Вопрос. Почему вы используете кварцевые нагревательные элементы ?

У тех кто впервые сталкивается с нашими станциями часто возникают вопросы связанные с параметрами нашего оборудования, элементной базой и другие вопросы по оборудованию. В цикле статей мы постараемся собрать ответы на наиболее распространённые вопросы. Если же Вы не нашли ответа на Ваш вопрос, то пожалуйста напишите на service@noutzap.ru либо на иную почту нашей компании (все адреса расположены на страничке Контакты).

Почему вы используете кварцевые нагревательные элементы ?

В начале небольшое отступление.
Обычно в отношении кварцевых нагревательных элементов вопрос начинается с фразы (да и во многих других случаях) –
А вот на форумах пишут … ?
Ну, во-первых начнём с простого. Кто пишет ? Обычно прислушиваются к мнению профессионалов. Но как определить написал какой-либо комментарий профессионал или нет ? Вы же не видите оппонента не знаете уровень его профессионализма. Чем больше написано сообщений тем выше уровень ? В этом случае уровень чего ? Писательских навыков ? Иногда задаёшься вопросом. Вот человек присутствует на куче форумов, отправил на каждом целую кучу сообщений. И когда же он повышает свой ПРАКТИЧЕСКИЙ профессионализм ? Там что бы все написать нужна уйма времени. Вот сидит человек на ветке, а порой и не на одной форума (или даже нескольких) , и пишет в течение дня ответы, диспутирует, выносит суждения , порой объявляет аксиомы – «это быть не может, потому что не может быть». И так изо дня в день. Именуется званием «гуру»(слово-то какое. Прям индус.). Когда работает практически? Где проводимые эксперименты? Где созданное оборудование ? Где все это в документальном подтверждении? В лучшем случае собранная одна станция для себя (хоть так). А то просто купленная какая-то станция . Правда «гуру» обычно работают на высоко-профессиональных станциях, название которых поддерживают их профессионализм («я мастер, и так как я мастер , то работаю на такой-то всем известной станции». Подразумевая что на остальных работают не мастера. Бред конечно). И если на форуме возникает человек , который выставляет под сомнение знания и опыт «гуру», то сразу обрушивается куча критических (обычно безосновательных и ничем практически не подтверждённых утверждений) сообщений от данных завсегдателей форумов . И где тут истина ? В высказываниях людей целыми днями проводящих на форумах, выхватывающих отдельно понравившиеся фразы из всего контекста форума (или форумов) ? Ну еще погуглят немного, нахватаются отдельной информации и с умными фразами возвращение на форум. И давай бросаться «новыми» познаниями, указывая всем и вся. И так изо дня в день. Видимо это и есть профессионализм.
Нет в форумах абсолютной истины. 90 процентов далёких от практики рассуждений и лишь 10 процентов реального зерна истины (имеются ввиду ветки форумов где обсуждается БГА пайка на станциях. Остальных форумов мы не касаемся. Так как не специализируемся в иных областях. ).
Закончим это отступление и перейдём к практической части.
Если Вы обратите внимание, то мы производим станции с 2012 года (в ранее написанной статье «Откуда наши станции?» есть ссылка на видео о нашей истории). И самые первые станции выполнялись на керамических нагревательных элементах. Сейчас же все наши станции уже начиная с 2015 года выполняются полностью на кварцевых нагревательных элементах.
