При пайке деталей для поверхностного монтажа применяют паяльники небольшой мощности, которой может не хватить для разогрева контактных площадок большого размера. Из-за этого пайка может быть ненадёжной. Особенно остро такая проблема возникает при установке элементов на алюминиевые печатные платы, которые, например, широко применяют в светодиодных лампах. А поскольку такие лампы не всегда отличаются повышенной надёжностью и всё-таки выходят из строя, у радиолюбителя часто возникает естественное желание провести их ремонт. И вот тут замена светодиодов или других элементов на алюминиевой плате становится непростой задачей.
Упростить и сделать более надёжной пайку может предварительный разогрев платы с помощью электрической плитки. В качестве нагревателей для неё удобно использовать терморезисторы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) - позисторы. Кроме нагрева, они одновременно будут выполнять и функцию термостабилизации, что на практике очень удобно. Но подробнее об этом будет сказано далее.
В наличии были позисторы СТ14-2-115 сопротивлением по 60...80 Ом (при комнатной температуре), которые представляют собой металлизированные с двух сторон керамические диски диаметром 3,5 мм и толщиной немногим более миллиметра, к которым припаяны гибкие выводы из провода МГТФ. Резисторы помещены в отрезок фторопластовой трубки, а для герметизации залиты мягким герметиком и помещены в пластиковую упаковку (рис. 1). Эти позисторы широко применялись в качестве датчиков температурной защиты электродвигателей и другого оборудования.
Рис. 1. Размещение резисторов
Число 115 обозначает точку резкого перегиба зависимости сопротивления от температуры. При нагреве такого позистора его сопротивление сначала увеличивается плавно, а при приближении к температуре 115 оС резко растёт. Если подключить этот позистор к блоку питания с напряжением 12 В и выходным током до 0,5 А, за счёт саморазогрева позистор нагреется до указанной температуры, после чего потребляемый ток уменьшится и температура будет поддерживаться практически постоянно. Хотя точность поддержания невысока, для плитки этого вполне достаточно.
Рис. 2. Размещение позисторов
Для изготовления плитки первое, что надо сделать, - освободить терморезисторы от плёнки, герметика и выводов. Делать это надо аккуратно, особенно отпаивать выводы, поскольку, похоже, что они припаяны чистым оловом. Всего для плитки было использовано 12 позисторов, которые включены параллельно (рис. 2). При этом после освобождения от "упаковки" у некоторых из них сопротивление возросло до 100 Ом. Обусловлено это, видимо, частичной потерей металлизации. В качестве основы плитки была использована лужёная листовая медная пластина толщиной 0,5 мм. Такой выбор обусловлен тем, что, во-первых, она была в наличии, а во-вторых, малая толщина, а значит и масса, обеспечивают более быструю реакцию позисторов, а значит, и меньшее время выхода плитки на номинальную температуру. Края пластины со всех сторон были загнуты на 4...5 мм, в результате получилась "коробка", обеспечивающая достаточно жёсткую конструкцию.
Позисторы были припаяны одной стороной в "подвале" плитки, а чтобы обеспечить равномерный нагрев, рассредоточены, причём позисторы с меньшим сопротивлением установлены ближе к краю. Затем вторые стороны позисторов соединены между собой лужёным медным проводом толщиной около 1 мм (рис. 3). Получившиеся размеры плитки - 45x50 мм. Для соединения с источником питания к позисторам припаяны два провода с разъёмом на конце. Тип разъёма может быть любым подходящим, рассчитанным на ток до 1 А. Впрочем, как конструкция, так и число позисторов могут быть другими, например, можно применить и более толстую медную пластину.
Рис. 3. Монтаж позисторов
Плитку надо закрепить на держателе-основании из материала, плохо проводящего тепло, и в то же время достаточно термостойкого. Желательно, чтобы она имела минимальный контакт с основанием для обеспения минимальной теплоотдачи в него. Если плиткой планируется пользоваться редко, подойдёт, например, деревянное основание. Для частого использования следует выбрать более надёжный материал, который, кроме того, при нагревании не выделяет вредных газов.
Вариант размещения плитки на основании из ДВП показан на рис. 4. Конечно, это скорее временный вариант, предназначенный для проведения экспериментов, чем долговременный. На этом рисунке на плитке размещена алюминиевая плата от светодиодной сетевой лампы.
Рис. 4. Вариант размещения плитки на основании из ДВП
Следует отметить, что для изготовления плитки были использованы подручные материалы, поэтому вид у неё не выставочный, но от этого её параметры не стали хуже.
Рис. 5. Зависимости потребляемого тока и температуры плитки от напряжения питания
После изготовления макета были проведены его испытания. На рис. 5 показаны зависимости потребляемого тока и температуры плитки от напряжения питания. Измерения проводились через 0,5 В с выдержкой, достаточной для установления теплового баланса. До напряжения 6,5 В ток и температура растут, а затем рост температуры существенно замедляется, аток резко уменьшается, что свидетельствует о наступлении режима термостабилизации. При этом температура автоматически поддерживается вблизи 115 оС, а потребляемая мощность в интервале питающего напряжения 8...12 В остаётся практически постоянной - около 5 Вт. Причём питающее напряжение может быть как постоянным, так и переменным, это не имеет принципиального значения.
Если в нагретом состоянии на плитку установить нагреваемую плату, за счёт увеличившейся теплоотдачи потребляемый ток сначала резко возрастёт, а потом, после нагрева платы, уменьшится. Но он не вернётся в исходное состояние, а станет немного больше, поскольку позисторам придётся нагревать объекты с большей массой. Во время пайки элементов на плате она будет разогреваться паяльником, поэтому потребляемый плиткой ток станет уменьшаться пропорционально её прогреву. Поверхность плитки должна быть ровной, чтобы нагреваемая плата прилегала к ней плотно. С этой целью на основании следует установить пружинящие прижимы по типу " крокодила".
За счёт небольшой массы плитка быстро разогревается. Её динамическая характеристика показана на рис. 6. Сразу после подачи питающего напряжения потребляемый ток превышает 1,6 А, а затем, по мере нагрева, он быстро уменьшается, и примерно через 60 с плитка выходит на дежурный режим. Это следует учитывать при выборе блока питания.
Рис. 6. Динамическая характеристика плитки
Можно поэкспериментировать и использовать в плитке другие позисторы, например, СТ15-1, СТ15-2, которые широко применялись в системах размагничивания кинескопных телевизоров. У второго терморезистора в пластмассовом держателе размещены две шайбы-по-зисторы сопротивлением около 20 Ом (толстая) и около 15 Ом (тонкая), но они могут обеспечить максимальную температуру плитки около 75 оС, что может быть недостаточно. Но, кроме этого, есть ещё и выбор импортных позисторов.
В заключение следует напомнить, что плитка разогревается до большой температуры, поэтому пользоваться ею следует осторожно.
Автор: И. Нечаев, г. Москва