В 70-х годах, когда электронные компоненты в исполнении SMD еще только начинали появляться, большинство электронных компонентов, в том числе и микросхемы, монтировались на платах печатного монтажа в металлизированные отверстия. Поэтому во весь рост стоял вопрос о быстрой и эффективной замене компонентов при ремонте или исправлении брака. Наиболее часто встречающаяся неприятность при демонтаже элементов с печатных плат – это повреждение печатного монтажа в виде отслаивания контактных площадок при нагреве контактов и попытке извлечь из металлизированного отверстия деталь. Если же учесть, что многоконтактные DIP-микросхемы, разъемы, резисторные матрицы и даже транзисторы могли быть демонтированы с платы только при полной очистке от припоя всех отверстий, то любой специалист, сталкивавшийся с этой проблемой, скажет, что демонтаж существовавшим в то время обычным инструментом требовал немалых усилий и навыков. Казалось бы, демонтаж осуществляется очень просто: паяльник расплавляет припой в месте пайки и всасывающее устройство его удаляет. И тем не менее, даже при демонтаже обычных двухсторонних печатных плат при помощи паяльника и ручного всасывающего устройства возникают проблемы. Главная из них – практическая невозможность одновременного прогрева всего объема припоя в месте пайки и его удаления. Действительно, головка паяльника не обеспечивает охват контакта по всей окружности и, следовательно, разогрев припоя с противоположной стороны будет меньше. Контакт ручного всасывающего устройства с расплавленным припоем также не может быть всесторонним, поэтому эффективно может быть удалена только часть припоя, находящаяся непосредственно рядом с отверстием фильеры всасывающего устройства. Для гарантированного расплавления всего припоя, находящегося в месте контакта, приходится значительно увеличивать время прогрева, что резко увеличивает опасность отслоения контактной площадки. Тефлоновые фильеры, использующиеся практически во всех ручных всасывающих устройствах, при работе быстро теряют форму и выходят из строя. Если же вопрос касается многослойных печатных плат, то проблема еще более усложняется. Цепи заземления, силовые цепи и т.п., имеющие значительную площадь и расположенные, как правило, внутри платы, будут отводить тепло от места пайки, припой не будет надежно расплавлен. Кроме того, узкие отверстия многослойных плат делают трудным всасывание расплавленного припоя. И, наконец, тепло, отведенное силовыми цепями, цепями заземления и т.п., может быть причиной отслоения печатных проводников, что делает их непригодными для дальнейшего использования, и по сути дела, даже один отслоившийся проводник отправляет всю плату в брак.
Возможно ли решить эти проблемы? Возможно – путем создания специального демонтажного инструмента, совмещающего в себе разогревающую и всасывающую системы. Это устройство должно быть способно подводить тепло к месту пайки с наибольшей эффективностью, так, чтобы припой быстро расплавлялся низкой рабочей температурой. Оно должно быть способно полностью удалять припой из самых маленьких отверстий печатных плат. Это подразумевает значительное всасывающее усилие и высокую скорость откачки, такие, чтобы место пайки не успело остыть и затвердеть. В 1979 году Hakko Corporation предложила на рынок паяльного оборудования демонтажную станцию AGE. В ней на основе передовых технологий были реализованы все условия, необходимые для легкого и качественного демонтажа. Нагревательная система при помощи керамического нагревателя и долговечных головок равномерно разогревала место пайки, а всасывающая система развивала максимальное усилие 600 mm Hg, которое создавало мощный рывок и обеспечивало полную очистку контактных площадок и металлизированных отверстий от припоя. Следующая модель, вышедшая через год, имела более совершенную конструкцию головок и возможность регулирования температуры головок в диапазоне от 300 С до 400 С. С учетом опыта работы и замечаний пользователей инженеры Hakko продолжали непрерывно совершенствовать конструкцию демонтажной станции и в конце 80-х годов Hakko предложила новую полностью переработанную станцию Hakko 470 и ее модификацию с внешним компрессором Hakko 471. На базе этой удачной конструкции в 1994 году была выпущена последняя модель Hakko 474/475, которая, впрочем, незначительно отличалась от предыдущей Hakko 470/471, и продолжает выпускаться по настоящее время, зарекомендовав себя как высококачественный, удобный и простой в эксплуатации, надежный инструмент.
Рис. 1
Демонтажная станция Hakko 474 состоит из блока регулировки и подсоединенного к нему демонтажного пистолета (рис.2), которым, собственно, и осуществляется демонтаж. В блоке находятся разогревающая и всасывающая системы, в демонтажном пистолете – нагревательный элемент и контейнер сборки припоя с фильтрами. Разогревающая система регулирует температуру головки в диапазоне 380 С – 480 С с возможностью калибровки температуры головки. В ней применен керамический нагревательный элемент мощностью 50 Вт, обладающий высокой скоростью разогрева: до температуры 400 С он разогревается за 80 секунд. Внутри нагревательного элемента находится канал вывода припоя в контейнер. Такая конструкция гарантирует необходимую температуру припоя для поддержания его в жидком состоянии и обеспечивает надежный отвод припоя в контейнер сбора. В обычных демонтажных системах наличие воздушного зазора между нагревательным элементом и головкой создает тепловой барьер, который значительно снижает эффективность передачи тепла. Для преодоления этого теплового барьера температура нагревательного элемента должна быть значительно увеличена, достигая значения, при котором резко возрастает вероятность повреждения проводников печатных плат. В конструкции демонтажного пистолета Hakko 474/475 воздушный зазор между нагревательным элементом и головкой отсутствует, в результате тепло к головке передается с большей эффективностью, с минимальными тепловыми потерями, позволяя безопасно и эффективно перемещать припой при относительно низких температурах.
