Устройство для пайки

О П И С А Н И Е (н 1979 О 47ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) УДК 621. .791,3(088.8) по делам изобретений н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАЙКИ Изобретение относится к области пайки, а точнее к устройствам для пайки электро- и радиоаппаратуры на платы печатного монтажа. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при пайке микросхем и миниатюрных деталей на поточных линиях. Известны паяльники с внешним обогревом жала, работающие в постоянном тО режиме, сменный нагревательный элемент которых состоит из керамической втулки с нихромовой спиралью и термоизоляционного экрана. Жало расположено внутри втулки и может передвигаться, благодаря чему осуществляется регулировка температуры жала (;1 , 2 1Недостатками этих устройств являются зависимость температуры жала от тепловой нагрузки и от питающего напряжения, а также малый тепловой КПД из-за сильного рассеивания тепла внешней поверхностью нагревательного элемента, малая эксплуатационная надежность из-за частого перегоранияосильно нагретой (до 700 С) спирали и относительно длительное время разогрева (2-3 мин). Известен паяльник с внутренним обогревом жала, в котором нагревательный элемент, состоящий из керамической трубки с намотанной нихромовой проволокой, помещен внутрь паяльного стержня31.Недостатком известного устройства является недолговечность нагревательного элемента, а также нестабильность температуры .жала.Известно устройство для сварки и пайки, содержащее преобразователь постоянного напряжения в переменное и цепь обратной связи 1 4 .Недостатком известного устройства является отсутствие температурной зависимости между нагревом электродов и углом включения тиристоров.3 97907Наиболее близким к изобретениютехническим решением является устройство для пайки, содержащее корпусс нагревательным элементом понижающии трвнсформатор, состоящий из сердечника, первичной обмотки, соединенной с источником переменного тока, и вторичной обмотки, соединеннойс нагревательным элементом, а такжереактивное сопротивление в виде ковденсатора5 ,Недостатком известного устройстваявляется нестабильность зависимоститемпературы петли от тепловой нагрузки, так как теплоемкость ее мала. 5Такое устройство имеет большуюмассу и площадь поверхности токоподводящих проводов и шин, что снижаеттепловое КПД. Кроме того, рабочаяпетля поддерживается в перегретом со,стоянии, так как в процессе пайкитемпература петли сильно уменьшаетсяи может выйти за нижний допустимыйпредел, что снижает надежность устройства.25Целью изобретения является повышение надежности в работе, обеспечение стабильности температуры и увеличение теплового коэффициента полезного действия,Поставленная цель достигается тем,что устройство для пайки преимущественно микросхем, содержащее корпусс нагревательным элементом, понижающий трансформатор, состоящий из сердечника, первичной обмотки, соединенной с источником переменного тока,и вторичной обмотки, соединенной снагревательным элементом, а также40реактивное сопротивление в виде конденсатора, снабжено Фазовым детектором, преобразователем частоты и радиатором, внутри которого размещенвыполненный из феррита сердечниктрансформатора с первичной обмоткой,нагревательный элемент выполнен в виде замкнутого витка вторичной обмотки трансформатора, причем первичнаяобмотка подключена к выходу преобразователя частоты, первый вход последнего подключен к выходу фазового детектора, а .второй вход - к первомувходу фазового детектора, при этомдва других его входа подключены кконденсатору.В таком устройстве вторичная обмотка трансформатора выполнена из медного провода с антикоррозионным покрытием, а нагревате.пьный элементснабжен цанговым зажимом. В устройстве трансформатор выполняет две Функции: функцию трансформирования напряжения и совместно с конденсатором Функцию датчика температуры нагревательного элемента, причем последняя осуществляется благодаря, во-первых, близкому расположению трансформатора и нагревателя, что приводит к однозначной связи температуры нагревательного элемента и сердечника, и, во-вторых, к наличию температурной зависимости магнитной проницаемости сердечника, что в случае отклонения температуры элемента от номинальной приводит к выходу из резонанса последовательного колебательного контура, образованного конденсатором и первичной обмоткой трансформатора, к отклонению фазы напряжения на конденсаторе относительно фазы питающего напряжения более или.7менее в в , которое является информационным источником для цепи обратной отрицательной связи, регулирующей интенсивность поступления электроэнергии к нагревателю. Таким образом осуществляется стабилизация температуры нагревательного элемента, Повышение надежности устройства в работе осуществляется благодаря тому, что понижающий трансформатор расположен в корпусе, а замкнутый виток вторичной обмотки выполняет одновременно Функцию токоподводящих проводов и шин, а также нагревательного элемента, что приводит к исключению ряда электрических контактов (иногда между разнородными металлами) в цепи с током порядка десятков ампер, работающих при температурах порядка сотен градусов; электронное устройство позволяет стабилизировать температуру и исключить перегрев нагревательного элемента, а это значительно продлевает срок его службы; вторичный виток имеет малую массу, поэтому нагревательный элемент, являющийся частью витка, нагревается до рабочей температуры в течение 20-30 с, что позволяет использовать устройство в импульсном режиме, а это также увеличивает срок его службы. Увеличение теплового КПД достигается тем, что в устройстве осуществляется тепловая развязка между нагревательным элементом и токо- подводящими проводами, так как они9790 не имеют непосредственного теплового контакта со вторичным витком. Кроме этого, благодаря тому, что вторичная обмотка выполнена в виде одного витка, концы которого легко разъединяют ся, его можно без труда сменить в случае выхода из строя нагревателя без разбора корпуса.