Ультразвуковой паяльник

 

Использование: изобретение относится к пайке с применением ультразвуковых колебаний и может быть использовано для нанесения электропроводящих дорожек при изготовлении печатных плат. Сущность изобретения: паяльник снабжен отражателем ультразвуковых колебаний, который выполнен в виде поршня со штоком и установлен с возможностью осевого перемещения в корпусе паяльника и пустотелом рабочем наконечнике, заполненном гранулами твердого припоя. Нагревательное устройство выполнено в виде обмотки возбуждения тока высокой частоты и размещено на одном сердечнике с обмоткой возбуждения ультразвуковых колебаний. 1 ил.

Изобретение относится к пайке с применением ультразвуковых колебаний и может быть использовано для нанесения электропроводящих дорожек при изготовлении печатных плат.

Известно устройство для ультразвуковой пайки, включающее корпус с осевым каналом, в котором установлена с возможностью осевого перемещения полая игла, генератор ультразвуковых колебаний, нагревательное устройство [1] Недостатками паяльника являются низкая производительность процесса ультразвуковой пайки, невысокое качество паяных и металлизированных изделий из-за неравномерной подачи припоя из емкости малого размера, кроме того, паяльник не удобен в эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является ультразвуковой паяльник для лужения и пайки изделий, содержащий магнитострикционный преобразователь, трансформатор упругих колебаний, рабочий наконечник с емкостью для припоя, жестко связанный с телом наконечника [2] Конструкция данного паяльника не обеспечивает оптимальной траектории движения наконечника и не обладает высокой производительностью и надежностью, а также паяльник не удобен в эксплуатации.

Задачей при создании изобретения является увеличение производительности процесса ультразвуковой пайки и металлизации, а также повышение надежности и удобства паяльника в эксплуатации.

Это достигается тем, что паяльник снабжен отражателем ультразвуковых колебаний, который выполнен в виде поршня со штоком и установлен в корпусе паяльника подвижно с возможностью осевого перемещения в нем и пустотелом рабочем наконечнике, заполненном гранулами твердого припоя по мере расхода последнего. При этом катушка возбуждения ультразвуковых колебаний, которая также входит в конструкцию паяльника, и рабочий наконечник выполняют функцию преобразователя. Рабочий наконечник является и нагревательным элементом.

На чертеже показана конструкция паяльника, разрез.

Ультразвуковой паяльник содержит корпус 1, в котором размещен подвижно с возможностью осевого перемещения отражатель ультразвуковых колебаний, выполненный в виде поршня 3 и штока 4, рабочий пустотелый ферромагнитный наконечник 5, имеющий капиллярное отверстие 6 для подачи расплавленного припоя на поверхность материала подложки. Шток 4 выполнен из твердого сплава, например керамики. Перечисленные элементы зафиксированы в корпусе 1 посредством прокладок 7 из пористого материала. На нижней части корпуса установлены катушка 8 возбуждения высокочастотного нагрева и катушка 9 возбуждения ультразвуковых колебаний размещены на одном сердечнике. Катушка 9 возбуждения ультразвуковых колебаний и рабочий наконечник 5, который в свою очередь является и нагревательным элементом, образуют преобразователь паяльника. Гранулы твердого припоя 10 размещены в рабочем наконечнике 5.

Паяльник работает следующим образом.

При включении генератора тока ультразвуковой частоты на катушке 9 возбуждения ультразвуковых колебаний проходит электрический ток ультразвуковой частоты. Под воздействием магнитного поля, создаваемого катушкой 9, наконечник 5, предварительно заполненный гранулами твердого припоя 10, втягивается в корпус и занимает центральное положение относительно катушки 9, т.е. среднее нейтральное положение относительно ее магнитного поля.

При включении генератора тока высокой частоты магнитное поле катушки 8 возбуждения высокочастотного нагрева индуцирует высокочастотный ток на поверхности наконечника 5 и разогревает его до расплавления в нем припоя 10. Затем через отверстие 2 в корпусе 1 подают сжатый воздух.

Давление воздуха определяется по формуле: P , где F электромагнитное усилие втягивания наконечника 5 при смещении его из нейтрального положения; S площадь поверхности поршня 3, на которую направлен сжатый воздух. Возникает давление на поршень 3, шток 4 и через припой на наконечник 5, которое смещает их с нейтрального положения. Вследствие взаимодействия давления воздуха и электромагнитного усилия втягивающего поля катушки 9, изменяющегося с ультразвуковой частотой, возникают продольные ультразвуковые колебания наконечника 5 и штока 4.

Встречное направление сил, действующих на поршень 3 со штоком 4 и наконечник 5, создает внутри полости наконечника в осевом направлении механические колебания, отражающиеся от поверхности штока 4 в направлении капиллярного отверстия 6, проходят через него и одновременно выталкивают разогретый припой на поверхность материала подложки. При соприкосновении капиллярного отверстия 6 с выступающим из него припоем с поверхностью диэлектрического материала подложки под воздействием ультразвуковых механических колебаний происходит кавитации припоя на обрабатываемой поверхности. Припой сцепляется с поверхностью материала подложки, смачивает его и при перемещении паяльника по поверхности подложки согласно заданному рисунку "вытягивается" смачиваемой поверхностью подложки из капиллярного отверстия 6.

Дозирование расхода припоя происходит автоматически в зависимости от скорости перемещения паяльника по поверхности материала подложки. Одновременно воздух, подаваемый в корпус 1 через отверстие 2, проходя через пористые прокладки 7, предохраняет от перегрева паяльник в целом.

По мере расхода припоя поршень 3 со штоком 4 смещаются внутрь наконечника 5. При полном расходе припоя паяльник отключают от источников тока и подачи воздуха, затем наконечник 5 вынимают из корпуса 1 и заполняют гранулами твердого припоя.

Использование ультразвукового паяльника предлагаемой конструкции позволяет повысить производительность, обеспечить стабильность и эффективность пайки и металлизации. Кроме того, паяльник прост по конструкции и более удобен в эксплуатации.

Формула изобретения

Ультразвуковой паяльник, содержащий корпус, магнитострикционный преобразователь, нагревательное устройство и рабочий наконечник, отличающийся тем, что рабочий наконечник выполнен полым для заполнения гранулами твердого припоя и установлен с возможностью осевого перемещения в корпусе, при этом паяльник снабжен отражателем ультразвуковых колебаний, выполненным в виде поршня со штоком, установленным с возможностью осевого перемещения в корпусе и рабочем наконечнике, а нагревательное устройство выполнено в виде обмотки возбуждения тока высокой частоты.

РИСУНКИ

Рисунок 1