СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОЙ ПАЙКИ АНТЕННО-ФИДЕРНЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2018 года по МПК B23K1/00 H01Q1/00 

Изобретение относится к области космического машиностроения и может быть использовано при изготовлении антенно-фидерных устройств космических летательных аппаратов, участвующих в обеспечении связи космического аппарата с Землей с заданными радиотехническими характеристиками, а также оптимизации конструкции антенно-фидерных устройств, направленной на создание высоконадежных низкотемпературных паяных соединений с длительным сроком использования. Изобретение может быть использовано в других областях техники, где изготавливают и применяют антенно-фидерные устройства с заданными прочностными и радиотехническими характеристиками, большими сроками использования по целевому назначению.

В настоящее время наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ соединения оптических элементов (заявка на изобретение RU №98116472) посредством бесконтактной пайки, который заключается в использовании в качестве припоя свинца, подаваемого блоками подачи свинца и нагревом области пайки лазерными лучами.

Этот способ принят за прототип заявляемому техническому решению.

К недостаткам способа соединения следует отнести необходимость: применения оптических систем при пайке, юстировки и фокусировки оптических систем, поддержания требуемой точности времени предварительного нагрева, основного нагрева и завершающего нагрева зоны пайки, использования механической системы подачи свинца, техническую сложность регулирования температуры пайки в зоне нагрева. Способ обладает повышенной сложностью и трудоемкостью при изготовлении, небезопасен для органов зрения.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение процесса пайки, снижение трудоемкости, повышение точности соединения и прочности паяного шва.

Предлагаемый способ пайки антенно-фидерных устройств исключает: применение оптических систем, юстировку и фокусировку оптических систем, механический контакт паяемых деталей и паяльных материалов с устройством нагрева, применение лазера для нагрева зоны пайки, использование механической системы подачи свинца, завершающий нагрев зоны пайки; упрощает точность поддержания времени предварительного и основного нагрева, упрощает регулирование температуры пайки, улучшает точность соединения деталей (например, за счет исключения перемещения деталей при пайке), улучшает прочностные характеристики паяного шва (например, за счет уменьшения количества интерметаллических соединений в паяном шве при снижении температуры в зоне пайки до минимально возможной), упрощает процесс пайки (например, за счет сокращения числа и упрощения операций пайки).

Данная задача решается за счет того, что при пайке антенно-фидерного устройства закрепляют паяемые детали с помощью приспособлений, исключающих перемещение; в качестве паяльного материала используют паяльную пасту, соответствующую материалу или покрытию материала паяемых деталей; предварительный нагрев зоны пайки выполняют с нанесенной на нее паяльной пастой, при этом, зону пайки нагревают бесконтактным термовоздушным конвекционным способом до температуры, при которой флюс не активируется, а припой не расплавляется; окончательный нагрев зоны пайки проводят бесконтактным термовоздушным конвекционным способом до температуры, при которой сначала активируется флюс, снимая окислы в зоне пайки, а затем расплавляется паяльная паста; при полном расплавлении паяльной пасты и смачивании расплавленной паяльной пастой паяемых деталей процесс нагревания прекращают.

Способ бесконтактной пайки антенно-фидерных устройств заключается в последовательном выполнении следующих технологических операций:

1. Выбор паяльной пасты, содержащей шарики низкотемпературного припоя и флюс, химический состав шариков припоя и температура пайки паяльной пасты должны соответствовать материалу или покрытию материала паяемых деталей; подготовка пасты к нанесению.

2. Выбор оборудования для пайки, позволяющего выполнить нагрев зоны пайки до заданных значений температуры бесконтактным способом: термовоздушным конвекционным или инфракрасным.

