CN105562699A - 一种高精度微细金属球体成型机 - Google Patents
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Abstract
一种高精度微细金属球体成型机，包括熔料釜、放料阀、射球釜，所述熔料釜通过所述放料阀与所述射球釜连接；所述射球釜包括液氮阀、高压静电头、压电陶瓷驱动器、压电陶瓷片、压射杆、微孔钻石片、球体定型区、球体成型区、球体出口，所述压电陶瓷片和所述压电陶瓷驱动器、所述压射杆分别连接，所述压电陶瓷驱动器驱动所述压电陶瓷片带动所述压射杆作纵向活塞式运动，所述微孔钻石片设置在压射杆下方，所述高压静电头设置在微孔钻石片下方和球体定型区上部分重叠，所述球体定型区下方依次为球体成型区、球体出口，所述液氮阀设置在所述球体成型区旁侧用于控制所述球体成型区的温度，该成型机成球速度快，球体直径精度高，球体真圆度好，含氧低。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品封装材料技术领域，具体涉及一种高精度微细金属球体成型机。
背景技术
高精度金属微细球体在现代工业中用途广泛。电子行业的焊接材料BGA、CSP锡球，电光源行业的汞合金球，研磨行业的锌球、镍基球，太阳能电池行业的硅球、钢球、铜球、不锈钢球等都属于高精度微细金属球体。
目前生产微细球体的主要工艺有拉丝、裁切、熔融法、抛射法。以上方法工艺复杂、球径误差大，无法生产高精度的微细金属球体，同时在生产中不能连续给料,金属液体流量波动大而导致球体大小不均匀，产品合格率低下，球体不圆，单位时间内产量低。
发明内容
有鉴于此，本发明提出的一种高精度微细金属球体成型机，可用于制备锌球、锡球、铟球、汞合金球等各种高精度微细金属球体，成球速度快，每秒成球10000--20000粒，球体直径精度高，可控制在正负5微米内，球体真圆度好，含氧低，成品合格率高达90％以上。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种高精度微细金属球体成型机，包括熔料釜、放料阀、射球釜，所述熔料釜通过所述放料阀与所述射球釜连接；所述射球釜包括液氮阀、高压静电头、压电陶瓷驱动器、压电陶瓷片、压射杆、微孔钻石片、球体定型区、球体成型区、球体出口，所述压电陶瓷片和所述压电陶瓷驱动器、所述压射杆分别连接，所述压电陶瓷驱动器驱动所述压电陶瓷片使所述所述压电陶瓷片带动所述压射杆作纵向活塞式运动，所述微孔钻石片设置在所述压射杆下方，所述高压静电头设置在所述微孔钻石片下方和所述球体定型区上部分重叠，所述球体定型区下方依次为所述球体成型区、所述球体出口，所述液氮阀设置在所述球体成型区旁侧，用于控制所述球体成型区的温度为-20℃～-30℃，启动高压静电在所述高压静电头孔内产生高压静电场，启动所述压电陶瓷驱动器驱动所述压电陶瓷片使所述压电陶瓷片带动所述压射杆作纵向活塞式运动，在所述压射杆纵向活塞式运动下对金属液体挤压，从所述微孔钻石片中的孔内连续不间断射出形成金属液滴柱，金属液滴柱通过所述高压静电头的静电场，自身形成高压电荷，在高压电荷作用下快速分离形成单个金属液滴柱，同时金属液滴柱所带高压电荷加速液体柱表面张力的作用在所述球体定型区内形成金属液体球，金属液体球以自由落体方式落入所述球体成型区，在低温下进行热交换凝固成固体球，固体球从所述球体出口排出。
进一步地，所述液氮阀有两个，分别为第一液氮阀和第二液氮阀。
进一步地，所述射球釜包括第二加热装置、温度探头、浮球液位开关、真空阀，所述真空阀设置在所述射球釜顶部，所述第二加热装置、温度探头、浮球液位开关设置在所述微孔钻石片上方，所述第二加热装置接通电源后用于给所述射球釜加温，所述温度探头用于检测所述射球釜的温度，当温度达到设定温度后，所述第二加热装置停止给所述射球釜加温，所述真空阀用于对所述射球釜抽真空，当所述射球釜达到真空要求后关闭所述真空阀，打开所述放料阀对射球釜加入金属液体，当金属液体达到预定高度时所述浮球液位开关自动关闭。
