Паяльний наконечник, що має поверхню із ґратчастою структурою

1. Паяльний наконечник (1) для паяльного пристрою, що містить теплогенеруючу або теплопровідну основну частину (4), що має на зовнішній стороні контактну поверхню (11), щонайменше частини якої можуть змочуватися олов'яним припоєм (12), причому атоми матеріалу контактної поверхні (11) розташовані у вигляді структури металевих або кристалічних ґрат, який відрізняється тим, що в ґратчасту структуру зазначеної контактної поверхні (11) впроваджені заряджені елементарні частки щонайменше одного домішкового матеріалу. 2. Паяльний наконечник за п. 1, який відрізняється тим, що зазначена контактна поверхня (11) є поверхнею контактного шару (7), розташованого на основній частині (4). 3. Паяльний наконечник за п. 1, який відрізняється тим, що зазначена контактна поверхня (11) є поверхнею основної частини (4). 4. Паяльний наконечник за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що заряджені елементарні частки впроваджені у вузли й/або між вузлами ґратчастої структури контактної поверхні (11). 5. Паяльний наконечник за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що, крім заряджених елементарних часток першого домішкового матеріалу, у контактну поверхню (11) також впроваджені заряджені елементарні частки щонайменше одного другого домішкового матеріалу. 6. Паяльний наконечник за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що перший 2 (19) 1 3 95512 4 17. Паяльний наконечник за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що щонайменше на ділянках зазначеної контактної поверхні (11) виконане захисне покриття (14). 18. Паяльний наконечник за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що зазначене захисне покриття (14) містить олово, хром, срібло або золото. Даний винахід відноситься до паяльного наконечника, призначеного для паяльного або відлютовуваного пристрою, який звичайно називають паяльним пристроєм і який виконаний відповідно до обмежувальної частини п.1 формули винаходу. Винахід, таким чином, рівною мірою відноситься до активних і пасивних паяльних наконечників. У випадку активних наконечників нагрівальним (резистивним) елементом при подачі електричної енергії служить безпосередньо основна частина, тобто вона виділяє тепло. Навпроти, у випадку пасивних паяльних наконечників тепло виробляється зовнішнім нагрівальним елементом і підводиться до паяльного наконечника. Таким чином, зазначена основна частина в такому пасивному паяльному наконечнику є в першу чергу провідником тепла. Тому основна частина (або "сердечник") пасивного паяльного наконечника часто виконується з міді або срібла. Дійсно, мідь і срібло легко змочуються матеріалом припою. Однак у той же час вони показують дуже високу швидкість розпаду сплаву в рідкому олові й, отже, мають короткий термін служби. Відомо, що термін служби продовжується шляхом нанесення гальванічним способом шару заліза на основну частину або "сердечник". Залізо ще легше змочується оловом, але показує значно більш низьку швидкість розпаду сплаву в порівнянні з міддю або сріблом. Одна із проблем полягає в тому, що з недавніх пір дозволено використання тільки таких матеріалів припою, які не містять свинцю. Такі матеріали припою, що не містять свинцю збільшують швидкість розпаду сплаву завдяки збільшеній кількості олова в сплаві припою й завдяки більш високій температурі плавлення. Флюси, необхідні для таких паяльників також впливають на термін служби й на змочуваність шару заліза. Задача даного винаходу полягає в створенні паяльного наконечника з тривалим терміном служби в порівнянні зі звичайними наконечниками паяльників. Ця задача вирішується за допомогою паяльного наконечника, що має ознаки, описані в п.1 формули винаходу. Кращі властивості винаходу зазначені в залежних пунктах формули винаходу. Уже у випадку звичайних наконечників паяльників матеріал контактної поверхні, що змочується олов'яним припоєм, має таку конфігурацію, що його атоми розташовані у вигляді структури металевих або кристалічних ґрат. Даний винахід забезпечує впровадження заряджених елементарних часток щонайменше одного домішкового матеріалу в цю ґратчасту структуру контактної поверхні, причому термін "домішковий матеріал" у даному контексті має на увазі будь-який матеріал, що відрізняється від основного або базового матеріалу контактної поверхні. Вихідна структура ґрат конта ктної поверхні змінюється завдяки впровадженню заряджених елементарних часток домішкового матеріалу. Зненацька було виявлено, що контактна поверхня,таким чином, стає значно більш змочуваною і, крім того, механічно більш стабільною. Обидва ці ефекти поліпшують довгострокові реологічні властивості паяльного наконечника. Модифікована контактна поверхня відповідно до винаходу є особливо важливою перевагою в ультратонких наконечниках паяльників, використовуваних у мікроелектроніці, оскільки такі наконечники дотепер показували тільки дуже низьку власну стійкість через їхню конфігурацію, і, отже, вони мають дуже обмежений термін служби. Оскільки контактна поверхня таких наконечників паяльників може бути стабілізована механічно шляхом впровадження заряджених часток, середній термін служби зазначених наконечників паяльників також може