CN110116214A - 微米级均匀锡合金球侧向扰动喷射制备装置 - Google Patents

微米级均匀锡合金球侧向扰动喷射制备装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微米级均匀锡合金球侧向扰动喷射制备装置，用于解决现有喷射制备装置不能持续喷射均匀微米级锡合金微滴的技术问题。技术方案是包括氮气瓶、压力控制器、气体保护环境、坩埚、加热炉、滤网、喷嘴组件、激振系统、喷嘴、收集装置、温控仪、压电换能器驱动器和真空泵。所述的坩埚下部设置喷嘴连接组件，连接组件上部加载微米级滤网，实现污染物隔离，得到过滤后的锡合金熔液；所述喷嘴组件侧面连接激振系统，喷嘴组件将激振系统产生的振动传递给过滤后的锡合金熔液，不需要打开坩埚进行清洁，避免了杂质的进入。同时侧向激振的设计将高温坩埚与激振系统隔离，以保护压电陶瓷不受高温影响，达到持续喷射均匀微米级锡合金微滴的目的。

Description

微米级均匀锡合金球侧向扰动喷射制备装置
技术领域
本发明涉及一种喷射制备装置，特别是涉及一种微米级均匀锡合金球侧向扰动喷射制备装置。
背景技术
目前，均匀锡合金焊球在电子工业中有着越来越重要的应用。如均匀锡合金焊球是锡焊膏的主要成分，其尺寸大小、均匀度和球形度直接确定了焊接件的良品率、印刷的分辨率等指标。目前锡焊膏中锡合金焊球尺寸多在百微米量级，为了进一步提高焊膏钎焊接头的质量和分辨率，需要进一步减小锡合金焊球的尺寸。另一方面，球格阵列(Ball GridArray,BGA)封装采用均匀锡合金焊球作为芯片的管脚，焊球的尺寸直接决定了芯片引脚的密度，减小锡合金焊球尺寸有利于进一步提高BGA封装引脚密度。
文献“高胜东,姚英学,崔成松.射流超声破碎制取球状金属均匀粉末[J].压电与声光,2007,29(2):193-195.”公开一种采用射流超声破碎以制取金属均匀锡粉末的装置与方法。装置由喷射系统，加热系统，真空系统，激振系统组成，该装置的工作原理为：坩埚内部的金属流体在外部压力作用下从喷孔中喷出形成层流射流，激振信号驱动压电陶瓷振动，放置在坩埚内部的激振系统在熔液内部引入外部激振，对射流进行扰动。在特定扰动频率下，射流会断裂为均匀的金属液滴，此方法可以制备尺寸均匀的锡合金颗粒。但该装置在装料过程中，需通过打开坩埚进行清洁，此过程容易混入杂质，同时位于坩埚内部的激振系统难以清洁，成为引入杂质的另一因素。制备微米级锡合金微滴时，金属射流对于坩埚、喷嘴以及喷射材料的清洁度要求极高，现有装置在重复填料后，微米级喷嘴很容易被堵塞，导致喷射无法进行。此外装置中激振系统位于坩埚内部，容易受高温影响，需要设计复杂的冷却系统对压电陶瓷加以保护。
发明内容
为了克服现有喷射制备装置不能持续喷射均匀微米级锡合金微滴的不足，本发明提供一种微米级均匀锡合金球侧向扰动喷射制备装置。该装置包括氮气瓶、压力控制器、气体保护环境、坩埚、加热炉、滤网、喷嘴组件、激振系统、喷嘴、收集装置、温控仪、压电换能器驱动器和真空泵。所述的坩埚下部设置喷嘴连接组件，连接组件上部加载微米级或纳米级滤网，实现污染物隔离，得到过滤后的锡合金熔液；所述喷嘴组件侧面连接激振系统，喷嘴组件将激振系统产生的振动传递给过滤后的锡合金熔液，不需要打开坩埚进行清洁，避免了杂质的进入。同时侧向激振的设计将高温坩埚与激振系统隔离，以保护压电陶瓷不受高温影响，达到持续喷射均匀微米级锡合金微滴的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微米级均匀锡合金球侧向扰动喷射制备装置，其特点是包括氮气瓶1、压力控制器2、气体保护环境3、坩埚4、加热炉5、滤网6、喷嘴组件7、激振系统8、喷嘴9、收集装置10、温控仪11、压电换能器驱动器12和真空泵13。所述坩埚4位于加热炉5中，坩埚4与喷嘴组件7之间放置滤网6，喷嘴组件7与激振系统8机械连接，坩埚4、加热炉5、滤网6、喷嘴组件7、激振系统8、喷嘴9和收集装置10置于气体保护环境3中，氮气瓶1通过压力控制器2与坩埚4连接，温控仪11与加热炉5电连接，压电换能器驱动器12与激振系统8电连接，真空泵13通过管道与气体保护环境3连接。真空泵13使气体保护环境3内保持真空，滤网6对坩埚4内的金属锡进行过滤，氮气瓶1通过压力控制器2向坩埚4内充入氮气，经过过滤的液态金属锡被坩埚4内部气压挤压成射流，经喷嘴9喷射而出。当压电换能器驱动器12工作时，与激振系统8相连的喷嘴组件7产生振动，当频率达到特定值，射流断裂产生微米级均匀球形金属液滴，并由收集装置10进行收集。
所述坩埚4是圆柱体结构。
喷嘴组件7与坩埚4通过螺纹连接。
本发明的有益效果是：该装置包括氮气瓶、压力控制器、气体保护环境、坩埚、加热炉、滤网、喷嘴组件、激振系统、喷嘴、收集装置、温控仪、压电换能器驱动器和真空泵。所述的坩埚下部设置喷嘴连接组件，连接组件上部加载微米级或纳米级滤网，实现污染物隔离，得到过滤后的锡合金熔液；所述喷嘴组件侧面连接激振系统，喷嘴组件将激振系统产生的振动传递给过滤后的锡合金熔液，不需要打开坩埚进行清洁，避免了杂质的进入。同时侧向激振的设计将高温坩埚与激振系统隔离，以保护压电陶瓷不受高温影响，达到持续喷射均匀微米级锡合金微滴的目的。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明微米级均匀锡合金球侧向扰动喷射制备装置的结构示意图。
图中，1-氮气瓶，2-压力控制器，3-气体保护环境，4-坩埚，5-加热炉，6-滤网，7-喷嘴组件，8-激振系统，9-喷嘴，10-收集装置，11-温控仪，12-压电换能器驱动器，13-真空泵。
具体实施方式
以下实施例参照图1。
本发明微米级均匀锡合金球侧向扰动喷射制备装置包括氮气瓶1、压力控制器2、气体保护环境3、坩埚4、加热炉5、滤网6、喷嘴组件7、激振系统8、喷嘴9、收集装置10、温控仪11、压电换能器驱动器12和真空泵13。所述坩埚4位于加热炉5中，坩埚4与喷嘴组件7之间放置滤网6，喷嘴组件7与激振系统8机械连接，坩埚4、加热炉5、滤网6、喷嘴组件7、激振系统8、喷嘴9和收集装置10置于气体保护环境3中，氮气瓶1通过压力控制器2与坩埚4连接，温控仪11与加热炉5电连接，压电换能器驱动器12与激振系统8电连接，真空泵13通过管道与气体保护环境3连接。真空泵13使气体保护环境3内保持真空，滤网6对坩埚4内的金属锡进行过滤，氮气瓶1通过压力控制器2向坩埚4内充入氮气，经过过滤的液态金属锡被坩埚4内部气压挤压成射流，经喷嘴9喷射而出。当压电换能器驱动器12工作时，与激振系统8相连的喷嘴组件7产生振动，当频率达到特定值，射流断裂产生微米级均匀球形金属液滴，并由收集装置10进行收集。
所述坩埚4是圆柱体结构。
喷嘴组件7与坩埚4通过螺纹连接。
利用上述装置制备微米级焊锡球的具体步骤如下：
在进行微米级等径锡合金焊球制备之前，对试验参数进行理论计算。由此确定喷嘴9的直径大小。将喷嘴9用陶瓷粘结剂粘结在喷嘴组件7上，进行烧结，固定。
喷射装置的清洗和装料过程。因为本装置的喷嘴9直径为微米级，喷嘴9可能会被空气中的灰尘堵塞。为保证不被堵塞，装置清洗及装料过程应在百级无尘间内进行。将坩埚4和喷射材料放入无尘间中，用酒精对其清洁，滤网6等零件超声清洗15-20分钟，清除坩埚表面的灰尘。对喷嘴9进行疏通检查，确保不被堵塞。之后将清洗好的固态金属放入坩埚4内部，装料完成后，将装置从洁净间中取出。
将坩埚4、加热炉5、滤网6、喷嘴组件7、激振系统8和喷嘴9移到气体保护环境3内，真空泵13抽真空至气体保护环境3的真空度达到100Pa以下，保证喷出的金属微滴不会被氧化。
坩埚4的加热炉5与温控仪11相连。调节参数，使温控仪11的设定温度值略高于喷射金属熔点。坩埚4的上部接气压及连续供料口，内部融化金属材料，下部接喷嘴组件7。喷嘴组件7与坩埚4连接，且其上部加载微米级或纳米级滤网6，实现污染物的隔离，得到过滤后的金属熔液。氮气瓶1通过压力控制器2，对坩埚4内的熔融态金属施加可调的背压，得到从喷嘴9喷射出的金属射流。
压电换能器驱动器12与激振系统8相连，当压电换能器驱动器12工作时，激振系统8带动喷嘴组件7产生振动，对射流进行扰动。当频率达到最优扰动频率，射流断裂产生微米级均匀球形金属液滴，收集装置10对液滴进行采集，待收集装置10中的小尺寸金属液滴冷却凝固，最终得到微米级锡合金焊球。

