CN201208649Y - 利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置 - Google Patents

利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及电子焊接材料的加工设备技术领域，特指一种利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，本实用新型包括熔化保温单元、超声振动雾化单元、气氛控制单元和机械分选单元，超声振动雾化单元由雾化室、超声振动换能器、能与超声振动换能耦合并产生谐振的雾化盘组成，雾化盘固定在换能器的变幅杆的上端，雾化盘、超声振动换能器位于雾化室内；熔化保温单元设置在雾化室的上端；气氛控制单元连接雾化室；机械分选单元连接在雾化室的下端；它结构简单，且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。

Description

利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置
技术领域：
本实用新型涉及电子焊接材料的加工设备技术领域，特指一种利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置。
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。
当前制备锡基合金粉末的设备有两种，该两种设备分别采用气流雾化法和高速离心雾化方法来制备锡基合金粉末。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。
上述两种设备制备出来的锡基合金粉末表面不光滑，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，使锡基合金粉末的表面不光滑。
上述两种设备制备出来的锡基合金粉末的另一缺陷为制备的锡基合金粉末粒度分布较宽，其粒度分布标准偏差LN为1.4-1.8之间。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足提供一种利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，它结构简单，且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，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置包括熔化保温单元、超声振动雾化单元、气氛控制单元和机械分选单元，超声振动雾化单元由雾化室、超声振动换能器、能与超声振动换能耦合并产生谐振的雾化盘组成，雾化盘固定在换能器的变幅杆的上端，雾化盘、超声振动换能器位于雾化室内；熔化保温单元设置在雾化室的上端；气氛控制单元连接雾化室；机械分选单元连接在雾化室的下端。
所述熔化保温单元包括熔化炉和保温炉中间包；熔化炉为坩埚电阻炉或中频感应加热炉；保温炉中间包由外至内包括保温层、电加热丝、坩埚，坩埚内设有温控装置、高液位控制装置、低液位控制装置和堵杆，坩埚的底部装有漏嘴。
所述雾化室为一个夹套容器，雾化室的壁体是能够通入冷却水进行冷却的双层夹套结构。
所述雾化室的顶部为平顶或椭圆形，雾化室的上端和下端为直段圆体，雾化室的中部为倒锥体形状。
所述超声振动换能器为压电晶体夹心式换能器，超声振动换能器包括换能器外套、紧固螺栓、背铁、电极片、压电晶体片、振子和变幅杆，紧固螺栓将背铁、电极片、压电晶体片顺次固定在振子的底部，振子的顶部连接变幅杆；紧固螺栓、背铁、电极片、压电晶体片位于换能器外套内部。
所述换能器外套为能够通入冷却水对压电晶体片进行冷却的双层夹套结构。
所述换能器外套内形成一个能够直接通入气体对压电晶体片进行冷却的冷却室。
所述气氛控制单元包括高纯惰性气体源及其流量调节阀门、氧气源及其流量调节阀门、能够自动调节流量调节阀门的阀门大小和通断状态的氧含量分析控制仪。
所述机械分选单元由单台多层筛网或多台单层筛网的振动筛组成。
所述振动筛上设置有超声波清网装置。
本实用新型的有益效果：本实用新型包括熔化保温单元、超声振动雾化单元、气氛控制单元和机械分选单元，超声振动雾化单元由雾化室、超声振动换能器、能与超声振动换能耦合并产生谐振的雾化盘组成，雾化盘固定在换能器的变幅杆的上端，雾化盘、超声振动换能器位于雾化室内；熔化保温单元设置在雾化室的上端；气氛控制单元连接雾化室；机械分选单元连接在雾化室的下端；它结构简单，且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。
