CN102390996A - 一种吸嘴及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸嘴及其制工艺，所述的吸嘴包括氧化锆和氧化钇、氧化铪、氧化铝，所述的吸嘴材料还包括PP料、PC料和石蜡三种辅料，所述的氧化锆与PP料、PC料和石蜡三种辅料按1︰0.25︰0.2︰0.15比例配料。其制作工艺包括，配料，成型，脱脂，烧结，渗碳，切削加工和装配。具有吸嘴尖端不反白、绝缘、无磁性、耐磨度高、使用寿命长和成本低的特点，且可以降低电子元器件的损坏率，有效地保护SMT设备的安全，完全可以替代以金属钢或合金钢为原料的金属吸嘴。

Description

一种吸嘴及其制作工艺

技术领域

本发明涉及一种吸嘴及其制作工艺，所述的吸嘴表面贴装技术是SMT行业贴片机的重要组成部份之一。

背景技术

吸嘴是表面贴装技术SMT行业贴片机的重要组成部分，吸嘴通孔的大小由电子元器件的外型尺寸的大小来决定的，精确贴装的最先决条件就是设计与之相符的吸嘴，并能够达到贴装设备的视觉成像检测要求来实现这一精确贴装的目的。

近年来，随着电子元器件技术的快速发展，片状电子元器件的种类越来越多，尺寸也越来越小，已从0402型发展到0201型，目前，0201型吸嘴国外都是采用钨钢或合金钢加工生产，其加工艺复杂、加工设备精度要求高，产品价格昂贵，且存在易断层、开裂、导电、带磁性等缺点。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种吸嘴及其制作工艺，具有吸嘴尖端不反白、绝缘、无磁性、耐磨度高，使用寿命长和成本低的特点，且可以降低电子元器件的损坏率，有效地保护SMT设备的安全，完全可以替代以钨钢或合金钢为原料的金属吸嘴。

实现上述目的而采取的技术方案包括，一种吸嘴，其配料包括氧化锆和氧化钇、氧化铪、氧化铝，所述的吸嘴材料还包括PP料、PC料和石蜡三种辅料，所述的氧化锆与PP料、PC料和石蜡三种辅料按1︰0.25︰0.2︰ 0.15比例配料。

其制作工艺，包括：

1）配料：包括氧化锆和氧化钇、氧化铪、氧化铝，按照1︰1.20-1.28的收缩比配料，并添加PP料，PC料，石蜡三种辅料，氧化锆与三种辅料按1︰0.25︰0.2︰ 0.15比例配料，投入熔融温度为80~130℃的造粒机；

2）成型：将配料投入注塑机，经精密组合式模具干压成型；

3）脱脂：坯体成型后放入30~70℃的白电油溶剂浸泡12小时；

4）烧结：将脱脂后的成型坯体放入高温烧结炉中进行1000—1500℃经86—96小时烧结；

5）渗碳：将烧结完成陶瓷管在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入；

6）切削加工：将渗碳完成后的坯体经切削加工达到尺寸精度和表面粗糙度；

7）装配：将切削加工后的坯体与嘴心进行装配。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，

由于采用了非金属陶瓷材料替代钨钢或合金钢，因而具有端面不会因为长时间、高频率磨擦而发亮，吸嘴尖端不反白、绝缘、无磁性、耐磨度高、使用寿命长和成本低的特点，且可以降低电子元器件的损坏率，有效地保护SMT设备的安全。

具体实施方式

一种吸嘴，其配料包括氧化锆和氧化钇、氧化铪、氧化铝，所述的吸嘴材料还包括PP料、PC料和石蜡三种辅料，所述的氧化锆与PP料、PC料和石蜡三种辅料按1︰0.25︰0.2︰0.15比例配料。

所述的配料收缩比为1︰1.20-1.28。

所述的氧化锆含量不低于85%。

制作工艺，包括：

1）配料：包括氧化锆和氧化钇、氧化铪、氧化铝，按照1︰1.20-1.28的收缩比配料，并添加PP料，PC料，石蜡三种辅料，氧化锆与三种辅料按1︰0.25︰0.2︰ 0.15比例配料，投入熔融温度为80~130℃的造粒机；

