Lödugn

[arvidb]

Jag har ett väntande projekt där jag behöver kunna löda hela kretskort med ytmonterade komponenter, inklusive en med "thermal relief pad" på undersidan. Man kan visserligen använda varmluft (tydligen?), men jag tycker att det vore kul att testa att bygga en lödugn för detta!

Jag har letat upp och läst en hel del byggloggar (googla "reflow oven") och även tittat på en del färdiga ugnar upp till ca 5000:-. I den prisklassen så verkar ugnarna hålla ungefär samma klass som de som man kan bygga själv. Problem som kan uppstå i både hemmabyggda ugnar och köpta i den prisklassen verkar framför allt vara ojämn temperaturfördelning mellan olika ställen i ugnen, att IC-kapslar blir varmare än annat (inklusive lödtennet) p.g.a. att IR-strålning från värmeelementen absorberas snabbare av svarta ytor än av blanka, m.m. I hemmabyggda ugnar som består av en omodifierad ugn plus en temperaturstyrning så verkar det kunna vara problem att komma upp i temperatur tillräckligt snabbt, eller att ens kunna komma upp i tillräckligt hög temp (särskilt vid användning av blyfritt lod).

Nåväl, någonstans ska man börja, så jag köpte hem en ugn (Clatronic MPO 3520) och ett solid state-relä (Omron G3NA-210B-DC5-24):

DSC_5226-oven-SSR.jpg

Min tanke är att bygga en datorstyrd ugn, d.v.s. en ugn där styrenheten är ganska dum och där regleringen görs av en dator via USB.

Just nu är det två saker som jag skulle behöva hjälp med:

1) Isolering. Jag vill isolera ugnen invändigt för att minska både värmeförluster och ugnens termiska massa. För detta krävs såklart något slags högtemperaturtålig isolering. Jag har inte hittat något självklart material för detta och skulle gärna vilja ha tips! Det jag har hittat hittills:

* Rockwool "komfortbrandmatta" (men finns bara i Uppsala ser jag nu!). Billigt, men känns ganska otymplig att arbeta med - och släpper den stenullsfibrer ifrån sig när man rör den?

* Brandskyddsskiva i kalciumsilikat. Verkar vara ungefär som värmetåliga gipsskivor, vilket känns trevligare att arbeta med. Men var köper man dem? (Jag är inte beredd att betala för palltransport...)

Är det kalciumsilikatskivor som man sätter bakom kaminer m.m. för brandskydd?

2) Temperaturmätning. Så vitt jag förstår så finns tre varianter på detta: termoelement, "resistance temperature detectors" (RTD:er), och termistorer.

Termoelement verkar vara det klart mest populära valet för lödugnar att döma av de byggprojekt som finns att läsa om på internet, men jag tyckte annars att RTD:er verkade trevliga (t.ex. denna), särskilt eftersom de tydligen är väldigt stabila över tid. Det vore kul att höra lite tips här från någon som har koll på temperaturmätning! Hur svårt är det t.ex. i praktiken att läsa av en RTD från en mikrokontroller om man vill ha repeterbarhet på ~1 K och noggrannhet på, säg, 5 K? Någon som har gjort detta och kan dela med sig av inkopplingstips?

Vad är det som sitter i vanliga stektermometrar? Termistorer?

[lond]

Till tempsensor är nog K-givare som gäller, för du vill komma så nära kretskortet som möjligt. Jag brukar placera ett tomt kretskort precis bredvid det jag skall löda om det inte går att stoppa i sensorn i ett pläterat hål i kretskortet som skall lödas (vilket är det bästa förfarandet).

Till min lödugn har jag en arduino som styr hela lödprofilen, dock behöver jag isolera den för att upprampningen skall gå tillräckligt fort. Men resultatet blir likvärdigt med lödugnarna på jobbet.

Lycka till med bygget.

/// Marcus

[hawkan]

Ja det är rätt! En lödugn är aldrig fel.

Jag kan inget mer om isoleringen är att den typen av nätmatta har jag på röret till fläkten ovanför spisen och det skulle då inte jag vilja ha inne i en lödugn. Då får den isf kapslas in på nåt sätt och det stjäl en hel del utrymme. Egentligen tror jag man får leva med värmeförluster pga av uppvärmning av alla plåtar invändigt. En variant är att förvärma ugnen genom att köra en lödcykel utan kretskort i för att i nån mån värma upp ugnen invändigt.