Самое первое столкновение с кварцевыми нагревательными элементами у нас произошло в 2006 году при использовании паяльной станции английской компании PDR (стоимость станции на тот момент составляла 25 000 долларов США). Низ данной станции представлял из себя кварцевую кассету размером 125х125 мм. Мощность низа 800 ВАТТ. В принципе станция была приспособлена для работы со свинец содержащими припоями (все таки год 2006 и станция не новая). Всего вполне хватало. Получалось работать на ней и с без свинцовыми припоями. Были свои сложности, которые приходилось решать. Выстраивать профили. На тот момент еще не было опыта работы с пайкой БГА именно на паяльных станциях. Вместе с тем на данной станции было отремонтирована уйма плат. Станции компании PDR на текущий момент из того , что известно мне в частности (пишущему данную статью) , единственные полноценные инфракрасные стации для пайки . Почему ? Не считая дешёвых китайских эмуляций с верхним инфракрасным излучателем (отличительной особенностью которого является красный фильтр во избежание повреждения глаз), именно в PDR реализован серьёзный инфракрасный излучатель с возможностью фокусировки , собранный с немецкой оптикой и дающий хороший поток излучения (естественно без всяких фильтров). Остальные станции в своей основе паяют не излучением , а прогревом включающим в себя в своей основе – прогрев воздуха и в меньшей толике ИК излучение. Но все пишут – ИК станция ))) Хотя ИК излучение присуще любому нагретому телу. Ничего сверх нового. Но ведь звучит – ИК станция !))).
Это было наше первое столкновение с кварцевыми нагревательными элементами. При недостатке опыта в пайке БГА . На станции в частности. Ошибках в настройке профилей. Было выявлено пожелтение плат снизу. Был в тот момент (2006 год) сделан вывод, что кварцевые нагреватели из-за интенсивности излучения вызывают пожелтение (формально перегрев) платы. Опять таки прошу отметить это 2006 год (а «гуры» все еще об этом пишут открывая «истину»!). Была попытка сделать подобие данной станции. Был использован аналогичный кварцевый элемент, но сверху использован ИК «фонарик» китайского производства. Но вот регулировка низа была выполнена уже по простой схеме – ручная через симистор. До сих пор стоят в нашей мастерской остатки той «станции» собранной в 2008-2009 годах. На ней было отремонтировано такое количество плат, что окупило сие устройство себе десятки раз. Сложности возникли в 2010 году при пайках больших микросхем. Не хватало мощности китайского ИК «фонарика», еле справлялся воздушный фен. В результате для снятия микросхем размер которых превышал 3х3 см приходилось повышать температуру нижнего нагревателя , нагревая плату до 160-170 градусов. Проявлялось пожелтение плат , но уже только под паяемой микросхемой. Вместе с тем было отмечено, что при меньших температурах (при прогреве платы до 120-130 градусов) все просто идеально и нет никакого пожелтения. Затем была предпринята попытка использовать контроллер для регулятора низа и уже перейти от ручного симисторного регулирования на автоматическое с использование промышленных контроллеров в связке с твердотельным реле (именно для низа). И тут мы вновь столкнулись с пожелтением плат. При ручном не сталкивались (до повышения температуры паяемой платы – 160-170 градусов). При автоматическом столкнулись вновь. Именно в этот момент мы приступили к экспериментам с керамическими нагревателями , что бы использовать их в качестве нижнего подогрева плат.
Итак керамика. Первые эксперименты были проведены на китайских термостолах (продаются везде и сейчас). Это был 2010 год. Было отмечено что прогрев более «мягкий» в отличие от использования кварцевых нагревателей (о чем и пишут все «гуру» до сих пор). В принципе решение было найдено. И мы сделали вначале свой первый нижний подогрев используя 4 керамических нагревательных элемента , каждый мощностью по 500 ВАТТ (производство Польша). В качестве управляющего контроллера был использован стандартный промышленный контроллер RX-100 в связке с твердотельным реле и термопарой. При четырёх керамических элементах (каждый размером 245Х60 мм) площадь нижнего нагревателя получилась достаточно большой. Платы прогревались ровно и мягко. Нас это вполне устраивало. В качестве верхнего нагревателя был выбран опять-таки керамический нагревательный элемент. Размер 80х80 мм , мощность 450 Ватт. Для управления был выбран более продвинутый контроллер PC-410 (заложена возможность программирования профилей). Именно в такой конфигурации по нагревателям была нами выпущена первая коммерческая станция. Мы были очень довольны