2）成型：将配料投入注塑机，经精密组合式模具干压成型；

3）脱脂：坯体成型后放入30~70℃的白电油溶剂浸泡12小时；

4）烧结：将脱脂后的成型坯体放入高温烧结炉中进行1000—1500℃经86—96小时烧结；

5）渗碳：将烧结完成陶瓷管在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入；

6）切削加工：将渗碳完成后的坯体经切削加工达到尺寸精度和表面粗糙度；

7）装配：将切削加工后的坯体与嘴心进行装配。

实施例

0402吸嘴

其配比为：以氧化锆为主，添加氧化钇、氧化铪、氧化铝和PP料、PC料、石蜡三种辅料，按一定比例配比，控制熔融温度为80~130度，收缩比1:1.27，通孔内径只能达到0.4毫米以上。

0402吸嘴生产工艺

0402吸嘴尺寸（内径0.4毫米，外径0.7毫米）加工工艺是利用简易手工模具通过注塑成型、脱脂、烧结、渗碳并切削加工完成。因吸嘴的精度要求较高，通常情况下都采取先扩大加工本体尺寸，然后经切削及精加工打磨处理。

1、配料

0402吸嘴的配料是按照1:1.27的收缩比进行配比。以氧化锆为主，添加氧化钇、氧化铪、氧化铝和PP料、PC料、石蜡三种辅料，氧化锆与三种辅料按1︰0.25︰0.2︰ 0.15比例配料，控制熔融温度为80~130度，配料混料是利用原料的热物理性质，把原料加入造粒机中，由加热圈加热，使原料熔融，在外力马达作用下驱动旋转滚轮，通过机械研磨，搅拌后完成造粒成型。其中PP料、PC料、石蜡三种辅料主要是控制烧结成型的收缩比。

2.成型

0402吸嘴成型是将配好的坯料投入注塑机，调节好注塑机的熔融温度及注射压力，通过简易手工模具干压成型。干压成型是利用陶瓷原料的热物理性质，把原料从注塑机的料斗加入料筒中，料筒外由加热圈加热，使原料熔融。在料筒内装有在外力马达作用下驱动旋转的螺杆，原料在螺杆的作用下，沿着螺槽向前输送，原料在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐塑化、熔融和均化。当螺杆旋转时，原料在螺槽摩擦离及剪切力的作用下，把已熔融的原料推倒螺杆的头部，与此同时，螺杆在原料的反作用下后退，使螺杆头部形成储料空间，完成塑化过程，然后，螺杆在注射油缸活塞推力的作用下，以高速、高压将储料室内的熔融料通过喷嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料经过保压、冷却、固化定型后。模具在合模机构的作用下，开启模具，并通过顶出工具把定型好的制品取出。

3.模具

简易手工模具的设计和制造：采用S316模具钢，根据吸嘴尺寸、烧结过程中的收缩比、注塑压力等因素来设计模具。干压成型是将合适的坯料装入金属模具中，在力的作用下加以压缩，坯料内孔隙中的气体部分排出，颗粒位移、逐步靠拢，当受力足够大时颗粒发生变形、碎裂，互相紧密咬合，最终形成截面与模具截面相同、上下两面形状由模具上下压头决定的坯体。模具由外模套、模腔及模针组成，应确保模具的配合良好，有适当间隙为气体排出通道，过大的间隙不仅影响压力而且使粉料被挤入间隙，严重时脱模困难，甚至卡死。模针

需经热处理，以确保经久耐用。

简易手工模具的尺寸设计：根据材料烧结后1︰1.27的收缩比，结合手工模具精密度不能满足产品要求的实际情况，在0402吸嘴内径必须确保0.4毫米的前提下，模针只能选用直径为0.4X1.27=0.508毫米经过热处理的特殊材料制作，模腔的内径尺寸是6毫米（根据产品的外径尺寸3.6X1.27=4.572毫米，再结合中心度误差范围系数适当加大直径1.428毫米）。模腔的深度同样按照模腔的直径计算方法，考虑后段切削工艺的工艺边设计为12毫米。

4、脱脂

成型坯体进行烧结前，还需经干燥处理以排除坯体中所含的自由水，并放入30~70度的白电油溶剂中12小时浸泡脱除成型时使用的PP料、PC料、石蜡三种辅料俗称脱脂。对于使用可塑性粘土的陶瓷而言，干燥工艺和干燥性能（干燥收缩率、干燥灵敏指数、干燥强度等）对制品的质量控制有着十分重要的意义；由于成型坯体含较多的水分或有机添加剂，干燥与脱胶处理就至关重要。收缩率对成型模具尺寸的确定和烧结程度的判定有着极其重要的作用。