Jag såg också att termoelement var allra vanligast när jag sökte runt för ett par månader sedan. Jag har kört min lödugn ett antal gånger nu och tycker såhär om temperaturmätning i lödugn. Temperaturen stiger ju rätt ordentligt och sjunker med för den delen under lödcykeln. Temperaturgivaren mäter bara temperaturen i sej självt och luften precis runt den om den sitter fritt i luften. Kretskortet och lödtennet som ligger på platten på ett galler har inte exakt samma temperatur, det kan skilja tja 10-20 grader utan vidare tänker jag. Det är en viss tröghet och det går inte att lita blint på temperaturgivarens värde. Nu ska man ha en soak-tid under 180 grader för att tempen ska få tid att jämna ut sej, men det är väl inte helt nödvändgt och lödkurvor ser olika ut. En enkel avstämning man kan göra är att titta genom glaset när lödpastan är fullt flytande tenn och kretsarna har "vickat in sej". och då notera vad temperaturgivarna visar. Detta får vara grunden för den temperatur man sätter som sluttemperatur, kanske lite till, så kretskortet ligger med flytande tenn i 10-20 sekunder.

[arvidb]

Tack för uppmuntrande och intressanta svar!

lond: Det är alltså storleken (i kombination med snabbheten) som är grejen med termoelement? Har du någon byggtråd eller så för din ugn? Det vore kul att få mer info om hur du byggt den!

hawkan: Bra tips med kalibrering med hjälp av synen!


Jag testade ugnen som den är och loggade temperaturen manuellt var 30:e sekund med två termometrar: en Fluke 17B med termoelement och en vanlig kökstermometer. Denna ugn har ingen temperaturinställning och slog av av sig självt efter ca 215 sekunder (och på igen efter 450 sekunder). Här ser man tydligt att man inte bör använda en kökstermometer till sin lödugn! (Delta-temp här är som max cirka 1,5 K/s.)

MPO-3520-profile-1.png

Det vore intressant att göra om samma experiment med ett termoelement plus en RTD.

[Swech]

du bör kika på vad du kan göra åt att kylningen är såpass långsam.
Om dina kort stannar inne under såpass lång avkylning så blir det lite pepparkaka över det hela.

Swech

[arvidb]

Det var med luckan stängd. Jag tänker mig att den får pipa när det är dags för avsvalning, och så får man öppna luckan helt enkelt.

[hawkan]

Ser ju bra ut. Uppvärmningshastigheten är okej, lödkurvorna jag använder maxar efter 4 minuter och din ugn är ungefär där.
Skulle du inte kunna sätta på värmen och köra tills du nått din temp och sen bara öppna luckan lagom? Borde inte det bli tillräckligt bra?

[Magnus_K]

Ska bli jättekul att följa arvidb.

Måste bara fråga en dryg fråga från någon som inte vet bättre:
Det här med "avkylningskurvan". Istället för att mecka med att öppna luckan för att kyla ner, skulle man inte kunna lösa det på ett billigt men mer automatiserat sätt?
Tänkte först en fläkt men hej och hå vad varmt det kommer bli men tankegången gick sen vidare till ett venturi. Det problemet borde bli obefintligt om man blåser med fläkten.

[hawkan]

Jo det går om det finns hål så att kall luft kan komma in och varm luft kan lämna ugnen. Går ju alltid att göra hål. Såg nån som hade ett servo som öppnade luckan när det var dags att kyla.

Det beror på hur arvidb vill göra och vilken automatiseringsgrad han vill ha. I början står man där med näsan mot glaset och tittar på hela tiden så man kan lika gärna öppna luckan för hand. Eller förresten det kanske bara är jag som gör så

[arvidb]

Ser ju bra ut. Uppvärmningshastigheten är okej, lödkurvorna jag använder maxar efter 4 minuter och din ugn är ungefär där.

Man vill väl upp till soak-zonen relativt snabbt och sedan stanna där (i runt 150 °C?) i typ 90 s. Och sedan upp till reflow-zonen med ca 2 °C/s. Och sedan ner med ca 4 °C/s.

Skulle du inte kunna sätta på värmen och köra tills du nått din temp och sen bara öppna luckan lagom? Borde inte det bli tillräckligt bra?

Man kan ju göra så, men det är ju inte lika kul som en datorstyrd ugn. Sen skulle jag vilja testa både blyfri och blyad lödpasta, så det vore trevligt att kunna använda olika förprogrammerade temperaturkurvor. Och inte minst så vill jag kunna välja en viss kurva för ett visst kort och veta att jag får ett bra resultat. Repeterbarhet alltså!


Magnus_K: Vad är ett venturi?


Jag funderar på om jag skulle köpa en fläkt att sätta in i ugnen. Jag tycker att det borde ge jämnare temperaturfördelning? Nu tror jag att just den där fläkten bli lite för stor, men det finns väl andra antar jag.

