УСТРОЙСТВО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ЛУЖЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1994 года по МПК B23K3/06 

Изобретение относится к пайке, в частности к устройствам для лужения изделий методом погружения в расплавленный припой и подачи в него ультразвуковых колебаний, и может быть использовано в электронной, радио- и электротехнической промышленности.

Известно устройство, содержащее небольшие по размерам ванночки с расплавленным припоем, жестко закрепленные на волноводе ультразвуковой колебательной системы в месте пучности ультразвуковой волны [1]. Форма ванночки, как правило, соответствует форме обслуживаемого изделия. К недостаткам подобных устройств следует отнести малую массу припоя, что вызывает необходимость частой его смены в результате окисления, а также неравномерность амплитуды колебаний в пределах зоны лужения, что снижает качество изделия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является устройство ультразвукового лужения изделий [2], которое состоит из магнитострикционного преобразователя, акустического трансформатора упругих колебаний и волновода, рабочий конец которого имеет Г-образную форму и опущен в ванну с расплавленным припоем. При колебании Г-образного конца на припой действует подъемная сила, которая поднимает его до уровня верхней пучности, в зоне которой и осуществляется лужение.

Недостатками известного способа являются малые размеры рабочей зоны лужения, неравномерность распределения амплитуды колебаний вдоль Г-образного конца волновода, что снижает качество лужения изделий.

Цель изобретения - повышение качества лужения изделий за счет равномерного распределения амплитуды ультразвуковых колебаний в рабочей зоне лужения, соответствующей размерам обслуживаемого изделия.

Это достигается тем, что устройство ультразвукового лужения снабжено излучающей пластиной, жестко закрепленной одним концом на волноводе в месте пучности ультразвуковых колебаний и погруженной в ванну с расплавленным припоем на глубину, равную длине обслуживаемых выводов изделия и имеющей длину, не превышающую λ/8, где λ- длина ультразвуковой волны в материале пластины.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство ультразвукового лужения наряду с магнитострикционным преобразователем, акустическим трансформатором упругих колебаний, волноводом, ванной с расплавленным припоем, дополнительно снабжено металлической пластиной, жестко закрепленной на волноводе в месте пучности ультразвуковых колебаний и погруженной в припой основной частью. Пластина излучает колебания в расплавленный припой, создавая локальную зону лужения на глубине, равной длине облуживаемых выводов изделий. Для равномерности распределения амплитуд колебаний пластина имеет длину, не превышающую λ/8, где λ- длина ультразвуковой волны в материале пластины.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - график зависимости распределения амплитуд ультразвуковых колебаний вдоль пластины.

Устройство содержит магнитострикционный преобразователь 1, акустический трансформатор упругих колебаний 2, волновод 3, излучающую пластину 4, ванну с расплавленным припоем 5. Излучающая пластина выполнена из материала с высокой акустической добротностью, например титанового сплава ВТ-5, стали Ст. 45 и имеет два участка, соединенных плавным изгибом. В верхнем более коротком участке выполнено отверстие, по диаметру, соответствующее диаметру рабочего торца волновода, который жестко присоединяется в этом месте к излучающей пластине методом пайки тугоплавким припоем, например ПСр45. Нижняя основная часть излучающей пластины погружается в расплавленный припой. Глубина h погружения должна соответствовать длине обслуживаемых выводов изделий.

Магнитострикционный преобразователь 1 имеет герметичный металлический экран 6, который в процессе работы охлаждается проточной водой. Экран крепится к акустическому трансформатору упругих колебаний в месте узла колебаний. С помощью держателя 7 экран, а вместе с ним и ультразвуковая колебательная система перемещаются вертикально по стойке 8, обеспечивая при наладке требуемую глубину h погружения пластины. Длина излучающей пластины не должна превышать λ/8, где λ- длина ультразвуковой волны в материале пластины. При этом условии распределение амплитуд ультразвуковых колебаний вдоль пластины имеет равномерный характер (фиг.2).

При размерах пластины, меньшихλ/8, затрудняется одновременное лужение всех выводов изделия, например резисторных сборок. В том случае, если размеры превышаютλ/8 и достигают λ/4, характер распределения амплитуд колебаний вдоль пластины будет иметь вид стоячей волны с узлами и пучностями колебаний, что ухудшит качество лужения.

Таким образом, при расположении излучающей пластины на глубине h в ванне с расплавленным припоем создается зона интенсивной кавитации, в которой и происходит лужение выводов изделий, погружаемых в припой на эту глубину. В результате локального введения ультразвуковых колебаний в ограниченный объем припоя в ванне резко уменьшается его окисление, повышается качество лужения, снижается мощность, потребляемая от источника ультразвуковых колебаний.

П р и м е р 1. Устройство ультразвукового лужения на базе магнитострикционного преобразователя ПMС-15, питаемого от генератора УЗГ 3-04, использовано для лужения выводов резисторов типа МЛТ-0,25, конденсаторов типа КМ-5а, резисторных сборок Б20.

При напряжении на выходе генератора 150-160 В, частоте колебаний 22-23 кГц, температуре лужения 260-270^o С время лужения 1-2 с. Слой припоя ПОС 61 на выводах равномерный и блестящий. Неравномерность распределения амплитуд колебаний, измеренных контактным виброметром, не превышает 20%.

Применение устройства позволяет обеспечить качественное бесфлюсовое лужение выводов радиоэлементов и микросхем, утративших паяемость в результате длительного складского хранения (свыше 6 мес. и более).

П р и м е р 2. Ультразвуковое лужение радиоэлементов и микросхем осуществляется с использованием предлагаемого устройства при режимах, указанных в примере 1. При этом оцениваются параметры процесса в зависимости от размеров излучающего элемента (таблица 1).

Таким образом размеры облучающего элемента, равныеλ/8, обеспечивают более равномерное распределение амплитуд ультразвуковых колебаний, минимальное время пайки и отсутствие дефектных выводов.

Использование: лужение изделий, преимущественно радиоэлементов и микросхем, путем погружения их выводов в расплавленный припой и подачи в него ультразвуковых колебаний с помощью излучающего элемента специальной формы. Сущность изобретения: устройство снабжено излучающей пластиной, жестко закрепленной одним концом на волноводе в месте пучности ультразвуковых колебаний, погруженной в расплавленный припой, имеющей длину, не превышающую λ/8 , где λ - длина ультразвуковой волны в материале пластины. 2 ил., 1 табл.

УСТРОЙСТВО УЛЬТРАЗВУКОВОГО ЛУЖЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ, преимущественно радиоэлементов и микросхем, содержащее магнитострикционный преобразователь, акустический трансформатор упругих колебаний, волновод и ванну с расплавленным припоем, отличающееся тем, что устройство снабжено излучающей пластиной длиной, не превышающей λ / 8 , где λ - длина ультразвуковой волны в материале пластины, жестко закрепленной одним концом на волноводе в зоне пучности ультразвуковых колебаний и погруженной в ванну с расплавленным припоем.