керамикой. Единственное что слегка омрачало это было то, что китайские элементы например , имели разброс по мощностям. Например при заказе 500 ваттных элементов в партии были и 600 ватт и 570 ватт , и даже 1000 ватт. Все это сразу вызывает большой разброс по температуре нагревателей и как результат не равномерный нагрев разных частей платы. Кроме того было отмечено, что китайские нагреватели 80х80 мм служат не очень долго и примерно через год активного использования перестаёт работать ровно половина нагревателя. Как результат неравномерный нагрев сверху (результат – либо «кривая» посадка микросхемы, либо «сожжённая» микросхема). Нами было принято решение заменить верхнюю керамику на кварцевый нагревательный элемент (62х62 мм, мощность 250 Ватт).Прошу отметить станция в такой конфигурации была выпущена нами в 2012 году как законченное изделие. Подтверждением чему являются видео ролики снятые в том же году и показывающие ее возможности. В частности показан ремонт плат ноутбуков (Сони). Это к тому что мы занимаемся ПРАКТИКОЙ , а совершенно не предположениями и гугленьем. Поэтому и столь длительное изложение для того чтобы вы видели наш ПРКАТИЧЕСКИЙ опыт. В данном случае практика использования керамических нагревателей. А то может сложится впечатление, что мы не понимаем «превосходства» керамики над кварцем и выпускаем станции , которые не могут правильно работать изначально из-за использование не тех элементов.
Вместе с тем при работе с керамическими нагревательными элементами было отмечено – большая инерционность и нагрев всего что вокруг. В результате нижний нагреватель нагревался сильно и остывал тоже. Желательно было использовать принудительное охлаждение. Что мы и наблюдаем как у более продвинутых станций китайских производителей, так и у тех кто использует алюминиевые плиты. Во всех таких случаях желательно использование внешнего охлаждения. Нам хотелось пойти дальше. Тем более стимул в лице компании PDR имелся. Все их станции оснащены нижними нагревателями состоящими из кварцевых кассет. Но заставить работать кварцевые нагреватели со стандартными промышленными контроллерами используемыми в китайских станциях (RX-100) у нас не получилось. В течение полугода мы и так и этак пытались настроить ПИД регулировку, но … результат был не лучший. Кварцевые нагреватели либо не догревали, либо перегревали платы. Нас также не устраивала работа контроллера PC-410 с верхним на тот момент уже кварцевым нагревателем. В ходе этих экспериментов (когда уж там писать на форумы) было принято решение сделать собственный контроллер и после его создания уже продолжить попытки работы с кварцевыми нагревателями.
В 2013 году контроллер был закончен и вышла первая наша станция с нижними нагревательными элементами – керамика и верхом кварц (видео ремонта данной станции ноутбук Асус). В такой комбинации мы выпускали станции до декабря 2014 года. Начиная с января 2015 года мы полностью перешли на кварцевые нагреватели. Этому предшествовало большое количество экспериментов с использованием кварцевых нагревателей. На нашем канале в Ютубе тогда появилась модель (начиная от прототипа) , которая вызывает до сих пор споры – это Квадрат-Микро. Но именно эксперименты в таком достаточно сложном для проведения качественной паки форм факторе (пайка на двух кварцевых нагревателях с размером каждого 62х62 мм и мощностью 250 Ватт) и дали путь к управлению кварцевыми нагревателями, как верхнего так и нижнего нагревателей. Как было выше написано (если кто помнит))). При ручной симисторной регулировке кварцевых нагревателей и работе в комфортном для платы режиме нагрева до 130 градусов не происходило пожелтение платы. А при использовании промышленных контроллеров и твердотельных реле эффект пожелтения присутствовал. Мы тогда не смогли это решить. Но теперь уже набравшись опыта в разных схемах построения станций мы подошли со своим собственным контроллером, и соответственно со своим ПО управления данным контроллером. Мы научили контроллер управлять симисторами в нужном нам режиме и получили ПЛАВНЫЙ (а не скачкообразный нагрев как был с промышленными контроллерами). Эффект пожелтения сразу исчез. Профиль стал более управляемый. Никакого принудительного охлаждения уже не требовалось. Большая эффективность работы кварцевых излучателей позволила сразу снизить мощность нагревателей. Корпус перестал нагреваться. Все перешло на качественно иной уровень. С этого момента мы полностью отказались от керамических нагревательных элементов. Кроме того качество изготовления кварцевых нагревателей выше. Мы не нашли каких-либо минусов .
