Pereosnastka.ru

Паяльники для пайки миниатюрных деталей

Паяльники для пайки миниатюрных деталей

Для пайки миниатюрных деталей микросхемных печатных плат, интегральных гибридных схем и других соединений, применяют малогабаритные паяльники, работающие в постоянном и импульсном режиме, с охлаждением и отсосом газов. Ввиду того что миниатюрные изделия и микросоединения весьма чувствительны к нагреву, при их пайке применяют теплоотводы, выполненные как отдельно от паяльника, так и вмонтированные в его корпус.

Паяльники, работающие постоянном режиме. Для пайки проводов диаметром 0,1 мм и менее, тонких элементов контактных площадок и лепестков применяют паяльник, схема которого приведена на рис. 1, а. Спираль паяльника выполнена из нйхромовой проволоки, одета на керамическую трубку и сверху обмотана оплеткой. Готовый нагревательный элемент вставляют в трубку, на которую надевают выполненный в виде цанги наконечник и зажимают гайкой. Затем на трубку надевают эбонитовую втулку и бронзовую цангу, после чего нагреватель припаивают к монтажной планке, к которой, в свою очередь, подведен провод, продетый через эбонитовую ручку. Питание паяльника осуществляют от переменного тока напряжением 6В. Потребляемая мощность 18Вт.

Электропаяльник несколько иной конструкции для пайки проволоки диаметром 0,025—0,2 мм изображен на рис. 1, б.

Он состоит из нагревательных элементов, питаемых через понижающий трансформатор 220/24 В, металлического наконечника, фарфоровой трубки и эбонитовой ручки. Мощность паяльника— 30 Вт.

Создано семейство паяльников для пайки микроэлементов и проводников диаметром от 0,01 мм и более. В табл. 22 приведены их технические характеристики.

Для пайки проводов в стеклянной изоляции диаметром 0,005 мм применяют паяльник (рис. 1, в), состоящий из рукоятки, к которой прикреплена под прямым углом планка с расположенными на ней набором кольцевых керамических изоляторов.

Нагревательным и рабочим элементом паяльника является петля из проволоки Х15Н60 диаметром 0,6—0,8 мм с радиусом закругления 0,5 мм. Паяльник питается от сети переменного тока через автотрансформатор. Нагретую петлю вначале помещают во флюс, а затем в припой до получения в вершине ее небольшой капли расплавленного припоя.

Недостатком этих паяльников является большой защитный кожух, затрудняющий использование паяльника в труднодоступных местах и увеличивающий площадь нагреваемой поверхности. Поэтому основная мощность, потребляемая паяльником, идет на нагревание защитного кожуха и бесполезно рассеивается в окружающем пространстве.

При многослойной намотке нагревателя верхние слои его перегреваются, что сокращает срок службы нагревателя и приводит к необходимости его замены. Указанные недостатки в значительной мере могут быть устранены за счет применения нагревателя, расположенного в специально высверленном отверстии паяльного стержня. Нагреватель представляет керамическую трубку, на которую в один ряд, плотно, виток к витку, наматывают оксидированную нихромовую проволоку. Стержень через кольцо крепят к ручке с помощью держателя, выполненного в виде двух стальных пластин. В свою очередь, держатель крепят к рукоятке кольцом. Электропитание паяльника производят с помощью провода. Для уменьшения рассеивания тепла участки провода, расположенные близко к нагревателю, покрыты теплостойкой изоляцией.

Паяльники, работающие в импульсном режиме. Для исключения пережога деталей пайку производят в импульсном режиме, т. е. подвод тепла осуществляют в виде кратковременного теплового импульса. Импульсная пайка позволяет до минимума уменьшать время выполнения микросоединения и дает возможность регулировать продолжительность операции, а также количество выделяемого тепла. Подача импульсов энергии на рабочую часть паяльника обеспечивает быстрый нагрев паяемого соединения, исключая при этом перегрев изделий.