进一步地，所述射球釜包括氮气阀、压力调节器、氮气入口，所述压力调节器和所述氮气入口相连，所述氮气入口设置在所述射球釜顶部，所述氮气阀设置在所述球体定型区上部分的旁侧，用于排除所述球体定型区和所述球体成型区管内空气，调节所述压力调节器的压力通过所述氮气入口对所述射球釜充入氮气以实现对金属液体的防氧化功能。
进一步地，所述氮气阀有两个，分别为第一氮气阀和第二氮气阀。
进一步地，所述射球釜包括高频闪光灯、观察镜，所述高频闪光灯设置在所述球体定型区旁侧，所述观察镜设置在所述球体定型区另一旁侧，启动所述高频闪光灯，调节所述高频闪光灯的闪光频率实现与所述压射杆的运动频率同步，通过所述观察镜实现对金属液体球静态观察。
进一步地，所述熔料釜包括搅拌装置、第一加热装置，所述第一加热装置接通电源后用于给所述熔料釜加温，达到设定温度后，停止加温，所述搅拌装置用于对所述熔料釜内的金属液体进行搅拌。
进一步地，所述搅拌装置包括搅拌电机、搅拌杆，所述搅拌电机和所述搅拌杆连接，所述搅拌电机带动所述搅拌杆对所述熔料釜内的金属液体进行搅拌。
优选地，所述搅拌时间为5分钟。
优选地，所述加热装置为电热块。
本发明的高精度微细金属球体成型机，与拉丝、裁切、熔融法，抛射法相比具有以下优点：
1、本发明利用搅拌电机带动搅拌杆对熔料釜内的金属合金液体进行搅拌，每粒微细金属球体合金成分含量均匀一致性好；
2、利用金属液体的浮力原理作用于杠杆浮球液位开关自动控制液位，液位上下落差在3mm内，实现不间断连续给料，解决液位波动大造成的重力变化从而导致微细金属球体的直径误差大的问题，量产微细金属球体直径误差小。
3、利用压电陶瓷片的压电效用带动压射杆作纵向活塞式运动挤压，实现金属液体从微孔钻石片中的孔内连续不间断射出形成金属液滴柱，压电陶瓷片成本低，控制精度高；
4、利用高压静电头形成的静电场对金属液滴柱快速分离,加速单个液滴柱表面张力收圆形成液体球，同时每粒液体球均带同性电荷相互排斥，不粘连，成球快，圆度高。
5、利用高频闪光灯的光源照明，调整闪光频率与压射杆的运动频率同步，实现对金属液体球的静态观察。
6、利用氮气保护从上至下排除空气，确保微细金属球体成型过程在无氧环境中进行。
附图说明
图1为本发明的高精度微细金属球体成型机的结构图。
附图标记说明：
1、搅拌电机2、搅拌杆3、熔料釜4、第一加热装置5、放料阀6、真空阀7、压电陶瓷片8、压电陶瓷驱动器9、氮气入口10、压力调节器11、射球釜12、压射杆13、温度探头14、微孔钻石片15、第二加热装置16、浮球液位开关17、第一氮气阀18、第二氮气阀19、高压静电头20、高频闪光灯21、观察镜22、金属液体球23、球体定型区24、第一液氮阀25、第二液氮阀26、球体成型区27、球体出口
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
请参阅图1，一种高精度微细金属球体成型机，包括熔料釜3、放料阀5、射球釜11，所述熔料釜3通过所述放料阀5与所述射球釜11连接；所述射球釜11包括第一液氮阀24、第二液氮阀25、高压静电头19、压电陶瓷驱动器8、压电陶瓷片7、压射杆12、微孔钻石片14、球体定型区23、球体成型区26、球体出口27，所述压电陶瓷片7和所述压电陶瓷驱动器8、所述压射杆12分别连接，所述压电陶瓷驱动器8驱动所述压电陶瓷片7使所述压电陶瓷片7带动所述压射杆12作纵向活塞式运动，所述微孔钻石片14设置在所述压射杆12下方，所述高压静电头19设置在所述微孔钻石片14下方和所述球体定型区23上部分重叠，所述球体定型区23下方依次为所述球体成型区26、所述球体出口27，所述第一液氮阀24、第二液氮阀25设置在所述球体成型区26旁侧，用于控制所述球体成型区26的温度为-20℃～-30℃，启动高压静电在所述高压静电头19孔内产生高压静电场，启动所述压电陶瓷驱动器8驱动所述压电陶瓷片7使所述压电陶瓷片7带动所述压射杆12作纵向活塞式运动，在所述压射杆12纵向活塞式运动下对金属液体挤压，从所述微孔钻石片14中的孔内连续不间断射出形成金属液滴柱，金属液滴柱通过所述高压静电头的静电场，自身形成高压电荷，在高压电荷作用下快速分离形成单个金属液滴柱，同时金属液滴柱所带高压电荷加速液体柱表面张力的作用在所述球体定型区内形成金属液体球22，金属液体球22以自由落体方式落入所述球体成型区26，在低温下进行热交换凝固成固体球，固体球从所述球体出口27排出。
