[發明專利]一種利用超聲表面駐波制備金屬微球的裝置和方法

有效

• 申請號: 201210305237.1
• 申請日: 2012-08-24
• 公開（公告）號: CN102773493A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 許志武;馬琳;黎華棟;閆久春
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 王艷萍

技術領域

本發明涉及制備金屬微球的裝置與方法。

背景技術

隨著半導體封裝產業的高速發展，對各種不同形式和結構的高密度封裝提出了更高的要求，其中微球形柵格封裝（BGA），由于其易操作，具有高I/O密度及高良率等諸多優點被廣泛應用。錫球作為封裝的輸出端與電路板相連接。為提高封裝件與電路板間的焊接質量，要求錫球具有合適并且一致的尺寸及良好的真圓度。目前通常是首先使用錫球生產裝置制備錫球，然后將制備好的錫球置于錫球篩選裝置中，利用振蕩方式采用錫球篩選裝置進行錫球的質量篩選。然而采用振蕩的方式所篩選的錫球易因彼此的碰撞而使錫球表面產生破壞，而且因其產生的錫球不具備良好的尺寸一致性而必須對尺寸進行重新篩選，增加了生產工序，造成生產效率的降低。因此如何滿足錫球尺寸及形狀的要求，并提高生產效率是目前研發的重要項目之一。

臺灣公告第M277550號新型專利提出了一種錫球篩選供給裝置，此種裝置包括一盛料桶、一支撐座、一旋轉軸及一出料管。所述裝置復雜且體積較大，不易操作，并且錫球與旋轉軸間存在摩擦，易使錫球因摩擦而氧化變黑，同時表面摩擦易產生靜電而使輸出的錫球相互沾黏。

臺灣公告第M324547號新型專利提出了一種金屬微球化裝置。其包括一微球成形裝置和一冷卻裝置，其中所述成形裝置包括一振動裝置、一加熱熔爐、一靜電單元及一絕緣組件。但此裝置由于靜電管尺寸差異問題可能造成不同靜電管形成的金屬球的尺寸不一致而降低制造良率。

中國專利ZL200820059688.0公開了一種新型金屬微球落料裝置，其包含一底座、一置料盒、一旋轉出料管及一驅動部。所述驅動部設于所述底座內，以驅動所述旋轉出料管轉動。通過這種方式，所述金屬微球會因重力作用落入所述出料口，以逐一落料輸出所述金屬微球至一微球篩選裝置。

中國專利ZL200920001314.8公開了一種金屬微球成形裝置，其包含一供料模塊、一靜電產生模塊、一緩沖定形模塊及一冷卻模塊。其中所述供料模塊具有一加熱容器、一振動單元及一支撐單元，所述加熱容器用以容置及加熱一熔融金屬，且其底部具有至少二成形孔。所述振動單元用以產生振動，促使所述熔融金屬通過所述成形孔。所述靜電產生模塊設于所述成形孔及支撐單元之間，并具有至少二靜電管、一導線及至少二絕緣套管。所述靜電管是通過所述導線相互連接，所述絕緣管則套設于所述靜電管外，并定位于所述支撐單元上。所述緩沖定形模塊及冷卻模塊用以確保通過其內的金屬微球能完全球化固化。

中國專利01113644.8公開了一種以天然花粉為核心骨架的輕質金屬微球的制備方法。其是一種以非金屬物質為核心骨架的輕質金屬微球的制備方法。

由以上材料可見，當前金屬微球的制備方法主要有機械振蕩后篩分和采用非金屬物質骨架化學鍍包覆后篩分。其中機械振蕩法為最為傳統且普遍的制備金屬微球的方法，但其制備金屬微球的尺寸主要依靠成型孔的尺寸控制，由于成型孔的制造限制及金屬較大的粘性，使制備金屬微球的尺寸存在限制，不易制備尺寸較小的金屬微球，且金屬微球的尺寸控制存在難度。而化學鍍包覆法無法制備純金屬球，其需前期制備核心骨架，且制備方法較為復雜，且其需要對金屬球進行純化和篩分處理，降低了生產效率。

發明內容

本發明是要解決現有制備金屬微球裝置復雜，尺寸控制不靈活的問題，而提出一種利用超聲表面駐波制備金屬微球的裝置和方法。

一種利用超聲表面駐波制備金屬微球的裝置，由氣倉和位于氣倉內的鈦合金鑄模、加熱元件、基板、兩個超聲表面波發射裝置及液滴控流裝置組成，所述加熱元件設置在鈦合金鑄模外表面，所述鈦合金鑄模的底部設置有液滴控流裝置，所述基板的上表面的兩端分別設置超聲表面波發射裝置，所述基板位于鈦合金鑄模的正下方，所述氣倉的一個側壁上端設置進氣口，在與進氣口相對的側壁下端設置出氣口。

利用上述的利用超聲表面駐波制備金屬微球的裝置制備金屬微球的方法按以下步驟實現：

一、將金屬材料放置于鈦合金鑄模中同時向氣倉中通入惰性氣體保護，然后啟動加熱元件，將金屬材料加熱至熔點以上20℃~100℃后保溫10~30min，待金屬材料完全熔化后，得到金屬材料熔液，再啟動超聲表面波發射裝置，同時打開液滴控流裝置使金屬材料熔液逐滴滴至基板表面，在超聲波作用下形成尺寸相同的球形金屬液滴；

二、停止超聲表面波發射裝置及加熱元件，用空冷系統以5℃~20℃/min的冷卻速度開始冷卻，冷卻至室溫25℃，冷卻過程中繼續以惰性氣體進行保護以避免金屬微球的氧化，直至金屬液球冷卻成固體，即得到尺寸一致的金屬微球；