[发明专利]一种快速高效筛选均一焊球的装置及方法

权利要求书

1.一种快速高效筛选均一焊球的装置，其特征在于：包括均一金属微滴制备器(1)和快速冷却管(16)，所述均一金属微滴制备器(1)的两侧设置有熔化加热线圈(2)，所述均一金属微滴制备器(1)内设置有温度传感器(3)，所述熔化加热线圈(2)和温度传感器(3)与智能PID温控仪(4)电连接，所述均一金属微滴制备器(1)的下端设置有成球腔(5)，所述均一金属微滴制备器(1)的喷嘴延伸到成球腔(5)内，所述快速冷却管(16)的上端延伸到成球腔(5)内并与所述喷嘴配合，所述快速冷却管(16)上设置有冷却器(18)，所述冷却器(18)与冷冻机(22)连接，所述快速冷却管(16)的下端设置有筛分开关(19)，所述筛分开关(19)的下端设置有成球储存仓(20)和劣球储存仓(21)。

2.根据权利要求1所述的快速高效筛选均一焊球的装置，其特征在于：所述成球腔(5)的两侧设置有观察窗(6)。

3.根据权利要求1所述的快速高效筛选均一焊球的装置，其特征在于：还包括气压控制系统，所述气压控制系统包括氮气罐(8)、稳压罐(10)和PLC集成控制系统(13)，所述氮气罐(8)通过管路连接所述稳压罐(10)，所述氮气罐(8)和稳压罐(10)的连接管路上设置有微型电动阀(9)，所述稳压罐(10)通过管路连接所述均一金属微滴制备器(1)，所述稳压罐(10)和均一金属微滴制备器(1)的连接管路上设置有精密气体稳压阀(12)；所述均一金属微滴制备器(1)的上端设置有第二气压传感器(15)，所述均一金属微滴制备器(1)的底部设置有压力传感器(23)，所述稳压罐(10)上设置有第一气压(11)，所述第一气压传感器(11)、第二气压传感器(15)、压力传感器(23)、微型电动阀(9)和精密气体稳压阀(12)与所述PLC集成控制系统(13)电连接。

4.根据权利要求3所述的快速高效筛选均一焊球的装置，其特征在于：所述成球腔(5)连接有真空泵(14)和氧含量分析仪(7)。

5.根据权利要求3所述的快速高效筛选均一焊球的装置，其特征在于：所述筛分开关(19)与所述PLC集成控制系统(13)电连接。

6.根据权利要求1所述的快速高效筛选均一焊球的装置，其特征在于：所述冷冻机(22)的制冷剂为乙二醇，所述快速冷却管(16)为恒温-20℃。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的快速高效筛选均一焊球的装置筛选均一焊球的方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、降低成球环境中的氧含量：

首先，打开微型电动阀(9)、精密气体稳压阀(12)，利用真空泵(14)对均一金属微滴制备器(1)、稳压罐(10)、成球腔(5)及连接管道抽真空，当第一气压传感器(11)和第二气压传感器(15)的读数达到-99.99kPa时，关闭真空泵(14)；然后，利用氮气罐(8)对均一金属微滴制备器(1)、稳压罐(10)和成球腔(5)内部充气，当整个装置内的气压达到0kPa时，关闭微型电动阀(9)，多次重复上述过程使得均一金属微滴制备器(1)、稳压罐(10)、成球腔(5)内部的氧含量降低到300ppm以下；

S2、设置熔化温度：

通过熔化加热线圈(2)，温度传感器(3)和智能PID温控仪(4)使均一金属微滴制备器(1)内的金属熔化为液态金属，通过智能PID温控仪(4)的多次调节，使温度波动幅值小于1℃，满足本装置的要求；

S3、施加气控参数：

气控系统由氮气罐(8)、微型电动阀(9)、稳压罐(10)、气压传感器(11)、精密气体稳压阀(12)和PLC集成控制系统(13)组成，调节过程包括粗调节和细调节，粗调节是通过PLC集成控制系统(13)中的PLC控制微型电动阀(9)的通断间接控制稳压罐(10)内的气压大小，其调节过程是当传感器获取的气压信号与PLC设定的信号一致时，PLC发出信号关闭微型电动阀(9)，由于电磁阀的关闭需要时间，因此稳压罐(10)内获取的压力值要稍大于所设定的气压，此时稳压罐(10)内的气压与均一金属微滴制备器1内自由液面所需的气压相差不大，再通过精密气体稳压阀(12)使稳压罐(10)内的气体缓慢冲入均一金属微滴制备器(1)内，从而达到精确控制气压的目的；

S4、施加成球参数：

通过射流扰动技术控制射流液柱端头断裂形成均一微滴，打开焊球收集开关(17)，均一微滴进入冷却器(18)所涉及冷却区域，在冷却区域凝固成球，冷却器(18)所涉及冷却区间由冷冻机(22)及其内装有液体乙二醇所产生，乙二醇设置温度为-20℃循环灌入冷却器(18)中，使快速冷却管(16)温度恒为-20℃；筛选开关(19)与PLC集成控制系统(13)连接，在T1时间段，筛分开关(19)向劣球储存仓(21)开启，超过T1时PLC集成控制系统(13)中显示均一金属微滴制备器1内的气压变化曲线呈线性稳定变化时，筛分开关(19)向成球储存仓(20)开启；设置压力阈值，通过压力传感器(23)检测均一金属微滴制备器(1)内液体含量，液位过低时，射流扰动不稳定，此时制备的焊球均一性差，筛分开关(19)导向劣球储存仓(21)开启，实现冷却收集形状规则大小均一的合格焊球。