CN101043172A - 电磁激振器 - Google Patents

Abstract

本发明的电磁激振器，是均匀射流断裂设备的主要部件，而均匀射流断裂设备可应用于生产电子封装用微焊球。亦可用于材料净成型制造。主要包括上盖(10)、永磁体(13)、磁心(11)、螺线管(7)、盖板(12)、胶垫(14)、底座(15)、振动传动杆(16)；其中，振动传动杆从底座的中心孔伸出，振动传动杆的上下设有弹性胶垫并用带有螺纹的盖板压在底座上，底座上有用于固定的螺栓孔，在盖板的上方是内部有磁心的螺线管，在磁心的上方设有永磁体，磁心和永磁体用带有螺纹的上盖固定；螺线管的电源导线由上盖的导线孔接入。本发明工作效率高，在工作所需频率范围内工作效果好，不具有危险性，投资少，并且一次投资后可长期使用。

Description

电磁激振器

技术领域

本发明是涉及电磁激振器，所提出的电磁激振器是均匀射流断裂设备的主要部件，而均匀射流断裂设备可应用于生产电子封装用微焊球。亦可用于材料净成型制造。

背景技术

均匀射流断裂设备的工作原理是瑞利不稳定理论，此理论最先应用于喷墨打印机，随后应用于化工和材料等领域。上世纪九十年代，美国麻省理工学院(MIT)生产和效率实验室，首先对金属射流的断裂过程进行了研究，并将之命名为均匀液滴喷射(Uniform droplet spray)工艺。后来，橡树岭国家实验室(ORNL)、麻省理工学院(MIT)和Tufts大学联合进行了将UDS工艺应用于先进材料加工的研究，发现该工艺适用于许多工业应用场合，如生产微小合金球，电路基板的直写技术和快速原型制造等。

均匀射流断裂设备的工作原理如图1所示，主要工艺过程就是从喷嘴5射出的液流在激振杆3的干扰作用下自动断裂为细小的均匀的颗粒6，之后颗粒在冷却介质中球化、凝固成均匀的小球；或颗粒按一定路径沉积就会制备出具有一定形状的工件。不论是生产均匀小球还是原型制造技术，均要求射流能够非常均匀断裂，而定频率的干扰作用的发生装置1是射流断裂质量的决定性因素。

现有的用于均匀射流断裂设备的干扰主要由压电陶瓷产生，压电陶瓷只有在其谐振频率(＞20kHz)下工作时，电能转换机械能的效率才会很高。压电陶瓷在非谐振频率下工作时效率很低，必须以很大的电压(几百伏)激励才会产生振动，并且偏离谐振频率越大越难启振。但均匀射流断裂设备的工作频率范围较宽(1kHz～20kHz)，所以在此频率范围内工作，压电陶瓷有以下缺点：(1)压电转换效率低；(2)低频(1kH)工作效果不好；(3)所需激励电压对操作者及设备存在危险性。另外压电陶瓷本身价格较高，而且其材质较脆，工作时容易发生断裂，从而增加生产成本。

发明内容

本发明的目的就是针对现有均匀射流断裂设备激振装置在工作过程中效率低，低频工作效果不好，具有危险性，并且价格高等缺点，设计一种新型结构的定频率干扰发生装置，为均匀射流断裂设备的配套装置。

针对激振装置应发生1kHz～20kHz的定频率、稳定、微小振动的工作特点，本发明采用通电螺线管做为激振装置的主要元件。主要工作原理如图2所示：当在螺线管7中通过变化的电流，就会在螺线管轴心方向产生大小和方向随时间变化的磁场，如果在螺线管的正下方放置一个磁性物质8，螺线管与磁性物质之间就会存在随时间变化的作用力，这样就可得到所需的相应频率振动。

本发明的技术方案如图3所示，所述的电磁激振器，主要包括：上盖10、永磁体13、磁心11、螺线管7、盖板12、胶垫14、底座15、振动传动杆16。

其中，底座15与上盖10配合形成外壳，振动传动杆16的底端从底座15的中心孔18伸出，振动传动杆16的上下设有弹性胶垫14并用带有螺纹的盖板12压在底座15上，底座15上有用于固定的螺栓孔17。在盖板12的上方是内部有磁心11的螺线管7，在磁心11的上方设有永磁体13，磁心11和永磁体13用带有螺纹的上盖10固定。螺线管7的电源导线由上盖的导线孔9接入。所述振动传动杆是由导磁率高并且磁损耗小的材料制成，并且质量不宜过大。所述的上盖10、盖板12和底座15由导磁和导热良好的材料制成。

当螺线管不通电时，永磁体对振动杆有吸引作用。当螺线管中通过交流电时，螺线管的磁力线方向就会不断变化，当螺线管的磁力线方向与永磁体磁力线方向一致时，就会加大对振动传动杆的吸引作用；但当螺线管的磁力线方向与永磁体磁力线方向不一致时，就会削弱对振动传动杆的吸引作用。从而振动传动杆就会在磁力作用下产生振动。

