Электрический паяльник Советский патент 1983 года по МПК B23K3/02 

1. I zz

i

5 4

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙПАЯЛЬНИК, содержащий паяльньой стержень -и нагреватель из полупроводниково1 о материала, отличающийся тем, что, с целью улучшения его эксплуатационных характеристик, полупроводниковый материал имеет р-п-переход с малым динамическим сопротивлением на участке обратимого лавинообразного пробоя и большим положительным темпе.ратурным коэффициентом напряжения пробоя.

СО со а:

О) 00

Изобретение относится к пайке и может быть использовано для проведения монтажа элементов радиоэлектронной аппаратуры (микросхем, транзисторов и т.п.) .

Известен электрический паяльник, содержащий нагреватель,, выполненный из по.лупроводникового материала, обладаю14его при определенной температуре большим положительным коэффициентом сопротивления 1 ,

Однако этот паяльник обладает следующими недостатками: нагревател изготавливается на определенную температуру, которую невозможно изменять в процессе эксплуатации, причем положение критической (рабочей) температуры материала дрейфует за счет старения и загрязнения корректировать же изменившуюся рабочую температуру путем изменения приложенного напряжения практически невозможно; наличие варисторного эффекта приводит к снижению величины температурного коэффициент сопротивления и ухудшению положительных свойств материалов при нагреве их путем пропускания электрического тока; для нагревателей паяльников необходимы материалы с рабочей температурой 250 С и выше, а также материалы обладают пониженной величиной температурного коэффициента сопротивления.

Известен также электричес-кий паяльник, содержащий паяльный стержень и нагреватель из полупроводникового материала, например 5i и Ge и т.п. 2 .

Чистые полупроводниковые (пп) материалы обладают при нормальной текшературе очень высоким удельным сопротивлением, что является существенным препятствием к изготовлению нагревателя из них, так как для нормального функционирования такие нагреватели потребовали бы очень высоких питающих напряжений, что недопустимо при монтаже радиокомпонентов. Добавление в чистые ПП-материалы примесей резко уменьшает их удельное сопротивление, что в принципе делает возможным изгото вление 1 агревателя паяльника с напряжением 10-300 В.

Недостатком такого нагревателя (так же как и нагревателя иэ чистого полупроводникового материала) является большой отрицательный температурный коэффициент сопротивления (все ПП термосопротивления имеют отрицательный TKR величиной в несколько процентов на градус Цельсия). Действительно, при включении такого нaf peвaтeля .под на ряжение в начальный момент протекает очень малый ток (сопротивление велико) и он начинает медленно разогреваться. Но по мере разогрева сопротивление нагревателя начинает падать, ток возрастает, что приводит к еще большему разогреву и увеличению тока, что, в конечном итоге может привести к разрушению паяльника, если не предпринять специаль ных мер, например ограничения тока на определенном уровне. однако тако паяльник с ограничением тока обладает очень низким КПД, так как на ограничительном резисторе выделяется мощность, во много раз превышгцощая мощность паяльника.

Цель изобретения - повышение эксплуатационных характеристик паяльника.,

Указанная цель достигается тем, что в электрическом паяльнике, содержащем паяльный стержень и нагреватель из полупроводникового материала, полупроводниковый материал имеет р -п-переход с малым динамическим сопротивлением на участке обратимого лавинообразного пробоя и большим положительным темпер турным коэффициентом напряжения пробоя

На фиг. 1 изображен предлагаемый паяльник, общий вид; на фиг. 2 паяльное жало в двух проекциях; на фиг. 3 - зависимость вольтамперной характеристики от температуры.

Паяльник содержит ручку 1 из изоляционного материала с трубкой 2 В трубку 2 запрессовано медное жало 3. Питающие выводы 4 выведены через хлорвиниловую трубку 5. К паяльному жалу 3 тугоплавким припое б припаян кристалл 7 из полупроводникового материала, в котором сформирован р -п-переход. К р-li-переход через балластный резистор прикладывается обратное напряжение, несколько превышающее напряжение пробоя р-П-перехода.

Паяльник работает следующим Образом.

