BRPI0511521B1

BRPI0511521B1 - Bico de extremidade de trabalho de ferro de solda ou de remoção de solda substituível, sistema de aquecimento de ferro de solda ou de remoção de solda, e método de fabricação de um bico de ferro de solda ou de remoção de solda substituível

Info

Publication number: BRPI0511521B1
Application number: BRPI0511521-3A
Authority: BR
Inventors: Yoshimura Kayoko; Uetani Takashi; Nagase Takashi; Masaki Hiroyuki
Original assignee: Hakko Corporation
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2018-03-20
Also published as: EP1752018A2; DE602005026804D1; JP4759562B2; JP2008500184A; WO2005115670A2; EP1752018B1; WO2005115670A3; BRPI0511521A; EP2224783A3; EP2224783A2; US20050011876A1; CN1973576B; EP1752018A4; EP2224783B1; CN1973576A; ATE501624T1

Abstract

ferro de solda com bico substituível um ferro de solda (e um ferro de remoção soldagem) com um bico substituível, o qual pode ser preso de forma liberável na extremidade de condução de calor dianteira de um conjunto de calor de ferro de solda (ou de remoção de solda). o bico tem um núcleo de condução de calor afunilado em um tampão de bico. a face do núcleo pode ter uma depressão para um encaixe de combinação com uma projeção na extremidade de condução de calor. também, a face pode ficar no plano traseiro do tampão de bico. um conjunto o qual permite uma fácil remoção e aplicação de um bico de substituição pode incluir uma luva com um parafuso de aperto, uma luva com mola em espiral, ou uma luva compressível com fenda, o bico assim pode ser substituído após ter se desgastado, e a unidade de conjunto de calor não precisa ser substituída até que tenha queimado. os métodos de fabricação e uso do bico também são mostrados.

Description

(54) Título: BICO DE EXTREMIDADE DE TRABALHO DE FERRO DE SOLDA OU DE REMOÇÃO DE SOLDA SUBSTITUÍVEL, SISTEMA DE AQUECIMENTO DE FERRO DE SOLDA OU DE REMOÇÃO DE SOLDA, E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM BICO DE FERRO DE SOLDA OU DE REMOÇÃO DE SOLDA SUBSTITUÍVEL (73) Titular: HAKKO CORPORATION, Sociedade Japonesa. Endereço: 4-5, Shiokusa 2-Chome, Naniwa-Ku, OsakaShi Osaka, JAPÃO(JP) (72) Inventor: KAYOKO YOSHIMURA; TAKASHI UETANI; TAKASHI NAGASE; HIROYUKI MASAKI

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 20/03/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 20/03/2018

Assinado digitalmente por:

Júlio César Castelo Branco Reis Moreira

Diretor de Patente

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BICO DE EXTREMIDADE DE TRABALHO DE FERRO DE SOLDA OU DE REMOÇÃO DE SOLDA SUBSTITUÍVEL, SISTEMA DE AQUECIMENTO DE FERRO DE SOLDA OU DE REMOÇÃO DE SOLDA, E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM BICO DE FERRO DE SOLDA OU DE REMOÇÃO DE SOLDA SUBSTITUÍVEL

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [001] A soldagem é um método para a conexão e a ligação de componentes para a provisão de conexões elétricas seguras na indústria eletrônica. A soldagem pode ser grosseiramente classificada em duas categorias, especificamente, soldagem em massa (soldagem em lote) e soldagem manual. A soldagem em massa inclui uma soldagem de onda ou fluxo, onde elementos elétricos ou componentes são montados em uma placa de circuito impresso e, então, a placa de circuito impresso é passada por um banho de solda fundida de uma maneira que permita um contato seletivo com a solda. A soldagem em massa ainda inclui uma soldagem de refluxo (SMT), onde as partículas de solda e fluxo são misturadas com um aglutinante ou aditivo para a formação de uma pasta de solda. A pasta de solda é impressa na placa de circuito impresso, e os elementos então são montados na placa de circuito e aquecidos de modo a se soldá-los. Ambos estes métodos permitem uma soldagem simultânea de múltiplos pontos.

[002] A soldagem manual usando um ferro de solda elétrico permite que um usuário individual realize operações de soldagem. A soldagem manual pode ser usada seguindo-se aos métodos de soldagem em massa descritos acima, para o reparo de uma soldagem defeituosa localizada ou para a soldagem de partes as quais não podem ser

2/56 soldadas com os métodos de soldagem em massa.

[003] Os bicos de ferro de solda convencionais para ferros de solda elétricos são feitos de cobre ou ligas de cobre e suas extremidades dianteiras são revestidas com ferro até uma espessura de 30 a 50 pm até de 500 a 800 pm, de modo a se evitar uma corrosão por solda do cobre. Esta área revestida com ferro então é coberta ou umedecida com solda, e as operações de soldagem são realizadas com ela.

[004] No passado, era comum que os principais componentes de solda fossem estanho e chumbo (soldas de SnPb, das quais a solda eutética de Sn-Pb é representativa). Contudo, nos últimos anos, devido a questões ambientais, o chumbo é menos comumente usado e as assim denominadas soldas sem chumbo têm sido usadas mais freqüentemente. Os exemplos de solda sem chumbo são soldas de Sn-Cu, soldas de Sn-Ag e soldas de Sn-Ag-Cu.

[005] Se comparado com soldas de Sn-Pb, é mais difícil obter boas juntas de solda com soldas sem chumbo, devido ao umedecimento inferior de solda e à dificuldade de espalhamento da solda. As causas primárias de um umedecimento inferior de solda incluem os fatos de que os pontos de fusão são de 20 °C a 45 °C mais altos do que em soldas de Sn-Pb, e os bicos de ferro dos ferros de solda são mais prontamente oxidados. Conseqüentemente, o trabalho de soldagem usando métodos de soldagem manuais sofreu. Os defeitos de soldagem são mais prováveis de resultarem com uma soldagem manual, a qual usa uma solda sem chumbo e, desse modo, reparos mais freqüentes são requeridos. Os presentes requerentes inventaram uma tecnologia para melhoria da performance de soldagem enquanto mantêm

3/56 substancialmente o mesmo grau de durabilidade de corrosão de solda do bico de ferro de solda conforme os bicos de ferro de solda revestidos com ferro anteriores experimentavam com a solda com chumbo. Isto é descrito no documento de patente A JP-2000-317629 intitulado Soldering Iron Tip e depositado em 10 de maio de 1999. Conforme descrito neste documento, ao invés de um revestimento com ferro convencional, um revestimento de liga de Fe-Ni é usado na extremidade dianteira do bico de ferro de solda, ou um membro de cobertura de liga de Fe-Ni (um material volumoso) é provido para melhoria da performance de soldagem.

[006] Mais ainda, operações relacionadas à soldagem incluem a remoção de solda onde dispositivos de sucção de solda (elétricos) são usados para a remoção da solda indesejada. Estes dispositivos têm um bocal de sucção que é aquecido tal como por um aquecedor embutido, e a extremidade do bocal de sucção aquecido é contatada com a solda para, desse modo, fundi-la. A solda fundida é succionada para o interior da ferramenta de remoção de solda através de uma abertura na extremidade do bocal de sucção. A sucção é realizada por uma bomba a vácuo ou

similar, e a	solda	fundida é armazenada em um	tanque (ou
uma cápsula)	tendo	um filtro provido na passagem	de sucção
para ele.
[007]	Com	respeito à função de fusão	de solda

quando o bico aquecido contatar a solda, e a exigência de bom umedecimento de solda de modo a se manterem boas características de transferência de calor, o bocal de sucção do dispositivo de sucção de solda elétrico é similar

4/56 ao bico de ferro de solda de um ferro de solda elétrico, e um revestimento de ferro similar tipicamente é usado na extremidade dianteira do mesmo. De modo similar ao bico de ferro de solda do ferro de solda elétrico, a corrosão do bico de remoção de solda é para ser impedida e uma capacidade de umedecimento de solda é para ser mantida, mesmo quando se usa uma solda sem chumbo.

[008] Os bicos de ferros de solda se desgastam rapidamente e, portanto, a maioria dos ferros de solda é projetada de modo que o bico possa ser substituído conforme necessário, ao invés de sempre se substituir o ferro de solda inteiro quando o bico erodir ou, de outra forma, se desgastar. Basicamente, há três tipos diferentes de projetos de bico substituível no estado da técnica, conforme discutido abaixo.

[009] O primeiro tipo é um em que um bico alongado é mantido de forma liberável no interior de um aquecedor alongado. Um exemplo do mesmo é mostrado na Patente U.S. N° 5.422.457 (Tang et al.) . (Esta patente e todas as outras patentes, publicações e pedidos mencionados em qualquer lugar nesta exposição são desse modo incorporados como referência em suas totalidades.) [0010] O segundo tipo é mostrado, por exemplo, na Patente U.S. N° 5.248.076 (Eisele et al.) . Ele inclui um bico o qual é adaptado sobre um sensor de temperatura e um aquecedor que se estende para fora do corpo de ferro de solda.

[0011] O terceiro tipo é mostrado na Patente U.S.

N° 6.054.678 (Miyazaki) e na Patente U.S. N° 6.215.104 (Kurpiela et al.) . As construções mostradas ali são uma

5/56 unidade de aquecimento inteira incluindo o sensor de bico e o aquecedor, os quais são construídos como um dispositivo em uma peça para melhor transferência de calor do que aquela do segundo tipo. A unidade inteira é substituída quando o bico, o qual pode ser um bico de cobre com um revestimento de ferro, se tornar desgastado. A unidade pode ser prensada em uma luva ou empurrada para um soquete; e e, em outras palavras, é um bico compósito tendo um aquecedor embutido.

[0012] Os bicos de solda dos dois primeiros tipos têm estruturas onde os bicos são posicionados em uma abertura em um aquecedor, conforme no primeiro tipo, ou posicionados em um aquecedor, conforme no segundo tipo. O calor para a operação de soldagem é conduzido a partir do aquecedor através do bico até a área de trabalho. As estruturas destes dois tipos têm uma folga ou um espaço entre o aquecedor e o bico. Assim, a condução de calor é menor do que aquela do ferro de solda do terceiro tipo, o qual tem uma estrutura compósita de aquecedor de bico. Desvantajosamente, o conjunto de aquecedor compósito substituível do terceiro tipo tem um custo de operação alto, porque quando o bico se desgasta o aquecedor e as unidades de sensor também devem ser substituídos.

[0013] Os exemplos de ferros de solda são a Patente U.S. N° 1.667.618 (Abbott), Patente U.S. N° 29.039 (Patee), JP 2000-288723 (Matsuzawa), Patente U.S. N° 4.568.819 (Stacconi), Patente U.S. N° 6.019.270 (Boll et al.), U. S. 2004/0226981 (Nagase et al.), Patente U.S. N° 6.793.114 (Dunham et al.), Patente U.S. N° 6.513.697 (Sines et al.), Publicação U. S. N° 2005-0092729 (Konishi et al.), Modelo

6/56 de Utilidade Japonês 2080187 publicada em 30 de novembro de 1994, Publicação U.S. 2004/0222206 (Nagase, et al.), e Publicação U. S. 2005/0011876 (Uetani, et al.).

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0014] Um ferro de solda ou um ferro de remoção solda com um tampão de bico substituível é mostrado aqui. Um tampão de bico substituível é adaptado na extremidade de núcleo de condução de calor dianteira de um conjunto de calor de ferro de solda ou de remoção de solda. Uma pasta condutiva, um pó ou um material de baixa temperatura de fusão, tal como uma solda, pode ser intercalado entre o tampão de bico e a extremidade dianteira para melhoria da condutividade térmica ali. Um conjunto o qual permite uma fácil remoção e aplicação de um tampão de bico de substituição pode incluir uma luva com um parafuso de aperto, uma luva com mola em espiral, ou uma luva compressivel com fenda. O tampão de bico assim pode ser substituído quando ele finalmente falhar, e a unidade de conjunto de calor precisa ser substituída apenas quando sua performance se degradar. Por exemplo, o tampão de bico (ou o bico substituível descrito mais tarde) pode ser substituído após entre aproximadamente 10.000 e 40.000 usos de soldagem por pontos, e a unidade de conjunto de calor após entre aproximadamente 10.000 e 40.000 usos de soldagem por pontos.