На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - 10 разрез корпуса устройства; на фиг.3- вид радиатора, надетого на кольцо; на Фиг. 4 - температурная зависимость магнитной проницаемости (р) феррита от температуры; на фиг. 5 - схема 15 последовательного резонансного контура, образованного конденсатором и параллельно соединенными индуктивностьюи сопротивлением Р, которые представляют собой упрощенную экви валентную схему трансформатора с нагрузкой, приведенной к первичной обмотке.Устройство для пайки состоит из двух частей: электронной части, вы полняющей функцию преобразователя постоянного напряжения в пульсирующее и стабилизатора температуры паяющей части. Электронная часть состоит из генератора 1 пульсирующего напряже- З 0 ния со входом, регулирующим выходную мощность, конденсатора 2, фазового детектора 3,. Паяющая часть устройства включает в себя ручку с кнопкой-выключателем 4 и корпус 5, содержащий з 5 трансформатор с сердечником 6, первичной 7 и вторичной 8 обмотками, радиатор 9, предотвращающий перегрев сердечника, и первицную обмотку, две керамические шайбы 10 и защитный ко жух 11. Керамическая втулка с конусным отверстием 12 стягивает концы вторичной обмотки, которые изолированы один от другого прокладкой 13 из слюды и лишь в самом конце соеди няются, прицем припой, затекающий между ними, создает надежный электрический контакт.Устройство работает следующим об 50 разом.При прохождении тока церез замкнутый виток вторичной обмотки последний нагревается, причем наибольшее количество тепла выделяется в месте соединения заостренных концов витка.55 Часть тепла от нагретого витка передается сердечнику трансформатора и он нагревается до некоторой темпера 47 6туры Тс, однозначно связанной с температурой нагревательного элемента Тя. Прежде чем показать процесс стабилизации Тн в динамике рассмотрим экви" валентную схему на фиг. 5. Здесь Е- амплитуда первой гармоники колебания на выходе генератора 1, 1. - индуктивность первичной обмотки, Р - приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузки вторичной обмотки, При этом выполняется равенствои)Р 1(оА ) +Р юСгде ы - угловая частота, иР (оЛ) +Р где М - фазовый сдвиг напряжения первой гармоники относительно тока, про" ходящего через конденсатор, фазовый детектор вырабатывает на выходе сигнал, пропорциональный углу Ч, который меняется при изменении Предположим Р, ы, С - постоянные и при 1 =выполняется равенство(2). При этом выходное напряжениефазового детектора равно нулю, а навыходе генератора вырабатываются импульсы с частотой ц шириной 7. С другой стороны 1 определяется температурой нагрева сердецника трансформатора, которая однозначно связана с температурой нагревательного элемента.Таким образом, 1 = . при Тн = Тн,При изменении температуры элемента,например уменьшении, уменьшаетсяУгол Ч становится отличным от нуляи фазовый детектор вырабатывает напряжение определенной полярности, которсе, воздействуя на генератор оерезуправляющий вход, увеличивает , азначит и мощность, отдаваемую генератором и температура Тн - Тн, а-0.Таким образом осуществляется стабилизация температуры. В данном устройстве осуществляется оптимальнаяпередача тепла к нагревательному элементу, так как фактицески последнийвыполняет функцию паяльного стержня.За счет этого удалось при сохранении высокого теплового КПД и сравнительнобольшой удаленности от корпуса (3050 мм) значительно уменьшить массустержня за счет уменьшения его сечения, а, следовательно, и инерционность теплового поля. Таким образом,технико-зкономический эффект при использовании данного устройства посравнению с базовым объектом, в ка 979047честве которого взят прототип, достигается обеспечением высокого теплового КПД, удобством проведенияпаяльных работ, за счет удлиненного и тонкого стержня и минимальной инер ционности теплового поля для быстрого реагирования системы автоматического регулирования температуры нагревательного элемента на изменениетепловой нагрузки, 1 ОФормула изобретенияУстройство для пайки преимущест венно микросхем, содержащее корпус с нагревательным элементом, понижающий трансформатор, состоящий из сердечника, первичной обмотки, соединенной с источником переменного тока, 20 и вторичной обмотки, соединенной с нагревательным элементом, реактивное сопротивление в виде конденсатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в рабо те, обеспечения стабильности температуры и увеличения теплового КПД, устройство снабжено фазовым детектором, преобразователем частоты и радиатором, внутри которого размещен ЗО выполненный из феррита сердечник трансформатора с первичной обмоткой, нагревательный элемент выполнен .в виде замкнутого витка с заостренными концами вторичной обмотки трансформатора, причем первичная обмоткатрансформатора подключена к выходупреобразователя частоты, первый входпоследнего подключен к выходу фазового детектора, а второй вход - кпервому входу фазового детектора,причем два других его входа подклюцены к обкладкам конденсатора.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вторичнаяобмотка трансформатора выполнена измедного провода с антикоррозионнымпокрытием, и нагревательный элементснабжен цанговым зажимом.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Красиков В.Ф. Технология миниатюрных изделий. М., Машиностроение", 1976, с. 296, 298.2. Грижимальский Л.Л., Ильевский И,И. Технология и оборудованиепайки. М., "Машиностроение", 1979,с. 216-218.3, Кривошей А.В. Паяльник многоцелевого назначения. - Обмен опытомв радиопромышленности, 1971, У 1,с. 71.Й, Катин В.С., Никулин В.Б, и др.Частотный метод управления источниками сварочных импульсов при шовнойконтактной сварке. - "Электроннаятехника", серия 7, выпуск 3, с, 27-32.5. Красников В.ф. Технология миниатюрных изделий. М., "Машиностроение", 1976, с. 291-292 (прототип).