CN202270706U - 热辊温压延设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及金属压延成型设备，提供了一种热辊温压延设备，沿轧辊轴向，轧辊包括压延工作区和至少一个受热区；电加热元件与受热区相对应，各电加热元件均沿轧辊的周向布置并分别安装在受热区对应的辊体上或安装在轧辊受热区的径向外侧，通过电加热元件对受热区对应的轧辊外层进行加热。受热区和压延工作区相互独立，不会对压延工作区表面性能和形貌造成影响；加热路径长，热量沿轧辊轴线传导，轧辊内部温度低、表面温度高；可通过电加热元件和压延工作区的轴向间距、发热功率、分段控实现控温，因此能够满足AuSn20焊片制备对表面质量、洁净度、加工精度、温度及控温精度和灵敏度的要求。适用于AuSn20焊片及类似产品的压延成型。

Description

热辊温压延设备

技术领域

本实用新型涉及金属压延成型设备，尤其是一种热辊温压延设备。

背景技术

AuSn20是金锡合金中熔点最低的，其成分按重量百分比为Au 80％、Sn 20％，熔点为280℃，由AuSn相和Au5Sn相组成。AuSn20作为一种金锡共晶合金焊料，具有优良的钎焊工艺性能和钎焊接头强度，包括低的熔点和较高的强度，可保证焊接可靠性；良好的抗热疲劳性能，可防止因为温度循环产生疲劳断裂，可以在气候变化恶劣的条件下使用；良好的抗氧化性能，优秀的漫流性能，以及较高的热导率等，因此广泛应用于光电子封装和高可靠性军用电子器件的焊接。

AuSn20金锡共晶合金焊料的应用形态包括箔材、焊片、焊环、焊丝、焊膏等类型，其中焊片、焊环形式应用最广。但由于AuSn20合金是由金属间化合物组成，脆性大，很难直接加工成形，无法用常规方法加工成箔材。目前，焊片常用的几种制备工艺包括：叠层复合法、电镀沉积法、铸造拉拔法。

层叠法，将分别预处理过、压延至一定厚度的金箔和锡箔彼此相间层叠在一起，预压成复合坯料，再压延成所需规格的箔材，如：日本专利JP58100992A、JP58100993A、美国专利US3181935、中国专利CN1066411A等。该工艺的不足在于：金层、锡层在压延过程中变形不一致，因此难以控制成品的成分，尤其是局部成分的不一致，影响焊接；同时，成品含有金层、锡层以及在金层和锡层之间的金属间化合物层，焊接时熔化存在困难，且流动性差；焊接过程中，若没用保护气氛的保护或是非真空的条件下，都会由于锡氧化而造成锡量不足，无法形成金锡共晶合金和可靠的焊接。

电镀沉积的方法制备金锡焊料，通过电镀、真空镀等工艺形成金膜、锡膜，制备的产品也是叠层焊料，且在沉积成膜过程中，金属消耗、浪费大，因此成本高；且电镀沉积法主要应用于厚度要求极薄的情况，应用有限。

铸造拉拔法，首先通过浇注形成铸坯，然后热压方法将坯料轧制成焊片，该方法可以很精确的制备出合适厚度的焊片，如日本专利JP05-177380、JP03-204190A。AuSn20合金在温度达到180℃时硬度降到40HV以下，温度过低，焊片压延过程中会出现裂纹；但温度过高，焊片的表面质量差，并且氧化加剧，因此热压时坯料的温度允许范围小，热压温度通常为180～200℃。同时，AuSn20焊片厚度为微米级、宽度为毫米级，因此坯料的体积小、冷却快，无法通过先加热再压延的方式进行，现有的热压加工均采用挤压、模压的加工方法，以便于在挤压、模压过程中对坯料持续加热，因此坯料受热时间长，成品焊片的显微组织粗大、脆性大，无法进行常温冲裁。为了改善上述铸造拉拔法的不足，韩国专利K10-0701193R、KR10-0701193通过连铸方式直接形成箔片，并通过控制铸造冷却速度，细化AuSn相，加强合金韧性，在KR10-0701193专利中还对铸造的箔片进一步进行热处理，减小脆性，增强韧性；但连铸过程控制难度大，且连铸成型的焊片表面质量不好，热处理时间过长，生产周期长。