[0015] O tampão de bico pode ser um tampão sinterizado de partículas de metal, o qual inclui um material de base de sinterização, ou um material de base de sinterização e um aditivo de sinterização, onde o material de base de sinterização inclui partículas de ferro, níquel

7/56 e/ou cobalto. Pelo uso de uma liga sinterizada tendo como seus componentes primários ferro, niquel e/ou cobalto (os quais são elementos do mesmo grupo tendo propriedades similares ao ferro), ou uma combinação dos mesmos, um tampão de bico de ferro de solda pode ser produzido tendo boa resistência à corrosão por solda e boa capacidade de usuário de solda. Em particular, quando os materiais de sinterização são baseados em partículas de ferro às quais partículas de níquel são aderidas, uma resistência à corrosão e uma capacidade de umedecimento de solda melhoradas, se comparado com partículas de ferro sozinhas, podem ser obtidas.

[0016] As partículas de ferro mencionadas acima usadas para o material de base de sinterização podem ser um pó de ferro, preferencialmente tendo uma pureza acima de 99,5%. As perdas em condução térmica e elétrica e as características de aplicação de solda ou características de remoção de solda inferiores devido a impurezas desse modo podem ser evitadas. Por outro lado, a densidade de corpo sinterizado de partículas de metal ou membro é vantajosamente aumentada. Se as partículas de ferro contiverem grandes quantidades de impurezas, tais como carbono, oxigênio, nitrogênio ou hidrogênio, a densidade correspondente do membro sinterizado de partículas de metal poderá ser apenas em torno de 90%, enquanto se partículas de ferro de alta pureza forem usadas, a densidade resultante será aumentada para 96% ou mais.

[0017] Os materiais de base de sinterização (partículas de ferro, nitrogênio e/ou cobalto) no tampão de bico sinterizado de partículas de metal compreendem entre

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60% e 99,99% em percentagem em peso do tampão de bico. Isto permite que as propriedades do material de base de sinterização, o qual serve como o componente primário, sejam efetivamente usadas. A resistência à corrosão de solda e a capacidade de umedecimento de solda desse modo são significativamente melhoradas.

[0018] O tampão sinterizado de partículas de metal pode incluir um material de base de sinterização e um aditivo de sinterização, onde o aditivo é selecionado a partir do grupo de partículas de cobre, partículas de prata, partículas de estanho, partículas de boro e partículas de carbono. Isto permite não apenas uma performance de soldagem adicionalmente melhorada, mas, também, que um corpo ou membro sinterizado de partículas de metal de alta densidade seja produzido por sinterização a temperaturas relativamente baixas, e que o corpo ou membro tenha boa resistência à corrosão. Cobre, prata e estanho têm pontos de fusão relativamente baixos, especificamente, 1.083 °C, 961 °C e 232 °C, respectivamente, e podem ser usados. Assim, mesmo se a temperatura de sinterização for regulada para uma temperatura relativamente baixa, pelo menos as partículas de estanho se fundirão no processo de sinterização, permitindo uma sinterização de fase líquida, a qual preenche os espaços entre as partículas. Na sinterização de fase sólida, boro é difundido de forma intersticial dentre os elementos do grupo do ferro, aumentando a difusão mútua dos sólidos uns com os outros, permitindo a sinterização a uma temperatura relativamente baixa de 1.100 °C. O carbono, quando incluído, pode melhorar a resistência à corrosão de solda e estender

9/56 significativamente a vida em trabalho do bico.

[0019] 0 teor de aditivo de sinterização no tampão sinterizado de partículas de metal pode estar entre 0,01% e 40% em percentual em peso. Desse modo, é possível estabelecer o teor ótimo a ser adicionado, sem o teor de aditivo de sinterização ser pequeno demais e seu efeito ser insuficiente e sem ser grande demais, resultando em defeitos.

[0020] O tampão de bico alternativamente pode ser provido como um bocal de sucção substituível em um corpo principal provido de forma similar com um elemento de aquecimento e também com uma função de vácuo. Com o ferro de solda elétrico ou a ferramenta de remoção de solda elétrica produzido desse modo, é possível reduzir o número de vezes em que o bico de ferro de solda é substituído quando da aplicação ou da remoção de uma solda sem chumbo. Adicionalmente, esta construção provê uma capacidade de trabalho aumentada e também facilita uma solda e uma remoção de solda de alta qualidade, mesmo por pessoas que não sejam altamente habilidosas.

[0021] Além da construção de tampão de bico de ferro de solda, uma outra invenção aqui é o método de fabricação dos tampões de bico de ferro de solda para manipulação da solda. O material de base de sinterização ou o material de base de sinterização e o aditivo de sinterização podem ser misturados com um aglutinante. Os materiais aglutinantes seriam misturados com os materiais de base de sinterização e os aditivos de sinterização até um teor de aproximadamente 40% em volume ou de 10 a 40% em volume. Um formato substancialmente o mesmo conforme o

10/56 membro de ferro de solda desejado ou um formato englobando o formato do mesmo é formado como um compacto verde por moldagem com pressão. O compacto verde é queimado em uma atmosfera não oxidante (um gás inerte) a de 800 °C a 1.300 °C para a produção da construção desejada de tampão sinterizado de partículas de metal.

[0022] Uma etapa no processo de fabricação do tampão sinterizado de partículas de metal é adicionalmente conformá-lo por um forjamento de pré-forma ou um forjamento de pó a temperaturas de 300 °C a 500 °C, para a produção do membro dianteiro de ferro de solda. Isto reduz as cavidades de ar finas entre as partículas e o tampão sinterizado de partículas de metal, desse modo aumentando a densidade e melhorando a resistência à corrosão.

[0023] Ainda, ao invés de uma moldagem com pressão, métodos de moldagem por injeção podem ser usados para a formação do tampão de bico de ferro de solda. Desta maneira, um compacto verde pode ser facilmente conformado, mesmo para formatos relativamente complexos, que são difíceis de se fazer por moldagem com compressão. A necessidade de usinagem subseqüente desse modo é reduzida ou eliminada e a produtividade de fabricação aumentada.

[0024] Uma sinterização de fase líquida alternativamente pode ser usada de acordo com a presente invenção. A sinterização de fase líquida inclui temperaturas de queima não sendo menores do que o ponto de fusão do aditivo de sinterização. Isto permite que tampões sinterizados de partículas de metal de alta densidade sejam produzidos por sinterização a uma temperatura relativamente baixa. Em outras palavras, com a sinterização de fase

11/56 líquida, as partículas tendo um ponto de fusão mais baixo, se fundem no processo de sinterização e preenchem os espaços entre as partículas de metal. Desse modo, um tampão sinterizado de partículas de metal de alta densidade pode ser produzido, permitindo excelentes características de aplicação de solda e de características de remoção de solda. Uma economia de potência também é obtida, uma vez que a sinterização é a temperaturas relativamente baixas.

[0025] Um outro método de fabricação de um tampão de bico de ferro de solda da presente invenção inclui permitir que o material de base de sinterização e o aditivo de sinterização por um processo de fusão e granulação das partículas produzam uma partícula de liga. O processo de mistura de partículas de metal desse modo pode ser simplificado, aumentando-se a produtividade de fabricação.

[0026] Um outro método de fabricação da invenção é caracterizado pelo fato de o tamanho de partículas do material de base de sinterização, do aditivo de sinterização ou da partícula de liga usado não ser maior do que 200 pm. Alternativamente, as partículas usadas podem não ser maiores do que 50 pm. Mais ainda, partículas ultrafinas podem ser usadas como o material de base de sinterização, o aditivo de sinterização ou a partícula de liga. Pelo uso de partículas de metal pequenas, uma densidade final de corpo sinterizado de partículas de metal pode ser aumentada. Adicionalmente, é possível melhorar as características de aplicação de solda ou as características de remoção de solda, e melhorar a resistência à corrosão do bico de ferro de solda.

[0027] Contudo, é difícil formar um tampão de bico

12/56 cuja espessura é menor do que aproximadamente 1000 mícrons usando-se processos de prensagem ou extrusão. Também, a densidade dos tampões formados usando-se suporte de tela método geralmente será de 90% ou menos. Portanto, é preferível usar a moldagem por injeção de metal para a formação do tampão de bico desta invenção. Usando-se este método, os tampões de bico podem ter uma espessura de parede de 200 a 800 microns e uma densidade após a sinterização de 96 a 97%.

[0028] Assim, de acordo com um aspecto da invenção, um sistema de aquecimento de ferro de solda inclui: um tampão que tem uma porção de encaixe e uma próxima; uma luva de conector que tem uma porção distai de extremidade de encaixe; e um meio de manutenção mecânico para manutenção de forma liberável de uma extremidade próxima da luva em um conjunto de aquecimento alongado, o qual inclui uma vareta e um bico de aquecimento afunilado na extremidade da vareta, com as porções próxima e distai encaixadas, com a luva de conector na vareta e com o tampão de bico sobre e em comunicação térmica com uma superfície lateral do bico de aquecimento e permitindo que o tampão de bico seja removido do bico de aquecimento para fins de substituição. O sistema ainda pode incluir um material de condução de calor intercalado entre o tampão de bico e o bico de aquecimento, quando o meio de manutenção estiver mantendo o tampão de bico no bico de aquecimento. O meio de manutenção pode incluir uma porca presa a uma extremidade próxima da luva e adaptada para se rosquear em um membro roscado do conjunto de aquecimento. Alternativamente, o meio de manutenção pode incluir roscas em uma superfície

13/56 interna próxima da luva. O bico pode ter um formato de bisel, cônico, de cinzel ou de lâmina.

[0029] Ao invés de o componente substituível ser o tampão de bico, ele pode ser o bico, onde o bico inclui o tampão de bico preenchido com um núcleo condutivo de calor. O núcleo tem uma face traseira dimensionada e configurada para combinar (de forma liberável) com e contra a face de aquecimento dianteira da luva de aquecedor.

[0030] De acordo com um aspecto da presente invenção de bico substituível, um sistema de aquecimento de ferro de solda (ou de remoção de solda) inclui: um conjunto de aquecimento alongado que inclui uma extremidade distai de aquecimento que tem uma face de extremidade de aquecimento; um bico de extremidade de trabalho substituível incluindo um núcleo de bico de aquecimento e um tampão de bico preso no núcleo de bico; e o núcleo de bico tendo uma face próxima configurada para combinar com a face de extremidade de aquecimento, para a provisão de condução térmica a partir da extremidade de aquecimento até o núcleo de bico. O tampão de bico pode ser um tampão de bico sinterizado de partículas de metal, e o núcleo pode ser um núcleo de cobre, liga de cobre, prata ou de liga de prata. O conjunto de aquecimento inclui um aquecedor cerâmico, um aquecedor de fio de resistência ou um cartucho de aquecedor. A face de extremidade de aquecimento pode ter uma projeção e a face próxima um recesso configurado para receber a projeção. A face próxima pode ficar no plano da face de extremidade do tampão de bico. O sistema ainda pode incluir um meio de manutenção mecânico (tal como um meio de luva) para a manutenção de forma liberável do bico na

14/56 extremidade de aquecimento.

[0031] De acordo com um outro aspecto da invenção, um bico de ferro de solda (ou de remoção de solda) removível inclui: um tampão de bico que tem uma porção de corpo que tem uma extremidade de trabalho e uma base aberta, e um flange que se estende para fora de e em torno da base; e um núcleo condutivo na porção de corpo e tendo uma face traseira configurada para combinar com e contra uma extremidade dianteira de condução de calor de um conjunto de aquecimento alongado. A porção de corpo pode ter um formato tipo de cinzel, um formato cônico, um formato de lâmina ou um formato de bisel. O tampão de bico pode ter um comprimento entre 5 mm e 2 0 mm. 0 tampão de bico pode ter uma abertura de base cujo diâmetro está entre 2 mm e 10 mm. 0 tampão de bico pode ter uma espessura de parede entre 200 pm e 800 pm. A face traseira pode ficar no plano de uma face traseira do flange, e/ou a face traseira pode incluir um recesso para o recebimento ali de uma projeção da extremidade de condução de calor. O tampão de bico pode incluir uma abertura de sucção e o núcleo uma passagem transversal de remoção de solda, por meio do que o bico define um bico de ferro de remoção de solda removível.

