專利名稱：：速熱高效正溫度系數(shù)恒溫電烙鐵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型——速熱高效PTC(正溫度系數(shù))恒溫電烙鐵是屬電器工具裝置技術(shù)。PTC恒溫電烙鐵是一種自身具有調(diào)節(jié)能力的控溫型焊接工具，其與傳統(tǒng)烙鐵(鎳——鉻絲加熱器或陶瓷加熱器)不同，其發(fā)熱器采用具有顯著PTC特性的熱敏電阻陶瓷固體發(fā)熱器，故具有一系列明顯的優(yōu)點(diǎn)。八十年代初，高溫PTC材料的研究在日本取得了較大的進(jìn)展，居里點(diǎn)Tc為280℃～300℃的PTC材料逐漸進(jìn)入批量生產(chǎn)階段并商品化。日本TDK株式會(huì)社首先把高溫PTC材料應(yīng)用在電烙鐵，如日本太洋公司推出的“goot”牌PTC系列溫度控制型電烙鐵，其PTC發(fā)熱器采用TDK株式會(huì)社生產(chǎn)的居里點(diǎn)Tc為280℃～300℃的PTC材料，尺寸為40mm×8mm×2.5mm，PTC發(fā)熱器電極為Ni－Ag雙重歐姆接觸電極、耐電壓強(qiáng)度(元件空載，并在靜止空氣中測(cè)定)＞150V·Ac／mm，并采用正向電場(chǎng)模式，同時(shí)發(fā)熱器采用單向或雙向傳熱型大面積PTC元件，單向傳熱型利用兩只加熱器芯強(qiáng)制加熱一只焊咀主體；焊咀采用一次性不可換焊咀及螺紋接合可換型，焊咀與加熱器組為一體，非可換式焊咀形狀、尺寸單一，這就使得其功能和用途較窄，焊咀易耗廢、壽命短。雖然其采用PTC發(fā)熱器，發(fā)熱效果較好，能達(dá)到速熱效果，通電后，初始熔含錫60％的焊料的加熱時(shí)間為30～45秒，焊咀溫度(在電壓為200～240V·AC時(shí))，可達(dá)260～280℃。由于未能采用高質(zhì)PTC材料及良好的傳導(dǎo)熱設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)屬最普通形式，故使其仍有許多缺點(diǎn)和不足，最主要的缺點(diǎn)是容易熱擊穿、安全可靠性差。由于其采用大面積及多只PTC元件作為強(qiáng)力熱源來(lái)達(dá)到速熱高溫效果，這不僅增加產(chǎn)品的造價(jià)，且當(dāng)傳熱不合適時(shí)，產(chǎn)品易于出現(xiàn)擊穿失效；加熱器芯自成一體與焊咀組合，雖具有一定的合理性，但因配合的絕緣材料難于達(dá)到最佳傳導(dǎo)熱性能，這是導(dǎo)致?lián)舸┦У挠忠辉?；由于采用的PTC材料溫度過載能力較低，ΔT＝Tmax－Tmin80℃，使PTC元件內(nèi)部局部易于進(jìn)入第ⅡNTC(負(fù)溫度系數(shù))區(qū)而造成局部連鎖式擊穿；而且由于采用的PTC材料的居里點(diǎn)溫度Tc不夠高，使得不再容易提高焊咀溫度，使焊咀溫度仍偏低，仍難以適應(yīng)強(qiáng)熱負(fù)載使用；由于僅采用Ni－Ag雙重歐姆接觸電極，使抗老化能力不足，易于老化。本實(shí)用新型目的就是為了克服現(xiàn)有PTC電烙鐵上述的缺點(diǎn)及不足，發(fā)明一種多功能的特別速熱高效的PTC恒溫電烙鐵。本發(fā)明的第一要點(diǎn)是采用本發(fā)明人已研制成功的高居里點(diǎn)Tc≥300℃、高耐壓強(qiáng)度＞150V·Ac／mm、高ΔT＝(TRmax－TRmin)≥180℃、Log(Rmax)/(Rmin)≥2.5的高質(zhì)PTC材料制成的體積小(28×4×2mm)、重量輕(1.5g)的側(cè)向電場(chǎng)模式的PTC發(fā)熱器。并采用單片雙向?qū)嵝问阶鳛榫哂袕?qiáng)力自身調(diào)節(jié)熱源。材料特性曲線圖如圖1所示。圖中及上式中的Rmax、Rmin分別為PTC元件的最大、最小體積電阻；TRmax、TRmin分別為對(duì)應(yīng)于Rmax、Rmin的PTC元件的溫度。