CN102990243B - 钎料合金钎料粉的制造方法和实现该方法的加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钎料合金钎料粉的制造方法和实现该方法的加工装置，其加工装置：它包括封闭的漏斗形腔体、密闭容器、高速电机、离心转盘及钎料合金导出装置；其中，所述密闭容器设置于封闭的漏斗形腔体的上方，于所述密闭容器通过一导向管连通，所述离心转盘通过一转动轴连接于高速电机，所述导出装置设置于离心转盘的正上方或正下方。其制造方法：首先选取一种金属，将金属进行雾化以形成球型金属粉，再使用所述的加工装置在球型金属粉表面包覆钎料合金层；本发明的有益效果在于通过在球型金属粉表面包覆钎料合金层以形成钎料合金钎料粉，在保证其良好的钎焊性能的同时，大幅度降低的钎料合金钎料粉的成本，具有很好的实用性。

Description

钎料合金钎料粉的制造方法和实现该方法的加工装置

【技术领域】

本发明涉及钎料合金技术领域，尤其涉及一种钎料合金钎料粉的制造方法，它还涉及一种实现该制造方法的加工装置。

【背景技术】

随着S MT钎焊的无铅化的发展，无铅钎料逐渐取代了从古沿用至今的有铅钎料Sn63Pb37，经过数年的筛选，无铅钎料Sn96.5Ag3.0Cu0.5成为主流，占无铅SMT钎料的绝大部分份额。但是Sn96.5Ag3.0Cu0.5钎料存在因其含有3％的银及高含量的锡(相对于Sn63Pb37)、造成成本过高、高出Sn63Pb37近3倍，等不足。

针对以上不足，人们在探索研究一些新的能克服上述不足的钎料合金及制备方法，目前已有的改进方法是：或以Sn96.5Ag3.0Cu0.5为基础，调整Ag的含量，或添加其它微量元素；或以Sn99.3Cu0.7为基础，添加少量的Ag(0.3％或以上)及其它一种或几种微量元素，以期达到如下效果：获得更好的钎焊性能，更低的钎焊温度，降低成本等，然而，从改善结果看却仍然存在以下缺陷：1、成本的降低幅度较小，最大降幅为：45％，且此降幅是以牺牲Sn96.5Ag3.0Cu0.5的优良钎焊性能为代价换取的；2、对Sn96.5Ag3.0Cu0.5钎焊效果改善有限，多数会降低钎焊性能。因此，研究一种既具有高钎焊性能同时成本又较低的钎料合金制造方法和装置是一个亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种可以有效克服上述不足、高钎焊性能、低成本的表面包覆有钎料合金层的钎料粉的制造方法，该钎料合金钎料粉的制造方法简单。

本发明的又一目的在于提供一种可实现该制造方法的加工装置，该加工装置结构简单，操作简便，工作效率高，加工的产品品质好。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置，它包括封闭的漏斗形腔体、用于存放球型金属粉的密闭容器、高速电机、离心转盘及用于导出钎料合金的钎料合金导出装置；其改进之处在于：所述封闭的漏斗形腔体底部设有收集孔，所述密闭容器设置于封闭的漏斗形腔体的上方，于所述密闭容器底部连通有导向管，导向管伸入封闭的漏斗形腔体内，所述离心转盘通过一转动轴连接于高速电机，且设置于导向管下端端口处，所述导出装置设置于离心转盘的正上方或正下方；

上述结构中，所述钎料合金导出装置包括一用于加热熔化钎料合金的熔炉及设置于熔炉上方的回收盘，熔炉设置于封闭的漏斗形腔体内离心转盘的下方，所述熔炉中设置有一压力泵，压力泵的出口通过导管连接有一喷头，喷头穿过回收盘底部伸至回收盘上方一定高度位置，且喷头出口指向离心转盘圆周的外侧，所述喷头包括一漏斗状的结构及一锥形台，所述锥形台倒置于漏斗状结构中，与漏斗内壁形成一环形间隙，于所述回收盘底部连通有多个回流管，回流管的末端伸入至熔炉底部，所述熔炉外壁上设有加热层。

上述结构中，所述喷头包括一漏斗状的结构及一锥形台，所述锥形台倒置于漏斗状结构中，与漏斗内壁形成一环形间隙。

上述结构中，所述钎料合金导出装置包括设置于离心转盘上方的钎料合金注入管，所述钎料合金注入管的出口位于离心转盘圆周的外侧，封闭的漏斗形腔体内离心转盘下方设置有一收集器，收集器的底部通过导管与注入管的入口连通，于所述的收集器外壁、导管外壁上均依次设置有加热层及隔热层。