[0032] Consonante ainda com um outro aspecto da invenção, um método de montagem de um ferro de solda (ou de remoção de solda) pode incluir a afixação de forma liberável de um bico de extremidade de trabalho incluindo um tampão de bico e um núcleo de condução de calor ali contra e a uma extremidade de trabalho de condução de calor de um ferro de solda com uma face traseira do núcleo em relação de combinação com uma face de aquecedor de

15/56 extremidade dianteira da extremidade de trabalho. A afixação pode incluir a afixação de uma extremidade traseira de uma mola em espiral, cuja extremidade dianteira é conectada ao tampão de bico, a uma estrutura no conjunto de aquecimento. A afixação pode incluir o enroscamento de uma porca em uma luva. A afixação pode incluir o deslizamento de uma luva de sujeição expansivel sobre a extremidade dianteira do conjunto de aquecimento. O ferro de solda pode incluir uma unidade de aquecimento e um conector elétrico, a unidade de aquecimento incluindo um aquecedor e um sensor de temperatura. A face traseira pode ficar no plano da extremidade traseira do tampão de bico.

[0033] Outros aspectos e vantagens da presente invenção tornar-se-ão mais evidentes para aquelas pessoas tendo um conhecimento comum na técnica à qual a presente invenção se refere a partir da descrição precedente tomada em conjunto com os desenhos associados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0034] A FIG. 1 é uma vista em elevação em seção transversal de um ferro de solda da presente invenção;

[0035] a FIG. 2 é uma vista em elevação do conjunto de aquecimento do ferro de solda da FIG. 1 ilustrado em isolamento;

[0036]	a FIG.	3 é	uma vista	em perspectiva
explodida da	porção dianteira	do conjunto de aquecimento da
FIG. 2;
[0037]	a FIG.	4 é	uma primeira	alternativa do
conjunto de	aquecimento	da FIG. 2;
[0038]	a FIG.	5 é	uma vista	em perspectiva

explodida da porção dianteira do conjunto de aquecimento da

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FIG. 4;

[0039] a FIG. 6 é uma segunda alternativa do conjunto de aquecimento da FIG. 2;

[0040] a FIG. 7 é uma vista explodida da porção dianteira do conjunto de aquecimento da FIG. 6;

[0041] a FIG. 8 é uma vista explodida aumentada de uma extremidade dianteira do conjunto de aquecimento mostrando o tampão de bico e o material condutivo em seção transversal;

[0042]	a	FIG.	9 é uma vista	em elevação	de	um
primeiro tampão	de bico alternativo da	presente invenção;
[0043]	a	FIG.	10 é uma vista	em elevação	de	um
segundo tampão	de bico	ι alternativo;
[0044]	a	FIG.	11 é uma vista	em elevação	de	um
terceiro tampão	de bico alternativo;
[0045]	a	FIG.	12 é uma vista	em elevação	de	um
quarto tampão	de bico	alternativo ou do tampão de bico	da
FIG. 1;
[0046]	a	FIG.	13 é uma vista em seção transversal
tomada na linha	13-13	da FIG. 12;
[0047]	a	FIG.	14 é uma vista	em elevação	de	um
quinto tampão	de	bico	alternativo;
[0048]	a	FIG.	15 é uma vista em seção transversal
tomada na linha	15-15	da FIG. 14;
[0049]	a	FIG.	16 é um gráfico que mostra	as

características de calor com e sem o material condutivo de calor de tampão de bico, tal como mostrado na FIG. 8;

[0050] a FIG. 17 é um gráfico que mostra as características de calor;

[0051] a FIG. 18 é uma vista em seção transversal

17/56 aumentada de uma extremidade dianteira de um ferro de remoção solda da presente invenção usando um tampão de bico de remoção de solda removível;

[0052] a FIG. 19 é uma alternativa do ferro de remoção solda da FIG. 18;

[0053] a FIG. 20 é uma vista em seção transversal explodida da porção dianteira de um conjunto de aquecimento da presente invenção mostrando uma modalidade de bico substituível;

[0054] a FIG. 21 é uma vista lateral ilustrando as etapas preliminares de um processo de fabricação do bico da FIG. 20;

[0055] a FIG. 22 é uma vista que ilustra uma etapa subsequente do processo de fabricação;

[0056] a FIG. 23 é uma vista que ilustra uma etapa adicional do processo de fabricação;

[0057] a FIG. 24 é uma vista similar à FIG. 20 que ilustra uma modalidade de bico substituível alternativa;

[0058] a FIG. 25 é uma vista similar à FIG. 20 que ilustra uma outra modalidade alternativa;

[0059] a FIG. 26 é uma vista da modalidade da FIG. 25 em uma posição inserida;

[0060] a FIG. 27 é uma vista similar à FIG. 20 de ainda uma outra modalidade alternativa;

[0061] a FIG. 28 é uma vista final do bico da FIG.

27;

[0062] a FIG. 29 é uma vista similar à FIG. 21, que ilustra uma primeira etapa de um processo de fabricação alternativo do bico;

[0063] a FIG. 30 ilustra as etapas subsequentes do

18/56 processo de fabricação da FIG. 29;

[0064]	a	FIG.	31 ilustra um outro	processo	de
fabricação alternativo;
[0065]	a	FIG.	32 ilustra as etapas	ainda de	um
outro processo	de	fabricação alternativo;
[0066]	a	FIG.	33 ilustra as etapas	ainda de	um
outro processo	de	fabricação alternativo;
[0067]	a	FIG.	34 é uma vista similar à	FIG. 20,	que
ilustra revestimentos	do bico e do conjunto de	aquecimento;
[0068]	a	FIG	35 é uma vista em	perspectiva
explodida da porção	dianteira do conjunto de	aquecimento
similar à FIG.	3,	mas	mostrando o bico da FIG.	20 ou 25;
[0069]	a	FIG.	36 é uma vista em seção	transversal
lateral de uma	pistola de remoção de solda	usando	uma
modalidade de	bico	de remoção de solda removível	da

presente invenção;

[0070] a FIG. 37 é uma vista em perspectiva explodida da extremidade dianteira da FIG. 36 mostrando o bico de remoção de solda removido;

[0071] a FIG. 38 ilustra um processo para a fabricação do bico de remoção de solda das FIG. 36 e 37; e [0072] as FIG. 39 a 41 ilustram etapas sequenciais de um processo de fabricação alternativo para o bico de remoção de solda descrito nas FIG. 36 e 37.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES PREFERIDAS DA

INVENÇÃO [0073] Com referência à FIG. 1, um ferro de solda da presente invenção é ilustrado geralmente em 100. O ferro de solda 100 inclui um conjunto de aquecimento 110 (ou unidade de aquecimento) mostrado geralmente em 110, um

19/56 conjunto de conector 120, um tampão de bico de ferro de solda substituível 130, e um conjunto de manutenção 140 para manutenção de forma liberável do tampão de bico 130 no bico de trabalho afunilado 150 do cobre ou da liga de cobre 154 do conjunto de aquecimento 110. O conjunto de aquecimento 110 também pode incluir uma unidade de aquecimento 156 e um sensor de temperatura 160. O conjunto de aquecimento 110 é removível do conjunto de conector 120 para fins de substituição. Ele se adapta com encaixe com pressão na extremidade dianteira do conjunto de conector 120 e é mantido ali, por exemplo, por um anel em O 170. O ferro de solda 100 da FIG. 1 e sua construção, seus componentes e a operação podem ser mais bem compreendidos, talvez, a partir do pedido U.S. N° de série 10/264.718 depositado em 4 de outubro de 2002, e intitulado Iron Tip And Electric Soldering Iron (US 2004/0065653) e pedido U.S. N° de série 10/686.439, depositado em 14 de outubro de 2002 (US 2004/0195228) . O tampão de bico da invenção descrita aqui pode ser usado em muitos outros ferros de solda anteriores ou existentes, como seria evidente para aqueles versados na técnica. Os exemplos de dois deles são mostrados no pedido U.S. N° de série 08/798.467 intitulado Soldering Iron Tip and Its Producing Method, Patente U.S.

N° 5.579.833	(Wijkstrom), e	Patente U.S	. Ν'	³ 6.386.423
(Alder et al. )	•
[0074]	0 anel em 0 17 0	se encaixa	com	pressão em
uma fenda 180	na extremidade	do conjunto	de	aquecimento

110. Quando inserido no conjunto de conector 120, o conjunto de aquecimento 110 é eletricamente acoplado através do conjunto de conector 120 a um suprimento de

20/56 potência através de um fio de energia 190. 0 conjunto de conector 120 tem uma abertura de receptáculo 200 a qual tem o anel em 0 170 e contatos elétricos nela. 0 usuário desse modo pode inserir o conjunto de aquecimento 110 na abertura de receptáculo até um contato elétrico ser feito. Então, o conjunto de aquecimento 110 é mantido ali com os anéis em O 170 na fenda. Para a liberação do conjunto de aquecimento 110 de uma abertura de receptáculo 200 do conector, o usuário o puxa para fora. Isto é mostrado, por exemplo, na Patente U.S. N° 6.710.305 (Lindemann et al.) . Um material condutivo de calor 220, conforme mostrado na FIG. 8 e descrito mais tarde nesta exposição em detalhes, na superfície interna do tampão de bico 130 provê excelente condução térmica a partir do bico de trabalho 150 até o tampão de bico 130.

[0075] O tampão de bico 130 inclui uma porção superior ou porção de coroa 230 que tem uma parede fina de espessura substancialmente constante, e cujas superfícies interna e externa são conformadas para se conformarem às superfícies externas do bico de trabalho 150. A porção superior ou de corrente de arco 230 pode ser configurada em qualquer formato conhecido ou evidente para aqueles versados na técnica, tais como: um formato tipo de cinzel 240, conforme mostrado nas FIG. 12 e 13; um formato cônico 250, conforme mostrado nas FIG. 9, 14 e 15; um formato de bisel 2 60, conforme mostrado na FIG. 10; e um formato de lâmina 27 0, conforme mostrado na FIG. 11. Uma virola, um flange ou uma beirada 280, conforme mostrado, por exemplo, na FIG. 8, se estende para fora a partir da base da porção de coroa 230 e, preferencialmente, se estende pela

21/56 circunferência plena da mesma, em torno da abertura de base 284. Contudo, está no escopo da presente invenção omitir o flange ou prover uma ou mais lingüetas espaçadas no lugar de um flange circunferencial contínuo.

[0076] O conjunto de aquecimento 110 também inclui um punho ou cabo circunferencial 300. O punho ou cabo 300 pode ser feito de borracha, elastômeros e plásticos e um material preferido é um material plástico misturado com um material antivírus. Isto é descrito na Patente U.S. N°

6.710.304 (Yokoo) , bem como no pedido de Patente U.S. N° 10/348.684, depositado em 22 de janeiro de 2003 (Publicação U. S. N° US 2005-0101691 Al).

[0077] O conjunto de manutenção 140 mantém o tampão de bico 130 firmemente na bico de trabalho 150, de modo que uma condução de calor excelente seja provida através do material condutivo 220 intercalado entre eles. Ainda, o conjunto de manutenção 140 é projetado de modo que o tampão de bico 130 possa ser facilmente removido por um usuário, quando gasto através de erosão e substituído por um novo tampão de bico. Um conjunto de manutenção preferido do tampão de bico 130 na extremidade de trabalho 150 é mais bem mostrado nas FIG. 2 e 3. Com referência a elas, uma luva 310 tendo um flange próximo 320 é provida. A luva 310 tem um comprimento e um diâmetro interno suficientes para envolver a unidade de aquecimento 156; e, por exemplo, o comprimento pode estar entre 10 mm e 100 mm, e o diâmetro pode estar entre 3 mm e 20 mm, e a luva pode ser feita de aço inoxidável. Em sua extremidade dianteira, a luva tem lingüetas que se projetam para dentro ou flanges.

