Электрический паяльник

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

П9) П!) y(59 В 23 К 3 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг.l

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 2838375/25-27 (22) 13.11.79 (46) 07.09.83. Бюл. 9 33 (72) В.Н.Слюсарь, С.М.Рузин и Я.A.Êàñìàí (71) Ленинградский институт ядерной . физики им. Б.П.Константинова (53) 621.791.033(088,8) (56) 1. Патент США Р 3518407, кл. 219-229, 30.06.70. .2. Патент Японии Р 52-26749, кл. В 23 К 3/02, 15.07 ° 77 (прототип). (54 ) (57) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПАЯЛЬНИК, содержаший паяльный стержень -и нагреватель из полупроводникового материала, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью улучшения его эксплуатационных характеристик, полупроводниковый материал имеет р-э-переход с малым динамическим сопротивлением на участке обратимого лавинообразного пробоя и большим положительным температурным коэффициентом напряжения пробоя.

1039б63

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 полупроводникового материала, .обладающего при определенной темпе- ратуре большим положительным коэффициентом сопротивления $1) .

- Однако этот паяльник обладает следующими недостатками: нагреватель изготавливается на определенную температуру, которую невозможно изменять в процессе эксплуатации, 15 причем положение критической (рабочей) температуры материала дрейфует за счет старения и загрязнения, корректировать же изменившуюся рабочую температуру путем изменения 20 приложенного напряжения практически невозможно; наличие "варисторного" эффекта приводит к снижению величины температурного коэффициента 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 матери алы обладают пониженной величиной температурного коэффициента сопротивления .

Известен также электрический паяльник, содержащий паяльный стержень и нагреватель из полупроводникового материала, например 5i и Ge и т.п. $2) .

Чистые полупроводниковые (ПП) материалы обладают при нормальной температуре очень высоким удельным 40 сопротивлением, что является существенным препятствием к изготбвлению нагревателя из них, так как для нормального функционирования такие нагреватели потребовали бы очень 4 высоких питающих напряжений, что недопустимо при монтаже радиокомпонеятов. Добавление в чистые ПП-материалы примесей резко уменьшает их удельное сопротивление, что в принципе делает возможным изготовление нагревателя паяльника с нап ряжением 10-300 В.

Недостатком такого нагревателя (так же как и нагревателя из чисто-, го полупроводникового материала) является большой отрицательный температурный коэффициент сопротив ления (все ПП термосопротивления имеют отрицательный TKR величиной в несколько процентов на градус 60

Цельсия). Действительяо, при включении такого нагревателя .под нап" ряжение в начальный момент протека" ет очень малый ток (сопротивление велико) и он начинает медленно ра.зогреваться 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 специальных мер, например ограничения тока на определенном уровне. Однако такой паяльник с ограничением тока обладает очень низким КПД, так как на ограничительном резисторе выделяется мощность, во много раз превышающая 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 -и-переход с малым динамическим сопротивлением на участке обратимого лавинообразного пробоя и большим положительным температурным 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 припоем б припаян кристалл 7 из полупроводникового материала, в котором сформирован р -и-переход. K р -И-переходу через балластный резистор прикладывается обратное напряжение, несколько превышающее напряжение пробоя р -tl-перехода.

Паяльник работает следующим образом.

При подаче напряжения на кристалл-нагреватель на нем начинает выделяться мощность, что приводит к быстрому разогреву паяльного стержня 1. Так как размеры кристалла-нагревателя черезвычайно малы (1х2х2 мм ), нагреватель может быть расположен непосредственно вблизи рабочей поверхности жала 8, а паяльное жало может быть весьма малых размеров (диаметром 2,5 мм и менее и длиной около 10 мм - такого запаса достаточно на производственный износ), мощность, необходимая для получения заданной температуры рабочей поверхности, резко уменьшается.

В предложенном паяльнике качественная пайка микросхем и полупроводниковых приборов обеспечивается при

1039663 подводимой мощности около одного ватта. Диаметр трубки 2 немногим более диаметра паяльного стержня, а длина этой трубки практически не ограничена, так как нагреватель находится на паяльном жале, что поз» воляет,изготавливать паяльник большой длины и малого диаметра для работы в труднодоступных местах.

Использование кристалла с Р -й-пере-. ходом, имеющего вольтамперную характеристику с положительным темпераурным коэффициентом напряжения

ТКН), способствует быстрому выходу на тепловой режим и существенно более высокому КПД. Кроме того, благо- )5 даря положительному TKH исключается возможность неограниченного саморазогрева паяльного стержня даже при малых балластных сопротивлениях.

Мощность, выделяемая на балластном сопротивлении, не превышает 0,30,5 Вт, что позволяет разместить .его в ручке паяльника (т.е. электрический,КПД паяльника составляет

60-80%) .Вольтамперная характеристика

° ° агревателя и зависимость этой хактеристики от температуры (см. фиг. 3) и определяют, в конечном счете, положительные свойства паяльника. При определенном напряжении

0о на электродах прибора, например стабилитрона, предлагаемого в качестве нагревателя, ток начинает быстро возрастать. Напряжение ц о является напряжением лавинообразного пробоя p --Tl-перехода. Температурная Зз зависимость напряжения пробоя оценивается величиной Э о относи3Т0о тельным температурным коэффициентом напряжения пробоя (для стабилитронов это относительный ТКН стабилизации) .

Резкое возрастание тока при напряжениях выше 0о происходит из-за лавинообразного размножения носите- . лей в запертом р -ll-переходе прибора. 45

Температура нагревателя зависит от мощности, рассеиваемой в р -и-переходе, т.е. от.приложенного напряже-! ния. Благодаря положительному TKH пробоя в паяльнике имеет место ста- 50

; билизация температуры нагревателя при неизменном приложенном напряжении. Так, на фиг. 3 указаны две вольтамперные характеристики р - йперехода: одна при исходной темпе, ратуре То, 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 -П-перехода на участке проaU боя г = — 1 незначительное пониже 1 / ние температуры вызывает резкое увеличение тока через нагреватель и соответствующее увеличение выделяемой мощности, стремящееся поддержать температуру йагревателя на прежнем уровне. Качество стабилизации тем выше, чем больше относительно (в процентах) изменение выделяемой в нагревателе мощности при изменении температуры нагревателя на 1ОG.

Для предлагаемого паяльника

Эр/Ро "о

ЗТ г т.е. стабильность температуры нагревателя (а также и эксплуатационные, свойства паяльника) 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 о6 свести к минимуму (так как увеличение увеличивает температурную нестабильность стабилизаторов напряжения). Но даже с такими приборами стабилизация температуры нагревателя значительно улучшается.

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

1039663

Фиг.2

7 1o

Тох нагре5аар

AF н

Напр яжемие на наеребавеле

Составитель Е.Тютченкова

Техред Т.Маточка Корректор С. Шекмар

Редактор М. Келемеш

Заказ 6795/11 Тираж 1106 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4