通電后，PTC元件發(fā)熱，經(jīng)歷第INTC區(qū)后，必定工作在PTC區(qū)，PTC元件溫度(無(wú)熱負(fù)載時(shí))必定在居里點(diǎn)Tc溫度附近，一般是偏高于Tc建立熱平衡，工作點(diǎn)由熱傳導(dǎo)和系統(tǒng)的熱負(fù)載決定，同一PTC元件在不同的系統(tǒng)中體現(xiàn)的特性也不完全相同；同時(shí)本發(fā)明采用含有鋁、鎂的耐高溫(T＞1500℃)、耐高壓(＞40KV／mm)、高體積電阻率(ρV＞1014Ω·cm)的無(wú)機(jī)材料與如聚酰亞胺及有機(jī)硅型等的各種高導(dǎo)熱系數(shù)(≥0.6千卡／米·時(shí)·度)、高體積電阻率(ρV＞1014Ω·cm)、耐高溫(T＞450℃)、耐高壓(＞100KV／mm)的有機(jī)材料復(fù)合制成的膜、片、套管；本發(fā)明的第二要點(diǎn)是革除了現(xiàn)有技術(shù)中均采用正向電場(chǎng)模式PTC元件的形式，創(chuàng)造性地采用了側(cè)向電場(chǎng)模式的側(cè)向逐層復(fù)蓋Ni－Al－Ag的雙重抗老化歐姆接觸復(fù)合電極的PTC元件。圖2為正向電場(chǎng)模式與側(cè)向電場(chǎng)模式的PTC元件對(duì)照?qǐng)D，其中(A)為側(cè)向電場(chǎng)模式；(B)為正向電場(chǎng)模式。采用側(cè)向電場(chǎng)模式PTC元件，使側(cè)向電場(chǎng)模式轉(zhuǎn)變的熱能主要沿h方向傳導(dǎo)，形成如圖3所示的在h方向的溫度場(chǎng)，側(cè)向模垂直于h向的兩個(gè)表面溫度T1T2，按沿h向的箭頭方向梯度分布，在(n)/2處為最高值Tmax。設(shè)PTC材料的組成是均勻無(wú)氣孔的，則W向溫度分布近似相等，電導(dǎo)率也近似相等，故施加于W向的電場(chǎng)分布是均勻的，因此，模式內(nèi)部不致因局部高電場(chǎng)而形成高擊穿電場(chǎng)區(qū)、并因此迅速在模式中循環(huán)擴(kuò)展形成擊穿通道，同時(shí)大大地降低了施加于元件的電場(chǎng)強(qiáng)度，達(dá)到50V·AC／mm，使其遠(yuǎn)低于元件擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度，達(dá)到克服PTC電擊穿失效的效果。此外，側(cè)向電場(chǎng)模式PTC元件的采用使烙鐵部件的裝配方便、易于緊固，電極線不易拉出。本發(fā)明的第三要點(diǎn)是具有特別良好的傳導(dǎo)熱設(shè)計(jì)。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于傳熱設(shè)計(jì)不佳，PTC元件中的熱能無(wú)法充分盡快導(dǎo)出，在局部因熱平衡的重建使PTC元件局部跨越Rmax點(diǎn)進(jìn)入第ⅡNTC區(qū)(參見圖1)，發(fā)生急速惡性循環(huán)，電導(dǎo)率在局部急劇增大，發(fā)熱量大于熱擴(kuò)散傳導(dǎo)，PTC元件局部急劇溫升、熔化，惡性循環(huán)在其周圍加劇，內(nèi)部電場(chǎng)急劇重新分布并形成擊穿通道，造成元件熱擊穿失效。本發(fā)明除采用特別良好的高絕緣導(dǎo)熱材料外，還采用在烙鐵焊咀主體前端設(shè)置有能使裝配簡(jiǎn)化及能阻止向烙鐵金屬外套管傳熱的溝槽、在主體末端中部設(shè)制有固定各種配件的固定溝、整體中設(shè)計(jì)有裝置PTC的槽、金屬外套管設(shè)置有阻止熱傳導(dǎo)的溝槽等的能使各部件緊湊配合的高絕緣、良好傳導(dǎo)熱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(參見圖5)。