为了解决现有AuSn20制备工艺的问题，申请人提出了一种新的铸造拉拔法工艺，其区别于现有铸造拉拔法工艺的核心在于通过热辊对铸坯进行温压延。所谓热辊即经过加热具备一定温度的轧辊，通过轧辊对坯料进行压延成型，同时坯料主要通过同轧辊的接触受热；由于坯料呈带状或薄板状且宽度小，因此升温快，能够满足坯料压延成型的温度要求。采用该制备工艺，坯料受热时间短，同时经过压力加工，因此压延成型的焊片的性能好、表面质量好，且能缩短之后的热处理时间，整体的加工效率高。

由于AuSn20焊片用于集成电路焊接，因此对于洁净度要求高；AuSn20焊片宽度、厚度小，对热辊温压延设备的加工精度要求高；压延过程中，坯料通过和轧辊的接触受热，因此实际的轧辊表面温度需求远高于AuSn20合金的压延温度要求，也即热辊的最高加热温度高；AuSn20压延时的允许温度范围小，因此对于热辊表面温度的控制精度、周向上的温度均匀性要求高。而现有的热辊温压延设备，主要用于高分子材料、橡胶材料的压延成型、镁合金板材的压延成型，用于AuSn20的压延均存在不足。

具体的，现有热辊温压延设备的轧辊加热方式主要包括油加热、热风加热、电热管加热。其中，油加热会产生的油烟，油烟附着于坯料、焊片表面，会极大的影响成品AuSn20焊片最终的焊接性能；同时，油加热通过轧辊内部的油路进行热交换，热量由轧辊内部传导至外部，为满足AuSn20的压延温度，油温、轧辊内部温度极高，影响轧辊两端轴承的润滑和使用寿命，影响设备的加工精度。热风加热通过吹向轧辊的热风对轧辊进行加热，均匀性差；且设备整体受热，因此允许的最高温度低，无法满足AuSn20焊片压延成型的温度要求。电热管加热包括两种布置方式，其中一种的电热管沿轧辊轴线插入轧辊内，电热管通过电刷和集电环同外部电路形成电连接，热量由轧辊内部传导至外部，轧辊内部温度极高，影响轧辊两端轴承的润滑和使用寿命，影响设备的加工精度。另一种的电热管平行于轧辊轴向设置于轧辊外部，电热管和轧辊表面通过一热传导块进行接触传热，但热传导块和轧辊之间的间隙过大时，热传导差，间隙过小时，磨损大，且影响轧辊的表面形貌和质量；由于焊片厚度极薄，因此轧辊轻微的表面形貌和质量变化均会极大的影响焊片的压延。另外，现有热辊温压延设备对轧辊的加热均为整体加热，因此升温、降温慢、能源浪费大；对于轧辊表面温度的控制主要通过油温、风温、电热管发热功率的调节实现，手段少、调节时间长。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种克服现有热辊温压延设备的不足，适用于AuSn20焊片的温压延工艺要求的热辊温压延设备。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：热辊温压延设备，包括成对设置并安装在机架上的轧辊、用于加热各轧辊的电加热元件，所述轧辊包括辊体，并由辊体表面构成轧辊表面，沿轧辊轴向，轧辊包括压延工作区和至少一个受热区，由对应的两轧辊的压延工作区之间的间隙构成压延成型的孔型；所述电加热元件与受热区相对应，各电加热元件均沿轧辊的周向布置并分别安装在受热区对应的辊体上或安装在轧辊受热区的径向外侧，通过电加热元件对受热区对应的轧辊外层进行加热。

进一步的，所述电加热元件位于轧辊受热区的径向外侧并安装在机架上。作为一种优选，所述电加热元件采用对轧辊表面进行辐射加热的辐射加热元件，所述轧辊受热区表面覆盖有吸热层。作为一种优选，所述轧辊由不锈钢制成，所述受热区位于轧辊的端部，所述吸热层由发黑处理形成的氧化膜层构成。

进一步的，所述轧辊包括同轴固定连接的辊体、辊轴和隔热层，且沿轧辊径向依次为辊体、隔热层、辊轴。作为一种优选，所述隔热层包括与辊体固定连接的外筒、与辊轴固定连接的内筒、位于内筒和外筒之间并固定连接内筒和外筒的腹板。