上述结构中，所述钎料合金注入管包括两直径不等的空心圆柱，直径较小的空心圆柱置于直径较大的圆柱体内，两空心圆柱间形成一环形间隙。

上述结构中，所述密闭容器上连接有超声波振荡器，所述封闭的漏斗形腔体上连接有振动锤。

本发明的又一目的是通过以下技术方案实现：一种钎料合金钎料粉的制作方法，其改进之处于它包括以下步骤：

a)、制作球型金属粉：选取一种金属单质，采用现有技术中的离心雾化、超声波雾化、气雾化或水雾化中的任一加工工艺对该金属单质进行雾化已形成球型金属粉；

b)、在步骤a)中制得的球型金属粉表面包覆钎料合金层，该步骤采用所述的球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置实现，其具体步骤为：

(1).在钎料合金导出装置中加入所述的钎料合金，进行加热融化，得到熔融的钎料合金；

(2).在密闭容器中充入氮气后放入所述的球型金属粉；

(3).通过离心转盘，带动球型金属粉于离心转盘上作离心运动，由离心转盘圆周边缘飞出；

(4).通过导出装置导出熔融钎料合金，于离心装盘四周形成竖向一空心柱状熔融钎料合金层或一抛物球面状熔融钎料合金层；

(5).飞出的球型金属粉穿过离心转盘在四周形成熔融钎料合金层；

(6).球型金属粉穿过熔融钎料合金层后，即在球型金属粉表面包覆一层钎料合金层，形成钎料合金钎料粉。

本发明的有益效果在于：其一、本发明通过在球型金属粉表面包覆钎料合金层以形成钎料合金钎料粉，由于该钎料合金钎料粉的结构中包含有球型金属粉，即该钎料合金钎料粉的组成成分中除钎料合金外，还包含一种金属元素，藉此，使得钎料合金钎料粉中的银和锡的含量降低(银和锡的成本较高)，因此，使得钎料合金钎料钎料粉的成本大幅度降低，与此同时，由于钎料合金层是包覆于球型金属粉的表面，钎料合金层仍然可采用钎焊性能良好的钎料合金，例如Sn96.5Ag3.0Cu0.5等，藉此，可使得钎料合金钎料粉仍然保持良好的钎焊性能；其二、其制作钎料合金钎料粉的工艺并不复杂，使得该钎料合金钎料粉可推广生产加工，应用的范围广；其三、随着国内RohS要求的越来越严格，国内销售的产品也要无铅化，其钎料的成本压力，也驱使人们会选择可以替代Sn96.5Ag3.0Cu0.5且价格低的新钎料，因此，基于钎料合金钎料粉的前述优点，该钎料合金钎料粉能满足人们的需求，具有很好的实用性；其四、本发明提供的一种在球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置，即该加工装置用于完成钎料合金钎料粉制作方法中的第二个步骤，使用时，只需要将第一步制作好的球型金属粉放入密闭容器中，离心转盘在高速电机的带动下，高速旋转，球型金属粉通过导向管流向离心转盘，球型金属粉接触到离心转盘，在离心转盘上作离心运动。与此同时，钎料合金导出装置，将熔融的钎料合金导出，熔融的钎料合金由离心转盘的上方下落(自由落体运动)或下方上抛(抛物线运动)，如此，熔融的钎料合金在靠近离心转盘四周的形成一竖直环状面的液态钎料合金层或在离心转盘下方形成一抛物面状液态钎料合金层，此状态下，作离心运动的球型金属粉穿过液态钎料合金层，在球型金属粉的外表面即可形成一层厚度为几微米至几十微米的钎料合金层，藉此，完成钎料合金层的包覆步骤，最终得到钎料合金钎料粉，该装置结构简单，包覆钎料合金层的效果好，工作效率高，便于推广使用。

【附图说明】

图1为本发明在球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置的实施例一结构示意图；

图2为本发明在球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置的实施例二结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明涉及一种钎料合金钎料粉，它包括球型金属粉，于所述球型金属粉表面包覆有钎料合金层，所述球型金属粉选用综合物理性能优良(如导电率高、导热率高、延展性好等)且价格相对较低的金属物质，首选为铜、次为锌，再次为铝，还可以选用其他相对合适的金属物质，同时，球型金属粉的球体直径一般为1～60微米。