同時(shí)采用高導(dǎo)熱系數(shù)＞0.6千卡／米·時(shí)·度、高耐壓強(qiáng)度＞6KV／mm的Si－Mg型的高絕緣的良好導(dǎo)熱填料填充部件間空隙，達(dá)到PTC元件與焊咀主體的槽面間及各部件間良好的熱耦合，以克服因傳導(dǎo)熱不良而導(dǎo)致的PTC元件的局部熱擊穿失效及保證焊咀溫度提高，適應(yīng)強(qiáng)熱負(fù)載和多功能應(yīng)用；本發(fā)明的第四要點(diǎn)是為克服因油和其它易燃有機(jī)物滲入PTC加熱器而導(dǎo)致?lián)舸┦В皳舸龜嗟碾姌O脫離加熱器與外殼相碰而帶電造成的不安全性，發(fā)明人根據(jù)電擊穿點(diǎn)是在擊穿前瞬時(shí)通過極大電流的過程，設(shè)計(jì)了在電極線的某個(gè)位置截面積減小，當(dāng)擊穿時(shí)的同等電流通過時(shí)，則首先在該位置擊斷，發(fā)明人預(yù)先在該位置上套上耐高溫的高絕緣保護(hù)套管，使擊穿點(diǎn)不與外殼相碰而起到了安全保護(hù)作用，使本發(fā)明具有更高的安全可靠性；本發(fā)明的第五要點(diǎn)是焊咀的多種類、系列化的設(shè)計(jì)，配備適于各類型IC的插焊、壓焊及除焊拔取等多種類型、系列化專用焊咀及用鎖匙的簡(jiǎn)易更換結(jié)構(gòu)以適應(yīng)各種不同用途。且焊咀主體部分與PTC加熱器組成一體，使焊咀比傳統(tǒng)烙鐵更易于更換(10秒內(nèi)能完成插除更換)，造價(jià)低廉(0.2元／只)，同時(shí)本實(shí)用新型的焊咀具有特別耐磨、耐腐蝕的鍍層，使焊咀壽命增長(zhǎng)。由于本發(fā)明具有上述的發(fā)明設(shè)計(jì)特征，完全克服了現(xiàn)有電烙鐵技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，并具有下列各種的顯著優(yōu)點(diǎn)和效果不發(fā)生電、熱擊穿失效；速熱(＜30秒)、特別高效的熔錫能力及強(qiáng)負(fù)載能力(參見表1、表2)；使本發(fā)明特別適用于對(duì)電壓、靜電及熱沖擊敏感的印刷電路板、各類IC、微型元件、組件的焊接。本發(fā)明美觀耐用、安全可靠、壽命長(zhǎng)。本發(fā)明的研制成功，特別進(jìn)入批量生產(chǎn)后，必將產(chǎn)生高的技術(shù)效果和很高的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。對(duì)附圖進(jìn)一步說明如下圖1為本實(shí)用新型速熱高效PTC恒溫電烙鐵采用的高質(zhì)PTC材料的特性曲線圖，圖中R25為室(常)溫25℃所對(duì)應(yīng)的PTC材料體積電阻；T(℃)為PTC元件溫度；R為PTC體積電阻；圖2為正向電場(chǎng)模式與側(cè)向電場(chǎng)模式的PTC元件對(duì)照?qǐng)D。圖中h為PTC元件高(厚)度；W為寬度；L為長(zhǎng)度；E為電場(chǎng)方向；1、2均為電極。圖3為側(cè)向電場(chǎng)模式PTC元件的電場(chǎng)、溫度分布圖。T1、T2分別為側(cè)向電場(chǎng)模兩個(gè)互相平行的正向表面溫度。圖4為本實(shí)用新型速熱特效PTC恒溫電烙鐵的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中3為焊咀主體；4為高絕緣無(wú)機(jī)材料膜、片(如云母片、陶瓷片等)；5為高絕緣有機(jī)材料膜、片(如有機(jī)硅型等)；6、9為高絕緣陶瓷棒；7為側(cè)向電場(chǎng)模式PTC元件；8為電極金屬片及電引線連接體；10為高絕緣有機(jī)或無(wú)機(jī)材料安全保護(hù)套管；11為金屬外套管；12為焊咀；圖5為焊咀主體結(jié)構(gòu)圖。圖中13為裝置PTC元件的溝槽；14為簡(jiǎn)化裝配及阻熱溝槽；15為固定各部件的固定溝；16為標(biāo)準(zhǔn)焊咀更換匙孔。發(fā)明人按圖4所示結(jié)構(gòu)圖，實(shí)施了本發(fā)明。