进一步的，所述孔型的进料侧设置有对来料进行预热的预热元件。作为一种优选，所述预热元件是通过电热管进行加热的预热板，所述预热板与来料相接触并位于来料下方。

进一步的，所述轧辊压延工作区表面间隔设置有相互平行的环状浅槽。

进一步的，设置有冷却系统，所述辊轴内设置有与冷却系统相连的冷却管路。

本实用新型的有益效果是：轧辊受热区和压延工作区沿轴向相互独立，AuSn20焊片的宽度为毫米级，因此压延过程中AuSn20焊片宽带方向两侧的温差极小，能够满足压延工艺的要求；同时，采用电加热元件，因此无论采用接触还是非接触方式对轧辊进行加热，均不会对压延工作区表面性能和形貌造成影响；受热区和压延工作区沿轴向相互独立，还能分别满足压延和受热对轧辊性能的不同需求，因此能够满足AuSn20焊片制备对表面质量、洁净度、加工精度的要求。热量沿轧辊轴向传导至轧辊压延工作区表面，轧辊内部温度低；同时，电加热元件沿轧辊的周向布置，加热路径长，因此能够获得高的轧辊表面温度和低的轧辊内部温度，且无需对轧辊整体加热，节省能源且温度控制的灵敏度高。通过调节电加热元件和压延工作区的轴向间距、调节发热功率、沿轧辊周向电加热元件的分段控制，因此控温手段多、控制精确，能够满足AuSn20焊片温压延工艺的控温要求。因此，本实用新型的热辊温压延设备能够满足AuSn20焊片制备对表面质量、洁净度、加工精度、温度及控温精度和灵敏度的要求；除了AuSn20焊片外，也可以用于类似产品的制备。

附图说明

图1是本实用新型的主视结构示意图；

图2是本实用新型的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本实用新型的热辊温压延设备，包括成对设置并安装在机架1上的轧辊2、用于加热各轧辊2的电加热元件，所述轧辊2包括辊体21，并由辊体21表面构成轧辊2表面，沿轧辊2轴向，轧辊2包括压延工作区和至少一个受热区，由对应的两轧辊2的压延工作区之间的间隙构成压延成型的孔型；所述电加热元件与受热区相对应，各电加热元件均沿轧辊2的周向布置并分别安装在受热区对应的辊体21上或安装在轧辊2受热区的径向外侧，通过电加热元件对受热区对应的轧辊2外层进行加热。

上述的电加热元件，可以固定安装在轧辊2上、也可以固定安装在机架1上；当安装在轧辊2上时，辊体21呈台阶状或异型，电加热元件通过套装、镶嵌等方式安装。因此，为了简化设备的结构，最好的，所述电加热元件位于轧辊2受热区的径向外侧并安装在机架1上；同时，电加热元件安装在机架1上，电加热元件和轧辊2相对转动，因此有利于提高轧辊2的受热均匀性，且轧辊2柱面上的温度梯度分布相对电加热元件为固定的，更有利于压延温度的控制和提高控温的精度。

与接触式加热相比，为了进一步的增加使用寿命、方便维护，所述电加热元件采用对轧辊2表面进行辐射加热的辐射加热元件；同时，由于轧辊2采用金属制成，金属表面均存在一定的反光，为了提高热利用率，所述轧辊2受热区表面覆盖有吸热层。在如图1、图2所示的实例中，为了方便布置、降低成本，辐射加热元件采用设置有反光板的电热丝3。当然，辐射加热元件也可以采用碘钨灯、远红外加热管等。吸热层可以由镶嵌在轧辊2本体上的、由吸热材料制成的环构成，也可以由涂覆的吸热涂层构成；但，采用吸热材料制成的环会导致结构和轧辊制作工艺的复杂化，采用吸热涂层存在涂层附着力的问题，且两种方式的实施成本均较高。因此，在如图所示的实例中，所述轧辊2由不锈钢制成，所述受热区位于轧辊2的端部，所述吸热层由发黑处理形成的氧化膜层构成，发黑处理属于传统的金属热处理工艺，成本低，容易实施，且附着力强、吸热性好。受热区位于轧辊2端部，则方便将轧辊2浸入发黑处理剂进行发黑处理；同时能够增加电加热元件和压延工作区的轴向间距的调节范围。由于AuSn20焊片的轧制力小，除不锈钢外，轧辊2也可以采用铝或铜制成；也可以沿轴向采用不同材料制成。

为了进一步的的降低轧辊2内部的温度，避免对轧辊2两端轴承的影响，保证设备的加工精度，所述轧辊2包括同轴固定连接的辊体21、辊轴22和隔热层23，且沿轧辊2径向依次为辊体21、隔热层23、辊轴22。隔热层23可以采用陶瓷材料、玻璃材料、中空结构等制成。在如图所示的实例中，为了降低成本、方便维护，所述隔热层23包括与辊体21固定连接的外筒23a、与辊轴22固定连接的内筒23b、位于内筒23b和外筒23a之间并固定连接内筒23b和外筒23a的腹板23c，辊体21与外筒23a、辊轴22与内筒23b采用螺栓固定，内筒23b、外筒23a和腹板23c采用焊接固定。

