RU2060121C1

RU2060121C1 - Ultrasonic solderer

Info

Publication number: RU2060121C1
Application number: RU93025483A
Authority: RU
Inventors: В.В. Казаков; В.Н. Бочкарев; Г.А. Киселев
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Бэла"
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1996-05-20

Abstract

FIELD: soldering process using ultrasonic oscillations, may be employed for deposition of current-conductive paths in printed circuit board manufacture. SUBSTANCE: solderer has ultrasonic oscillation reflector formed as piston with stem. Reflector is positioned for axial displacement in solderer body and hollow working tip filled with strong solder pellets. Heating device is formed as high-frequency current excitation winding and is mounted on core common for ultrasonic oscillation excitation winding. EFFECT: increased efficiency, wider operational capabilities and enhanced reliability in operation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к пайке с применением ультразвуковых колебаний и может быть использовано для нанесения электропроводящих дорожек при изготовлении печатных плат. The invention relates to soldering using ultrasonic vibrations and can be used for applying electrically conductive tracks in the manufacture of printed circuit boards.

Известно устройство для ультразвуковой пайки, включающее корпус с осевым каналом, в котором установлена с возможностью осевого перемещения полая игла, генератор ультразвуковых колебаний, нагревательное устройство [1]
Недостатками паяльника являются низкая производительность процесса ультразвуковой пайки, невысокое качество паяных и металлизированных изделий из-за неравномерной подачи припоя из емкости малого размера, кроме того, паяльник не удобен в эксплуатации.A device for ultrasonic soldering is known, including a housing with an axial channel in which a hollow needle, an ultrasonic oscillation generator, a heating device [1] are mounted with the possibility of axial movement
The disadvantages of the soldering iron are the low productivity of the ultrasonic soldering process, the low quality of soldered and metallized products due to the uneven supply of solder from a small container, in addition, the soldering iron is not convenient to use.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является ультразвуковой паяльник для лужения и пайки изделий, содержащий магнитострикционный преобразователь, трансформатор упругих колебаний, рабочий наконечник с емкостью для припоя, жестко связанный с телом наконечника [2]
Конструкция данного паяльника не обеспечивает оптимальной траектории движения наконечника и не обладает высокой производительностью и надежностью, а также паяльник не удобен в эксплуатации.The closest in technical essence and the achieved result to the invention is an ultrasonic soldering iron for tinning and soldering products containing magnetostrictive transformer, transformer of elastic vibrations, a working tip with a capacity for solder, rigidly connected with the body of the tip [2]
The design of this soldering iron does not provide an optimal trajectory of the tip and does not have high performance and reliability, and the soldering iron is not convenient in operation.

Задачей при создании изобретения является увеличение производительности процесса ультразвуковой пайки и металлизации, а также повышение надежности и удобства паяльника в эксплуатации. The task when creating the invention is to increase the productivity of the process of ultrasonic soldering and metallization, as well as improving the reliability and convenience of the soldering iron in operation.

Это достигается тем, что паяльник снабжен отражателем ультразвуковых колебаний, который выполнен в виде поршня со штоком и установлен в корпусе паяльника подвижно с возможностью осевого перемещения в нем и пустотелом рабочем наконечнике, заполненном гранулами твердого припоя по мере расхода последнего. При этом катушка возбуждения ультразвуковых колебаний, которая также входит в конструкцию паяльника, и рабочий наконечник выполняют функцию преобразователя. Рабочий наконечник является и нагревательным элементом. This is achieved by the fact that the soldering iron is equipped with a reflector of ultrasonic vibrations, which is made in the form of a piston with a rod and is mounted movably in the soldering iron body with the possibility of axial movement in it and a hollow working tip filled with solder granules as the latter is consumed. In this case, the ultrasonic vibration excitation coil, which is also included in the design of the soldering iron, and the working tip serve as a transducer. The working tip is also a heating element.

На чертеже показана конструкция паяльника, разрез. The drawing shows the design of the soldering iron, section.

Ультразвуковой паяльник содержит корпус 1, в котором размещен подвижно с возможностью осевого перемещения отражатель ультразвуковых колебаний, выполненный в виде поршня 3 и штока 4, рабочий пустотелый ферромагнитный наконечник 5, имеющий капиллярное отверстие 6 для подачи расплавленного припоя на поверхность материала подложки. Шток 4 выполнен из твердого сплава, например керамики. Перечисленные элементы зафиксированы в корпусе 1 посредством прокладок 7 из пористого материала. На нижней части корпуса установлены катушка 8 возбуждения высокочастотного нагрева и катушка 9 возбуждения ультразвуковых колебаний размещены на одном сердечнике. Катушка 9 возбуждения ультразвуковых колебаний и рабочий наконечник 5, который в свою очередь является и нагревательным элементом, образуют преобразователь паяльника. Гранулы твердого припоя 10 размещены в рабочем наконечнике 5. The ultrasonic soldering iron contains a housing 1, in which a ultrasonic vibration reflector made in the form of a piston 3 and a rod 4, a working hollow ferromagnetic tip 5 having a capillary hole 6 for supplying molten solder to the surface of the substrate material is placed movably axially. The stem 4 is made of a hard alloy, such as ceramic. The listed elements are fixed in the housing 1 by means of gaskets 7 made of porous material. A coil 8 for exciting high-frequency heating is mounted on the lower part of the housing, and a coil 9 for exciting ultrasonic vibrations is placed on one core. The ultrasonic vibration excitation coil 9 and the working tip 5, which in turn is also a heating element, form a soldering iron converter. Granules of solder 10 are placed in the working tip 5.