[lond]

I början står man där med näsan mot glaset och tittar på hela tiden så man kan lika gärna öppna luckan för hand. Eller förresten det kanske bara är jag som gör så

Jag lider av samma syndrom, oftast med en ficklampa för att se bättre

/// Marcus

[opatagio]

Har provkört en ugn inhandlad för 450kr och som har 4 element. Denna styrs med Controleo2 och är mycket nöjd, totalkostnad på 2400kr +3 timmar för montering av relä och styrningen. Klarar köra uDFN-10 som har en pitch på 0.4mm (0.15mm mellan lödpaddarna) men det är jäkligt noga med placeringen för att få bra resultat på så små grejer. Även kört kort i tjocklek 0.8mm - 2.0mm och största kretsen är en QFN-64 9x9mm samt 8x8mm elektrolyt. Jag var väldigt skeptiskt i början men som sagt, det har fungerat finfint.

För isolering skulle jag rekommendera sån där guldfärgad värmetejp som används i motorutrymmen på fordon. Helt vansinnigt bra isolation och gör att man kan hålla tempkurvorna bättre.

Edit: Kanske någon sådan här tejp för isolering http://www.l-m-r.se/p/universalprodukte ... ed-9m.html Jag har dock inte provat just den men ser väldigt lika ut.

[Agwan]

I början står man där med näsan mot glaset och tittar på hela tiden så man kan lika gärna öppna luckan för hand. Eller förresten det kanske bara är jag som gör så

Jag lider av samma syndrom, oftast med en ficklampa för att se bättre

/// Marcus

Härligt, 100% igenkänningsfaktor.

[hawkan]

Här är några tankar. Om man tittar på en lödkurva som den här



från whizoo.com så har din ugn inte så hög effekt att du kan följa den, testet du gjorde visade att även om du kör på max så kommer du inte upp i 250 grader på tre minuter. Ja, det klara inte min ugn heller för den delen (en t-962). Det är ingen fara med det, man får vara medveten om att det går inte att styra effekten mer än till max effekt och enda möjligheten till reglering är att sänka effekten när det behövs. Det som görs i min ugn är att lödkurvorna väljer att köra nära max, sedan en två minuter soak mellan 150-180 för 63/37 och sedan blir det max till peaken. Och sedan styrs fläkten för kylningen. Lödkurvorna är utdragna såpass i tiden att det finns lite reglerutrymme alltså värmaren behöver inte vara på max hela tiden. För blyfritt är kurvan en rak kurva upp till 250 grader utan soak på fyra minuter och ner igen i ungefär samma takt. Det blir alldeles säkert bra om du jobbar inom de ramar som ugnen medger.

Fläkten ja, den är för stor. Men en fläkt kan vara bra speciellt om det går att kombinera med avkylning av kretskortet. Men jag funderar såhär att med så stora värmegradienter som det finns under uppvärmning så blir det en del naturlig omrörning av luften inne i ugnen, det kanske räcker. En fläkt som rör om luften får ta det ordenligt lugnt, inte som i en varmluftsugn på långa vägar, då blåser kretskortet och kanske komponenter iväg. Man kan börja utan fläkt och se om det är ett problem och det är i så fall att pastan inte smälter helt över hela kretskortet. Det ser man lätt vid inspektion och det är bara att köra om kortet med lite högre temp i och för sej, men man vill ju att det ska bli bra direkt.

Isoleringen som opatagio visar på är intressant, hade bara priset varit lite annorlunda hade jag mycket väl kunna sätta in det i min ugn.

Hur har du tänkt styra värmen och ssr-en? Arduino eller nåt sånt?

[Swech]

Har en T962 som jag byggt om. Själva ungnen var helt ok men styrningen var inte alls bra.
Temperatursensorerna satt på fel ställe, på min var endast en inkopplad......
Värmeelementen var kopplade i sicksack vilket innebar att det inte gick att styra zon temperaturer.
Mopnterade in totalt 3 temperatursensorer och delade in värmen i 3 zoner.
Visade sig att zonen närmast öppningen är mycket kallare än övriga och att bakre zonen har svårt att sjunka i temp då det är klart.
Styr även ut fläkten under hela cykeln med 50-60% för att få bra mycket jämnare temperatur.

Så, för att få det bra och repeterbart så är det många detaljer i det hela som spelar in.
T.ex. glöm inte att låta ugnen kyla ned sig rejält mellan körningar eftersom ett reglersystem annars får problem
om du startar från 20 grader ena gången och nästa är sensorn uppe i 80 - 90 redan vid start.

Swech