其制配組裝過程如下①在焊咀主體3(部件3)前端部設(shè)置有使裝配簡(jiǎn)化并能阻止向烙鐵金屬外套管11(部件11)傳熱的溝槽14，末端部設(shè)置有固定各種部件的固定溝15，整體設(shè)置有裝置PTC元件的槽，在槽上抹涂硅型粘膠，并把尺寸大于槽面的高絕緣無(wú)機(jī)膜片4(附件4)貼上；②在部件3的槽內(nèi)底端嵌入高絕緣陶瓷棒6(部件6)，在部件3的槽面及部件4的表面涂抹上硅型粘膠并把尺寸大于部件4的高絕緣有機(jī)材料(如有機(jī)硅型)膜、片5(部件5)貼上；③把側(cè)向電場(chǎng)模式PTC元件7(部件7)推裝入槽13內(nèi)，并使部件7的二正面與部件5緊接，并保持部件7與部件3軸對(duì)稱接近重合；④將電極金屬片及電引線連接體8(部件8)插入部件3的槽內(nèi)13，使部件8的電極金屬片與部件7的側(cè)面電極完全接觸；⑤在部件8的電極金屬片中部將高絕緣陶瓷棒9(部件9)推入槽內(nèi)，二側(cè)壓緊后，用金屬絲纏繞于部件3中部的固定溝15加以綁緊；⑥沿部件8的電引線端套入有機(jī)(無(wú)機(jī))材料安全保護(hù)套10(部件10)。在部件3～9配合間形成的空隙充分填充入高絕緣性、高導(dǎo)熱性的Si－Mg型填料；⑦在部件3槽內(nèi)推壓入4個(gè)部件9，裝配完上面的部件后，把整體推入金屬套管11，并完全壓入鎖緊，最后在標(biāo)準(zhǔn)焊咀系列中選擇需要的任一種焊咀12裝配進(jìn)已抹涂了硅型粘膠的接合端，用鎖匙在匙孔16上固緊，配以電源線及各種能承受100℃以上的高強(qiáng)度塑料手柄，便組裝了美觀、耐用的速熱高效恒溫PTC電烙鐵。表1本實(shí)用新型電烙鐵熔錫能力表</tables>表2本實(shí)用新型電烙鐵負(fù)載能力表</tables>權(quán)利要求1.一種由焊咀、PTC發(fā)熱器、手柄組成的速熱高效PTC恒溫電烙鐵，其特征在于(a)采用高△T值(△T=TRmax-TRmin≥180℃)、高耐壓強(qiáng)度(＞150V·AC/mm)、高居里點(diǎn)(Tc≥300℃)的高質(zhì)PTC材料制成的側(cè)向電場(chǎng)模式PTC發(fā)熱器；(b)采用含鋁、鎂的耐高溫(T＞1500℃)、耐高壓(＞40KV/mm)、高體積電阻率(LV＞1014Ω·cm)的無(wú)機(jī)材料與如聚酰亞胺及有機(jī)硅型等的高導(dǎo)熱系數(shù)(≥0.6千卡/米·時(shí)·度)、高體積電阻率、耐高溫(T＞450℃)、耐高壓(＞100KV/mm)的有機(jī)材料的復(fù)合材料制成的膜、片、套管及采用高導(dǎo)熱系數(shù)、高耐壓強(qiáng)度(＞6KV/mm)的Si-Mg型高絕緣的良好導(dǎo)熱填料、填充部件間空隙；(c)采用在焊咀主體前端設(shè)置有使裝配簡(jiǎn)化及阻止向烙鐵金屬外套管傳熱的溝槽14、在末端部設(shè)置有固定各種部件的固定溝15、整體中設(shè)置有裝置PTC發(fā)熱器的槽溝13等能使各部件緊密配合的高絕緣良好的傳熱結(jié)構(gòu)；(d)配備了適用于包括各類IC的插焊、壓焊、除焊等多種類系列化專用焊咀及其用鎖匙的簡(jiǎn)易更換焊咀結(jié)構(gòu)；(e)設(shè)計(jì)選定在PTC加熱器電極線的某個(gè)位置的截面積減小并套上耐高溫的高絕緣保護(hù)套管，以使擊穿電流通過電極線該位時(shí)首先燒斷而不碰金屬管外套管13。2.據(jù)權(quán)利要求1所述的PTC恒溫電烙鐵，其特征在于所述的PTC發(fā)熱器采用逐層復(fù)蓋Ni－A1－Ag的雙重抗老化歐姆接觸復(fù)合電極。專利摘要速熱高效PTC恒溫電烙鐵是電器工具。它用高質(zhì)PTC材料制成的具有雙重抗老化歐姆接觸電極的體積小、重量輕的側(cè)向電場(chǎng)模式的PTC發(fā)熱器；采用高質(zhì)有機(jī)-無(wú)機(jī)材料制成的部件及填料；具有高絕緣良好傳熱結(jié)構(gòu)、配備能簡(jiǎn)易更換的系列化專用焊嘴。其克服了現(xiàn)有PTC電烙鐵易擊穿、安全可靠性差、焊嘴單一、用途不廣等缺點(diǎn)，成為具有相當(dāng)35W～45W的強(qiáng)熔錫能力和強(qiáng)負(fù)載能力的速熱高效恒溫電烙鐵、兼具特殊及通用多功能焊接工具。文檔編號(hào)B23K3/02GK2055761SQ89216880公開日1990年4月11日申請(qǐng)日期1989年9月4日優(yōu)先權(quán)日1989年9月4日發(fā)明者鄭錦清,郭育源申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)