Рис. 2
В контейнере сбора припоя (рис.3) находится двойной фильтр, состоящий из пружинного фильтра и бумажно-керамического фильтра высокой абсорбции. Они эффективно предохраняют от попадания в насос даже небольшого количества припоя и флюса. Исполнение в виде обоймы позволяет очень просто осуществлять замену фильтров и очищать контейнер от отработанного припоя.
КОНСТРУКЦИЯ ФИЛЬТРА
Рис. 3
Сменные долговечные головки (рис.4) имеют размеры, необходимые для демонтажа выводов практически всех применяемых в настоящее время компонентов электроники.
СМЕННЫЕ ГОЛОВКИ
Легкая (200 г), удобная конструкция демонтажного пистолета, обладающая хорошими эргономическими характеристиками, позволяет без утомления работать длительное время. Устройство для демонтажа Hakko 474 оборудовано мощным насосом, который обеспечивает давление 350 мм рт. ст. через 0.1 секунды после запуска и 500 мм рт. ст. через примерно 0,3 секунды, при измерении у входного отверстия головки (рис.4). Это делает Hakko 474 значительно более мощным устройством, чем существующие системы для демонтажа.
ГРАФИК УСТАНОВЛЕНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ
Максимальное отрицательное давление, развиваемое насосом, примененным в Hakko 474 -600 mm Hg. Скорость откачки 15 литр/мин. Демонтажная станция Hakko 475 имеет улучшенные характеристики всасывающей системы – скорость откачки и давление. Скорость откачки в этом устройстве - 28 литр/мин. Максимальное отрицательное давление – 700 mm Hg. Эти параметры достигаются применением внешней компрессорной системы (рис.5). На задней панели Hakko 475 находится коннектор для ее подсоединения.
СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ НАККО 475
Устройства Hakko 474 и Hakko 475 изготовлены из антистатических материалов; их специальная конструкция предотвращает повреждение печатных плат и компонентов, вызванное электростатическим разрядом. Демонтажная головка имеет непосредственное заземление. Кроме того, нагревательный элемент и двигатель включаются и выключаются при помощи схемы zero-cross switching для исключения выбросов напряжения. Наконец, изолирующий трансформатор полностью развязывает выходную цепь от сети питания. Естественно, что следующим демонтажным устройством должно быть ручное демонтажное устройство, которое обладает аналогичными или близкими характеристиками, но могло бы работать без блока регулировки, ну и стоить, конечно, меньше. В 1995 году Hakko предлагает ручной демонтажный пистолет Hakko 808 (рис.6), который выполнен на базе Hakko 474 с максимальным использованием основных узлов. Питание его осуществляется непосредственно от сети 220 В. Общими для Hakko 474 и 808 являются керамический нагревательный элемент, сменные головки, элементы закрепления головок и часть фильтров. В Hakko 808 применен новый миниатюрный, обладающий высокими характеристиками диафрагмный насос, который объединен с мотором в один узел. Этот модуль для создания минимума вибрации помещен в заднюю часть корпуса, поэтому он обслуживается легко и быстро – достаточно снять заднюю крышку. Для сбора припоя также применен трубчатый контейнер – держатель фильтров, схожий по конструкции с применяемым в Hakko 474. В работе, при необходимости замена фильтра осуществляется легко и просто.
Рис. 6
Выполненное из материалов ESD, это демонтажное устройство обладает всеми характеристиками, присущими устройствам Hakko: потенциал между заземлением и головкой менее 2 мВ; сопротивление между заземлением и головкой менее 2 Ом; прямое заземление головки. Основные характеристики Hakko 808 мало отличаются от Hakko 474: мощность нагревательного элемента 50 Вт; диапазон регулируемых температур 380 – 480 оС; максимальный вакуум 600 mm Hg; скорость откачки 10 литр/мин. Возможна калибровка температуры. Модуль электронной регулировки и калибровки расположен в тонкой ручке, размеры которой создают удобство в работе и не утомляют руку оператора. Незначительный вес (420 г) позволяет без усталости вести работу этим устройством длительное время. Отдельно комплектующийся кейс (С1099) делает удобной транспортировку в случае необходимости. Вместе с крышкой, закрывающей головку и нагреватель, Hakko 808 может быть транспортирован немедленно после окончания работы, не дожидаясь остывания. Таковы особенности демонтажных устройств Hakko Corporation. Примененные в демонтажных устройствах конструкторские и технологические решения делают их высококачественными, удобными и надежными. В Hakko продолжается работа по совершенствованию конструкции и параметров демонтажных устройств. И в качестве примера можно привести Hakko 815 – новое оконечное демонтажное устройство, исполненное в конструкции “pen”, которое создает в некоторых случаях дополнительные удобства в работе. Оно может применяться в Hakko 474 вместо демонтажного пистолета простой заменой в разъеме. Впереди – новые разработки, которые усовершенствуют и упростят технологии демонтажа, создадут новые возможности для операторов.