进一步地，所述射球釜包括第二加热装置15、温度探头13、浮球液位开关16、真空阀6，所述真空阀6设置在所述射球釜11的顶部，所述第二加热装置15、温度探头13、浮球液位开关16设置在所述微孔钻石片14上方，所述第二加热装置15接通电源后用于给所述射球釜11加温，所述温度探头13用于检测所述射球釜11的温度，当温度达到设定温度后，所述第二加热装置15停止给所述射球釜11加温，所述真空阀6用于对所述射球釜11抽真空，当所述射球釜11达到真空要求后关闭所述真空阀6，打开所述放料阀5对射球釜11加入金属液体，当金属液体达到预定高度时所述浮球液位开关16自动关闭。
进一步地，所述射球釜包括第一氮气阀17、第二氮气阀18、压力调节器10、氮气入口9，所述压力调节器10和所述氮气入口9相连，所述氮气入口9设置在所述射球釜11顶部，所述第一氮气阀17、第二氮气阀18设置在所述球体定型区23上部分的旁侧，用于排除所述球体定型区23和所述球体成型区26管内空气，调节所述压力调节器10的压力通过所述氮气入口9对所述射球釜11充入氮气以实现对金属液体的防氧化功能。
进一步地，所述射球釜包括高频闪光灯20、观察镜21，所述高频闪光灯20设置在所述球体定型区23旁侧，所述观察镜21设置在所述球体定型区23另一旁侧，启动所述高频闪光灯20，调节所述高频闪光灯20的闪光频率实现与所述压射杆12的运动频率同步，通过所述观察镜21实现对金属液体球静态观察。
进一步地，所述熔料釜包括搅拌电机1、搅拌杆2、第一加热装置4，所述第一加热装置4接通电源后用于给所述熔料釜3加温，达到设定温度后，停止加温，所述搅拌电机1和所述搅拌杆2连接，所述搅拌电机1带动所述搅拌杆2对所述熔料釜3内的金属液体进行搅拌，搅拌时间为5分钟。
优选地，所述加热装置为电热块。
本发明的高精度微细金属球体成型机具体工作过程如下：
开机对熔料釜3加入金属液体，接通第一加热装置4、第二加热装置15的电源，对熔料釜3、射球釜11加温，达到设定温度后，停止对熔料釜3、射球釜11加温，起动搅拌电机1带动搅拌杆2对熔料釜3内的金属液体进行搅拌5分钟，打开真空阀6对射球釜11抽真空，达到真空要求后关闭真空阀6，打开放料阀5对射球釜加入搅拌好的金属液体，当金属液体达到预定高度时浮球液位开关16自动关闭，打开第一氮气阀17、第二氮气阀18排除球体定型区23和球体成型区26管内空气，打开第一液氮阀24、第二液氮阀25控制球体成型区26的温度为-20℃～-30℃，启动高压静电在高压静电头19孔内产生高压静电场，启动压电陶瓷驱动器8驱动压电陶瓷片7带动压射杆12作纵向活塞式运动，调节压力调节器10的压力对射球釜11充入氮气实现对金属液体的防氧化功能，在压射杆12纵向活塞式运动下对金属液体挤压从微孔钻石片14中的孔内连续不间断射出形成金属液滴柱，金属液滴柱通过高压静电头19的静电场，自身形成高压电荷，在高压电荷作用下快速分离形成单个金属液滴柱，同时金属液滴柱所带高压电荷加速液滴柱表面张力的作用形成金属液体球，启动高频闪光灯20，调节高频闪光灯20的闪光频率实现与压射杆12的运动频率同步通过观察镜21实现对金属液体球静态观察，金属液体球以自由落体方式落入球体成型区26，在低温下进行热交换凝固成固体球，固体球从球体出口27排出。
本发明的高精度微细金属球体成型机，与拉丝、裁切、熔融法，抛射法相比具有以下优点：
1、本发明利用搅拌电机带动搅拌杆对熔料釜内的金属合金液体进行搅拌，每粒微细金属球体合金成分含量均匀一致性好。
2、利用金属液体的浮力原理作用于杠杆浮球液位开关自动控制液位，液位上下落差在3mm内，实现不间断连续给料，解决液位波动大造成的重力变化从而导致微细金属球体的直径误差大，量产微细金属球体直径误差小。
3、利用压电陶瓷片的压电效用带动压射杆作纵向活塞式运动挤压，实现金属液体从微孔钻石片中的孔内连续不间断射出形成金属液滴柱，压电陶瓷片成本低，控制精度高。
4、利用高压静电头形成的静电场对金属液滴柱快速分离,加速单个液滴柱表面张力收圆形成液体球，同时每粒液体球均带同性电荷相互排斥，不粘连，成球快，圆度高。