3. Обезжиривание деталей, заключающееся в удалении загрязнений путем нанесения на детали (например, кисточкой) растворителя (например, спирто-нефрасовой смеси);

4. Сушка деталей, заключающаяся в выдержке собранных деталей (например, при комнатной температуре) под вытяжкой до высыхания растворителя;

5. Сборка деталей, заключающаяся в совмещении с заданной точностью паяемых деталей (например, в приспособлении типа тиски, струбцина, исключающем перемещение);

6. Нанесение паяльной пасты на детали, заключающееся в заполнении (например, шприцем) паяльной пастой зоны паяльного шва, учитывая уменьшение объема пасты на 1/4-1/3 после оплавления;

7. Предварительный нагрев зоны пайки, заключающийся в нагреве зоны соединения деталей с нанесенной паяльной пастой до температуры, исключающей активацию флюса (например, для пасты 7070, до температуры не более плюс 100°С);

8. Временная выдержка зоны пайки при температуре предварительного нагрева, заключающаяся в выдержке зоны соединения деталей с нанесенной паяльной пастой при температуре, достигнутой при предварительном нагреве, в течение заданного времени (например, для пасты 7070 - при температуре плюс 90°С плюс 100°С, в течение не менее трех минут);

9. Окончательный нагрев зоны пайки, заключающийся в доведении зоны соединения деталей с нанесенной паяльной пастой до температуры, превышающей температуру плавления паяльной пасты не менее, чем на плюс 30°С (например, для пасты 7070 - до температуры не менее плюс 175°С);

10. Охлаждение зоны пайки, заключающееся в понижении температуры зоны соединения деталей до комнатной температуры;

11. Отмывка зоны пайки, заключающаяся в удалении остатков флюсовых загрязнений из зоны пайки путем промывки в растворителе, например, в спирте спаянных деталей;

12. Контроль пайки, заключающийся в визуальном осмотре состояния паяного шва на отсутствие дефектов.

Пример выполнения способа бесконтактной пайки:

1. Материалом покрытия паяемых деталей является серебро и золото. Выбираем паяльную пасту 7070 ТУ005.00387275-07, химический состав шариков припоя, флюса и температура пайки которой соответствуют материалу покрытия паяемых деталей;

Перед применением пасту тщательно перемешивают в течение 5-10 минут в зависимости от количества пасты. Перемешивать следует медленными круговыми движениями, не взбивая пасту, чтобы не захватить пузырьки воздуха.

Проводят контроль внешнего вида пасты визуальным осмотром. По внешнему виду паяльная паста должна представлять однородную массу без комков, посторонних включений, «пенкообразований» на поверхности, от серого до темно-серого цвета.

Наполняем шприц объемом 10-40 мл паяльной пастой 7070.

2. Выбираем оборудование для пайки, например, термовоздушным способом: цифровой пневматический дозатор TS-250, паяльная станция НАKKО FR-802, ремонтная станция НАKKО FR-803, штативы для термовоздушных паяльных станций, микроскоп 20-кратный, приспособление для сборки.

Устройства нагрева станций НАKKО FR-802 и НАKKО FR-803 закрепляют на штативах. Устанавливают на устройствах нагрева станций насадки, соответствующие паяемым деталям.

Устанавливают на паяльной и ремонтной станциях НАKKО FR-802 и НАKKО FR-803 режимы нагрева, соответствующие режимам пайки деталей.

3. Паяемые детали проверяют на отсутствие механических повреждений, загрязнений, посторонних частиц внешним осмотром. Обезжиривают поверхности, подлежащие пайке, салфеткой, смоченной в спирто-нефрасовой смеси и отжатой.

4. Сушат обезжиренные поверхности деталей при комнатной температуре до высыхания растворителя;

5. Собирают паяемые детали с помощью приспособлений, исключающих перемещение.

6. Устанавливают иглу для дозирования на шприц с паяльной пастой. Диаметр иглы выбирают в зависимости от размеров поверхности, на которую наносят пасту, и типа применяемой паяльной пасты. Для припойной пасты 7070 используют иглы диаметром 0,406-0,508 мм. Устанавливают на дозаторе TS-250 порционный режим согласно инструкции по эксплуатации и обслуживанию. Проводят пробную дозацию. Размер, количество и форму доз паяльной пасты изменяют в зависимости от размеров поверхностей паяемых деталей, на которые наносят пасту, увеличивая или уменьшая давление воздуха в пределах от 3 до 5 бар. Паяльная паста не должна выходить за пределы паяемых поверхностей. Расчетная удельная доза паяльной пасты - 0,72 мг/мм².

