TehnoStation

Излучающие алюминиевые плиты в инфракрасных паяльных станциях все больше набирают популярность. Поэтому я решил оснастить подобными излучателями последнюю серию паяльных станций, под управлением контроллера IR102.

Основной задачей излучающей плиты является обеспечение эффективной теплопередачи путем инфракрасного излучения. Задача усложняется тем, что необходимо сохранить геометрию (плоскость) плиты на всех режимах работы, так как при неравномерном тепловом расширении или неправильном крепеже ее начинает гнуть.

Из перечисленных требований возникает три основных направления:

• Выбор плиты, которая является основой данного излучателя
• Подбор нагревательных элементов
• Поиск нужного покрытия с высоким коэффициентом ИК-излучения

Плита из алюминиевого сплава

Поиск необходимого сплава, для лучшего распределения тепла и меньшей деформации при тепловом расширении. Простым решением данного вопроса будет увеличение толщины плиты (к примеру до 6мм и выше) — это приведет к более долгому разогреву плиты, но более плавному и равномерному. Минусом этого решения станет большая инерция теплового излучения, с которой иногда придется бороться активным охлаждением.

Другое решение — разделить плиту на несколько плит и установить их с зазором. В такой конструкции даже если будут происходить деформации, они будет практически незаметны. Минус в сложной конструкции, большего количества деталей, меньше равномерность прогрева всей плиты из-за того что зазор между секциями затрудняет их тепловой обмен. В станции с большим нижним подгревом IR102.02P пришлось плиту разделить на две части.

Моим выбором стала плита толщиной 4мм, для уменьшения теплоизлучающей инерции нагревателя, для более удобного управления нагревом и быстрого остывания платы в конце пайки.

Нагревательные элементы

Для быстрого и равномерного разогрева плиты необходимы достаточно мощные и менее инерционные нагреватели. Про равномерность разогрева все ясно из предыдущего абзаца. Достаточная мощность необходима для более быстрого разогрева поверхности плиты до температур 300-350гр. Такая температура необходима, так как мы используем не контактный способ передачи тепла (теплопроводность), а в большей степени инфракрасное излучение (в меньшей — конвекцию).

С этой задачей замечательно справляются толстопленочные резистивные нагреватели. Сами по себе они имеют небольшую толщину, нужную мощность и высокий ресурс.

ИК-излучающее покрытие

Покрытие с высокой способностью инфракрасного излучения наиболее важный этап создания инфракрасной излучающей плиты. Если простыми словами требования к излучающей поверхности: должна иметь хорошую теплопроводность, микропористую темную матовую структуру, выдерживать высокую температуру.

Поэтому на данной плите я использовал два покрытия:

• Химическое покрытие. Создает на поверхности плиты микропористую структуру из солей металлов, которое имеет гораздо большее излучение ИК спектра. Данное покрытие обладает хорошей теплопроводностью между плитой следующим покрытием.
• Термостойкое черное матовое покрытие. Обладает высоким коэффициентом ИК излучения, стойкое с температуре. Наносится на химическое покрытие.

Оба они создают надежное покрытие на плите, устойчивое к истиранию.

Состав ИК плиты:

Схема тепловых передач ИК излучающей плиты:

На схеме показаны не все виды тепловых излучений, а только наиболее выраженные. Так например, последнее покрытие еще имеет конвекционный обмен.

Работа с контроллером IR102

Для внедрения данной излучающей плиты на станции серии IR102, не потребовались существенные изменения в программе. Алгоритм программы приспосабливается к любым видам нагревателей. В моем случае поведение ИК излучающей пластины не сильно отличается от керамических излучателей. Одно из изменений — убрал функцию отключения секций в станции IR102.01, так как используется всего одна секция.

Преимущества ИК-плиты:

• Основное преимущество излучающей плиты в нижнем подогреве плат — более равномерное излучение. К слову, в сравнении с хорошими керамическими излучателями, оно не на много выигрывает, в виду того что от керамики платы располагают как правило выше тем самым сглаживая разницу излучения. Если проверить на плате, то и вовсе заметить разницу в прогреве плитой и керамикой будет сложно.
• Прочность конструкции. Плита несомненно прочней керамических или кварцевых излучателей. Керамика и кварц боятся ударов или сильных механических воздействий. При ударе плиты мы можем только нарушить покрытие.
• Очень часто говорят и пишут, что на станциях с плитами в нижнем подогреве, очень удобно устанавливать плату. Лично я упустил этот момент. На каждой плате нужно найти необходимые отверстия, в каждые установить стойки. Ставим плату на термостол и при незначительном касании платы, она легко сдвинется, что может сбить термодатчики. Но это сравнение с рейками, которые более надежно держат плату. К счастью установленную плату редко приходится трогать при пайке BGA. При подогреве и работе на плате термофеном, можно вообще использовать безконтактный пиродатчик, который не боится смещения платы.
• Хотел бы еще написать, про больший ресурс, но это не актуально. Срок службы керамики и толстопленочных нагревателей такой, который можно израсходовать только если станцию использовать на потоке ежедневно с утра до вечера на протяжении пяти-десяти лет. Если правильно эксплуатировать данные нагревательные элементы, то они прослужат очень долго.

Активное охлаждение

На станции IR102.01P используется активное охлаждение, которое устанавливается на нижний нагреватель при помощи магнитов. Управление охлаждением происходит через контроллер, который управляет скоростью вращения вентиляторов в зависимости от заданной скорости охлаждения по термопрофилю.

Идея использовать активное охлаждение пришла из обзора паяльных станций с излучающими плитами. После первого использования станции, пришел к выводу, что в нем нет острой необходимости. Связано это может быть с тем, что инерция этой плиты ниже чем на других станциях.

Тем не менее охлаждение отлично справляется с поставленной задачей.

Видео обзор работы на инфракрасной паяльной станции IR102.01P