Микропаяльник для пайки микросхем

Электрические паяльники промышленного типа были активно задействованы в различных отраслях производства в начале 20 века. Это изобретение Эрнста Сакса было запатентовано 1921 году. Изделия использовались как ручные инструменты с большим потреблением электрической мощности на 300-500Вт, с массивным медным стержнем, который вставлялся в цилиндрический держатель с разогревающей спиралью. Преобладали конструкции молоткового типа или с продольным жалом, разогревающимся до 470  ̊С. Такими инструментами выполнялись самые различные работы: лужение изделий из цветных металлов. При использовании специальных насадок выжигались надписи, узоры и штампы на деревянных поверхностях, изделиях из кожи и пластика.

Внешний вид микропаяльников различных видов

Назначение и область применения микропаяльника

С развитием электронной промышленности появились малогабаритные полупроводниковые детали, микросхемы, монтируемые на печатных платах. Для удобства монтажа микросхем и других радиодеталей на печатную плату потребовался паяльник для пайки микросхем малой мощности и с тонким жалом. Кроме этого при проектировании такого паяльника преследовались следующие цели:

• Быстрое приведение его в рабочее состояние;
• Снижение потребляемой электроэнергии;
• Увеличение плотности соединения жала к нагревающему элементу;
• Чтобы не сломать выводы микросхем или других деталей, не повредить токопроводящие дорожки на плате, нужен маленький паяльник, жало должно быть тонким, достаточно прочным и сохранять свои качества при резких перепадах температур.

Паяльники для микросхем должны производить быструю пайку, так как многие микросхемы и другие полупроводниковые детали чувствительны к резким перепадам и высоким температурам, к воздействию статического электричества. В момент долговременного нагрева они могут безвозвратно изменить свои технические характеристики или вообще разрушиться.

При решении этих задач были использованы современные технологии для производства синтетических материалов, установленных в конструкции микропаяльников различных марок. Современные микропаяльники не работают в режиме постоянного разогрева, в комплекте с паяльной станцией они автоматически поддерживают необходимую температуру, что существенно экономит электроэнергию и продлевает ресурс работы.

Виды микропаяльников и особенности конструкций

Существует несколько технологических решений для разогрева жала паяльника, которые имеют существенные отличия по принципу действия и технологий изготовления.

Паяльник на алмазном полупроводниковом монокристалле

В некоторых моделях в качестве нагревающего элемента используются синтетически произведенные полупроводниковые монокристаллы (Алмаз), размер ребра которых не более 1 мм. Одной из токопроводящих линий в данном варианте является нагревающийся металлический стержень жала, поверхность которого плотно закреплена к одной из граней монокристалла. Вторая токопроводящая линия фиксируется к противоположной грани кристалла.

Конструкция нагревателя кристаллического микропаяльника

Токопроводящие жилы крепятся к кристаллу эфтектическим припоем, состоящим из сложной пропорции нескольких компонентов. Процесс пайки осуществляется в вакуумной камере при 1.33 х 10-2 Ра и температуре 950  ̊С. Эта технология позволяет достичь КПД нагревающего элемента до 98%, разогрев в пределах от 25 до 400  ̊С осуществляется в течение 0.05 сек.

Паяльники с графитовым порошком

Этот паяльник для микросхем в качестве нагревающего элемента имеет графитовый порошок, который заполняет герметично замкнутое пространство между стержнем жала по центру и внешним чугунным кожухом. Данная конструкция не имеет такого быстрого эффекта нагрева как предыдущая, поэтому не может обеспечить экономичный режим потребления электроэнергии.

Нихромовые микропаяльники

Эти модели имеют классический вариант конструкции – в термостойкую, диэлектрическую трубку с повышенной теплопроводностью вставляется стержень жала, на внешней стороне наматывается спираль из нихромовой проволоки. Для концентрации тепла проволока продевается через керамические изоляторы, это снижает потери тепла, обмотка закрывается металлическим кожухом.

Элементы нихромового нагревателя

Достоинства таких конструкций в недорогой цене, простоте и прочности конструкции, как недостаток можно отметить недолговечность – спираль быстро перегорает и долго нагревается. Поэтому такие паяльники не используются на производственных линиях, их рационально применять в бытовых условиях для проведения кратковременных работ, исходя из критериев цены и качества.

Керамические паяльники

Керамический нагревательный элемент паяльника имеет тонкую цилиндричекую форму стержня, содержит окись алюминия, что позволяет ему быстро разогреваться и выдерживать высокие температуры.

Конструкция керамического нагревателя

Стержень заворачивается в термостойкую ламинирующую пластину, на которой принтером пропечатывается вольфрамовая спираль. К концам спирали припаиваются проволочные вводы контактов. Все это вставляется в металлическую трубку с ручкой, выводы припаиваются к шнуру с разъемом питания, в некоторых моделях – к выходу платы со схемой управления режимов работы.

Элементы керамического нагревателя

На конец керамического стержня надеваются различные насадки для пайки микросхем или других элементов печатных плат.

Достоинством керамических моделей считается быстрый разогрев и регулировка температуры, к недостаткам можно отнести хрупкий стержень и использование насадок с диаметром отверстия под него.

Индукционный микропаяльник

Стержни жала этих микропаяльников покрываются ферромагнитными материалами, вставляются в катушку индуктора, которой создается магнитное поле, под воздействием этого поля в сердечнике наводится ток, разогревающий стержень.

Конструкция индукционного нагревателя

При установленной температуре разогрева ферромагнитный слой напыления утрачивает свойства, нагрев прекращается. При охлаждении – свойства ферромагнитного слоя восстанавливаются, индукционный ток снова нагревает стержень. Таким образом, поддерживается необходимая температура жала паяльника.

Достоинствами этого вида считаются быстрый нагрев и автоматическое поддержание стабильности установленной температуры. Как недостаток надо отметить, что для каждого интервала температуры надо ставить соответствующий наконечник с определенным слоем ферромагнитного покрытия. От этого зависит точка Кюри, при которой происходит отключение магнитного поля.

Критерии выбора паяльника

В первую очередь, надо определиться, как часто и какие работы будут производиться этим инструментом. Для пайки микросхем на печатных платах учитываются следующие технические параметры:

• Мощность рекомендуется небольшая – 5-11Вт, при малых мощностях пайка для радиодеталей безопаснее;
• Большое значение имеет форма жала – для выпаивания выводов предпочтительнее плоская форма, она имеет большую площадь и быстрее разогревает участки с оловом на токопроводящей дорожке печатной платы. Для припаивания микросхемы надо жало конусообразной формы, чтобы сосредоточить тепло вокруг одной ножки вывода. Поэтому рекомендуется покупать паяльники со сменными наконечниками;

Сменные наконечники для стержня

• Для чувствительных микросхем и других элементов к большим температурам и резкому их изменению используют паяльники, подключенные через преобразователь напряжения, регулировка осуществляется в пределах от 12 до 36 В.

Паяльная станция

Для этого используют паяльные станции, они могут обеспечивать регулировку напряжения, потребляемой мощности и температуры нагрева. В некоторых моделях кнопки управления и индикация температуры устанавливаются в ручке паяльника.

Окончательный вывод можно сделать такой: для производственных линий надо использовать паяльные станции с долговечными, быстро изменяющими температуру нагрева паяльниками. Идеально подходят модели на алмазном монокристалле или керамические. Высокая стоимость таких изделий окупается высокой производительностью. Для бытовых работ радиолюбителям рационально покупать керамический или нихромовый микропаяльник, цена их значительно меньше. Когда паяете много, если позволяют финансовые возможности, можно купить индукционный или керамический вариант.

Видео