5、干燥：

含一定水分的成型坯体在干燥过程中，随加热温度升高和时间延长，内部水分不断由内向表面扩散并蒸发，坯体质量不断减少、颗粒靠拢致使孔隙变化、体积收缩。由工艺学原理可知，干燥过程从始至终可分为加速干燥、等速干燥、降速干燥三个阶段，第一阶段时间短，体积变化不大，而等速阶段坯体的体积收缩迅速，是造成坯体变形或开裂缺陷的危险阶段，至降速阶段，因颗粒靠拢，内扩散阻力增大，而致干燥速度下降，体积收缩减小直至停止。坯料的性质（矿物组成、颗粒大小和形状、水分高低等）、坯体的受热表面积和厚度、干燥温度以及干燥介质（如空气）的流动状态等多种因素都会对干燥速度产生影响。

6、脱胶：

成型时使用的PP料、PC料、石蜡三种辅料大多为碳氢化合物，在加热时于400～500℃前均会变成气体全部挥发从而留下气孔，有些还会留下灰分。产生的CO气体在密闭条件下可以对坯料产生还原作用；另外，粘结剂挥发太快也可能使坯体产生裂纹。不同的粘结剂的挥发特性不同，有的在室温至400～500℃范围内挥发速度基本均匀，有的则集中在某一温度段。为此，成型时添加有机粘结剂要选择挥发速度基本均匀的、不留下灰分的，且用量在保证成型的前提下应尽量少。脱胶时需注意在室温至400～500℃范围内保持氧化气氛，且在这一温度范围加热不宜快。

7、收缩率：

收缩率分干燥收缩率和烧结收缩率，收缩率又有线收缩率和体收缩率之分。干燥收缩是由于干燥时排除水分所造成的体积收缩，烧结收缩则是由于烧结过程中发生一系列物理化学变化而致的收缩。故干燥收缩率和烧结收缩率从表达式上的区别只是两种收缩的起始尺寸和最终尺寸的不同。对结构陶瓷干压成型试样，因其含水很少，干燥收缩率很小，意义不重要，而烧结收缩率不仅对确定成型模具尺寸必不可缺，而且对评价烧结工艺和烧结质量有重要意义。

8、烧结

将脱脂后的成型坯体放入高温烧结炉中进行1000~1500度86~96小时烧结，在烧结过程中将发生一系列复杂的物理化学变化，与此同时，坯体的气孔率不断减少，坯体体积不断收缩，密度不断增大。对于特定化学组成、颗粒组成的陶瓷材料坯体，对应着一定的烧结温度范围

，在此温度范围内在一定的保温时间下，坯体内残存的气孔很少、烧结收缩率呈现较大，坯体的体积密度达到显著的水平，其中对应于气孔率最小、收缩率最大、密度最高的温度则视为该特定状态的陶瓷材料的最佳烧结温度。当温度超过此范围上限时，反会出现晶粒异常长

大、气孔增加、密度下降的现象，甚至坯体出现过烧、局部熔融。除了化学组成、颗粒组成外，原始粉体的活性（可烧结性）、成型方式、成型后的密度以及烧结方式、保温时间都对材料的致密化过程产生不同程度的影响，从而使烧结温度范围和最佳烧结温度发生改变。烧

结温度范围和最佳烧结温度对陶瓷材料生产和科研有着重要意义，是陶瓷材料制备工艺中的关键工艺参数之一。陶瓷的烧结是一动态过程，作为评价烧结程度的体积密度、气孔率、烧结收缩率三个指标的变化也是连续的，但通常只能在完成烧结后测定。

9、渗碳

为增加吸嘴的含碳量，形成一定的碳浓度梯度，将烧结完成的陶瓷管在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入的化学热处理工艺，以确保陶瓷管的硬度和颜色呈暗黑色，达到吸嘴吸取电子元件在快速成相时不反白。渗碳介质的分解产生活性碳原子，陶瓷管吸收后即溶到表层奥氏体中﹐使奥氏体中含碳量增加。便与心部含碳量出现浓度差﹐表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度﹐同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。

10、切削加工

切削加工是对陶瓷材料的表面（平面或其它圆柱面、曲面）进行定量深度（一般较小）的去除，以达到一定的尺寸精度和表面粗糙度。在平面磨床、内外圆磨床及其它专用磨床上，对结构陶瓷管进行各种磨削（粗磨、精磨、超精磨）的材料去除是靠磨料粒子与陶瓷表面产生相对运动来实现的，磨削陶瓷时，需充分考虑金刚石或其它超硬磨粒的粒度、砂轮的尺寸与形状、进给方式与进给速率、机床的构造与精度及冷却方式等因素。