5、利用高频闪光灯的光源照明，调整闪光频率与压射杆的运动频率同步，实现对金属液体球的静态观察。
6、利用氮气保护从上至下排除空气，确保微细金属球体成型过程在无氧环境中进行。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高精度微细金属球体成型机，其特征在于，包括熔料釜、放料阀、射球釜，所述熔料釜通过所述放料阀与所述射球釜连接；所述射球釜包括液氮阀、高压静电头、压电陶瓷驱动器、压电陶瓷片、压射杆、微孔钻石片、球体定型区、球体成型区、球体出口，所述压电陶瓷片和所述压电陶瓷驱动器、所述压射杆分别连接，所述压电陶瓷驱动器驱动所述压电陶瓷片使所述压电陶瓷片带动所述压射杆作纵向活塞式运动，所述微孔钻石片设置在所述压射杆下方，所述高压静电头设置在所述微孔钻石片下方和所述球体定型区上部分重叠，所述球体定型区下方依次为所述球体成型区、所述球体出口，所述液氮阀设置在所述球体成型区旁侧用于控制所述球体成型区的温度为-20℃～-30℃，启动高压静电在所述高压静电头孔内产生高压静电场，启动所述压电陶瓷驱动器驱动所述压电陶瓷片使所述压电陶瓷片带动所述压射杆作纵向活塞式运动，在所述压射杆纵向活塞式运动下对金属液体挤压，从所述微孔钻石片中的孔内连续不间断射出形成金属液滴柱，金属液滴柱通过所述高压静电头的静电场，自身形成高压电荷，在高压电荷作用下快速分离形成单个金属液滴柱，同时金属液滴柱所带高压电荷加速液体柱表面张力的作用在所述球体定型区内形成金属液体球，金属液体球以自由落体方式落入所述球体成型区，在低温下进行热交换凝固成固体球，固体球从所述球体出口排出。
2.根据权利要求1所述的高精度微细金属球体成型机，其特征在于，所述液氮阀有两个，分别为第一液氮阀和第二液氮阀。
3.根据权利要求1所述的高精度微细金属球体成型机，其特征在于，所述射球釜包括第二加热装置、温度探头、浮球液位开关、真空阀，所述真空阀设置在所述射球釜顶部，所述第二加热装置、温度探头、浮球液位开关设置在所述微孔钻石片上方，所述第二加热装置接通电源后用于给所述射球釜加温，所述温度探头用于检测所述射球釜的温度，当温度达到设定温度后，所述第二加热装置停止给所述射球釜加温，所述真空阀用于对所述射球釜抽真空，当所述射球釜达到真空要求后关闭所述真空阀，打开所述放料阀对射球釜加入金属液体，当金属液体达到预定高度时所述浮球液位开关自动关闭。
4.根据权利要求1所述的高精度微细金属球体成型机，其特征在于，所述射球釜包括氮气阀、压力调节器、氮气入口，所述压力调节器和所述氮气入口相连，所述氮气入口设置在所述射球釜顶部，所述氮气阀设置在所述球体定型区上部分的旁侧，用于排除所述球体定型区和所述球体成型区管内空气，调节所述压力调节器的压力通过所述氮气入口对所述射球釜充入氮气以实现对金属液体的防氧化功能。
5.根据权利要求4所述的高精度微细金属球体成型机，其特征在于，所述氮气阀有两个，分别为第一氮气阀和第二氮气阀。
6.根据权利要求1所述的高精度微细金属球体成型机，其特征在于，所述射球釜包括高频闪光灯、观察镜，所述高频闪光灯设置在所述球体定型区旁侧，所述观察镜设置在所述球体定型区另一旁侧，启动所述高频闪光灯，调节所述高频闪光灯的闪光频率实现与所述压射杆的运动频率同步，通过所述观察镜实现对金属液体球静态观察。
7.根据权利要求1所述的高精度微细金属球体成型机，其特征在于，所述熔料釜包括搅拌装置、第一加热装置，所述第一加热装置接通电源后用于给所述熔料釜加温，达到设定温度后，停止加温，所述搅拌装置用于对所述熔料釜内的金属液体进行搅拌。
8.根据权利要求7所述的高精度微细金属球体成型机，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌电机、搅拌杆，所述搅拌电机和所述搅拌杆连接，所述搅拌电机带动所述搅拌杆对所述熔料釜内的金属液体进行搅拌。
9.根据权利要求8所述的高精度微细金属球体成型机，其特征在于，所述搅拌时间为5分钟。
10.根据权利要求3或7所述的高精度微细金属球体成型机，其特征在于，所述加热装置为电热块。
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