай у паяльника Р8-90 есть «младший брат» — Рв-70. Он отличается меньшей дли-
ной рукоятки и меньшим диаметром нагревателя. Конечно, ради этого пришлось уменьшить мощность приблизительно на 30%, но ведь этот инструмент сделан для точной пайки плат с невысокой теплоемкостью. Наконечники для Р8-70 выпускаются с меньшим диаметром хвостовика и имеют исполнение РЕКМАОКОиЫБ, то есть снабжены заземляющим контактом. При заказе любой паяльной станции РАСЕ можно выбрать, каким именно паяльником она должна быть укомплектована.
О новом инструменте можно много говорить, но по-настоящему его оценишь только взяв в руки и сделав несколько паек. Когда чувствуешь полную власть над платой, когда не имеет значения ни большое количество слоев, ни установленный на плате радиатор какого-нибудь силового компонента, ни расстояние между выводами микросхемы (а паяльник сбалансирован в руке так, словно становится ее продолжением), вот тогда понимаешь, каким должен быть современный инструмент.