[0078] Para se adaptar o tampão de bico 130 no

22/56 lugar no bico de trabalho 150, é feita uma referência, agora, à FIG. 3. A luva 310 é deslizada para a esquerda daquela figura sobre o tampão de bico 130 e, então, sobre a porção de vareta delgada 340 da extremidade de trabalho 150 no conjunto de aquecimento 110. As virolas ou lingüetas 330 da luva 310 se encaixam no flange 280 do tampão de bico 130 e puxam o tampão de bico 130 para a extremidade de trabalho 150. Uma porca 350 então é deslizada sobre o tampão de bico 130 e a luva 310 e, então, rosqueada sobre a porção roscada 360 do conjunto de aquecimento 110, conforme visto na FIG. 3. Quando roscado no lugar, o tampão de bico 130 é mantido firmemente, conforme mostrado na FIG. 2, sobre a extremidade de trabalho 150. Para a remoção do tampão de bico 130 após ele ser desgastado através do uso de soldagem, a porca 350 é desenroscada e a porca, a luva 310 e o tampão de bico 130 são removidos. Um tampão de bico de substituição então é adaptado no lugar.

[0079] Um primeiro conjunto de manutenção alternativo é a luva de sujeição compressível mostrada em 370 na FIG. 5. Com referência a isso, pode ser visto que a luva 370 tem um flange traseiro 380 e uma ou mais fendas longitudinais 390, as quais se encaixam no flange 380. O tampão de bico 130 preferencialmente é afixado à extremidade dianteira da luva 37 0. Uma mola em espiral curta 400 pode ser afixada à porção traseira da luva 370. Esta luva 370 e o tampão de bico 130 são deslizados para o lugar ao longo da porção de vareta 340 do conjunto de aquecimento 110 e a flexão radial da luva com fenda 370 e a sujeição da mola em espiral 400 mantêm a luva no lugar na vareta 340. Para a remoção do tampão de bico 130, a

23/56 combinação de luva 370 e tampão de bico é puxada para fora, deslizada para fora do bico de trabalho 150 pelo usuário e substituída por uma nova. Alternativamente, o tampão de bico 130 e a luva 370 podem ser componentes separáveis.

um membro [0080] Uma outra alternativa é compressível 410, preferencialmente, uma mola em espiral alongada, o qual pode ser preso em sua extremidade dianteira ao flange 280 ou à porção traseira do tampão de bico 130. A mola em espiral 410 tem uma lingüeta de extremidade de mola em espiral 420 em sua extremidade traseira. Para a instalação do tampão de bico 130 no ferro de solda, a unidade de tampão de bico com mola, conforme mostrado na FIG. 7, é deslizada sobre a porção de vareta 340 e a lingüeta de extremidade 420 da mola em espiral 410 é adaptada na fenda inclinada em L 440 no colar 450 do conjunto de aquecimento 110, e pressionada para dentro contra a orientação da mola 410 e girada na seção em L da fenda. Quando a mola 410 então é liberada de seu estado comprimido, a mola é mantida por tração na fenda 440 e o tampão de bico 130 desse modo é mantido de forma liberável no lugar no bico de extremidade de trabalho 150. Alternativamente, mas de forma menos preferível, a mola em espiral 410 e o tampão de bico 130 podem ser feitos como dois componentes separados, os quais são adaptados e conectados em conjunto por meios adequados.

[0081] O comprimento do tampão de bico 130 pode ser de 5 mm a 20 mm. Preferencialmente ele não é mais longo do que 2 0 mm, uma vez que uma deformação é submetida a ele durante o processo de fabricação por sinterização, e o custo da matriz necessária para se fazê-lo se torna

24/56 dispendioso. Para a maioria dos formatos, o diâmetro externo da abertura de base 284 é de em torno de 2 mm a 10 mm. A espessura pode ser aproximadamente de 2 pm a 800 pm.

Preferencialmente ele tem um revestimento de solda 460 em sua superfície de trabalho. Este revestimento de solda 460 pode ser, por exemplo, um revestimento de estanho. A porção não de trabalho traseira do tampão de bico 130 pode ser revestida com cromo 470 para se evitar que a solda surja diante da área de trabalho efetiva do tampão de bico 130. O revestimento de solda 460 pode ser feito antes do revestimento de cromo 470 ou depois, ou o revestimento de estanho pode ser realizado por um usuário.

[0082] Para uma configuração tipo de cinzel, tal como mostrado nas FIG. 12 e 13, o revestimento de solda 460 nele pode se estender para trás por uma distância 480 de 4 mm, mas pode variar de 1 mm a 10 mm. Uma dimensão preferida é de 4 mm com o revestimento de cromo 470 se estendendo por uma distância 490 de 6 mm para um comprimento total 494 de 10 mm, conforme mostrado na FIG. 13. O diâmetro interno 500 pode ser de 4 mm e o diâmetro externo 510 do flange pode ser de 5 mm. Para o tipo de bico cônico, conforme mostrado nas FIG. 14 e 15, as dimensões podem ser de 6,5, 0,5, 7,

2,5 e 3,5, conforme descrito pelos números de referência 520, 530, 540, 550 e 560, respectivamente.

[0083] O tampão de bico fino 130 pode ser feito por moldagem por injeção de metal ou por métodos de formação com prensa. Estes métodos e vários materiais preferidos e alternativos são descritos mais tarde nesta exposição.

[0084] Pode ser apreciado que a superfície interna do tampão de bico 130 e a superfície externa do bico de

25/56 trabalho 150 devem ter o mesmo formato e as mesmas dimensões. Mesmo sob técnicas de fabricação exatas, espaços podem existir se o tampão de bico 130 for simplesmente adaptado no bico de ferramenta de trabalho. Estes espaços reduzem a condutividade térmica. Fabricar o tampão precisamente e sem espaços resultantes seria proibitivo em termos de custos. Ainda, devido ao fato de o ferro de solda 100 ser usado sob altas temperaturas em torno de 300 °C a 400 °C, uma difusão de metal ocorrería nas áreas de contato, e os dois se uniríam, de modo que o tampão 130 não poderia ser subseqüentemente removido do bico de ferramenta

150.

[0085] Conseqüentemente, a presente invenção provê de forma vantajosa e única que o material condutivo de calor 220 (FIG. 8) seja intercalado entre o tampão de bico

130 e a ferramenta de trabalho 150. O material condutivo de calor 220 provê um contato condutivo de calor pleno entre o tampão 130 e a ferramenta de trabalho 150, preenchendo todos os espaços entre eles. O material condutivo de calor 220 também impede que o tampão 130 contate a ferramenta 150 e a possibilidade conseqüente de uma difusão de metal ocorrer.

[0086] Uma quantidade suficiente de material condutivo de calor 220 precisa ser provida para preenchimento deste espaço. Por exemplo, o material 220 pode ser tal de modo a preencher um espaço de 0,1 mm em torno de uma extremidade de trabalho de ferramenta de 4 mm de diâmetro e ao longo de um comprimento de 9 mm do tampão 130. Assim, quando o material condutivo 220 for deixado tendo uma gravidade específica de 11,34, a quantidade de

26/56 material condutivo de calor deixado será de 0,14 gramas. A faixa preferida pode ser entre 0,01 grama e 10 gramas e, mais preferencialmente, a faixa pode ser de 0,1 a 1 grama. É difícil, contudo, medir a quantidade precisa necessária. Ainda, a gravidade específica diferirá de acordo com o material ou a quantidade usada de acordo com o tamanho do espaço.

[0087] Basicamente, há dois tipos de materiais condutivos de calor 220, os quais podem ser usados. Um é o tipo que se funde durante o uso, e o outro é o tipo que é sólido durante o uso. 0 tipo que se funde durante o uso, tal como uma solda, cobre mais facilmente os espaços. Contudo, ele tem o problema de o tampão de bico 130 precisar ser substituído quando a solda estiver em um estado fundido. Isto é porque a solda se solidifica quando a temperatura cai para a temperatura ambiente e o tampão de bico 130 então não pode ser removido e substituído. Os exemplos de materiais condutivos de calor 220 que se fundem durante o uso são Sn (ponto de fusão a 232 °C) (a partir deste ponto, P. F. 232C) , Sn-37Pb (P. F. 183C) , Bi (P. F. 271C), Sn-0,7Cu (P. F. 227C), Sn-3,5Ag-0,7Cu (P. F. 217C), Sn-9Zn (P. F. 198C), Sn-58Bi (P. F. 138C) , In (P. F. 156C) , e Pb (P. F. 237C). Estes metais e ligas de metal geralmente são denominados soldas (exceto por Bi e In) , e estão comercialmente disponíveis como soldas em linha ou soldas de pasta. Quando estes materiais são usados, é melhor que eles estejam em um estado em pó ou pasta, quando aplicados. A temperatura de fusão preferida é de 100 °C a 350 °C. Temperaturas de fusão mais baixas são preferidas, para se evitar que o usuário se queime quando da substituição do

27/56 bico. Mais importante do que a temperatura de fusão é que o material 220 não reaja facilmente com certos metais, uma vez que ele contata a superfície interna do tampão quando fundido ou um material que oxide rapidamente, tal como SN9ZN.

[0088] O material condutivo 220 pode estar em várias formas, quando aplicado à superfície interna do tampão de bico 130. (Alternativamente, quando apropriado, o material pode ser aplicado à superfície de bico da ferramenta de trabalho 150 no lugar de ou além da aplicação ao interior do tampão de bico 130). O material pode ser um metal com uma temperatura de fusão baixa, tal como uma solda. Para o estado de metal, há muitas soldas em pasta que são misturadas com fluxo e estão comercialmente disponíveis. Ele pode estar em uma forma de pó, tal como partículas de carbono, alumínio, cobre ou prata, e tendo uma condutividade térmica entre 0,01 e 1,0 (0,4814 W/mK).

Quando na forma de pó, o tamanho de partículas preferencialmente é de 1 a 20 pm. Um terceiro estado é em forma de gel tendo uma boa condutividade térmica. A composição de gel pode ser feita pela adição de solventes orgânicos, tais como álcool, óleo, fluxo ou cera de parafina ao material condutivo 220 para se torná-lo um gel ou um estado de pasta. Um tipo de pasta ou um de gel é mais fácil de manipular do que um tipo em pó, quando da aplicação ao tampão.

[0089] Quando o material condutivo 220 está em um estado de pó, ele pode ser inserido no tampão de bico 130 usando-se um utensílio tal como uma colher ou em forma de tablete usando-se um ou mais tabletes. Quando o material

28/56 condutivo 220 está em um estado de pasta, ele pode ser aplicado a partir de um tubo de apertar, a partir de uma seringa de injeção, de um conta-gotas ou usando-se uma haste com pontas de algodão. Após o gel ter sido inserido no tampão de bico 130, o tampão é prensado sobre a extremidade do bico de trabalho 150, até que todos os espaços entre eles tenham sido preenchidos.

[0090] O material condutivo de calor 220 geralmente é mais fácil de aplicar quando em um estado de gel do que quando em uma forma de pó. Por exemplo, o tubo de apertar é primeiramente preenchido com o material 220 e, então, o tubo é apertado para a inserção do material em gel no tampão 130. É preferível aplicar material em excesso e, então, esfregar o material condutivo de calor 220 em excesso gotejando a partir dos lados na extremidade do tampão do que não aplicar material suficiente.

[0091] A importância de prover o material condutivo 220 pode ser compreendida a partir do gráfico, conforme mostrado geralmente em 600 na FIG. 16. Com referência a isso, a temperatura de bico com respeito ao tempo usando-se o condutor térmico (a linha sólida) e sem o uso do condutor térmico (a linha pontilhada) é mostrada com o tampão de bico da invenção ali.

[0092] O gráfico 600 foi preparado a partir dos resultados dos testes a seguir. As temperaturas de bico reais de um tampão de bico MIM (Tipo T7-2.4D) usando-se o mesmo ferro de solda foram medidos. Especificamente, uma amostra teve o tampão de bico MIM (130) fixado diretamente no bico de extremidade de trabalho de núcleo usando-se qualquer material condutivo de calor. A outra amostra usou

29/56 um material condutivo de calor de bismuto entre o tampão de bico MIM e o bico de extremidade de trabalho. O arame de solda eutética de Sn-Pb tendo um diâmetro de 1,6 mm foi usado. A temperatura de tampão foi controlada pela regulagem do ferro de solda a aproximadamente 406 °C sob o tampão, sem qualquer condutor de calor. 5 mm de arame de solda foram alimentados em uma soldagem única. O ciclo de soldagem foi de 3 segundos e a freqüência de soldagem foi 30 vezes. O trabalho de soldagem foi feito em uma peça de 1 cm por 1 cm cortada na camada de superfície de cobre de uma placa de fiação impressa de resina fenólica à base de papel revestida com cobre (Marca Sunhayato N° 16) . A temperatura foi medida por um termopar Alumel-Chromel soldado por pontos a em torno de 2 mm a partir do bico de tampão.

