[实用新型]熔滴喷射制备焊球装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电子工业用焊锡球制备的技术领域，特别涉及一种利用熔滴喷射原理制备焊球的装置及方法。

背景技术

随着电子器件焊接多样化的趋势，焊锡球作为现代电子组装领域的关键材料，市场需求越来越大。国内外制备焊球的方法较多，普遍使用的技术主要有雾化法，切丝或打孔重熔法等，其中雾化法制备球状粒子的分散度较宽，凝固过程复杂不可控，组织多样无规律。切丝或打孔重熔法工序复杂、效率低，在实际应用中受到限制，尤其对于脆性含Bi合金无法加工。

为了解决制球的难题，目前对球状粒子制备技术的研究主要集中在均一液滴成型法(UDS)，利用射流断裂的原理，通过压电激振器产生的纵向均匀振动使金属射流断裂为均匀的液滴并迅速固化，实现颗粒在大小、形状和热力学条件等方面的完全均一化。根据施加扰动的不同，均匀液滴法又可分为机械振动法、压电振动法、电场雾化法。然而这些方法都存在设备庞大复杂、成本高等缺点，同时由于扰动频率限制，UDS制备的均匀焊球直径最小为50um，最大为1000um，难以满足直径大于1mm焊球的制备要求。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的缺陷，提供一种利用熔滴喷射原理制备焊球的装置，降低了电子工业用焊锡球喷射装置的成本，简化了整体结构，且适用于制备大尺寸焊球(直径大于1mm)。

为此本实用新型采取如下的技术方案：熔滴喷射制备焊球装置，其特征 在于包括加热系统，焊球产生系统，气体供给系统，焊球收集系统，气压稳定系统，所述的加热系统通过焊球产生系统与焊球收集系统连接，所述的气压稳定系统与加热系统相连，所述的气体供给系统通过真空泵分别与气压稳定系统以及焊球收集系统连接，所述的焊球收集系统内设置冷却液。

利用上述的装置来制备焊球，先在加热系统中通入惰性气体进行保护，加热焊料至熔融状态，根据制备焊锡球的直径选择合适的喷嘴孔径，在一定温度和压差下，使熔融焊料通过喷嘴10的小孔射出，降落到冷却液14凝固系统形成焊球，取出清洗干燥并保存。通过调节焊球收集系统与气压稳定系统之间的压差控制焊球的喷射速度。控制液态焊料从喷嘴孔口均匀喷射，落入装有冷却液的容器中冷却凝固形成焊球。此装置可用于低熔点(小于400℃)金属及合金均匀焊锡球的制备。

加州大学Orme等人的研究表明，无外加扰动下射流存在一微小的固有扰动，可以引起金属射流断裂。本装置是在优化喷嘴的基础上去除了熔滴产生的扰动装置，利用微小熔滴的表面张力，喷射的液柱在喷嘴孔口处形成圆形小熔滴。喷嘴的材料和设计是焊锡球形成的关键因素，如果喷嘴孔口周围被液态焊料湿润，在表面张力的作用下，射出的熔滴将断裂较慢；若喷嘴孔口浸润不对称，喷射熔滴将会偏转。

当流经缩径处的液态焊料被强迫缩径，根据拉普拉斯定理，缩径处曲率半径越小的地方，由表面张力产生的附加压力就越大，就加剧了熔滴的分离，更易形成尺寸均匀的焊料熔滴。另外牛顿冷却定律可以估算出直径为1.5mm的焊料熔滴在空气中完全凝固需要容器的高度达数十米，因此必须借助冷却液对熔滴进行冷却，由于硅油具有耐高低温、导热快、抗氧化、闪点高、挥发性小、绝缘性好、表面张力小、对金属无腐蚀、无毒等优点，且粘度大可以降低熔滴下落的速度，这里选用硅油作为冷却液介质。

本实用新型特别适用于直径大于1mm焊球的制备，结构简单，操作方便，降低了生产成本，确保了生产的连续性和稳定性，并适合于不同熔点(小于400℃)的焊锡材料，满足电子组装行业的技术要求。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图

图2焊球生成系统中喷嘴的结构示意图

图3为喷嘴下部的熔滴形成示意图。

图中：1-加热系统，2-焊球产生系统，3-气体供给系统，4-焊球收集系统，5-气压稳定系统，6-真空泵，7-坩埚，8-电热丝，9-顶盖，10-喷嘴，11-热电偶，12-压力表1，13-观察窗，14-冷却液，15-升降台，16截止阀，17-压力表2,18-照明灯。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本实施方式。

如图1-3所示，熔滴喷射制备焊球装置包括加热系统1，焊球产生系统2，气体供给系统3，焊球收集系统4，气压稳定系统5。