бути значно збільшений. На основну частину спершу може бути нанесений спеціальний контактний шар, що показує дуже гарну змочуваність і поверхнею якого є модифікована контактна поверхня відповідно до винаходу. Змочуваність контактної поверхні, таким чином, поліпшується вдвічі. В іншому варіанті контактна поверхня може бути поверхнею безпосередньо основної частини. Такий варіант виконання забезпечує перевагу, що складається в тому, що паяльний наконечник має дуже просту конструкцію, оскільки немає необхідності в створенні додаткових шарів на основній частині. При відсутності додаткових покриттів такий паяльний наконечник може звужуватися до значного ступеня, що особливо корисно при використанні в мікроелектроніці. Залежно від типу домішкового матеріалу й від типу впровадження, заряджені елементарні частки зазначеного домішкового матеріалу можуть бути впроваджені у вузли і/або між вузлами ґрат контактної поверхні. Доцільно також впровадження в контактну поверхню заряджених елементарних часток щонайменше одного другого домішкового матеріалу на додаток до заряджених елементарних часток першого домішкового матеріалу. Залежно від вибору відповідних домішкових матеріалів, відбувається або значне посилення одного ефекту (наприклад, змочуваності), або посилення двох інших ефектів (змочуваності й механічної стабільності). До домішкових матеріалів, заряджені елементарні частки яких можуть бути впроваджені в контактну поверхню, можуть, наприклад, відноситься платина, вольфрам, молібден, титан, кобальт, германій, кремній, миш'як, галій, азот або вуглець. Впровадження заряджених елементарних часток платини, вольфраму, молібдену, титана, нікелю або кобальту в цілому збільшує термін служби запропонованих наконечників паяльників. Якщо 5 заряджені елементарні частки германія, кремнію, миш'яку або галію впроваджені в ґратчасту структуру контактної поверхні, то змочуваність паяльного наконечника зростає. Упровадження азоту або вуглецю забезпечує витримування наконечниками паяльників більш високого механічного навантаження. Переважно заряджені елементарні частки домішкового матеріалу рівномірно розподілені по контактній поверхні. Довгострокові реологічні властивості на всьому паяльному наконечнику можуть, таким чином, бути поліпшені без утворення слабких ділянок або ділянок, що мають зменшену змочуваність. Однак, навпаки, можливо також зміна щільності елементарних заряджених часток по паяльному наконечнику. Таким чином, це може забезпечити особливо високу механічну міцність самої далекої точці паяльного наконечника або можливість посилення потоку матеріалу припою до далекої точці наконечника. Відповідно до винаходу заряджені елементарні частки можуть бути упроваджені в структуру ґрат не тільки безпосередньо на самій контактній поверхні, але також в об'ємі під нею. Це може забезпечити перевагу, що складається в підтримці умов на поверхні навіть у випадку зношування контактної поверхні під час роботи паяльного наконечника. Якщо заряджені елементарні частки також присутні під контактною поверхнею в об'ємі паяльного наконечника, то можлива зміна концентрації зазначених часток під контактною поверхнею зі збільшенням глибини. Наприклад, концентрація заряджених елементарних часток може зменшуватися, так що при зношуванні паяльного наконечника його змочуваність буде погіршуватися, таким чином, показуючи користувачеві, що паяльний наконечник варто замінити. З іншого боку, можливо також зростання концентрації заряджених елементарних часток під контактною поверхнею зі збільшенням глибини. Завдяки цьому, наприклад, внутрішня частина паяльного наконечника може бути зроблена механічно високо стабільною. Переважно заряджені елементарні частки вводяться не тільки безпосередньо на контактну поверхню, але щонайменше на відстань до глибини 0,3 мм під нею. Ще більш кращим є введення заряджених елементарних часток на глибину щонайменше 1,0 мм. Таким чином, може забезпечуватися по можливості довга підтримка поліпшеного режиму потоку матеріалу припою на паяльному наконечнику навіть при його зношуванні. Можлива зміна глибини, на яку уводяться в структуру ґрат заряджені елементарні частки, по паяльному наконечнику. Ця глибина може, наприклад, залежати від діаметра паяльного наконечника у відповідному місці. Якщо контактний шар нанесений на зовнішню сторону паяльного наконечника, то між основною частиною й зазначеним контактним шаром може бути нанесений щонайменше один додатковий шар, що забезпечує додаткову модифікацію й поліпшення властивостей паяльного наконечника. 