Вот описанный реальный опыт. Теперь небольшие выводы (наши).
Почему китайцы используют керамические нагреватели ? Подавляющее большинство тех, кто паяет работают вероятнее всего именно на таких станциях и вполне получается. Может не стоит изобретать велосипед ?
Китайцы используют керамические нагреватели по простым причинам – они дёшевы (стоимость одного нагревателя используемого в …чи, и ..уи обычно в районе 1 доллара), они весьма инерционны и как то ни странно управлять ими с помощью стандартных промышленных контроллеров проще. Для нижних нагревателей в принципе и контроллер не нужен. Для выхода на свою максимальную температуру (порядка 450 градусов) им требуется около 20 минут. Т.е. можно просто включить их подождать минут 10 и выключить. Затем пока они остывают снять за 2 минуты микросхему верхом. Все . Так что если планируете сделать свою станцию, то имеет смысл поставить на низ не контроллер при использовании керамики , а просто таймер. Правда когда я вижу на китайских станциях кучу разно размерных нагревателей на нижнем подогреве, то задумываюсь – интересно они все их проверяли на одинаковость температурных-мощностных характеристик прежде чем установили ?. А то может оказаться центр даёт этак градусов 300 , а сбоку уже только 200 (в лучшем случае). И какая вероятность выхода из строя одного нагревателя? Вообще возникает много вопросов к таким нижним нагревателям. Но думаю все заранее рассчитано. Мы по крайне мере так не планируем строить. Использовать же кварцевые нагреватели китайцы не будут. Не позволят контроллеры это первое. И второе все заточено под массовое производство безликой, дешёвой продукции. Стандартный набор у всех – контроллеры RX-100 и PC-410 , твердотельные реле, литые корпуса, вес 30 кГ, мощность 3 кВт и более. Небольшая разница в названиях и украшательствах. О сравнении наших станций с китайскими в другой статье.
Теперь немного цифр. Просто есть «гуру» с форумов пишущие, что кварцевые нагреватели нагреваются до 1000 градусов поэтому и поджигают платы.
Характеристики производителя для используемых нами кварцевых нагревателей мощностью 400 Ватт:

Таким образом уже видно что ни о каких 1000 градусов речи нет.
Теперь посмотрим на характеристики керамических нагревательных элементов аналогичной мощности в 400 Ватт:

Как видно характеристики весьма схожие. Кроме времени достижения температуры , где мы видим разницу фактически в 4 раза. И у керамических нагревателей отсутствует показатель волны спектра (небольшое свечение нагретых спиралей).
Как видим размышления многих «гуру» не более чем философия. Многие даже прогуглить поленились.
Сложность управления кварцевыми нагревателями заключается именно в быстроте набора температуры и охлаждения . Например при одинаковой мощности в 400 Ватт кварцевый нагреватель наберёт 300 градусов уже за 1 минуту при полной мощности. В то время как керамический нагреватель будет еще тёплым. Чтобы не быть голословным – все эти данные взяты с сайта производителя типовых элементов nterm.ru. Именно такие элементы мы используем в своей работе.
Кроме того при необходимости можно использовать термостойкие стекла . В этом случае нами отмечено потери мощности на нагрев стекла (около 20 процентов) и небольшое увеличение нагрева корпуса станций. Все это не критично и по желанию клиентов мы отгружаем станции с установленными стёклами , если они не предусмотрены первоначальной комплектацией.
Надеемся что данная статья ответила на вопрос почему мы используем именно кварцевые нагревательные элементы.
Москва 26.05.2017    Технический директор ООО «М-Квадрат» Вылегжанин О.Ю.
С уважением ко всем читающим.