为了保证需求温度的实现，各轧辊2的受热区可以设置多个，如设置两个受热区并分别位于轧辊2轴向两端，而对应各受热区的电加热元件也可以设置多个。为了进一步的降低对轧辊2表面温度的要求，减少电加热元件的设置数量，缩短各电加热元件沿周向的长度，方便电加热元件的设置，避免电加热元件的设置和机架1等相邻结构产生干涉，避免电加热元件对机架1等相邻结构的加热，保证设备的加工精度、使用寿命，所述孔型的进料侧设置有对来料进行预热的预热元件。

预热元件同样可以采用非接触式的辐射加热；但来料为薄的坯料，重量极轻，且表面质量较好，采用接触式加热并不会导致磨损。因此，具体的，在如图所示的实例中，所述预热元件是通过电热管进行加热的预热板5，所述预热板5与来料相接触并位于来料下方。预热板5在对来料进行预热的同时还对来料起到支撑的作用。由于预热板5的加热效率高，在如图所示的实例中，各轧辊2仅在其一端设置一个电热丝3和受热区；为了方便控制，对应两轧辊2的电热丝3位于相同端，且位于孔型上方的轧辊2的电热丝3位于其上方，位于孔型下方的轧辊2的电热丝3位于其下方。

进一步的，所述轧辊2压延工作区表面间隔设置有相互平行的环状浅槽24，通过环状浅槽24，能有效避免较薄的焊片在高温轧制时粘在轧辊2上；且最终成形焊片箔材长度方向表面会留有平行条纹，有利于焊片箔材在冲裁过程中更有效的防止裂纹的扩展。

进一步的，设置有冷却系统，所述辊轴22内设置有与冷却系统相连的冷却管路4。在如图所示的实例中，仅一端设置有受热区，因此冷却管路4为沿辊轴22轴线的直孔，冷却水由受热区一端进入，由另一侧流出。而隔热层23的设置，在保证辊轴22冷却的同时，有效避免了对辊体21的冷却。

Claims (10)

1.热辊温压延设备，包括成对设置并安装在机架(1)上的轧辊(2)、用于加热各轧辊(2)的电加热元件，所述轧辊(2)包括辊体(21)，并由辊体(21)表面构成轧辊(2)表面，其特征在于：沿轧辊(2)轴向，轧辊(2)包括压延工作区和至少一个受热区，由对应的两轧辊(2)的压延工作区之间的间隙构成压延成型的孔型；所述电加热元件与受热区相对应，各电加热元件均沿轧辊(2)的周向布置并分别安装在受热区对应的辊体(21)上或安装在轧辊(2)受热区的径向外侧，通过电加热元件对受热区对应的轧辊(2)外层进行加热。

2.如权利要求1所述的热辊温压延设备，其特征在于：所述电加热元件位于轧辊(2)受热区的径向外侧并安装在机架(1)上。

3.如权利要求2所述的热辊温压延设备，其特征在于：所述电加热元件采用对轧辊(2)表面进行辐射加热的辐射加热元件，所述轧辊(2)受热区表面覆盖有吸热层。

4.如权利要求3所述的热辊温压延设备，其特征在于：所述轧辊(2)由不锈钢制成，所述受热区位于轧辊(2)的端部，所述吸热层由发黑处理形成的氧化膜层构成。

5.如权利要求1所述的热辊温压延设备，其特征在于：所述轧辊(2)包括同轴固定连接的辊体(21)、辊轴(22)和隔热层(23)，且沿轧辊(2)径向依次为辊体(21)、隔热层(23)、辊轴(22)。

6.如权利要求5所述的热辊温压延设备，其特征在于：所述隔热层(23)包括与辊体(21)固定连接的外筒(23a)、与辊轴(22)固定连接的内筒(23b)、位于内筒(23b)和外筒(23a)之间并固定连接内筒(23b)和外筒(23a)的腹板(23c)。

7.如权利要求1所述的热辊温压延设备，其特征在于：所述孔型的进料侧设置有对来料进行预热的预热元件。

8.如权利要求7所述的热辊温压延设备，其特征在于：所述预热元件是通过电热管进行加热的预热板(5)，所述预热板(5)与来料相接触并位于来料下方。

9.如权利要求1所述的热辊温压延设备，其特征在于：所述轧辊(2)压延工作区表面间隔设置有相互平行的环状浅槽(24)。

10.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的热辊温压延设备，其特征在于：设置有冷却系统，所述辊轴(22)内设置有与冷却系统相连的冷却管路(4)。