[發(fā)明專利]熔滴噴射制備焊球的裝置及方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201410734387.3
• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN104525958A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉平;顧小龍;楊倡進;鐘海峰;趙文軍;金霞
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江亞通焊材有限公司
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B23K35/26
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務(wù)所 33230
• 代理人: 尹建民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子工業(yè)用焊錫球制備的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用熔滴噴射原理制備焊球的裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著電子器件焊接多樣化的趨勢，焊錫球作為現(xiàn)代電子組裝領(lǐng)域的關(guān)鍵材料，市場需求越來越大。國內(nèi)外制備焊球的方法較多，普遍使用的技術(shù)主要有霧化法，切絲或打孔重熔法等，其中霧化法制備球狀粒子的分散度較寬，凝固過程復(fù)雜不可控，組織多樣無規(guī)律。切絲或打孔重熔法工序復(fù)雜、效率低，在實際應(yīng)用中受到限制，尤其對于脆性含Bi合金無法加工。

為了解決制球的難題，目前對球狀粒子制備技術(shù)的研究主要集中在均一液滴成型法(UDS)，利用射流斷裂的原理，通過壓電激振器產(chǎn)生的縱向均勻振動使金屬射流斷裂為均勻的液滴并迅速固化，實現(xiàn)顆粒在大小、形狀和熱力學(xué)條件等方面的完全均一化。根據(jù)施加擾動的不同，均勻液滴法又可分為機械振動法、壓電振動法、電場霧化法。然而這些方法都存在設(shè)備龐大復(fù)雜、成本高等缺點，同時由于擾動頻率限制，UDS制備的均勻焊球直徑最小為50um，最大為1000um，難以滿足直徑大于1mm焊球的制備要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種利用熔滴噴射原理制備焊球的裝置及方法，降低了電子工業(yè)用焊錫球噴射裝置的成本，簡化了整體結(jié)構(gòu)，且適用于制備大尺寸焊球(直徑大于1mm)。

為此本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：熔滴噴射制備焊球的裝置，其特征在?于包括加熱系統(tǒng)，焊球產(chǎn)生系統(tǒng)，氣體供給系統(tǒng)，焊球收集系統(tǒng)，氣壓穩(wěn)定系統(tǒng)，所述的加熱系統(tǒng)通過焊球產(chǎn)生系統(tǒng)與焊球收集系統(tǒng)連接，所述的氣壓穩(wěn)定系統(tǒng)與加熱系統(tǒng)相連，所述的氣體供給系統(tǒng)通過真空泵分別與氣壓穩(wěn)定系統(tǒng)以及焊球收集系統(tǒng)連接，所述的焊球收集系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置冷卻液。

利用上述的裝置來制備焊球，先在加熱系統(tǒng)中通入惰性氣體進行保護，加熱焊料至熔融狀態(tài)，根據(jù)制備焊錫球的直徑選擇合適的噴嘴孔徑，在一定溫度和壓差下，使熔融焊料通過噴嘴10的小孔射出，降落到冷卻液14凝固系統(tǒng)形成焊球，取出清洗干燥并保存。通過調(diào)節(jié)焊球收集系統(tǒng)與氣壓穩(wěn)定系統(tǒng)之間的壓差控制焊球的噴射速度。控制液態(tài)焊料從噴嘴孔口均勻噴射，落入裝有冷卻液的容器中冷卻凝固形成焊球。此裝置可用于低熔點(小于400℃)金屬及合金均勻焊錫球的制備。

加州大學(xué)Orme等人的研究表明，無外加擾動下射流存在一微小的固有擾動，可以引起金屬射流斷裂。本裝置是在優(yōu)化噴嘴的基礎(chǔ)上去除了熔滴產(chǎn)生的擾動裝置，利用微小熔滴的表面張力，噴射的液柱在噴嘴孔口處形成圓形小熔滴。噴嘴的材料和設(shè)計是焊錫球形成的關(guān)鍵因素，如果噴嘴孔口周圍被液態(tài)焊料濕潤，在表面張力的作用下，射出的熔滴將斷裂較慢；若噴嘴孔口浸潤不對稱，噴射熔滴將會偏轉(zhuǎn)。

本裝置噴嘴材料選擇與焊料不潤濕的鉆石材質(zhì)，噴嘴形狀為縮頸形。當(dāng)流經(jīng)縮徑處的液態(tài)焊料被強迫縮徑，根據(jù)拉普拉斯定理，縮徑處曲率半徑越小的地方，由表面張力產(chǎn)生的附加壓力就越大，就加劇了熔滴的分離，更易形成尺寸均勻的焊料熔滴。另外牛頓冷卻定律可以估算出直徑為1.5mm的焊料熔滴在空氣中完全凝固需要容器的高度達(dá)數(shù)十米，因此必須借助冷卻液對熔滴進行冷卻，由于硅油具有耐高低溫、導(dǎo)熱快、抗氧化、閃點高、揮發(fā)性小、絕緣性好、表面張力小、對金屬無腐蝕、無毒等優(yōu)點，且粘度大可以降?低熔滴下落的速度，這里選用硅油作為冷卻液介質(zhì)。

本發(fā)明特別適用于直徑大于1mm焊球的制備，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，降低了生產(chǎn)成本，確保了生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，并適合于不同熔點(小于400℃)的焊錫材料，滿足電子組裝行業(yè)的技術(shù)要求。

附圖說明

圖1為一種制備焊錫球的裝置，

圖2焊球生成系統(tǒng)中噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為噴嘴下部的熔滴形成示意圖。

圖中：1-加熱系統(tǒng)，2-焊球產(chǎn)生系統(tǒng)，3-氣體供給系統(tǒng)，4-焊球收集系統(tǒng)，5-氣壓穩(wěn)定系統(tǒng)，6-真空泵，7-不銹鋼坩堝，8-電熱絲，9-頂蓋，10-噴嘴，11-熱電偶，12-壓力表1，13-觀察窗，14-冷卻液，15-升降臺，16截止閥，17-壓力表2,18-照明燈。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖具體說明本實施方式。

如圖1-3所示，本發(fā)明熔滴噴射制備焊球的裝置包括加熱系統(tǒng)1，焊球產(chǎn)生系統(tǒng)2，氣體供給系統(tǒng)3，焊球收集系統(tǒng)4，氣壓穩(wěn)定系統(tǒng)5。