CN101332513A - 一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺 - Google Patents

一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺 Download PDF

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本发明涉及电子焊接材料的加工工艺技术领域，特指一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺，本发明是使一定流量的锡基合金熔液流到以超声频率振动并以一定转速旋转的雾化盘上；锡基合金熔液破碎后在氧含量低于200PPM的雾化气氛中冷却凝固成粉末；粉末经筛选后即得到锡基合金粉末产品；工艺简单，通过它制备出来的锡基合金粉末的形状更接近球状(或称真球状)，锡基合金粉末表面不会附着小颗粒或出现坑槽，锡基合金粉末表面光滑无缺陷，氧含量低，粒度分布均匀且产品收得率高。

Description

一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺
技术领域：
本发明涉及电子焊接材料的加工工艺技术领域，特指一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺。
背景技术：
表面贴装技术SMT(Surface Mount Technology)是一种将各种电子元器件贴装到印刷线路板或基板的电子装联技术，它是实现电子产品向高集成度、高可靠性、高精度、低成本发展的关键技术之一。在SMT涉及的众多技术中，焊接技术是SMT的核心技术。随着再流焊技术的应用，焊锡膏已成为SMT中最重要的工艺材料。
目前在SMT使用的焊锡膏中，除助焊剂和载体外，按质量比有85％～92％为各种不同合金成分的球形锡基合金粉末，它包括Sn-Pb系、Sn-Pb-Ag系、Sn-Pb-Bi系以及无铅系列，如Sn-Ag系、Sn-Bi系、Sn-Cu系、Sn-Ag-Cu系、Sn-Zn系等。从终极观点来看，锡基合金焊粉是构成冶金结合焊点的唯一功能成分，有人称之为焊膏的“骨架”，它是保证电子元器件与印制电路板、基板焊接的安装质量、实现电子产品功能的关键材料。为了保证焊接质量，焊锡膏对合金粉末在合金成分、氧含量、球形度、粒度及粒度分布都有极高的要求。具体要求为成分严格控制、粉末的形状为真球状(真球状指的是空间形状为立体的球体形状)、表面光滑(无“卫星”现象等缺陷)、粒度分布均匀、氧含量低于100PPM。
当前大多数锡基合金粉末的制备工艺采用气流雾化法和高速离心雾化方法。气流雾化机理是借助压力气流将金属液体破碎冷却后形成金属粉末；高速离心雾化是将金属液体流到以20000-50000RPM高速旋转的雾化盘上，液体在高速离心力的作用下破碎冷却后形成金属粉末。
上述两种雾化方法若在惰性气体的气氛下雾化可以得到球形度较好的金属粉末，但粉末的表面不光滑，容易形成微细粉末粘附于较粗粉末的“卫星球”。另外由于粉末成形后在雾化室内的运行速度较高，相互发生碰撞后会在金属粉末的表面形成坑槽，使金属粉末的表面不光滑。
上述两种方法的另一缺陷为制备的金属粉末粒度分布较宽，其粒度分布标准偏差LN为1.4-1.8之间。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺，通过它制备出来的锡基合金粉末的形状更接近球状，锡基合金粉末表面光滑无缺陷，粒度分布均匀。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺，使一定流量的锡基合金熔液流到以超声频率振动并以一定转速旋转的雾化盘上；锡基合金熔液破碎后在氧含量低于200PPM的雾化气氛中冷却凝固成粉末；粉末经筛选后得到球状、表面光滑、粒度分布均匀的焊锡膏用球形锡基合金粉末。
所述锡基合金粉末为含铅锡基合金粉末或无铅锡基合金粉末。
配合适当的工艺条件，通过本发明的工艺可以制备出更优质的锡基合金粉末，本发明较适当的工艺条件为：所述锡基合金熔液的流量为30-100Kg/h，锡基合金熔液的雾化温度高于相应的合金熔点50-100℃，雾化盘的振动频率为20-45KHz，雾化盘的转速为0-1000RPM。
为使锡基合金粉末的含氧量更低，雾化气氛最好是氧含量低于100PPM的惰性气体所组成的特定气氛。
所述惰性气体为氮气、氩气、氦气之中的一种或多种的混合。
所述雾化盘的转速是可以调节的。
筛选是通过由单台多层筛网或多台单层筛网的振动筛来筛选的，通过安装不同的孔径的筛网可以得到不同粒度范围的锡基合金粉末。
对经过筛选后得到的锡基合金粉末采用抽真空或抽真空后充惰性气体的方式包装后即可用于焊锡膏生产。
本发明的有益效果：本发明是使一定流量的锡基合金熔液流到以超声频率振动并以一定转速旋转的雾化盘上；锡基合金熔液破碎后在氧含量低于200PPM的雾化气氛中冷却凝固成粉末；粉末经筛选后即得到锡基合金粉末产品；工艺简单，通过它制备出来的锡基合金粉末的形状更接近球状(或称真球状)，锡基合金粉末表面不会附着小颗粒或出现坑槽，锡基合金粉末表面光滑无缺陷，氧含量低，粒度分布均匀且产品收得率高。
具体实施方式：
实施例1，一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺，它是使一定流量的锡基合金熔液流到以超声频率振动并以一定转速旋转的雾化盘上；锡基合金熔液的流量为30-100Kg/h，雾化盘的振动频率为20-45KHz，雾化盘的转速为0-1000RPM，雾化盘的转速是可以调节的，锡基合金熔液的雾化温度高于相应的合金熔点50-100℃。