附图说明：
附图1为本实用新型的结构示意图；
附图2为本实用新型的保温炉中间包的结构示意图；
附图3为超声振动换能器及雾化盘的结构示意图。
具体实施方式：
利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，见附图1至3，它包括熔化保温单元、超声振动雾化单元、气氛控制单元和机械分选单元，超声振动雾化单元由雾化室8、超声振动换能器6、能与超声振动换能耦合并产生谐振的雾化盘7组成，雾化盘7固定在超声振动换能器6的变幅杆6-7的上端，雾化盘7、超声振动换能器6位于雾化室8内；熔化保温单元设置在雾化室8的上端；气氛控制单元连接雾化室8；机械分选单元连接在雾化室8的下端。
所述熔化保温单元包括熔化炉2和保温炉中间包3；熔化炉2为坩埚电阻炉或中频感应加热炉。保温炉中间包3由外至内包括保温层3-1、电加热丝3-2、坩埚3-3，坩埚3-3内设有温控装置3-4、高液位控制装置3-5、低液位控制装置3-6和堵杆3-7，坩埚3-3的底部装有漏嘴5，漏嘴5是能够更换的，通过更换不同大小的漏嘴5可实现对合金溶液4的流量的控制。
所述雾化室8是一个直径为1-2米的夹套容器，雾化室8的壁体是能够通入冷却水进行冷却的双层夹套结构。
所述雾化室8的顶部为平顶或椭圆形，雾化室8的上端和下端为直段圆体，雾化室8的中部为倒锥体形状。
所述超声振动换能器6为压电晶体夹心式换能器，超声振动换能器6包括换能器外套6-1、紧固螺栓6-2、背铁6-3、电极片6-4、压电晶体片6-5、振子6-6和变幅杆6-7，变幅杆6-7的长度为半波长的整数倍，紧固螺栓6-2将背铁6-3、电极片6-4、压电晶体片6-5顺次固定在振子6-6的底部，振子6-6的顶部连接变幅杆6-7；紧固螺栓6-2、背铁6-3、电极片6-4、压电晶体片6-5位于换能器外套6-1内部。
所述超声振动换能器6为夹心式(三明治式)换能器，其工作频率为在20—45KHZ之间，最佳为30—40KHz之间。
所述超声振动换能器6是能够旋转的，其转速为0-1000rpm，且其转速是可调节的。
所述雾化盘7是一个直径为30—100mm的圆盘，雾化盘7与超声振动换能器6螺纹连接，雾化盘7的高度为半波长，其直径和厚度设计为使其与超声振动换能器6产生谐振，雾化盘7的结构及尺寸只要设计为能与超声换能器6的工作频率产生谐振即可。
所述换能器外套6-1为能够通入冷却水对压电晶体片6-5进行冷却的双层夹套结构。
所述换能器外套6-1内形成一个能够直接通入气体对压电晶体片6-5进行冷却的冷却室。
所述气氛控制单元包括高纯惰性气体源13及其流量调节阀门14、氧气源10及其流量调节阀门9、能够自动调节流量调节阀门9、14的阀门大小和通断状态的氧含量分析控制仪11。在金属液体的雾化过程中，氧含量分析仪控制仪11检测雾化室8内氧含量并控制流量调节阀门9、14，使雾化室8内的氧含量小于100PPM。
所述机械分选单元由单台多层筛网或多台单层筛网的振动筛12组成。为提高筛分效率，还可以在振动筛12上设置有超声波清网装置。超声波清网装置的工作频率为20—40KHz，工作方式连续或脉冲可调。
所进一步揭示本实用新型，以下结合本实用新型的工作过程进行具体说明。
原料合金锭1在熔化炉2中充分熔化搅拌后转入保温炉中间包3，保温炉中间包3的温度根据物料的不同控制在高于合金熔点50—100℃。在保温炉中间包3的底部装有漏嘴5。通过不同孔径的漏嘴5，保温炉中间包3中的合金熔液4以30—100KG/H的流量输送到雾化室8中的超声振动雾化盘7上，雾化盘7由超声振动换能器6驱动，超声振动换能器6的驱动工作频率在20—45KHZ之间，最佳为30—40KHz之间。
超声振动换能器6设计为可旋转结构，转速为0—1000rpm可调。流到雾化盘7上的合金液体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8中冷却后形成合金粉末。雾化室8先充入高纯惰性气体13排除掉里面的空气并使雾化室8中的氧含量小于200PPM，最好是小于100PPM。
雾化室8中的氧含量由氧分析仪11测定和控制。在上述气氛中雾化冷却后的锡基合金粉末的形状为真球状(空间的立体球的形状)。冷却后的合金粉末在重力的作用下掉入与雾化室8连为一体的筛机12，通过安装不同的孔径的筛网，例如635目(20微米)、500目(25微米)、400目(38微米)、325目(45微米)、270目(53微米)、200目(75微米)，经过筛选后就可以得到不同粒度范围的锡基合金粉末。