[0093] Conforme pode ser visto a partir do gráfico 600, a amostra a qual usa o condutor é superior à outra amostra porque (1) a velocidade de partida é mais rápida;

(2) a temperatura máxima é mais alta em torno de 16 °C; e (3) a queda de temperatura durante a soldagem é menor. Uma queda de temperatura menor é preferida. Geralmente, as temperaturas de bico são reguladas entre 350 °C e 400 °C. Usando-se as soldas de exemplo que usam 380 °C, um esforço maior é necessário para se diminuir a temperatura do bico, mesmo apenas 10 °C.

[0094] É sabido que quando uma temperatura de bico mais alta é usada, uma quantidade maior de erosão do bico resulta, tornando mais curta a vida em trabalho para o bico. Isto é mostrado no gráfico 620 da FIG. 17. Por exemplo, para Sn-0,7Cu, quando a temperatura de bico é diminuída de 400 °C para 350 °C, a quantidade de erosão é

30/56 reduzida à metade. Isto torna possível estender a vida de bico aproximadamente duas vezes mais. Estas características se aplicam não apenas a bicos revestidos com ferro, mas também a tampões de bico (MIM) 130, tais como aqueles da presente invenção. Geralmente, qualquer bico de metal terá as características conforme mostrado no gráfico.

[0095] Quando a temperatura de bico é diminuída, os problemas de umedecimento e oxidação do bico também melhoram. Quando soldando a altas temperaturas compostos metálicos entre o circuito de padrão de cobertura e o estanho, por exemplo, têm maior probabilidade de crescerem mais espessos. Os compostos de Cu6Sn7 crescem dentro da junta de solda e a junta se torna menos confiável. Na melhor das hipóteses, a soldagem a temperaturas menores tem muitas vantagens. Isto é descrito em detalhes como o gráfico 620 da FIG. 17 no artigo japonês intitulado Damages of Soldering Iron by Lead-Free Solder and How to Reduce Damages of the Soldering Iron. O artigo foi anunciado no lOth Symposium on Microjoining and Assembly Technology and Electronics em 5 de fevereiro de 2004, o qual foi subvencionado pelas Microjoining Commissions na Japan Welding Society. O artigo foi publicado em Proceedings of the lOth Symposium on Microjoining and Assembly Technology and Electronics, Vol. 10, 2004.

[0096] Uma das vantagens de um tampão de bico MIM 130 é que ele pode ser usado com uma variedade de soldas, incluindo soldas sem chumbo. A composição de material preferida do tampão de bico variará de acordo com as necessidades do usuário. Os materiais devem ter boa capacidade de umedecimento pela solda, bem como boa

31/56 resistência contra erosão pela solda fundida. Um exemplo é um tampão de bico MIM que tem boa capacidade de umedecimento. Alguns tampões de bico MIM terão uma melhor capacidade de umedecimento, mas vidas em trabalho mais curtas do que os bicos comuns feitos de revestimento de ferro. Outros terão melhores vidas em trabalho, mas menor capacidade de umedecimento do que os bicos comuns feitos de revestimento de ferro.

[0097] Há dois materiais preferidos. Os materiais que têm boa soldabilidade incluem (a) liga de Fe- 2% em peso a 50% em peso de Ni (Liga de Ferro-Níquel fabricada pela MIM e sinterização) . Preferencialmente, Fe- 10% em peso de Ni (liga de ferro - 10 por cento em peso de níquel) (b) liga de Fe- 0,5 a 10% em peso de Cu - 0,1 a 5% em peso de Ni - 0,1 a 1,0% em peso de Ag (Liga de ferro - cobre níquel - prata fabricada por MIM e sinterização); preferencialmente, Fe - 1% em peso de Cu - 0,4% em peso de Ni - 0,3% em peso de Ag (liga de ferro - 1 por cento em peso de cobre - 0,4 por cento em peso de níquel - 0,3 por cento em peso de prata). E materiais que têm boas características antierosão são Fe - 0,05 a 1% em peso de C (liga de ferro - carbono fabricada pela MIM e sinterização); preferencialmente, Fe - 0,4% em peso de C (liga de ferro - 0,4 por cento em peso de carbono).

[0098] No passado, para se evitar que a solda se estenda até o bico de ferro de solda, o qual tornava a soldagem menos ineficaz e menos acurada, o bico era processado com um revestimento de cromo na traseira da extremidade de bico de trabalho. Infelizmente, após várias operações de soldagem, o revestimento de cromo gradualmente

32/56 corroía ou erodia, já que o estanho na solda comia o revestimento de cromo (bem como o revestimento de ferro). Ainda, a maioria dos agentes ativos no fluxo contém cloro, o qual também pode corroer o revestimento de cromo. Assim, a porção de revestimento de cromo do bico de soldagem de acordo com a técnica anterior pode ser comida, não apenas pelo fluxo de cloro, mas também pela solda de estanho. Adicionalmente, era difícil que o revestimento de cromo fosse aplicado sem um espaço entre o bico de soldagem e o material revestido. Ainda, o cromo VI que é usado para revestimento de cromo é conhecido por causar câncer e danos à saúde de seres humanos e outras coisas vivas.

[0099] Assim sendo, a presente invenção provê uma alternativa para o revestimento de cromo da técnica anterior. Especificamente, um revestimento de aspersão com chama ou plasma é usado para a aspersão de vários materiais, tais como cerâmica, cermet, e metais tendo altos pontos de fusão no bico de trabalho 150. OS metais os quais funcionam bem e têm boa adesão ao núcleo de cobre incluem o aço inoxidável SUS316 e molibdênio (Mo) . Os exemplos de cerâmicas mostrando boa performance são: AI2O3 - 2.5% de T1O2, 62% de CaO - 33% de SÍO2, ZrÜ2 - 8% de Y2O3, 70% de AI2O3 - 29% de MgO, AI2O3 - 40% de TiO₂, ZrO₂ - 20% de MgO, Cr2O3, ZrO2 - 4% de CaO, e ZrÜ2 - CeÜ3.

[00100] Quando se usa um revestimento de cerâmica ou uma cobertura, a adesão e a resistência à corrosão das cerâmicas podem ser melhoradas se uma camada de base for aplicada primeiramente. Os exemplos de camada de base são Ni-Cr, SUS316, Cr-Mo. O revestimento de aspersão térmica pode tornar o material poroso, e um revestimento de selagem

33/56 pode ser usado para fechamento dos orifícios.

[00101] Uma vez que a temperatura do revestimento de aspersão com chama geralmente é baixa demais para aspersão de cerâmicas ou metais de ponto de fusão alto, um revestimento de aspersão com plasma é a técnica de aplicação preferida.

[00102] O bico de ferro de solda pode ter um núcleo de cobre ou de liga de cobre tendo uma protuberância e uma porção que se estende para frente 150. A extremidade da porção que se estende para frente pode ter o tampão de bico 130 da presente invenção aplicado de forma liberável a ela. O bico de ferro de solda 150 é primeiramente limpo por desengraxamento, isto é, a retirada de óleo de sua superfície usando-se acetona e/ou um agente desengraxante.

[00103] A superfície do bico de ferro de solda 150 então é tornada rugosa usando-se um jateamento com granalha de aço. Os diâmetros das partículas de granalha de aço são de aproximadamente 10 a 250 pm, preferencialmente com uma média de 80 pm e tendo uma dureza Morse de 10. A saída da máquina de jateamento pode ser de aproximadamente 362,85 a 392,27 kPa, e o jato de partículas de granalha de aço pode ser por em torno de 10 segundos. Após o jateamento, a superfície no bico de ferro de solda pode ser limpa para a purga do aço a partir da superfície, uma vez que, se o aço for deixado na superfície a superfície pode se tornar corroída. A limpeza pode ser feito por um jateamento com jato de ar.

[00104] Para a aplicação de um revestimento com aspersão de plasma, o bico de ferro de solda 150 pode ser instalado em uma fieira e girado a entre 50 e 500 rpm. 0

34/56 bocal de injeção para o material aspergido pode ser posicionado a em torno de 100 mm do bico de ferro de solda girando. A temperatura do interior do bocal de injeção atinge de 1.000 a 10.000 °C. A aspersão pode ser feita por cerca de três ciclos viajando para a direita e, então, viajando de volta para a esquerda a partir de uma borda do núcleo de bandas de freqüência de base até o outro. Por exemplo, quando SUS316L é usado como o material de revestimento por aspersão, o material de base teria uma camada de 20 pm de SUS316L depositada para cada ciclo.

[00105] Uma camada de base pode ser aplicada à superfície do material de base para a provisão de uma adesão mais forte do material de revestimento de topo aspergido com plasma. Se um material cerâmico for aspergido sobre o material de base de metal (cobre) , a adesão à superfície de metal do material de base pode ser fraca. Isto é especialmente verdadeiro se o produto usado para o revestimento de topo de cerâmica for usado sob altas temperaturas (tal como uma soldagem) e pode causar uma esfoliação por causa da diferença da taxa de expansão em relação ao calor. Portanto, o material usado para a camada de base deve ter uma taxa de expansão a qual esteja entre aquela do revestimento de topo e aquela do material de base (por exemplo, cobre). Ni - 20% de Cr pode ser usado para o material de camada de base. Os materiais alternativos, os quais podem ser usados para a camada de base de resistência ao calor são: Ni, Co a 23%, Cr a 17%, Al a 2%, Y a 0,5% e (2) Co, Ni a 32%, Cr a 21%, Al a 8%, Y a 0,5%. A camada de base pode ser aplicada usando-se a mesma técnica que aquela para o revestimento de topo, conforme descrito acima.

35/56 [00106] O revestimento de aspersão de chama ou o revestimento de aspersào de plasma de um material pode fazer com que O material aspergido seja poroso. Para sè fecharem ou cobrirem os orifícios, agentes de revestimento

específicos	podem	ser	usados	aqui (	como	um	selante	. Os
exemplos são	SiOa e	ZrO₂	, e eles podem	ser	endurecidos	pelo
aquecimento	deles a	180	°C por	30 minutos.
[00107]	Além	de	SUS316	e Mo,	Al,	Ni,	Cu, W	, Ti

funcionam bem como o material de metal revestido. Os metais trabalháveis devem ser duráveis quanto a um fluxo de cloro, não comidos pela solda de estanho e capazes de serem revestido sem quaisquer espaços entre o bico soldado e o material revestido. O material também não deve ter capacidade de umedecimento quanto à solda. Os materiais, tais como SUS316 e Ti, têm um filme de oxidação forte sobre sua superfície. Portanto, estes materiais não formam compostos metálicos com o estanho da solda, por causa da não capacidade de umedecimento. Todas as cerâmicas não têm capacidade de umedecimento com a solda. Contudo, metais são superiores a cerâmicas no ponto de adesão ao material de base de cobre.