При подаче напряжения на крис. талл-нагреватель на нем начинает выделяться мощность, что приводит к быстрому разогреву паяльного стержня 1. Так как размеры кристалла-нагревателя чрезвычайно малы (1x2x2 мм), нагреватель может быть расположен непосредственно вблизи рабочей поверхности жала 8, а паяльное жгшо может быть весьма малых размеров (диаметром 2,5 мм и менее и длиной около 10 мм - такого запаса достаточно на производственный износ}, мощность, необхрдимая для получения заданной температуры рабочей поверхности, резко умень- . шается.

В предложенном паяльнике качественная пайка микросхем и полупроводниковых приборов обеспечивается при

подводимой мощности около одного ватта. Диаметр трубки 2 немногим более диаметра паяльного стержня, а дли.на этой трубки практически не ограничена, так как нагреватель находится на паяльном жале, что позволяет,изготавливать паяльник большой длины и малого диаметра для работы в труднодоступных местах. Использование кристалла с р-И-переходом, имеющего вольтамперную харак- Ю теристику с положительным температурным коэффициентом напряжения (ткн|, способствует быстрому выходу на тепловой режим и существенно более высокому КПД. Кроме того, благо- 15 даря положительному ТКН исключается возможность неограниченного саморазогрева паяльного стержня даже при малых балластных сопротивлениях. Мсэдность, выделяемая на балластном 20 сопротивлении, не превышает 0,30,5 Вт, что позволяет разместить его в ручке паяльника (т.е. электрический, КПД паяльника составляет 60-80%) .Вольтамперная характеристика 25 агревателя и зависимость этой характеристики от температуры (см. фиг. з) и определяют, в конечном счете, положительные свойства паяльника. При определенном напряжении jUj) на электродах прибора, например стабилитрона, предлагаемого в качественагревателя, ток начинает быстро возрастать. Напряжение U является напряжением лавинообразного пробоя р -П-перехода. Температурная 35 зависимость напряжения пробоя оценивается величиной w.jlJJo относи -Зтио - . тельным температурным коэффициенте

напряжения пробоя (для стабилитро,нов это относительный ТКН стабилизации).

Резкое возрастание тока при напряжениях выше UQ происходит из-за лавинообразного размножения носите- . лей в запертом р-Я-переходе прибора. 45 Температура нагревателя зависит от мощности, рассеиваемой в р -п-переходе, т.е. оТчПриложенного напряжеия. Благодаря положительному ТКН пробоя в паяльнике имеет место ста- i 50 билизация температуры нагревателя при неизменном приложенном напряжении. Так, на фиг. 3 указаны две

вольтамперные характеристикир -Пперехода: одна при исходной темпе, ратуре TQ, другая - при пониженной температуре Т, (понижение температуры происходит, Например, при касании жалом паяльника массивной де- . тали, подлежащей пайке). Благодаря крутому наклону характеристик (малому значению динамического сопротивления р -П-перехода на участке проiU V

боя г 1 незначительное понижение температуры вызывает резкое увеличение тока через нагреватель и соответствующее увеличение выделяемой мощности, стремящееся поддержать температуру нагревателя на прежнем уровне. Качество стабилизации тем выше, чем больше относительно (в процентах) изменение выделяемой в нагревателе мощности при изменении температуры нагревателя на . Для предлагаемого паяльника ЗР/Ро. RO

.-Wт.е. стабильность температуры нагревателя (а также и эксплуатационные, свойства паяльникаУ тем лучше, чем больше температурный коэффициент напряжения пробоя р -и-перехода и чем меньше его динамическое сопротивление. Для изготовления опытных образцов используются лишьр -П-переходы от серийно выпускаемых кремниевых стабилитронов, при изготовлении которых стремятся об свести к минимуму (так как увеличение ( увеличивает температурную нестабильность стабилизаторов напряжения). Но даже с такими приборами стабилизация темпратуры нагревателя значительно улучшается.

Таким образом, предлагаемый паяльник обладает по сравнению с базовым объектом, в качестве которюго принят прототип, высоким КПД, повышенным удобством в эксплуатации благодаря малым габаритам и подводимой мощности и быстрым выходом на рабочий режим, простотой конструктивного исполнения и дешевизной при его изготов.ленки. В качестве основного элемента паяльника-нагревателя могут быть использованы кристаллы стабилитронов массово выпускаемые промышленностью.

/. Гок . нагребете Трк при пони енаи температура от TO до Т Jtof j odmfij: cmMHuuTQ , .З А. л W ° - приложенное Напряжение напряжение на нагревателе