Пристрій для паяння складених п`єзокерамічних перетворювачів

Изобретение относится к области электронной техники, а точнее, к области технологии изготовления пьезокерамических преобразователей электромеханических фильтров. Известно устройство для пайки пьезапреобразователей, содержащее сборочный механизм, силовые электроды, командный вал с электроприводом и блок электрического питания. Блок электрического питания, содержащий трансформатор и элементы коммутации, служит для питания цепи нагрева металлического резонатора. Пайка преобразователей осуществляется нагревом металлического резонатора путем пропускания через него электрического тока. [Авт. св. СССР №1145558, кл. В 23 К 3/00, 1984] Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает необходимой повторяемости термодинамических процессов из-за образования окисных пленок на контактирующи х поверхностях и нестабильности микрогеометрии этих поверхностей при их соприкосновении. При пайке металлических резонаторов с предварительно поляризованными пьезокерамическими элементами это приводит к увеличению разброса резонансного промежутка преобразователей из-за изменяющихся условий деполяризации и, как следствие, к снижению выхода годных изделий. Известно устройство для пайки составных пьезокерамических преобразователей, включающее в свой состав источник нагрева, механизм фиксации взаимного положения деталей, блок управления режимами пайки, а также источник поляризующего напряжения, подключаемый к электродам пьезокерамического элемента [Авт.св. СССР №1145558, кл. В 23 К 3/00, 1984]. Недостатком известного устройства для пайки составных пьезокерамических преобразователей является неизменность величины поляризующего напряжения в процессе нагрева, не позволяющая достичь максимальной эффективности поляризации вследствие необходимости снижения величины поляризующего напряжения на пьезоэлементах при повышенных температурах, когда величина пробивного напряжения пьезоэлементов понижена. Поэтому при задании режимов поляризации величину постоянного поляризующего напряжения приходится ограничивать величиной пробивного напряжения в наиболее нагретом состоянии. При этом учитываются также колебания тепловых режимов, вызванные разбросом свойств материалов элементов и условий их охлаждения. В результате ограничения поляризующего напряжения не достигается максимальная эффективность поляризации и, соответственно, снижаются пьезокерамические свойства преобразователей, вследствие чего снижается выход годных изделий. Целью изобретения является обеспечение регулирования напряжения поляризации в процессе пайки и вследствие это го увеличение выхода годных преобразователей путем увеличения пьезоэлектрической активности преобразователей. Цель достигается тем, что в устройство для пайки составных пьезокерамических преобразователей, содержащее источник нагрева, механизм фиксации взаимного положения деталей, блок управления режимами пайки, источник поляризующего напряжения, введен делитель напряжения, состоящий из двух последовательно соединенных резисторов, с подключением его к источнику поляризующего напряжения, а пьезокерамический элемент подключен к одному из резисторов, величина сопротивления которого равна где Uп - напряжение источника поляризующего напряжения; Uпр - предпробивное значение напряжения на пьезоэлементе в ненагретом состоянии; U'пр - предпробивное значение напряжения на пьезоэлементе в наиболее нагретом состоянии; Rэ - активное сопротивление пьезоэлемента в ненагретом состоянии; Rэ - активное сопротивление пьезоэлементов в наиболее нагретом состоянии; а величина сопротивления второго резистора равна Для вывода данных соотношений использовались две закономерности: первая - уменьшение величины сопротивления пьезокерамических материалов при нагреве и вторая - уменьшение при нагреве пьезокерамических материалов пробивного напряжения. Теоретически и практически показано, что величина пробивного напряжения в диапазоне температур нагрева при пайке изменяется по закону, близкому к линейному. По линейному закону в данном диапазоне температур изменяется и активное сопротивление пьезокерамических материалов. На чертеже представлена структурная схема устройства для пайки составных пьезокерамических преобразователей. Устройство для пайки составных пьезокерамических преобразователей содержит составной пьезокерамический преобразователь 1, закрепленный в механизме фиксации 2, источник нагрева 3, подключенный к составному пьезокерамическому преобразователю 1, делитель напряжения 4, подключенный к составному пьезокерамическому преобразователю 1, источник поляризующего напряжения 5, подключенный к делителю напряжения 4 и блок управления режимами пайки 6, подключенный к источнику поляризующего напряжения 5 и источнику нагрева 3. Устройство для пайки составных пьезокерамических преобразователей работает следующим образом. Предварительно закрепленный в механизме фиксации 2 составной пьезокерамический преобразователь 1 нагревают источником нагрева 3 до заданной температуры, одновременно с источником нагрева 3 включают источник поляризующего напряжения 5, работой которого управляет блок управления режимами пайки 6. Через промежутки времени, заданные блоком управления режимами пайки 6, отключают источник нагрева 3, а затем источник поляризующего напряжения 5. На этом цикл пайки составного пьезокерамического преобразователя считается законченным. Применение делителя напряжения из двух резисторов с величинами сопротивлений, определенных из приведенных выражений, позволяет обеспечить максимальную эффективность поляризации пьезоэлемента за счет поддержания величины поляризующего напряжения в процессе нагрева на максимальном уровне не превышающем значения, при котором развивается пробой. Предлагаемое подключение пьезокерамического элемента параллельно одному из резисторов делителя позволяет установить величину напряжения поляризации до нагрева на максимальном уровне и обеспечивает снижение этого напряжения при нагреве вследствие уменьшения активного сопротивления пьезокерамического элемента. При этом использование приведенных соотношений позволяет подобрать резисторы таким образом, чтобы уменьшение подведенного к пьезоэлементу напряжения соответствовало бы уменьшению его электрической прочности. При выводе приведенных соотношений известными считаются: Uп - напряжение источника поляризующего напряжения; Rэ - сопротивление пьезоэлемента до нагрева; R'э - сопротивление пьезоэлемента в наиболее нагретом состоянии; Uпр - предпробивное напряжение пьезоэлемента (максимальное напряжение, при котором пробой не происходит) до нагрева; U'пр - предпробивное напряжение пьезоэлемента в наиболее нагретом состоянии. Для обеспечения требуемого распределения напряжения на делителе необходимо чтобы через резистор R2 проходил ток до нагрева а при достижении максимальной температуры Из выражений (1) и (2) можно получить Если учесть, что ток, проходящий через резистор R2, равен сумме токов проходящих через резистор R1 и активное сопротивление пьезоэлемента R3, то выражения (3) и (4) можно записать в виде Приравняв правые части выражений (5) и (6) друг др угу, получим После преобразований получим Пример. Производилась пайка составных пьезокерамических преобразователей канальных электромеханических фильтров. К металлической пластине припаивались пьезокерамические элементы из материала ЦТС-35 размером 3,8мм х 2,4мм и толщиной 0,3 мм. Напряжение источника поляризующего напряжения - 1000 В. Предпробивное напряжение до нагрева 400 В. Предпробивное напряжение в наиболее нагретом состоянии 200 МОм. Активное сопротивление пьезоэлементов в холодном состоянии 200 МОм. Активное сопротивление пьезоэлементов в наиболее нагретом состоянии 1 МОм. R1 = 1,7MOm; R 2 = 2,5 МОм. Расчет и экспериментальная проверка показала, что в процессе пайки происходит изменение напряжения на пьезоэлементе от 400 до 200 В при нагреве, затем увеличение до 400 В при его охлаждении. При изменении величины поляризующего напряжения Uп до 600 В расчетные значения равны R1 = 3 МОм, R2 = 1,5 МОм. Результаты опытной проверки показали, что в результате применения предложенного технического решения выход годных составных пьезокерамических преобразователей увеличился с 71 до 84.