Claims (3)

1.一种微米级均匀锡合金球侧向扰动喷射制备装置，其特征在于：包括氮气瓶(1)、压力控制器(2)、气体保护环境(3)、坩埚(4)、加热炉(5)、滤网(6)、喷嘴组件(7)、激振系统(8)、喷嘴(9)、收集装置(10)、温控仪(11)、压电换能器驱动器(12)和真空泵(13)；所述坩埚(4)位于加热炉(5)中，坩埚(4)与喷嘴组件(7)之间放置滤网(6)，喷嘴组件(7)与激振系统(8)机械连接，坩埚(4)、加热炉(5)、滤网(6)、喷嘴组件(7)、激振系统(8)、喷嘴(9)和收集装置(10)置于气体保护环境(3)中，氮气瓶(1)通过压力控制器(2)与坩埚(4)连接，温控仪(11)与加热炉(5)电连接，压电换能器驱动器(12)与激振系统(8)电连接，真空泵(13)通过管道与气体保护环境(3)连接。
2.根据权利要求1所述的微米级均匀锡合金球侧向扰动喷射制备装置，其特征在于：所述坩埚(4)是圆柱体结构。
3.根据权利要求1或2所述的微米级均匀锡合金球侧向扰动喷射制备装置，其特征在于：所述喷嘴组件(7)与坩埚(4)通过螺纹连接。
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