0201吸嘴

用钨钢或合金钢制成的0201型金属吸嘴存在着误判、操作不当撞机时不能有效保护贴装头及电子元器件，容易产生空贴，出现开裂、脱落、韧性差以及生产成本较高、使用寿命短等问题。本项目用非金属陶瓷材料替代钨钢或合金钢制成的0201型吸嘴，由于采用非金属陶瓷材料，具有端面不会因为长时间、高频率摩擦而发亮，韧性脆，无静电、无磁性，不易产生热胀冷缩等特点，有效地克服了金属吸嘴的缺点，从而降低了生产成本，只有金属吸嘴的五分之一，延长了使用寿命，从3个月提高到6个月以上。

0201吸嘴生产工艺

0201吸嘴尺寸（内径0.25毫米，外径0.4毫米）是利用精密组合式模具通过一次性注塑成型、脱脂、烧结、渗碳等工艺完成。

1、配料

0201吸嘴的配料是按照1: 1.20-1.28的收缩比进行配比。以氧化锆为主，添加氧化钇、氧化铪、氧化铝和PP料、PC料、石蜡三种辅料，氧化锆与三种辅料按1：0.25：0.2： 0.15比例配料，投入熔融温度为80~120度的造粒机，配料混料是利用原料的热物理性质，把原料加入造粒机中，由加热圈加热，使原料熔融，在外力马达作用下驱动旋转滚轮，通过机械研磨，搅拌后完成造粒成型。

2、成型

0201吸嘴成型是将配好的坯料投入注塑机，调节好注塑机的熔融温度及注射压力，通过精密组合式模具干压成型。其原理同0402吸嘴成型相同，只是对注射压力及模具结构进行改进。

3、模具

精密组合式模具的设计和制造：采用进口S316模具钢并做热处理，根据吸嘴的外形、尺寸、烧结过程中的收缩比、注塑压力、脱模方式，进料水口等因素来设计模具。干压成型的原理同0402吸嘴相同。

精密组合式模具的尺寸设计：根据材料烧结后1：1.20-1.28的收缩比， 0201吸嘴内径必须确保0.25毫米，模针选用直径为0.25xX毫米经过热处理的特殊材料制作，模腔的内径尺寸是根据产品的外形尺寸扩大1.20-1.28倍。

4、脱脂

成型坯体进行烧结前，还需放入30~50度的白电油溶剂中12小时浸泡脱除成型时使用的PP料、PC料、石蜡三种辅料俗称脱脂。其工艺同0402吸嘴相同，只是浸泡温度进行了改进。

5、烧结

将脱脂后的成型坯体放入高温烧结炉中进行1000~1500度86~96小时烧结，其工艺同0402吸嘴相同，只是吸嘴的摆放方式，进炉数量、烧结时段温度的设定进行了改进。

6、渗碳

其工艺同0402吸嘴相同，只是吸嘴的摆放方式，进炉数量、烧结时段温度的设定进行了改进。

(1)材质 ：以氧化锆为基体的陶瓷材料，氧化锆含量不低于85%；(2）规格尺寸：内径220-250微米，外径385-405微米，同心度<5微米；3）表面硬度：圆弧面>800HV， 平面>2000 HV；4）不导电；5）无磁性。

Claims (4)

1.一种吸嘴，其配料包括氧化锆和氧化钇、氧化铪、氧化铝，其特征在于，所述的吸嘴材料还包括PP料、PC料和石蜡三种辅料，所述的氧化锆与PP料、PC料和石蜡三种辅料按1︰0.25︰0.2︰0.15比例配料。

2.根据权利要求1所述的一种吸嘴，其特征在于，所述的配料收缩比为1︰1.20-1.28。

3.根据权利要求1所述的一种吸嘴，其特征在于，所述的氧化锆含量不低于85%。

4.根据权利要求1所述的一种吸嘴制作工艺，其特征在于，包括：

1）配料：包括氧化锆和氧化钇、氧化铪、氧化铝，按照11.20-1.28的收缩比配料，并添加PP料，PC料，石蜡三种辅料，氧化锆与三种辅料按10.25︰0.2︰0.15比例配料，投入熔融温度为80~130℃的造粒机；

2）成型：将配料投入注塑机，经精密组合式模具干压成型；

3）脱脂：坯体成型后放入30~70℃的白电油溶剂浸泡12小时；

4）烧结：将脱脂后的成型坯体放入高温烧结炉中进行1000—1500℃经86—96小时烧结；

5）渗碳：将烧结完成陶瓷管在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入；

6）切削加工：将渗碳完成后的坯体经切削加工达到尺寸精度和表面粗糙度；

7）装配：将切削加工后的坯体与嘴心进行装配。