Паяльник работает следующим образом. The soldering iron works as follows.

При включении генератора тока ультразвуковой частоты на катушке 9 возбуждения ультразвуковых колебаний проходит электрический ток ультразвуковой частоты. Под воздействием магнитного поля, создаваемого катушкой 9, наконечник 5, предварительно заполненный гранулами твердого припоя 10, втягивается в корпус и занимает центральное положение относительно катушки 9, т.е. среднее нейтральное положение относительно ее магнитного поля. When you turn on the ultrasonic frequency current generator on the coil 9 of the excitation of ultrasonic vibrations passes an electric current of ultrasonic frequency. Under the influence of the magnetic field created by the coil 9, the tip 5, previously filled with granules of solder 10, is drawn into the housing and occupies a central position relative to the coil 9, i.e. average neutral position relative to its magnetic field.

При включении генератора тока высокой частоты магнитное поле катушки 8 возбуждения высокочастотного нагрева индуцирует высокочастотный ток на поверхности наконечника 5 и разогревает его до расплавления в нем припоя 10. Затем через отверстие 2 в корпусе 1 подают сжатый воздух. When the high-frequency current generator is turned on, the magnetic field of the high-frequency heating excitation coil 8 induces a high-frequency current on the surface of the tip 5 and heats it until the solder 10 melts in it. Then, compressed air is supplied through the opening 2 in the housing 1.

Давление воздуха определяется по формуле: P

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

where F is the electromagnetic force of retraction of the tip 5 when displacing it from a neutral position; S is the surface area of the piston 3 to which the compressed air is directed. There is pressure on the piston 3, the rod 4 and through the solder on the tip 5, which biases them from the neutral position. Due to the interaction of air pressure and the electromagnetic force of the retracting field of the coil 9, changing with an ultrasonic frequency, longitudinal ultrasonic vibrations of the tip 5 and the rod 4 occur.

Встречное направление сил, действующих на поршень 3 со штоком 4 и наконечник 5, создает внутри полости наконечника в осевом направлении механические колебания, отражающиеся от поверхности штока 4 в направлении капиллярного отверстия 6, проходят через него и одновременно выталкивают разогретый припой на поверхность материала подложки. При соприкосновении капиллярного отверстия 6 с выступающим из него припоем с поверхностью диэлектрического материала подложки под воздействием ультразвуковых механических колебаний происходит кавитации припоя на обрабатываемой поверхности. Припой сцепляется с поверхностью материала подложки, смачивает его и при перемещении паяльника по поверхности подложки согласно заданному рисунку "вытягивается" смачиваемой поверхностью подложки из капиллярного отверстия 6. The opposite direction of the forces acting on the piston 3 with the rod 4 and tip 5 creates mechanical vibrations inside the tip cavity in the axial direction, which are reflected from the surface of the rod 4 in the direction of the capillary hole 6, pass through it and simultaneously push the heated solder onto the surface of the substrate material. When the capillary hole 6 comes into contact with the solder protruding from it with the surface of the dielectric material of the substrate under the influence of ultrasonic mechanical vibrations, cavitation of the solder occurs on the treated surface. The solder adheres to the surface of the substrate material, wets it, and when the soldering iron moves along the surface of the substrate according to a predetermined pattern, it is “pulled” by the wetted surface of the substrate from the capillary hole 6.

Дозирование расхода припоя происходит автоматически в зависимости от скорости перемещения паяльника по поверхности материала подложки. Одновременно воздух, подаваемый в корпус 1 через отверстие 2, проходя через пористые прокладки 7, предохраняет от перегрева паяльник в целом. Dosing of solder consumption occurs automatically depending on the speed of the soldering iron on the surface of the substrate material. At the same time, the air supplied to the housing 1 through the hole 2, passing through the porous gaskets 7, protects the soldering iron as a whole from overheating.

По мере расхода припоя поршень 3 со штоком 4 смещаются внутрь наконечника 5. При полном расходе припоя паяльник отключают от источников тока и подачи воздуха, затем наконечник 5 вынимают из корпуса 1 и заполняют гранулами твердого припоя. As the solder is consumed, the piston 3 with the rod 4 is displaced inside the tip 5. At full consumption of the solder, the soldering iron is disconnected from the current sources and air supply, then the tip 5 is removed from the housing 1 and filled with solder granules.

Использование ультразвукового паяльника предлагаемой конструкции позволяет повысить производительность, обеспечить стабильность и эффективность пайки и металлизации. Кроме того, паяльник прост по конструкции и более удобен в эксплуатации. The use of an ultrasonic soldering iron of the proposed design allows to increase productivity, ensure stability and efficiency of soldering and metallization. In addition, the soldering iron is simple in design and more convenient to use.

Claims

An ultrasonic soldering iron comprising a housing, a magnetostrictive transducer, a heating device and a working tip, characterized in that the working tip is hollow for filling with solders and mounted axially movable in the housing, while the soldering iron is equipped with an ultrasonic vibration reflector made in the form of a piston with rod installed with the possibility of axial movement in the housing and the working tip, and the heating device is made in the form of a field coil a high frequency.