При импульсной пайке в качестве источника тепла для плавления припоя обычно используют V-образную петлю из проволоки с большим удельным сопротивлением, нагреваемой импульсом электрического тока. На рис. 2, а показан разрез малогабаритного импульсного паяльника ПЭИТ-1В с теплоотводом, выполненным в корпусе. Паяльник состоит из электроизоляционного корпуса, сменного нагревателя, соединенного с токопроводящими медными шинами, теплоотводом, пружины и провода. Нагреватель выполнен из нихромовой проволоки диаметром 1 — 1,5 мм в виде остроизогнутой петли, которая служит одновременно рабочим концом паяльника.

Для быстрого нагрева и охлаждения рабочий конец петли уменьшают в сечении путем опиловки. Такой конец применяют при пайке схемы с предварительно лужеными контактными площадками. Если же в зону пайки необходимо введение припоя, то применяют петлю с напаянным медным или никелевым наконечником. Время нагрева рабочего конца паяльника мощностью 20—35 Вт без напаянного наконечника 0,5—2 с, с напаянным наконечником 2—3 с. При смене петли ее вынимают из корпуса паяльника вместе с медными шинами, соединение которых с проводом производится с помощью штепсельных разъемов.

Паяльник работает в комплекте с блоком питания. Блок питания состоит из реле времени, автотрансформатора, предназначенного для плавного регулирования напряжения во вторичной обмотке, разделительного понижающего трансформатора, служащего для исключения попадания сетевого напряжения на рабочий конец паяльника, и педальной кнопки.

Процесс пайки осуществляют следующим образом. Вначале устанавливают требуемое напряжение (в пределах 1—4 В) и необходимую длительность импульса (0,5—3 с). Затем паяльник устанавливают на паяемый вывод теплоотводом в сторону корпуса изделия или микроэлемента и нажимают до упора. При этом сначала вывод поджимается теплоотводом, а затем уже рабочий конец паяльника прикладывается к месту пайки. Педальной кнопкой подается импульс энергии и производится пайка. После кристаллизации припоя вначале снимается рабочий конец паяльника, а затем конец теплоотвода.

Следует иметь в виду, что низкая объемная теплоемкость петли импульсного паяльника вызывает необходимость его перегрева до температуры, превышающей температуру плавления припоя. Это приводит к пережогам припоя в процессе пайки, выгоранию и разбрызгиванию флюса в месте контакта, а также вызывает перегрев микроэлементов.

Для исключения перечисленных недостатков применяют контактно-импульсный метод пайки. Особенностью его является локальный нагрев мест микросоединений за счет тепла, выделяющегося в зоне контакта паяльного стержня с электродами при прохождении через них импульса электрического тока. Количество тепла, выделяющегося в зоне контакта, определяется переходным сопротивлением, величиной тока и длительностью импульса. При правильном подборе перечисленных параметров достигается высокая стабильность в количестве подводимого тепла. На рис. 144, б показан паяльник для контактно-импульсной пайки. Паяльный стержень установлен между электродами и закреплен цангой, расположенной в диэлектрическом корпусе. Пружинные электрододержатели 6 соединены через токо-проводящие провода с источником питания и образуют замкнутый электрический контур, по которому при пайке пропускают регулируемый по длительности и напряжению импульс тока. Материал электродов должен иметь высокое удельное электрическое сопротивление и теплопроводность. Паяльный стержень изготавливают из меди или серебра, обладающими хорошими тепловыми характеристиками.

Паяльники со сменными элементами, охлаждением и отсосом газов. Унифицированный паяльник многоцелевого назначения со сменным рабочим элементом приведен на рис. 145, а. В зависимости от расположения монтажных соединений применяют рабочие элементы прямые или изогнутые под различными углами до 120 и 135°. Исходя из условий пайки подбирают диаметр и форму рабочего элемента. Паяльник состоит из сменного нагреваемого элемента, в состав которого входят стержень, перфорированная трубка, соединительная карболитовая гайка, керамическая трубка с нихромовой спиралью и контактный хвостовик.