7. Предварительно нагревают зону пайки паяемых деталей с нанесенной паяльной пастой паяльной станцией НАKKО FR-802 до температуры от плюс 90°С до плюс 100°С, при которой флюс не активируется, а припой не расплавляется.

8. Проводят выдержку зоны пайки паяемых деталей с нанесенной паяльной пастой при температуре предварительного нагрева от плюс 90°С плюс 100°С в течение не менее трех минут (для пасты 7070). Время выдержки подбирается экспериментально для гарантированного равномерного прогрева зоны пайки.

9. Окончательно нагревают зону пайки паяемых деталей до температуры не менее плюс 175°С. Наблюдают за полным расплавлением паяльной пасты и смачиванием расплавленной паяльной пастой паяемых деталей.

10. Охлаждают паяемые детали до комнатной температуры.

11. Снимают детали с приспособления. Промывают места пайки салфеткой, смоченной в спирте. Остатки флюса не допускаются. Сушат детали не менее 5 мин в нормальных условиях.

12. Выполняют осмотр паяного шва микроскопом с кратностью не менее 20 на соответствие чертежу.

Применение бесконтактного способа пайки позволяет соединять детали антенно-фидерных устройств различных геометрически форм и размеров, в том числе выполнять паяные соединения в труднодоступных или недоступных для контактных видов пайки местах, что позволяет реализовывать различные конструкции антенно-фидерных устройств с высокой точностью сопряжения.

Изобретение может быть использовано при изготовлении антенно-фидерных устройств космических летательных аппаратов. Паяемые детали закрепляют с помощью приспособлений, исключающих их перемещение. В качестве паяльного материала используют паяльную пасту, соответствующую материалу или покрытию материала паяемых деталей. Предварительный нагрев зоны пайки выполняют с нанесенной на нее паяльной пастой, при этом зону пайки нагревают бесконтактным методом до температуры, при которой флюс не активируется, а припой не расплавляется. Окончательный нагрев зоны пайки проводят бесконтактным методом до температуры, при которой сначала активируется флюс, снимая окислы в зоне пайки, а затем расплавляется паяльная паста. При полном расплавлении паяльной пасты и смачивании расплавленной паяльной пастой паяемых деталей процесс нагревания прекращают. Способ позволяет соединять детали антенно-фидерных устройств различных геометрически форм и размеров, в том числе выполнять паяные соединения в труднодоступных или недоступных для контактных видов пайки местах, что позволяет реализовывать различные конструкции антенно-фидерных устройств с высокой точностью сопряжения. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

1. Способ бесконтактной пайки антенно-фидерных устройств, включающий закрепление паяемых деталей с помощью приспособлений, исключающих их перемещение, предварительный нагрев зоны пайки паяемых деталей, окончательный нагрев до расплавления паяльного материала, отличающийся тем, что в качестве паяльного материала используют паяльную пасту, соответствующую материалу или покрытию материала паяемых деталей, предварительный нагрев зоны пайки выполняют с нанесенной на нее паяльной пастой, при этом зону пайки нагревают бесконтактным методом до температуры, при которой флюс не активируется, а припой не расплавляется, а окончательный нагрев зоны пайки проводят бесконтактным методом до температуры, при которой сначала активируется флюс, удаляя окислы в зоне пайки, а затем расплавляется паяльная паста, причем при полном расплавлении паяльной пасты и смачивании расплавленной паяльной пастой паяемых деталей процесс нагревания прекращают.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве метода нагрева зоны пайки используют инфракрасный или термовоздушный конвекционный нагрев или их комбинацию.