[00108] Conforme mencionado acima, as cerâmicas vantajosamente não têm capacidade de umedecimento com a solda, mas elas não aderem bem ao material de metal de base. Para se resolver este problema, a camada de base pode ser aplicada, conforme mencionado acima. Os materiais a seguir podem ser usados como a camada de base:

[00109]	Material	[00110] Fusão em ^OC	Ponto de
[00111]	A1_zO3	[00112]	1855

36/56

2,5%	de Ti O2
	[00113]	70%	de	[00114]	2135
AI2O3	- 2 9 % de	MgO
	[00115]	Cr2O3		[00116]	22 65
	[00117]	62% de	CaO	[00118]	1900
- 33%	de Si0'2
	[00119]	Al		[00120]	650
	[00121]	Ni		[00122]	1456
	[00123]	Cu		[00124]	1083
	[00125]	Mo		[00126]	2 622
	[00127]	W		[00128]	3382
	[00129]	Ti		[00130]	1820

[00131] Em seguida, os componentes do tampão de bico de ferro de solda 130 sào descritos. A Tabela abaixo é uma tabela de componentes mostrando o teor em peso (%) das partículas usadas na fabricação do tampão de bico sinterizado de partículas de metal 130. O eixo vertical da Tabela mostra os tipos atribuídos a diferentes combinações de partículas. Aqui, onze tipos foram dados a título de exemplo, mas outras combinações preferidas podem ser usadas no escopo da invenção. 0 eixo horizontal mostra os tipos de pós realmente usados na composição do tampão sinterizado de pó de metal. Qs tipos de partícula podem ser amplamente classificados em materiais de base de sinterizaçâo e aditivos de sintetização. Pelo menos ura dentre ferro (Fe), níquel (Ni) e cobalto (Co) é escolhido como as partículas para o material de base de sinterizaçâo. Os Tipos 9 a 11 usam apenas um material de base de sinterizaçâo. Nos Tipos 1 a 8, além do material de base de sinterizaçâo, partículas de aditivo de sinterizaçâo,

37/56 escolhidas a partir de pelo menos um dentre cobre (Cu) ,

prata	(Ag)	, estanho	(Sn), boro	(B)	e carbono (C)	são
usadas	. Na	metade de	topo de cada	linha, o percentual	em
peso	das	várias partículas usadas	, com respeito	às
partículas	totais, é	mostrado, e	na	metade inferior,	as
faixas	preferidas (omitidas para	os	Tipos 9 a 11)	são

mostradas entre parênteses.

38/56

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39/56 [00132] Por exemplo, os componentes no Tipo 1 são 93,2% Fe/5,5%Cu/l, 3% Ag. As faixas preferidas para cada um dos componentes são Fe: 88-98,5%, Cu: 1-10%, Ag: 0,5-2%. As entradas para os Tipos 2 a 11 seguem a mesma notação. As quantidades destas partículas usadas podem ser determinadas na faixa preferida para cada uma das partículas, mas se um aditivo de sinterização for usado, este é ajustado de modo que a quantidade total do material de base de sinterização esteja na faixa de 60-99,99%, e a quantidade total de aditivo de sinterização esteja na faixa de 0,01-40%. Por exemplo, as quantidades de aditivo de sinterização no Tipo 2 podem ser determinadas nas faixas de Cu: 10-38% e Ag: 220%, mas estas são selecionadas de modo que os totais das mesmas não excedam a 40%.

[00133] Com respeito às partículas de ferro, as quais constituem um material de base de sinterização, o ferro é um componente primário importante (ou indispensável) para uma resistência à corrosão bem sucedida. Conseqüentemente, as partículas de ferro são usadas em todos os Tipos 1 a 11 e, no Tipo 9, apenas partículas de ferro são usadas. Contudo, conforme também é conhecido a partir dos métodos convencionais de revestimento de ferro, as impurezas no ferro têm um impacto negativo na performance de soldagem; e, portanto, um pó de ferro tendo uma pureza de não menos do que 99,5% é usado para as partículas de ferro. Quando as partículas de ferro têm uma alta pureza, as perdas na condução térmica e elétrica podem ser evitadas, a performance de soldagem melhorada, e a densidade do tampão sinterizado de partículas de metal aumentada. Se as partículas de ferro

40/56 contiverem grandes quantidades de impurezas, tais como carbono (C) , oxigênio (O) , nitrogênio (N) ou hidrogênio (H) , a densidade correspondente do corpo sinterizado de partícula de metal pode não ser tão grande quanto 90%, enquanto na presente modalidade, a qual usa um pó de ferro de alta pureza, a densidade é aumentada para não mais do que 96%.

[00134] As partículas de níquel e as partículas de cobalto também são escolhas adequadas como materiais de base de sinterização. O níquel e o cobalto pertencem ao grupo do ferro, o qual é o Grupo VII da Tabela Periódica. Assim sendo, as partículas de níquel e as partículas de cobalto têm características similares às partículas de ferro, e não apenas podem ser usados como um material substituto para o ferro, mas características superiores àquelas de partículas de ferro apenas são demonstradas com certas combinações dos mesmos. As partículas de níquel são usadas nos Tipos 4, 5 e 10; as partículas de cobalto são usadas no Tipo 6; e ambos são usados nos Tipos 7 e 11.

[00135] As ligas sinterizadas de Fe-Ni, as quais usam ambas as partículas de ferro e partículas de níquel como os materiais de base de sinterização, produzem produtos sinterizados com uma performance de soldagem melhorada, se comparado com ferro apenas. Neste caso, a quantidade de partículas de níquel adicionada preferencialmente não é maior do que 50%. Se a quantidade de partículas de níquel exceder a 50%, a resistência à corrosão é inferior e a corrosão de solda progride rapidamente.

[00136] As ligas sinterizadas de Fe-Co, as quais

41/56 usam partículas de ferro e partículas de cobalto como os materiais de base de sinterização, promovem a capacidade de sinterização e suprimem uma corrosão de solda. Neste caso, é preferível que a quantidade de partículas de cobalto adicionadas não sejam mais do que 20%. Se 20% forem excedidos, uma performance de soldagem inferior e um custo aumentado resultam.

[00137] O uso de 1 a 10% de partículas de cobre como um aditivo de sinterização (Tipos 1, 3, 5, 6 e 7) não apenas melhora o umedecimento de solda, mas permite que uma liga sinterizada de Fe-Cu de alta densidade seja produzida devido à sinterização de fase líquida, a qual é extremamente eficiente. A sinterização de fase líquida (no caso de cobre) é um método em que a temperatura de sinterização é regulada para mais do que o ponto de fusão de cobre, o qual é de 1083 °C, de modo que o cobre seja liquefeito durante o processo de sinterização. Preferencialmente, de 1 a 10% de partículas de cobre são adicionados; a menos de 1%, o efeito é pequeno, e a mais de 10% quando a sinterização de fase líquida ocorre, o produto formato prontamente se deforma, como resultado da fusão local das partículas de cobre.

[00138] Uma liga sinterizada de Fe-Cu, na qual mais de 10% de partículas de cobre são adicionados, pode ser usada (Tipo 2). Contudo, neste caso, a temperatura é regulada para menos do que o ponto de fusão de cobre pelas razões dadas acima. Se preparado desta maneira, embora as características de resistência à corrosão sejam ligeiramente diminuídas, a condutividade térmica e a performance de soldagem são melhoradas, tornando isto

42/56 adequado quando a performance de soldagem for mais importante do que a resistência à corrosão. Mais ainda, esta liga sinterizada de Fe-Cu contendo uma grande quantidade de partículas de cobre é caracterizada por diminuições menores na condutividade térmica do que ligas de solução. Por exemplo, se comparado com as ligas de Fe 50% de Cu de solução tendo uma condutividade elétrica de não mais do que 20% IACS, estas ligas sinterizadas de Fe-Cu mostram uma alta condutividade elétrica de 50% IACS. Esta relação também é proporcional para condutividade térmica. É preferível que não mais do que 40% de partículas de cobre

sejam adicionados; geralmente,	se 40%	forem	excedidos, a
corrosão de solda	aumenta.
[00139] Se	prata for	usada como	um	aditivo	de
sinterização (por	exemplo, Tipos 1, 2,	3,	5,	6 e 7),	uma
liga sinterizada	de Fe - Ag	de alta	densidade pode	ser

obtida, como resultado de sinterização de fase líquida em uma temperatura ainda mais baixa do que quando partículas de cobre apenas forem usadas. Isto é porque o ponto de fusão de prata é mais baixo do que aquele do cobre, a 960 °C. Mais ainda, na liga sinterizada de Fe - Cu, tendo uma grande quantidade de partículas de cobre descrita acima (Tipo 2), uma partícula de ponto de fusão baixo (temperatura eutética de 780 °C) de Ag - 28% de Cu pode ser usada. É preferível que de 0,5 a 20% de partículas de prata ou de partículas de prata - cobre sejam adicionados; se 20% forem excedidos, o custo de produção aumentará.

[00140] Se partículas de estanho forem usadas como um aditivo de sinterização (Tipo 3) , a performance de soldagem é melhorada. Adicionalmente, uma vez que estanho

43/56 tem um baixo ponto de fusão de 232 °C, a substrato de transmissão de luz pode ser obtida e uma temperatura ainda mais baixa. Em termos de adição de partículas de estanho desta maneira, também é efetivo adicionar partículas de cobre e partículas de prata ao mesmo tempo, conforme no Tipo 3. Contudo, é preferível adicionar não mais do que 5% de partículas de estanho. Se esta quantidade for excedida, o corpo sinterizado de partícula de metal se tornará fraco, como resultado de compostos, tais como FeSn2, os quais são formados.

[00141] Se partículas de boro forem usadas como o aditivo de sinterização (Tipo 4) , o boro é difundido de forma intersticial dentre os elementos do grupo do ferro, aumentando a difusão mútua dos sólidos dentro de cada outro, permitindo uma sinterização a uma temperatura relativamente baixa de 1100 °C. A adição de uma pequena quantidade de partículas de boro tem a vantagem de não ter substancialmente nenhum efeito negativo sobre a performance de soldagem, e é preferível que de 0,01 a 1% seja adicionado. A percentagens menores do que essa, o efeito é pequeno, e se a extremidade superior da faixa for excedida, a performance de soldagem tende a deteriorar. Além da adição de partículas de boro sozinhas, partículas de ligas contendo boro, tais como partículas de Fe - B, partículas de Ni - B ou partículas de Cu - B podem ser adicionadas.

[00142] Se aproximadamente 0,8% de partículas de carbono forem usados como um aditivo de sinterização (Tipo 8), a resistência à corrosão do tampão de bico de ferro de solda é grandemente melhorada, e a vida do mesmo pode ser grandemente estendida.

44/56 [00143] As partículas de metal usadas para os materiais de base de sinterização e os aditivos de sinterização descritos acima adequadamente têm um tamanho de partículas de não mais do que 200 pm, preferencialmente de não mais do que 50 pm; e ainda mais preferencialmente, elas são partículas ultrafinas (isto é, nanopartícuias) . Pelo uso dessas partículas de metal pequenas, a densidade do corpo sinterizado de partícula de metal pode ser aumentada, bem como a resistência à corrosão e a performance de soldagem.

[00144] Um método de fabricação do tampão de bico de ferro de solda é descrito agora. Em uma primeira etapa, o material de base de sinterização, o aditivo de sinterização e um aglutinante (agente aditivo) são misturados em um misturador. Em uma segunda etapa, esta mistura é moldada com pressão em um molde de prensa, um molde de injeção ou similar, para a formação de um compacto verde (conformação). O formato do compacto verde é aproximadamente similar ao formato do tampão de bico de ferro de solda. Após isso, o compacto verde é removido do molde; e, em uma terceira etapa, o compacto verde é sinterizado em uma atmosfera não oxidante a uma temperatura predeterminada (800 a 1300 °C) para a formação de um corpo sinterizado de partícula de metal. Em uma quarta etapa, este corpo é usinado para combinação com o bico de ferro de solda e para se completar o tampão de bico de ferro de solda.

[00145] A sinterização do tampão de bico de ferro de solda usando-se metalurgia do pó provê flexibilidade em sua conformação, e permite que um formato seja produzido, o

45/56 qual é próximo do formato final, de modo que os procedimentos de retificação finais possam ser reduzidos ou mesmo eliminados. Mais ainda, se comparado com os processos de solução, não é necessário aquecer o compacto verde para o ponto de fusão de ferro, o que reduz a quantidade de energia usada e o impacto ambiental. Assim, uma vez que um processamento de descarga, tal como quando um revestimento de ferro convencional foi usado, não é necessário, o dano ambiental é reduzido, permitindo uma economia de energia e uma produção em massa.

[00146] A moldagem indicada na segunda etapa pode ser uma moldagem sem pressão, onde uma pressão não é aplicada. Por outro lado, uma moldagem com pressão aumenta a densidade do compacto verde, o que permite um aumento na densidade do corpo sinterizado de partícula de metal sinterizado. Então, se uma sinterização de fase líquida for usada, será possível obter um corpo sinterizado de partícula de metal com uma densidade ainda mais alta. A sinterização de fase líquida é um método em que partículas são usadas para o aditivo de sinterização, o qual tem um ponto de fusão relativamente baixo (partículas de cobre, partículas de prata, partículas eutéticas de Ag - 28% de Cu (temperatura eutética de 780 °C) , partículas de estanho e similares), e a sinterização é realizada a temperaturas mais altas do que estes pontos de fusão.