本发明工作效率高，在工作所需频率范围内工作效果好，不具有危险性，投资少，并且一次投资后可长期使用。工作时在电磁激振器的振动传动杆16下方连接上激振杆3，并通过底座15上的螺栓孔17把电磁激振器固定在坩埚的上方，通过对螺线管7中输入定频率交流电，就可在激振杆3上产生稳定振动，并且振动的频率随交变电流频率变化而改变。

附图说明：

图1为均匀射流断裂设备的工作原理图

图2本发明的主要工作原理图

图3是本发明电磁激振器装配示意图

图4直径为0.76mm合金焊球尺寸分布

图5直径为0.36mm合金焊球尺寸分布

图中：

1-激振发生装置           10-上盖

2-坩埚                   11-磁心

3-激振杆                 12-盖板

4-合金液体               13-永磁体

5-喷嘴                   14-胶垫

6-合金颗粒               15-下底座

7-螺线管                 16-振动传动杆

8-磁性物质               17-螺栓孔

9-导线孔                 18-下底座的中心孔

具体实施方式

本发明采用通电螺线管做为激振装置的主要元件。主要工作原理如图2所示：当在螺线管7中通过变化的电流，就会在螺线管轴心方向产生大小和方向随时间变化的磁场，如果在螺线管的正下方放置一个磁性物质8，螺线管与磁性物质之间就会存在随时间变化的作用力，这样就可得到所需的相应频率振动。

所述的永磁体可采用具有高剩磁和高磁能积的烧结钕铁硼(Nd₂Fe₁₄B₁)、硬磁铁氧体或钻稀土永磁体等；磁心可采用电工软铁、硅钢、铁镍合金或磁性能良好的低碳钢；上盖及底座可采用导热系数高且的铜或铝合金；胶垫可为硅胶、氟胶或聚四氟乙烯制成。螺线管可由0.2～1mm的漆包线绕制而成，线圈阻抗在4～8欧姆范围内均可。

如图3所示为本发明提出的电磁激振器。振动传动杆16的上下都有弹性胶垫14并用带有螺纹的盖板12压在底座15上，在底座15上有用于固定的螺栓孔17。在盖板12的上方是螺线管7，螺线管的内部有磁心11，在磁心11的上方设有永磁体13，磁心11和永磁体13用带有螺纹的上盖10固定。螺线管7的电源导线由上盖的导线孔9接入。

可采用函数发生器和功率放大器为电磁激振器提供激励电信号。函数发生器产生的信号波形可为正弦波、三角波或方波。功率放大器输出为50～200w。

下面是本发明具体应用的实施例。

例1760微米Sn-3.8Ag-0.7Cu微球的制造。

准备Sn-3.8Ag-0.7Cu合金500g，把合金放入坩埚中。在电磁激振器的振动传动杆下方连接好激振杆，把电磁激振器固定在坩埚上。用instekGFG-8219A函数发生器做为信号发生装置，信号经Gobedkes Y218B功率放大器放大后为电磁激振器提供电信号。坩埚喷嘴直径为0.40mm，坩埚加热温度为300℃，保温10分钟后，调节函数发生器信号为方波，频率为1200Hz，把功率放大器的Vol旋钮调到最大，打开功率放大器开关为电磁激振器供电。给坩埚加压使熔融合金液体由喷嘴射出，射流在下落过程断裂并球化为小球。得到小球的尺寸分布如图4所示。

例2360微米Sn-3.8Ag-0.7Cu微球的制造。

准备Sn-3.8Ag-0.7Cu合金500g，把合金放入坩埚中。在坩埚上安装好电磁激振器，用instek GFG-8219A函数发生器做为信号发生装置，信号经Gobedkes Y218B功率放大器放大后为电磁激振器提供电信号。坩埚喷嘴直径为0.19mm，坩埚加热温度为300℃，保温10分钟后，调节函数发生器信号为正弦波，频率为3200Hz，把功率放大器的Vol旋钮调到最大，打开功率放大器开关为电磁激振器供电。给坩埚加压使熔融合金液体由喷嘴射出，射流在下落过程断裂并球化为小球。得到小球的尺寸分布如图5所示。

Claims (3)

1、电磁激振器，其特征在于：主要包括上盖(10)、永磁体(13)、磁心(11)、螺线管(7)、盖板(12)、胶垫(14)、底座(15)、振动传动杆(16)；其中，底座(15)与上盖(10)配合形成外壳，振动传动杆(16)从底座(15)的中心孔(18)伸出，振动传动杆(16)的上下设有弹性胶垫(14)并用带有螺纹的盖板(12)压在底座(15)上，底座(15)上有用于固定的螺栓孔(17)，在盖板(12)的上方是内部有磁心(11)的螺线管(7)，在磁心(11)的上方设有永磁体(13)，磁心(11)和永磁体(13)用带有螺纹的上盖(10)固定；螺线管(7)的电源导线由上盖的导线孔(9)接入。

2、根据权利要求1所述的电磁激振器，其特征在于：所述的振动传动杆(16)是由导磁率高并且磁损耗小的材料制成。

3、根据权利要求1所述的电磁激振器，其特征在于：所述的上盖(10)、盖板(12)和底座(15)由导磁和导热良好的材料制成。

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