В рукоятке паяльника размещен электропатрон с припаянными к его выводам питающими проводами. При ввинчивании сменного рабочего элемента соединительная гайка обеспечивает взаимное закрепление узлов паяльника и замыкает цепь питания, прижимая контакты хвостовика нагревательного элемента к контактам гнезда электропатрона. В комплект паяльника входят наборы сменных корпусов для пайки, лужения лепестков, а также для демонтажа с импульсным отсосом припоя.

Для стабилизации температуры в определенных пределах предусматривается саморегулирование паяльников. Камера обогрева таких паяльников не герметизирована. Через предусмотренные в корпусе отверстия обеспечивается свободная циркуляция воздуха. При этом слой воздуха, омывающий спираль, приобретает ее температуру, примерно 700 °С; следующий за ним слой, имеет температуру около 500 °С и, наконец, слой III’, непосредственно примыкающий изнутри к стенкам камеры, имеет температуру — 300 °С.

Помимо воздушного охлаждения зоны термического влияния пайки в ряде конструкций паяльников предусматривается жидкостное охлаждение, а также импульсное питание нагревательных элементов (рис. 145, б). Паяльник такой конструкции состоит из токопроводящих шин, поворотных цанг, электродов, пружины, паяльного стержня, холодильника, выполненного из эластичного пористого материала, который пропитывается водой, датчика и ручки. Паяльный стержень удерживается электродами и пружиной, стягивающей токопроводящие шины. Зону соединения и припой разогревают концом стержня. С помощью холодильника охлаждают паяемые изделия, не допуская их перегревания. Датчик подает сигналы на включение и отключение питания паяльника.

Для удаления газов, образующихся в процессе пайки, применяют паяльники с отсосом газов и подсосом наружного воздуха, охлаждающего ручку паяльника и электроконтакты. В полой ручке смонтирован корпус, паяльный наконечник и электронагреватель, который соединен контактами с токоподводом. В стенках ручки предусмотрены прямоугольные пазы, в которых размещены контакты. Последние закрыты снаружи соединительной муфтой, а изнутри — штуцером шланга отсоса газов. При отсосе газов через центральный канал происходит забор наружного воздуха по каналу, который охлаждает контакты.

Для обеспечения подачи дозированного количества припоя используют специальный паяльник. Он состоит из паяльного стержня, удлинителя, рукоятки с кнопкой управления подачей и трубки. Механизм подачи обеспечивает подачу установленной дозы припоя к рабочей части паяльного стержня и отвод его на некоторое расстояние после нажатия и отпускания кнопки. Этим обеспечивается подача дозы припоя малой величины.

Регулирование и стабилизация режимов пайки. Качество паяных соединений в большой степени зависит от температуры паяльника. Для различных типов припоев температура пайки колеблется в широких пределах, однако в любом случае она не должна отличаться более чем на ±10 °С от заданной. Особенно важна стабильность температуры паяльника при пайке тончайших микропроводов.

Существуют несколько приемов регулирования и стабилизации температуры паяльника:
1) перемещением «жала» паяльника относительно нагревателя;
2) стабилизацией питающего напряжения при строго определенном сопротивлении нагревателя;
3) периодическим включением и отключением питания с помощью встроенного биметаллического регулятора;
4) термопарой, зачеканенной в жало паяльника.

Первый из перечисленных приемов является наиболее простым, не требующим специальной аппаратуры.

При пайке изделий с широкой номенклатурой применяемых размеров и материалов возникает необходимость в регулировании температуры нагрева жала паяльника, а также в изменении его положения относительно рукоятки паяльника (под любым углом) и в замене жала на больший или меньший размер. На рис. 4, а приведена схема паяльника, конструкция которого обеспечивает выполнение перечисленных требований. Он содержит проволочный нагреватель, нанесенный на керамическую трубку и изолированный снаружи стеклотканью, держатель с медным жалом, медную ленту, асбестовый изолятор, корпус и рукоятку. Нагреватель расположен сбоку от держателя. Перемещением жала относительно нагревателя и держателя регулируется его нагрев. В случае необходимости жало может быть извлечено из держателя и заменен другим с требуемым сечением. Возможны различные варианты выполнения конструкции паяльника с регулируемым нагревом.