最后对所需的合金粉末采用抽真空或抽真空后充惰性气体方式包装后可用于焊锡膏生产。通过本实用新型的设备所生产出来的锡基合金粉末的形状为真球状、氧含量低、表面光滑，粒度分布均匀且产品收得率高。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例，故凡依本实用新型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，均包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims (10)

1、利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，其特征在于：它包括熔化保温单元、超声振动雾化单元、气氛控制单元和机械分选单元，超声振动雾化单元由雾化室(8)、超声振动换能器(6)、能与超声振动换能耦合并产生谐振的雾化盘(7)组成，雾化盘(7)固定在超声振动换能器(6)的变幅杆(6-7)的上端，雾化盘(7)、超声振动换能器(6)位于雾化室(8)内；熔化保温单元设置在雾化室(8)的上端；气氛控制单元连接雾化室(8)；机械分选单元连接在雾化室(8)的下端。
2、根据权利要求1所述的利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，其特征在于：所述熔化保温单元包括熔化炉(2)和保温炉中间包(3)；熔化炉(2)为坩埚电阻炉或中频感应加热炉；保温炉中间包(3)由外至内包括保温层(3-1)、电加热丝(3-2)、坩埚(3-3)，坩埚(3-3)内设有温控装置(3-4)、高液位控制装置(3-5)、低液位控制装置(3-6)和堵杆(3-7)，坩埚(3-3)的底部装有漏嘴(5)。
3、根据权利要求1所述的利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，其特征在于：所述雾化室(8)为一个夹套容器，雾化室(8)的壁体是能够通入冷却水进行冷却的双层夹套结构。
4、根据权利要求1所述的利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，其特征在于：所述雾化室(8)的顶部为平顶或椭圆形，雾化室(8)的上端和下端为直段圆体，雾化室(8)的中部为倒锥体形状。
5、根据权利要求1所述的利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，其特征在于：所述超声振动换能器(6)为压电晶体夹心式换能器，超声振动换能器(6)包括换能器外套(6-1)、紧固螺栓(6-2)、背铁(6-3)、电极片(6-4)、压电晶体片(6-5)、振子(6-6)和变幅杆(6-7)，紧固螺栓(6-2)将背铁(6-3)、电极片(6-4)、压电晶体片(6-5)顺次固定在振子(6-6)的底部，振子(6-6)的顶部连接变幅杆(6-7)；紧固螺栓(6-2)、背铁(6-3)、电极片(6-4)、压电晶体片(6-5)位于换能器外套(6-1)内部。
6、根据权利要求5所述的利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，其特征在于：所述换能器外套(6-1)为能够通入冷却水对压电晶体片(6-5)进行冷却的双层夹套结构。
7、根据权利要求5所述的利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，其特征在于：所述换能器外套(6-1)内形成一个能够直接通入气体对压电晶体片(6-5)进行冷却的冷却室。
8、根据权利要求1所述的利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，其特征在于：所述气氛控制单元包括高纯惰性气体源(13)及其流量调节阀门(14)、氧气源(10)及其流量调节阀门(9)、能够自动调节流量调节阀门(9、14)的阀门大小和通断状态的氧含量分析控制仪(11)。
9、根据权利要求1所述的利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，其特征在于：所述机械分选单元由单台多层筛网或多台单层筛网的振动筛(12)组成。
10、根据权利要求9所述的利用超声振动雾化法制备焊锡膏用球形锡基合金粉末的装置，其特征在于：所述振动筛(12)上设置有超声波清网装置。
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