[00147] Quando as partículas de aditivo de sinterização são misturadas nas partículas de material de base de sinterização antes de uma pressão ser aplicada, espaços relativamente grandes são formados. Após a moldagem com pressão as partículas de material de base de

46/56 sinterização e as partículas de aditivo de sinterização são plasticamente deformadas, de modo a serem aplainadas, colocando-se as partículas em contato próximo umas com as outras, mas deixando alguns espaços. Após a sinterização de fase líquida, como resultado de recristalização, as partículas de material de base de sinterização crescem, e os espaços são preenchidos pelas partículas de aditivo de sinterização, o que aumenta a finura. A razão para isto é que, além da difusão de estado sólido das partículas de material de base em si, as partículas de aditivo de sinterização se fundem na temperatura de sinterização, umedecendo as partículas de material de base de sinterização, enquanto, ao mesmo tempo, os espaços são preenchidos por este líquido, como resultado de tensão superficial. Além da produção desses corpos sinterizados de partícula de metal de alta densidade, uma sinterização de fase líquida permite a sinterização a temperaturas relativamente mais baixas, desse modo poupando energia.

[00148] Mais ainda, após a sinterização do corpo sinterizado de partícula de metal, o corpo pode ser adicionalmente conformado por um forjamento em pré-forma ou um forjamento de pó a de 300 a 500 °C, para a produção do tampão de bico de ferro de solda, como seria evidente para aqueles versados na técnica a partir desta exposição. Pelo uso destes métodos, as cavidades de gás finas entre as partículas podem ser reduzidas, e a densidade de partícula desse modo aumentada.

[00149] O conceito da invenção de tampão de bico substituível pode ser usado para ambas as ferramentas de ferro de solda e de remoção de solda. Os exemplos de seu

47/56 uso para ferramentas de remoção de solda são mostrados nas FIG. 18 e 19. É mostrado na FIG. 18 um ferro de remoção solda 700 que inclui um tampão de bico 710 (que tem uma abertura central 714), um núcleo de aquecimento 720 (o qual inclui a extremidade de trabalho), o aquecedor e o sensor 730, o tubo de fixação ou luva 740, a porca 750, o membro roscado 760 (formado integralmente com a luva), o tubo de sucção de aço inoxidável 770 através do qual uma força de sucção é aplicada através de um filtro (não mostrado) por meio de uma bomba de vácuo (também não mostrada) . Uma modalidade alternativa é mostrada geralmente em 800 na FIG. 19. Com referência a isso, o tampão de bico 810, o núcleo 820, o tubo de sucção de aço inoxidável 830, a luva 840, e o sensor e o aquecedor 850 são mostrados. Uma referência é feita à Patente U.S. N° 4.997.121 (Yoshimura).

[00150] Uma alternativa para a provisão de um tampão substituível na extremidade afunilada dianteira do núcleo de bico é prover um bico substituível o qual inclui um núcleo de bico preso no tampão. Isto tem a vantagem em relação às modalidades de tampão de bico substituível discutidas acima pelo fato de aquelas modalidades requererem altas acurácias dimensionais e de formato entre a interface do tampão e a face externa do núcleo de bico.

Se eles não forem conformados e dimensionados de forma acurada, serão formados espaços entre eles, reduzindo-se a condutividade térmica do núcleo de cobre até a superfície de trabalho do tampão. Adicionalmente, muitas configurações dos cartuchos de aquecedor de bico compósito devem ser preparadas, porque as espessuras de parede dos tampões condutivos de calor inferiores não podem ser aumentadas

48/56 para manutenção da performance de calor de soldagem.

[00151] Assim, com referência à FIG. 20, o bico substituível 900 tem um tampão 910, tal como um tampão sinterizado, conforme descrito em detalhes acima, com o núcleo de bico 920 formado ali. Uma superfície de contato 930, nesta modalidade uma superfície achatada plana, então se combina contra a superfície (plana achatada) 940 da luva de aquecedor 950. A luva de aquecedor 950 é mostrada circundando o aquecedor 960 e um sensor de temperatura 970, conforme é evidente a partir das modalidades previamente descritas. O bico 900 pode ser preso de forma liberável à superfície plana achatada da luva por qualquer uma das técnicas e construções mostradas aqui para as modalidades de tampão substituível adaptadas como seria evidente para alguém versado na técnica para esta modalidade de bico substituível. Um exemplo é mostrado na FIG. 31 e será discutido mais tarde.

[00152] Assim, o bico de solda 900, conforme ilustrado na FIG. 20, tem uma superfície de contato plana simples 930 para contatar a frente da luva de aquecedor 950 para a provisão de uma condução de calor eficiente a partir do aquecedor 960 até o bico. O tampão de bico 910 pode ser um tampão sinterizado MIM, e o núcleo de bico 920 pode ser feito de cobre, de uma liga de cobre, de prata ou de uma liga de prata. O bico 900 é um componente substituível. De modo similar ao tampão substituível descrito acima, o bico 900 pode ser substituído de forma não dispendiosa sem a substituição do aquecedor de sensor, quando o bico se tornar desgastado. Os bicos podem ser vendidos acondicionados individualmente ou múltiplos bicos em uma

49/56 embalagem única ou recipiente.

[00153] As superfícies planas 930, 940 entre o núcleo de bico e o contato de luva de aquecedor diretamente sem quaisquer espaços entre eles. Um material condutivo de calor adicional intercalado entre estas duas superfícies, assim, não é requerido quando o bico e a luva forem forçosamente mantidos em conjunto em contato próximo.

[00154] Um processo para a fabricação do bico da FIG. 20 será descrito, agora, com referência às FIG. 21 a 23. O compacto verde em formato de tampão 970 é preparado por uma moldagem por injeção de metal. As composições dos pós de metal do compacto verde são mostradas no Pedido U.S. N° 10/719.001, publicado como US 2004-0222206 Al, e também no Pedido U.S. N° 10/855.800, publicado como US 20050011876 Al. Um exemplo preferido de uma modalidade das composições é Fe -l%de Cu - 0,5% de Ni - 0,3% de Ag. Os pós de metal 980, tais como de dobre, liga de cobre ou prata, são prensados no compacto verde em formato de tampão e simultaneamente sinterizados em conjunto. Ao invés de pós de metal apenas, uma mistura de composto de pós de metal e aglutinantes pode ser usada. O compacto preenchido com o pó pode ser sinterizado por aquecimento a aproximadamente 1400 °C no molde 990, conforme mostrado na FIG. 22.

[00155] Os pós de cobre se fundem no tampão 970 e são preenchidos nele seguindo a configuração interna do tampão. Após isso, uma superfície de face do núcleo de cobre na extremidade de abertura de tampão é feita como sendo uma superfície plana ou uma superfície tendo um recesso com uma máquina de prensa ou uma máquina de forjamento. Uma usinagem adicional ou retificação pode ser

50/56 usada, se necessário.

[00156] Um método alternativo menos preferido de fabricação do bico é formar o núcleo de bico primeiramente e, então, revestir o tampão de bico nele, tal como por um revestimento de ferro convencional.

[00157] Por último, com referência à FIG. 23, estanho ou solda 1000 é revestido na extremidade de trabalho dianteira deste bico e uma camada de cromo de aproximadamente 10 a 50 pm de espessura 1010 é revestida, exceto na porção de trabalho do tampão de bico. Este processo de revestimento pode ser o mesmo que aquele para bicos de solda comuns.

[00158] Alternativas ou modificações no bico e na extremidade de trabalho, conforme mostrado na FIG. 20 agora serão descritas. Uma primeira modificação é ilustrada na FIG. 24. Ela mostra um bico tendo um recesso afunilado (ou cônico) 1020, onde o ângulo afunilado pode ser de aproximadamente 90° a 180°. Esta construção provê uma área de contato maior entre o bico e a luva de aquecedor do que aquele das superfícies planas achatadas, conforme mostrado na FIG. 20.

[00159] Uma outra alternativa ou modificação é ilustrada nas FIGS. 25 e 26. Com referência a ela, o bico tem um orifício cilíndrico 1030 para contato com uma projeção cilíndrica 1040 da luva de aquecedor. O sensor 1050 vantajosamente pode ser posicionado nesta projeção. Esta construção provê excelente tempo de resposta de calor, porque quanto mais próxima a distância entre o sensor e a porção de trabalho de bico, mais rapidamente o sensor detecta a temperatura na porção de trabalho do bico e

51/56 ajustes de aquecimento feitos. Isto é mostrado nas FIG. 25 e 2 6.

[00160] Uma outra alternativa é ilustrada nas FIG. 27 e 28. E uma referência é desse modo feita a Masaki, Pedido N° de Série 10/874.856, publicado como US 20040232132 Al. Esta modalidade inclui um bico alongado (ou crista) 1060 na luva de aquecedor a qual se adapta em uma ranhura alongada correspondente (ou fenda) 1070 na superfície traseira do bico, mais especificamente, o núcleo. Esta combinação de crista - fenda mantém o bico em uma direção de bico consistente e um posicionamento, o que pode ser vantajoso para ferros de solda construídos por máquina, bem como para ferros de solda manuais. Nas FIG. 24 a 28, o conjunto de aquecimento é ilustrado como uma estrutura de aquecedor de cerâmica a título de exemplo. Ele também pode ser um aquecedor de fio de resistência elétrica, um aquecedor de cartucho ou outro tipo de aquecedor, como seria evidente para aqueles versados na técnica. Uma referência desse modo é feita à Patente U.S.

N° 6.054.678 (Miyazaki).

[00161] As técnicas alternativas para a fabricação do núcleo de bico de cobre agora são discutidas. Com referência à FIG. 29, o cobre fundido 1090 pode ser vazado no tampão (MIM sinterizado) 1110. Alternativamente, o cobre fundido pode ser preenchido no tampão. Subseqüentemente, o cobre fundido pode ser solidificado no tampão por resfriamento, sem desse modo se formarem quaisquer espaços indesejáveis entre o tampão e o núcleo de cobre solidificado. Uma referência é feita desse modo à Patente

U.S. N° 1.350.181 (Remane) , a qual mostra a fundição ou a

52/56 fusão de cobre na base de cuba de ferro de um ferro de solda a gás não elétrico.

[00162] Com referência à FIG. 21, foi discutido acima que o pó de cobre pode ser fundido simultaneamente quando o tampão é sinterizado a partir do compacto verde. Por outro lado, um método de fabricação, conforme mostrado na FIG. 30, é sinterizar o tampão 1020 e, então, preenchêlo com pó de cobre ou com um pó de cobre e um composto aglutinante (ou vareta de cobre, bloco de cobre). Após o polímero de cobre ou o composto misturado com o pó de cobre e aglutinantes ser preenchido no tampão, o tampão preenchido então é fundido ou sinterizado para se fundir e prender o cobre dentro do tampão. Uma referência é feita, agora, às FIG. 30 e 31, onde o cobre é fundido por aquecimento. O núcleo de bico é fabricado pela fusão do pó de cobre, do composto, de uma vareta ou bloco consistindo em bons materiais condutivos de calor, tais como cobre, liga de cobre ou prata, no tampão sinterizado por aquecimento em um forno sob vácuo ou uma atmosfera reduzida.

[00163] A FIG. 32 ilustra as etapas em um processo de forjamento de um bloco de cobre em um tampão MIM sinterizado com uma máquina de prensa. Conforme mostrado, um bloco de cobre 1130 é posicionado no tampão, o qual é mantido em um molde 1140, e uma força de prensagem 1150 é exercida sobre o bloco de cobre. Isto forma uma superfície plana do núcleo. Subseqüentemente, uma prensa 1160 tendo a configuração desejada é exercida contra a superfície de topo para a formação da configuração desejada, tal como uma superfície cônica, conforme ilustrado no lado direito da

53/56

FIG. 32 da face de núcleo.