雾化盘位于雾化室内，雾化室内的雾化气氛中，雾化气氛为氧含量低于200PPM的特定气氛，该雾化气氛最好为氧含量低于100PPM的惰性气体所组成的特定气氛。惰性气体为氮气、氩气、氦气之中的一种或多种的混合。
所述锡基合金熔液在超声振动作用力下破碎成无数合金小液滴，这些小液滴在雾化室中冷却后形成合金粉末。所述锡基合金熔液在超声波及雾化盘的共同作用下同样可以破碎成无数合金小液滴，且形成的合金粉末质量更佳。
所述锡基合金熔液破碎后在氧含量低于200PPM的雾化气氛中冷却凝固成粉末；冷却凝固后的粉末经筛选后得到球状、表面光滑、粒度分布均匀的焊锡膏用球形锡基合金粉末。
筛选是通过由单台多层筛网或多台单层筛网的振动筛来筛选的，通过安装不同的孔径的筛网可以得到不同粒度范围的锡基合金粉末。为提高筛分效率，还可以在振动筛上装有超声波清网装置，超声波清网装置的工作频率为20-40KHz，超声波清网装置的工作方式为连续或脉冲可调。
对经过筛选后得到的锡基合金粉末采用抽真空或抽真空后充惰性气体的方式包装后即可用于焊锡膏生产。
所述锡基合金粉末为含铅锡基合金粉末或无铅锡基合金粉末。即是说本发明的超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺既可以用于制备含铅锡基合金粉末，亦可以用于制备无铅锡基合金粉末。
为进一步揭示本发明，以下结合超声振动雾化制备无铅锡基合金粉末(Sn95.5Ag4.0Cu0.5)为例，进一步说明本发明的工艺。
实施例2，超声振动雾化制备无铅锡基合金粉末(Sn95.5Ag4.0Cu0.5)，具体工艺参数如下：熔化炉温度为260℃，保温炉温度为290℃，即锡基合金熔液的温度为290℃，超声雾化频率为41.2KHZ，超声振动雾化盘的旋转速度为560RPM，锡基合金熔液的流量为65Kg/h，雾化气氛的氧含量为60PPM，上筛网目数为325目(45微米)，下筛网目数为500目(25微米)，筛分超声频率为30KHz。
用以上参数制备得到25-45微米粒度规格的无铅合金粉末，其形状为球状(或称真球状)、表面光滑(无“卫星”和坑槽缺陷)，粉末氧含量为79PPM，粒度均匀，收得率为47.6％。
为进一步揭示本发明，以下结合超声振动雾化制备含铅锡基合金粉末(Sn63Pb37)为例，进一步说明本发明的工艺。
实施例3，超声振动雾化制备含铅锡基合金粉末(Sn63Pb37)，具体工艺参数如下：熔化炉温度为230℃，保温炉温度为260℃，即锡基合金熔液的温度为260℃，超声雾化频率为38.4KHZ，超声振动雾化盘的旋转速度为380RPM，雾化流量为72Kg/h，雾化气氛的氧含量为60PPM，上筛网目数为325目(45微米)，下筛网目数为500目(25微米)，筛分超声频率为30KHz。
本实施例制备得到的含铅锡基合金粉末的效果与实施例2所制备出来的无铅合金粉末的效果相似，其形状为球状(或称真球状)、表面光滑(无“卫星”和坑槽缺陷)，金属粉末的氧含量低、粒度分布均匀且产品收得率高。
以上所述仅是本发明的较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1、一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺，其特征在于：使一定流量的锡基合金熔液流到以超声频率振动并以一定转速旋转的雾化盘上；锡基合金熔液破碎后在氧含量低于200PPM的雾化气氛中冷却凝固成粉末；粉末经筛选后得到球状、表面光滑、粒度分布均匀的焊锡膏用球形锡基合金粉末。
2、根据权利1所述的一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺，其特征在于：所述锡基合金粉末为含铅锡基合金粉末或无铅锡基合金粉末。
3、根据权利1所述的一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺，其特征在于：所述锡基合金熔液的流量为30-100Kg/h，锡基合金熔液的雾化温度高于相应的合金熔点50-100℃，雾化盘的振动频率为20一45KHz，雾化盘的转速为0-1000RPM。
4、根据权利1所述的一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺，其特征在于：所述雾化气氛为氧含量低于100PPM的惰性气体所组成的特定气氛。
5、根据权利4所述的一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺，其特征在于：所述惰性气体为氮气、氩气、氦气之中的一种或多种的混合。
6、根据权利1所述的一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺，其特征在于：所述雾化盘的转速是可以调节的。
7、根据权利1所述的一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺，其特征在于：筛选是通过由单台多层筛网或多台单层筛网的振动筛来筛选的，通过安装不同的孔径的筛网可以得到不同粒度范围的锡基合金粉末。
8、根据权利1所述的一种超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的工艺，其特征在于：对经过筛选后得到的锡基合金粉末采用抽真空或抽真空后充惰性气体的方式包装后即可用于焊锡膏生产。
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