本发明通过在球型金属粉表面包覆钎料合金层以形成钎料合金钎料粉，由于该钎料合金钎料粉的结构中包含有球型金属粉，即该钎料合金钎料粉的组成成分中除钎料合金外，还包含一种金属元素，藉此，使得钎料合金钎料粉中的银和锡的含量降低(银和锡的成本较高)，因此，使得钎料合金钎料钎料粉的成本大幅度降低，与此同时，由于钎料合金层是包覆于球型金属粉的表面，钎料合金层仍然可采用钎焊性能良好的钎料合金，例如Sn96.5Ag3.0Cu0.5等，藉此，可保持原钎料合金的良好的钎焊性能，此外，所有的钎料合金都可以通过制作成钎料合金钎料粉，已达到保持钎焊性能不变的前提条件下，大幅度降低成本之功效，而原来因价格昂贵而无法普及使用的缺陷，通过这一技术改造，大幅降低成本后，可以大范围普及使用。

本发明提供了一种钎料合金钎料粉的制作方法，它包括以下步骤：

a)、制作球型金属粉：选取一种金属，采用现有技术中的离心雾化、超声波雾化、气雾化或水雾化中的任一加工工艺对该金属进行雾化以形成球型金属粉；

b)、在步骤a)中制得的球型金属粉表面包覆钎料合金层，该步骤可采用真空蒸镀、真空离子溅射、电镀、化学镀以及所述的球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置实现，其具体步骤为：1、在钎料合金导出装置中加入钎料合金，进行加热融化，得到熔融的钎料合金；

2、在密闭容器中充入氮气后放入球型金属粉；

3、通过离心转盘，带动球型金属粉于离心转盘上作离心运动，由离心转盘圆周边缘飞出；

4、通过导出装置导出熔融钎料合金，于离心装盘四周形成竖向一空心柱状熔融钎料合金层或一抛物球面状熔融钎料合金层；

5、飞出的球型金属粉穿过在离心装盘四周形成熔融钎料合金层；

6、球型金属粉穿过熔融钎料合金层后，即在球型金属粉表面包覆一层钎料合金层，形成钎料合金钎料粉。该球型金属粉表面包覆的钎料合金层可是市面上任何一种钎料合金，其中SnAgCu(M)是降低成本幅度最大的一种，锡含量、银含量越高，应用该技术方案后，降低的幅度越大。其他各种钎料合金都可以通过该制作方法制成钎料合金钎料粉，比如有铅系列：Sn63Pb37，Sn62Pb36Ag2等，无铅系列：Sn95.5Ag4.0Cu0.5,Sn95.5Ag3.8Cu0.7等，含铋的中低温系列：Sn42Bi58，Sn64Bi35Ag1.0,Sn59.9Bi40Ag0.1,Sn69.5Bi30Ag0.5等等，除此之外，还有更加昂贵的含金、含铟的钎料，更适合通过本制作方法制作成钎料合金钎料粉，其节省成本的效果更加明显。该钎料合金钎料粉的制作工艺简单，使得该钎料合金钎料粉可推广生产加工，应用的范围广。

参照图1、图2所示，本发明还提供了一种在球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置，它包括封闭的漏斗形腔体1、用于存放球型金属粉的密闭容器2、高速电机3、离心转盘4及用于导出熔融钎料合金的钎料合金导出装置；其中，所述封闭的漏斗形腔体1底部设有收集孔5，所述密闭容器2设置于封闭的漏斗形腔体1的上方，于所述密闭容器2底部连通有导向管6，导向管6伸入封闭的漏斗形腔体1内，所述离心转盘4通过一转动轴7连接于高速电机3，且设置于导向管6下端端口处，所述导出装置设置于离心转盘4的正上方或正下方。

实施例一

参照图1所示，一种在球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置，它包括封闭的漏斗形腔体1、用于存放球型金属粉的密闭容器2、用于加热熔化钎料合金的熔炉8、高速电机3、离心转盘4。其中，所述封闭的漏斗形腔体1底部设有收集孔5，所述密闭容器2设置于封闭的漏斗形腔体1的上方，于所述密闭容器2底部连通有导向管6，导向管6伸入封闭的漏斗形腔体1内熔炉8的上方，所述离心转盘4通过一转动轴7连接于高速电机3，且设置于导向管6下端端口处，由此，可将球型金属粉由密闭容器2内导出，即球型金属粉从该导向管6内流向下方的离心转盘4，离心转盘4在高速电机3的带动下高速旋转，而球型金属粉接触高速旋转的离心转盘4，便作离心运动，从离心转盘4的圆周上飞出去。所述熔炉8上方设有回收盘9，熔炉8设置于封闭的漏斗形腔体1内离心转盘4的下方，所述熔炉8中设置有一压力泵10，压力泵10的出口通过导管连接有喷头11，喷头11穿过回收盘9底部伸至回收盘9上方一定高度位置，且喷头11的出口指向离心转盘4圆周的外侧，所述喷头11包括一漏斗状的结构及一锥形台，所述锥形台倒置于漏斗状结构中，与漏斗内壁形成一环形间隙，通过所述压力泵10可将熔炉8内的熔融钎料合金导出，并由喷头11的环形间隙喷出，喷出的熔融钎料合金做抛物线运动，在喷头11出口上方形成一圈抛物线状液态钎料合金层。