[00164] A FIG. 33 ilustra uma alternativa para a FIG. 32, onde uma massa de cobre pré-formada 1170 é posicionada no tampão, o qual é mantido em um molde 1180. Então, uma força de prensagem 1190 tendo a configuração desejada é pressionada contra o topo da superfície plana da massa de cobre pré-formada para se prensar a massa de cobre em fixação no tampão. A configuração de superfície desejada do cobre desse modo é formada. Em outras palavras, a FIG. 32 mostra um processo em que o núcleo de cobre é formado por um método de forjamento com uma máquina de prensa. O tampão MIM sinterizado é mantido em um molde de metal 1140, um bloco de cobre 1130 é posicionado no tampão e, então, o bloco de cobre é formado no mesmo formato que a superfície interna do tampão por forjamento com uma força de prensagem 1150. Pode ser necessário que a etapa de forjamento seja repetida várias vezes para a formação do formato de superfície de contato da porção traseira de bico. Ainda, a FIG. 33 mostra uma massa de cobre pré-formada, pré-formada para o formato similar do formato interno de tampão. O processo de forjamento desse modo pode ser obtido com uma força menor do que aquela do bloco de cobre não préformado.

[00165] Uma referência é tida agora à FIG. 34, onde os revestimentos da superfície de contato entre o bico e a luva de aquecedor são mostrados. Ambos o núcleo de bico e a luva de aquecedor devem ser feitos de materiais tendo boas propriedades condutivas de calor. Os exemplos destes materiais são cobre, prata, liga de cobre e liga de prata. Geralmente, o cobre é mais desejável, porque ele é mais

54/56 barato do que os outros materiais e tem uma boa condutividade térmica. Contudo, o cobre usualmente se oxida quando é aquecido a altas temperaturas, e a oxidação reduz a condutividade térmica. Portanto, é desejável tratar superficialmente o material de cobre.

[00166] Os métodos de revestimento os quais podem ser usados incluem revestimento de prata, revestimento de ouro, revestimento de níquel e revestimento de cromo. Ainda, um revestimento de Ag-Al-Cu, tal como mostrado no Pedido U.S. N° de Série 10/719.001, Publicação N° US 20040222206 Al, também é efetivo. Ainda, um revestimento de prata ou revestimento de ouro é melhor para a condutividade térmica. Contudo, ter o mesmo tipo de revestimento em ambas as superfícies do núcleo de bico e da luva de aquecedor pode resultar nestas superfícies aderirem uma à outra e na unificação por difusão de metal, se um revestimento de prata ou um revestimento de estanho for usado.

[00167] O bico pode ser revestido com cromo 1240, para se evitar que este tampão de liga de ferro se oxide e o umedecimento do núcleo de cobre ou a ligação com a solda. Por outro lado, a superfície da luva de aquecedor preferencialmente pode ser revestida com um revestimento de cromo, um revestimento de prata, um revestimento de ouro ou um revestimento de camada de liga de Ag-Al-Cu 1250.

[00168] Conforme mencionado previamente, o tampão de bico pode ser preso de forma liberável a e contra a luva de aquecedor tal como pelas construções similares ou idênticas àquelas usadas para manutenção do tampão substituível, conforme discutido previamente. Um exemplo é ilustrado na FIG. 35, onde o bico de solda é afixado de forma liberável

55/56 à luva de aquecedor com um tubo de manutenção de aço inoxidável 1260 e uma porca 1270.

[00169] O conceito de bico substituível também pode ser usado no aparelho de ferro de remoção solda, um exemplo do qual sendo mostrado no Pedido Japonês 02-108398 (requerente: Hakko KK, e inventor: Yoshimura Hiroshi). O aparelho de remoção de solda ali foi adaptado conforme mostrado pelo aparelho 1300 nas FIG. 36 e 37 como incluindo um bico de remoção de solda substituível 1310. Com referência a isso, o tubo de manutenção 1320, a porca 1330, o conjunto de aquecedor 1340, um tubo de filtro 1350, e um corpo de filtro 1360 são ilustrados. Uma explicação adicional do tubo de manutenção e do conjunto de porca é provida pela exposição ali de conjuntos relacionados. Adicionalmente, qualquer um dos outros conjuntos de manutenção para os tampões de bico, conforme mostrado aqui, pode ser adaptado para este bico de remoção de solda removível / substituível.

[00170] A FIG. 38 ilustra um método de formação do bico de ferro de solda 1310 das FIG. 36 e 37. Um tampão MIM integralmente formado 1400 tendo uma porção de corpo 1410, uma luva central estreita 1420, um flange de base 1430 e uma abertura de extremidade é posicionado em um suporte ou molde 1450. Um anel interno 1460 é posicionado sobre a luva 1420, e cobre fundido ou similar 1470 é vazado no espaço entre o tampão 1400 e o anel interno 1460 e deixado endurecer para formar o núcleo.

[00171] Alternativamente, um tampão MIM 1500 pode ser posicionado em um suporte ou molde 1510 e um núcleo de cobre 1520 inserido nele, conforme descrito na FIG. 39. Uma

56/56 prensa 1530 então é pressionada conforme mostrado pela seta 1534 no núcleo de cobre, conforme mostrado na FIG. 40, para a formação do núcleo em e para o tampão. O bico 1310 formado desse modo, conforme ilustrado na FIG. 41, então é removido do suporte ou molde 1510. Outros métodos de fabricação do bico e outros formatos de bico, conforme seria evidente para aqueles versados na técnica a partir desta exposição são incluídos aqui.

[00172] A partir da descrição detalhada precedente, 10 será evidente que há várias mudanças, adaptações e modificações da presente invenção, as quais caem na ocupação daqueles versados na técnica. O escopo da invenção inclui qualquer combinação dos elementos a partir de espécies diferentes ou modalidades mostradas aqui, bem como subconjuntos, conjuntos e métodos dos mesmos. Contudo, pretende-se que todas essas variações não se desviando do espírito da invenção sejam consideradas no escopo da mesma.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

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1. Bico de extremidade de trabalho de ferro de solda ou de remoção de solda substituível, caracterizado por compreender:

um tampão de bico sinterizado de partículas de metal (130) posicionado em uma extremidade principal, o tampão de bico sinterizado de partículas de metal (130) incluindo um material de base entre 60% e 99,99% em percentagem em peso do tampão de bico sinterizado de partículas de metal (130) , e um aditivo de sinterização como o restante do tampão de bico sinterizado de partículas de metal (130);

um núcleo de bico de condutor de calor preso no tampão de bico sinterizado de partículas de metal (130); e o núcleo de bico tendo uma face próxima que tem uma configuração adaptada para combinar com uma face de extremidade de aquecimento de um conjunto de aquecimento (110) de ferro de solda para a provisão de condução térmica a partir da superfície de extremidade de aquecimento até o núcleo de bico, sendo que o material base de sinterização inclui pelo menos uma dentre partículas de ferro, níquel e cobalto, e sendo que aditivos de sinterização incluem pelo menos uma dentre partículas de cobre, prata, carbono, estanho e boro.

2. Bico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do núcleo ser de cobre, de uma liga de cobre, de prata ou de uma liga de prata.

3. Bico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato da face próxima ter um recesso configurado para receber e combinar ali com uma

2/6 projeção da face de extremidade de aquecimento.

4. Bico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato do tampão de bico sinterizado de partículas de metal (130) compreender um metal de ferro, uma liga de níquel e ferro, uma liga de ferro-cobre-prata, uma liga de ferro-cobre-níquel-prata ou uma liga de ferro-carbono.

5. Bico, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato do tampão de bico sinterizado de partículas de metal (130) consistir (60,0-98,5%)Fe-(1,010,0%)Cu-(0-10%)Ni- (0,5-2,0%) Ag.

6. Bico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de uma extremidade de bico externa dianteira do tampão de bico sinterizado de partículas de metal (130) ter um revestimento de estanho ou de solda.

7. Bico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de uma porção de corpo traseira externa do tampão de bico sinterizado de partículas de metal (130) ter uma camada de cromo.

8. Sistema de aquecimento de ferro de solda ou de remoção de solda, caracterizado por compreender:

o bico definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7;

uma luva de conector que tem uma porção distai de extremidade de encaixe;

um meio de manutenção mecânico para a manutenção de forma liberável de uma extremidade próxima da luva para alongamento do conjunto de aquecimento (110) de ferro de solda ou de remoção de solda;

3/6 o bico tendo uma porção de encaixe próxima com a luva de conector;

um conjunto de aquecimento (110) incluindo uma vareta (340) e uma extremidade de aquecimento na extremidade da vareta (340), com as porções próxima e distai encaixadas, com a luva de conector na vareta (340) e com o núcleo contra e em comunicação térmica com a extremidade de aquecimento e permitindo que o bico (130) seja removido do conjunto de aquecimento (110) para substituição; e o núcleo tendo uma face de encaixe de núcleo configurada para combinar com a face de encaixe de extremidade de aquecimento, quando mantido ali pelo meio de manutenção.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato da vareta (340) definir uma área oca, do conjunto de aquecimento (110) incluir um aquecedor, uma porção dianteira do qual é posicionada na área oca, e do conjunto de aquecimento (110) incluir um sensor de temperatura (160) na área oca à frente do aquecedor.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato do tampão de bico (130) ter um revestimento compreendido por um material diferente daquele de um revestimento da vareta (340) .

11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato da porção distai ser uma virola (350) disposta para dentro ou lingüeta da luva e da porção próxima ser um flange disposto para fora do tampão de bico (130) .

12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato do meio de

4/6 manutenção incluir uma mola em espiral (400) em torno de uma extremidade próxima da luva.

13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato da luva incluir uma mola e do meio de manutenção possuir uma extremidade da mola. 14. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato da luva incluir pelo menos uma fenda (180) que se encaixa em uma extremidade próxima da mesma para a definição de uma

extremidade com fenda.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato do meio de manutenção comprimir a extremidade com fenda.

16. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato da luva incluir uma mola em espiral alongada cuja extremidade distai define a porção distai de encaixe e o meio de manutenção está na extremidade próxima da mesma.

17. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 16, caracterizado pelo fato do bico incluir uma abertura de sucção central e, desse modo, ser um tampão de bico de ferro de remoção de solda.

18. Método de fabricação de um bico de ferro de solda ou de remoção de solda substituível tendo um tampão de bico (130) posicionado em uma extremidade principal; um núcleo de bico de condutor de calor preso no tampão de bico (130); e o núcleo do bico tendo uma face próxima que tem uma configuração adaptada para combinar com uma face de extremidade de aquecimento de um conjunto de aquecimento

5/6 (110) de ferro de solda para a provisão de condução térmica a partir da superfície de extremidade de aquecimento até o núcleo de bico, caracterizado por compreender:

a preparação de um tampão que tem uma abertura de base; e o enchimento, pelo menos substancialmente, através da abertura de base com um material de condução de calor, de modo que um núcleo de bico seja formado no tampão, o núcleo de bico tendo uma face de núcleo na abertura de base.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato do material de condução ser um pó de metal ou um pó de metal e um aglutinante.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato do tampão ser um compacto verde em formato de tampão, e compreender ainda após o enchimento a sinterização do compacto verde em formato de tampão e do pó em conjunto.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por compreender ainda após a sinterização, a formação da face por pelo menos um dentre forjamento, usinagem e retificação.

22. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 21, caracterizado por compreender ainda após o enchimento, o revestimento de uma extremidade de bico de trabalho do tampão com estanho ou solda e o restante da superfície externa do tampão com cromo.

23. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato do enchimento compreender enchimento do tampão com o material em um estado fundido.

24. Método, de acordo com a reivindicação 18

6/6 caracterizado pelo fato do enchimento incluir a fundição do material.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato do enchimento incluir o material sendo na forma de uma vareta (340) ou de um bloco (1130) .

26. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato da preparação incluir a sinterização do tampão, do enchimento incluir o material sendo um pó, e por compreender ainda após o enchimento, a sinterização do tampão sinterizado preenchido.

27. Método, de acordo com a reivindicação 18,

caracterizado pelo fato do tampão ser um tampão sinterizado, e do material estar em forma de vareta ou de bloco, e por compreender ainda a fusão do material no

tampão sinterizado.

28. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato do enchimento incluir a prensagem do material no tampão.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato da prensagem formar a face.

30. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 29, caracterizado pelo fato do tampão ter uma luva de sucção de solda interna e o bico, desse modo, definindo um bico de ferro de remoção solda.

31. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 30, caracterizado pelo fato do material ser cobre, uma liga de cobre, prata ou uma liga de prata.

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