На рис. 4, б дана схема облегченного паяльника со сменным нагревательным элементом. Он состоит из нагревательного элемента, в состав которого входят сменный стержень, керамическая втулка с нихромовой спиралью (рис. 4, в) и термоизоляционным экраном, рукоятки, выполненной из термоизоляционного материала и токоподвода. Питание паяльника производят от источника тока напряжением 6В; мощность паяльника 15 Вт; время разогрева не более 2—3 мин.

Термоизоляционный экран нагревательного элемента (рис. 4, в) обеспечивает свободное перемещение паяющего стержня, что позволяет уменьшить рассеивание тепла и регулировать температуру нагрева стержня в широких пределах. Для уменьшения эрозии жала паяльника на него наносят хромовое покрытие.

Второй прием регулирования и стабилизации температуры также относительно прост, но он не обеспечивает заданной стабильности температуры паяльника при изменении интенсивности пайки. Особенно это заметно проявляется при использовании маломощных паяльников.

Третий прием обеспечивает стабильность заданной температуры, но зависит от колебаний питающего напряжения.

Наиболее гибким является четвертый прием. Независимо от колебаний питающего напряжения и интенсивности работы паяльника температура жала остается всегда в заданных пределах. Этот прием позволяет изменять среднюю поддерживаемую температуру паяльника в широких пределах, а по мере выгорания жала осуществлять корректировку регулирующих контактов милливольтметра таким образом, чтобы его температура оставалась в заданных пределах. Для обеспечения гибкого регулирования и стабилизации температуры паяльника служит автоматический регулятор, выполненный на основе контактного милливольтметра (например, М265), хромель-копелевой термопары и исполнительного реле.

Принципиальная схема регулятора показана на рис. 5. При включении тумблера ВКг напряжение (36 В) через предохранитель Прх и нормально замкнутые контакты реле Рг подается на нагреватель паяльника. Обмотка реле Рг обесточена, так как транзистор TL заперт. По мере нагревания жала паяльника возрастает э. д. с. термопары, помещенной в паяльнике, и стрелка

милливольтметра отклоняется вправо. При соприкосновении стрелки милливольтметра с задающей стрелкой на базу транзистора Tj через резистор подается отрицательное смещение. При этом транзистор отпирается, через обмотку реле начинает протекать ток. По достижении определенной величины реле срабатывает и отключает паяльник от питания. Напряжение через контакты реле подается на лампочку Jllt сигнализирующую о том, что температура паяльника достигла заданной и он отключен от питания.

По мере остывания паяльника э. д. с. термопары падает, контакты милливольтметра размыкаются, транзистор запирается, реле вновь включает паяльник на нагрев и система приходит в первоначальное состояние. Диод Д t и конденсатор С± служат для питания исполнительной схемы постоянным током. Конденсатор С2 создает временную задержку запирания и отпирания транзистора порядка 0,8 с, необходимую для предотвращения многократных срабатываний и опусканий реле при кратковременных соприкосновениях подвижной и регулирующей стрелок милливол ьтметр а.

Применение автоматического регулятора температуры паяльника позволяет повысить качество пайки соединений, увеличить срок службы и исключить перегрев паяльника, а также экономить электроэнергию. Имеются схемы питания паяльников, обеспечивающие автоматическое включение и выключение нагрева.

Читать далее:

• Маркирование миниатюрных изделий
• Изготовление микроминиатюр
• Термическая обработка миниатюрных изделий
• Технология сварки элементов микросхем
• Сварные соединения из миниатюрных элементов