当在离心转盘4上作离心运动的球型金属粉从离心转盘4圆周飞出后，便会穿过喷头11上方形成的熔融钎料合金层，穿过熔融钎料合金层的球型金属粉即可包覆一层厚度为几微米至几十微米的钎料合金层(因喷头11上方形成的熔融钎料合金层为抛物线状，球型金属粉将两次穿过熔融钎料合金层)，完成钎料合金层包覆的步骤，最终得到钎料合金钎料粉(成品)掉落入封闭的漏斗形腔体1，由封闭的漏斗形腔体1的底部收集孔5收集钎料合金钎料粉(成品)。于所述回收盘9底部连通有多个回流管12，回流管12的末端伸入至熔炉8底部，当喷头11出口处抛下的熔融钎料合金掉落至回收盘9中时，该部分钎料合金可经由回流管12流入至熔炉8，所述熔炉8外壁上设有加热层13，以加热熔化钎料合金，所述密闭容器2上连接有超声波振荡器18，可使球型金属粉均匀的流过导向管6，所述封闭的漏斗形腔体1上连接有振动锤19，有节奏的敲击封闭的漏斗形腔体1，有利于钎料合金钎料粉(成品)的收集。

实施例二

参照图2所示，一种在球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置，它包括封闭的漏斗形腔体1、用于存放球型金属粉的密闭容器2、高速电机3、离心转盘4；其中，所述封闭的漏斗形腔体1底部设有收集孔5，所述密闭容器2设置于封闭的漏斗形腔体1的上方，于所述密闭容器2底部连通有导向管6，导向管6伸入封闭的漏斗形腔体1内，所述离心转盘4通过一转动轴7连接于高速电机3，且设置于导向管6下端端口处，由此，可将球型金属粉由密闭容器2内导出，即球型金属粉从该导向管6内流向下方的离心转盘4，离心转盘4在高速电机3的带动下高速旋转，而球型金属粉接触高速旋转的离心转盘4，便作离心运动，从离心转盘4的圆周上飞出去。于离心转盘4上方设置有钎料合金注入管14，所述钎料合金注入管14的出口位于离心转盘4圆周的外侧，封闭的漏斗形腔体1内离心转盘4下方设置有一收集器15，收集器15的底部通过导管16与注入管14的入口连通，所述钎料合金注入管14包括两直径不等的空心圆柱，直径较小的空心圆柱置于直径较大的圆柱体内，两空心圆柱间形成一环形间隙，藉此，收集器15及导管16内的熔融钎料合金通过导管16导入至注入管14，熔融钎料合金则通过注入管14的环形间隙流出，于靠近离心转盘4四周的形成一竖向的环状液态钎料合金层。

当在离心转盘4上作离心运动的球型金属粉从离心转盘4圆周飞出后，便会穿过注入管14出口靠近离心转盘4四周形成的竖向液态钎料合金层，穿过熔融钎料合金层的球型金属粉表面即可包覆一层厚度为几微米至几十微米的钎料合金层(因形成的熔融钎料合金层为竖向的环状，球型金属粉将只穿过熔融钎料合金层一次)，完成钎料合金层包覆的步骤，最终得到钎料合金钎料粉(成品)掉落入封闭的漏斗形腔体1，由封闭的漏斗形腔体1的底部收集孔5收集钎料合金钎料粉(成品)。于所述的收集器15外壁、导管16外壁上均依次设置有加热层13及隔热层17，以加热熔化钎料合金，所述密闭容器2上连接有超声波振荡器18，可使球型金属粉均匀的流过导向管6，所述封闭的漏斗形腔体1上连接有振动锤19，有节奏的敲击封闭的漏斗形腔体1，有利于钎料合金钎料粉(成品)的收集。