95512 6 Наприклад, може бути виконаний щонайменше один бар'єрний шар між основною частиною й контактним шаром. Цей бар'єрний шар може забезпечувати запобігання проникнення або дифузії заряджених елементарних часток у більш глибокі області паяльного наконечника. Інший бар'єрний ефект може бути викликаний тим, що бар'єрний шар не змочується олов'яним припоєм для забезпечення, таким чином, захисту внутрішнього сердечника або основної частини паяльного наконечника. Крім того, на частинах зовнішньої сторони контактної поверхні може бути виконане захисне покриття, що забезпечує запобігання змочування контактної поверхні в обраних місцях. Можливо також нанесення такого захисного покриття в певних місцях, де потрібне запобігання впровадження заряджених елементарних часток у контактну поверхню. Для цього підходять захисні покриття, що містять олово, срібло або золото. Далі наведене докладний опис кращого варіанта винаходу з посиланням на креслення, де фіг. 1 зображує поздовжній перетин першого варіанта виконання запропонованого паяльного наконечника; фіг. 2 зображує поздовжній перетин другого варіанта виконання запропонованого паяльного наконечника. Однакові компоненти позначені на кресленнях однаковими номерами позицій. На фіг. 1 зображений перший варіант запропонованого паяльного наконечника 1 для паяльного пристрою. Наконечник 1 має осьову симетрію й містить по суті циліндричний стрижень 2 і прилеглу конічну частину 3. Зображений варіант виконання відноситься до пасивного наконечника 1, що містить усередині теплопровідну основну частину 4, яка може, наприклад, бути виконана з міді або срібла. В активному паяльному наконечнику основна частина 4 містить нагрівальний елемент і, можливо, датчик температури. На циліндричному стрижні 2 виконаний кріпильний елемент 5, який у цьому випадку виконаний у вигляді виїмки, за допомогою якої паяльний наконечник може бути прикріплений до паяльного пристрою. Наприклад, наконечник 1 може бути приєднаний до паяльника паяльного пристрою. Для забезпечення кращого захвата на паяльнику в кріпильному елементі 5 може бути виконаний паз. На поверхню основної частини 4 нанесений бар'єрний шар 6, який не змочується матеріалом припою й сплавлений з поверхнею основної частини 4. Якщо бар'єрний шар 6 виконаний з металу, він може бути приєднаний до основної частини 4, зокрема, за допомогою плавлення металу. Зазначений шар має товщину від 50 мкм до 1 мм і служить для захисту основної частини 4 від змочування й, таким чином, від її видалення матеріалом припою. На зовнішню сторону бар'єрного шару 6 нанесений контактний шар 7, який має структуру кристалічних ґрат і містить внутрішню область 8 і зовнішню область 9. У робочій зоні 10 на передньому кінці наконечника 1 зовнішня область 9 контактного шару 7 оголена, і її відкрита поверхня утворює 7 контактну поверхню 11, що змочується матеріалом 12 припою. Заряджені елементарні частки домішкового матеріалу упроваджуються в ґратчасту структуру зовнішньої області 9 контактного шару 7 і, таким чином, також у ґратчасту структуру контактної поверхні 11. У зображеному варіанті виконання контактний шар 7 є шаром заліза. Заряджені елементарні частки платини, вольфраму, молібдену, титана, нікелю, кобальту, германія, кремнію, миш'яку, галію, азоту і/або вуглецю вводяться в зовнішні області 9 контактного шару 7 для забезпечення поліпшення, таким чином, довгострокових реологічних властивостей наконечника 1. За робочою областю 10 на задній частині наконечника 1, на несучому шарі 13 виконаний захисний шар 14, причому зазначений несучий шар 13 виконаний, наприклад, з нікелю, а захисний шар 14 - із хрому. Шар 14 із хрому не змочується матеріалом 12 припою, що, таким чином, запобігає течі зазначеного матеріалу 12 до стрижня 2 наконечника 1. Захисний шар або захисне покриття 14 може також містити олово, срібло або золото. На фіг. 2 зображений другий варіант виконання запропонованого паяльного наконечника 20, що має набагато більш просту конструкцію, ніж наконечник 1 першого варіанта виконання. Наконечник 20 також містить теплопровідну основну частину 4 із кріпильним елементом 5, виконаним у вигляді виїмки. Однак наконечник 1 не має бар'єрного шару й спеціального контактного шару. Замість цього заряджені елементарні частки домішкового мате 95512 8 ріалу, що відрізняється від матеріалу основної частини 4, впроваджуються в поверхневий шар 21 зазначеної основної частини 4. Поверхневий шар 21 проходить до глибини Т. У робочій зоні 10 наконечника 20 поверхневий шар 21 оголений, так що його зовнішня сторона являє собою контактну поверхню 11. У ґратчасту структуру зазначеної контактної поверхні 11 також впроваджуються заряджені елементарні частки домішкового матеріалу (або декількох домішкових матеріалів). Таким чином, змочуваність наконечника 20 і довгострокові реологічні властивості матеріалу припою поліпшуються. Оскільки бар'єрний шар і спеціальний контактний шар відсутні, наконечник 20 другого варіанта виконання може бути виготовлений з меншою вартістю, а також може мати менші розміри, чим наконечник 1 першого варіанта виконання. У другому варіанті виконання наконечник 20 також містить захисне покриття 14 на задній частині, розташованій за робочою зоною 10. Запропонований паяльний наконечник може бути підданий різним модифікаціям на основі представлених варіантів. Наприклад, можливе впровадження заряджених елементарних часток різних домішкових матеріалів у ґратчасту структуру контактної поверхні 11. Насамперед, також можливо явне відхилення від геометрії паяльних наконечників 1,20, показаних на кресленнях. Крім того, показані пропорції виразно не відповідають масштабу, особливо, оскільки вони можуть змінюватися для кожного варіанта. У більш простому варіанті захисне покриття 14 також може бути відсутнє. 9 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 95512 Підписне 10 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601