本发明提供的一种在球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置，如实施例一和二所述技术方案，该加工装置用于完成钎料合金钎料粉制作方法中的第二个步骤，使用时，只需要将第一步制作好的球型金属粉放入密闭容器2，离心转盘4在高速电机的带动下，高速旋转，球型金属粉通过导向管6流向离心转盘4，球型金属粉接触到离心转盘4，在离心转盘4上作离心运动，与此同时，钎料合金导出装置，将熔融的钎料合金导出，熔融的钎料合金由离心转盘4的上方下落(直线运动)或下方上抛(抛物线运动)，如此，熔融的钎料合金在靠近离心转盘4四周的形成一竖直的液态钎料合金层或在离心转盘4下方形成一抛物线状液态钎料合金层，此状态下，作离心运动的球型金属粉穿过液态钎料合金层，在球型金属粉的外表面即可形成一层钎料厚度为几微米至几十微米的合金层，藉此，完成钎料合金层的涂覆步骤，最终得到钎料合金钎料粉，该装置结构简单，包覆钎料合金层的效果好，工作效率高，便于推广使用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置，其特征在于：它包括封闭的漏斗形腔体、用于存放球型金属粉的密闭容器、高速电机、离心转盘及用于导出钎料合金的钎料合金导出装置；

其中，所述封闭的漏斗形腔体底部设有收集孔，所述密闭容器设置于封闭的漏斗形腔体的上方，于所述密闭容器底部连通有导向管，导向管伸入封闭的漏斗形腔体内，所述离心转盘通过一转动轴连接于高速电机，且设置于导向管下端端口处，所述导出装置设置于离心转盘的正上方或正下方。

2.根据权利要求1所述的球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置，其特征在于：所述钎料合金导出装置包括一用于加热熔化钎料合金的熔炉及设置于熔炉上方的回收盘，熔炉设置于封闭的漏斗形腔体内离心转盘的下方，所述熔炉中设置有一压力泵，压力泵的出口通过导管连接有一喷头，喷头穿过回收盘底部伸至回收盘上方一定高度位置，且喷头出口指向离心转盘圆周的外侧，所述喷头包括一漏斗状的结构及一锥形台，所述锥形台倒置于漏斗状结构中，与漏斗内壁形成一环形间隙，于所述回收盘底部连通有多个回流管，回流管的末端伸入至熔炉底部，所述熔炉外壁上设有加热层。

3.根据权利要求2所述的球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置，其特征在于：所述喷头包括一漏斗状的结构及一锥形台，所述锥形台倒置于漏斗状结构中，与漏斗内壁形成一环形间隙。

4.根据权利要求1所述的球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置，其特征在于：所述钎料合金导出装置包括设置于离心转盘上方的钎料合金注入管，所述钎料合金注入管的出口位于离心转盘圆周的外侧，封闭的漏斗形腔体内离心转盘下方设置有一收集器，收集器的底部通过导管与注入管的入口连通，于所述的收集器外壁、导管外壁上均依次设置有加热层及隔热层。

5.根据权利要求4所述的球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置，其特征在于：所述钎料合金注入管包括两直径不等的空心圆柱，直径较小的空心圆柱置于直径较大的圆柱体内，两空心圆柱间形成一环形间隙。

6.根据权利要求2或4所述的球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置，其特征在于：所述密闭容器上连接有超声波振荡器，所述封闭的漏斗形腔体上连接有振动锤。

7.一种钎料合金钎料粉的制作方法，其特征在于它包括以下步骤：

a).制作球型金属粉：选取一种金属，采用现有技术中的离心雾化、超声波雾化、气雾化或水雾化中的任一加工工艺对该金属进行雾化以形成所述的球型金属粉；

b).在步骤a)中制得的球型金属粉表面包覆钎料合金层，该步骤采用所述的球型金属粉表面包覆钎料合金层的加工装置实现，其具体步骤为：

(1).在钎料合金导出装置中加入所述的钎料合金，进行加热融化，得到熔融的钎料合金；

(2).在密闭容器中充入氮气后放入所述的球型金属粉；

(3).通过离心转盘，带动球型金属粉于离心转盘上作离心运动，由离心转盘圆周边缘飞出；

(4).通过导出装置导出熔融钎料合金，于离心装盘四周形成竖向一空心柱状熔融钎料合金层或一抛物球面状熔融钎料合金层；

(5).飞出的球型金属粉穿过离心转盘在四周形成熔融钎料合金层；

(6).球型金属粉穿过熔融钎料合金层后，即在球型金属粉表面包覆一层钎料合金层，形成钎料合金钎料粉。