專利名稱：利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合金粉末的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子焊接材料的加工設備技術領域，特指一種利用超聲 振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合金粉末的裝置。
技術背景
表面貼裝技術SMT ( Surface Mount Technology)是一種將各種電子元器 件貼裝到印刷線路板或基板的電子裝聯技術，它是實現電子產品向高集成度、 高可靠性、高精度、低成本發展的關鍵技術之一。在SMT涉及的眾多技術中， 焊接技術是SMT的核心技術。隨著再流焊技術的應用，焊錫膏己成為SMT 中最重要的工藝材料。
目前在SMT使用的焊錫膏中，除助焊劑和載體外，按質量比有85% 92% 為各種不同合金成分的球形錫基合金粉末，它包括Sn-Pb系、Sn-Pb-Ag系、 Sn-Pb-Bi系以及無鉛系列，如Sn-Ag系、Sn-Bi系、Sn-Cu系、Sn-Ag-Cu系、 Sn-Zn系等。從終極觀點來看，錫基合金焊粉是構成冶金結合焊點的唯一功能 成分，有人稱之為焊膏的"骨架"，它是保證電子元器件與印制電路板、基板 焊接的安裝質量、實現電子產品功能的關鍵材料。為了保證焊接質量，焊錫 膏對合金粉末在合金成分、氧含量、球形度、粒度及粒度分布都有極高的要 求。具體要求為成分嚴格控制、粉末的形狀為真球狀(真球狀指的是空間形 狀為立體的球體形狀)、表面光滑(無"衛星"現象等缺陷)、粒度分布均勻、 氧含量低于IOOPPM。
當前制備錫基合金粉末的設備有兩種，該兩種設備分別采用氣流霧化法
和高速離心霧化方法來制備錫基合金粉末。氣流霧化機理是借助壓力氣流將
金屬液體破碎冷卻后形成金屬粉末；高速離心霧化是將金屬液體流到以20000 一50000RPM高速旋轉的霧化盤上，液體在高速離心力的作用下破碎冷卻后形 成金屬粉末。
上述兩種設備制備出來的錫基合金粉末表面不光滑，容易形成微細粉末 粘附于較粗粉末的"衛星球"。另外由于粉末成形后在霧化室內的運行速度較 高，相互發生碰撞后會在金屬粉末的表面形成坑槽，使錫基合金粉末的表面 不光滑。
上述兩種設備制備出來的錫基合金粉末的另一缺陷為制備的錫基合金粉 末粒度分布較寬，其粒度分布標準偏差LN為1.4-1.8之間。 實用新型內容
本實用新型的目的在于針對現有技術的不足提供一種利用超聲振動霧化 法制備焊錫膏用球形錫基合金粉末的裝置，它結構簡單，且通過它制備出來 的錫基合金粉末的形狀更接近球狀，錫基合金粉末表面光滑無缺陷，粒度分 布均勻。
為實現上述目的，本實用新型是通過以下技術方案實現的 利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合金粉末的裝置包括熔化保 溫單元、超聲振動霧化單元、氣氛控制單元和機械分選單元，超聲振動霧化 單元由霧化室、超聲振動換能器、能與超聲振動換能耦合并產生諧振的霧化 盤組成，霧化盤固定在換能器的變幅桿的上端，霧化盤、超聲振動換能器位 于霧化室內；熔化保溫單元設置在霧化室的上端；氣氛控制單元連接霧化室； 機械分選單元連接在霧化室的下端。
所述熔化保溫單元包括熔化爐和保溫爐中間包；熔化爐為坩堝電阻爐或
中頻感應加熱爐；保溫爐中間包由外至內包括保溫層、電加熱絲、坩堝，坩 堝內設有溫控裝置、高液位控制裝置、低液位控制裝置和堵桿，坩堝的底部
裝有漏嘴o
所述霧化室為一個夾套容器，霧化室的壁體是能夠通入冷卻水進行冷卻 的雙層夾套結構。
所述霧化室的頂部為平頂或橢圓形，霧化室的上端和下端為直段圓體， 霧化室的中部為倒錐體形狀。
所述超聲振動換能器為壓電晶體夾心式換能器，超聲振動換能器包括換 能器外套、緊固螺栓、背鐵、電極片、壓電晶體片、振子和變幅桿，緊固螺 栓將背鐵、電極片、壓電晶體片順次固定在振子的底部，振子的頂部連接變
幅桿；緊固螺栓、背鐵、電極片、壓電晶體片位于換能器外套內部。
所述換能器外套為能夠通入冷卻水對壓電晶體片進行冷卻的雙層夾套結構。
所述換能器外套內形成一個能夠直接通入氣體對壓電晶體片進行冷卻的 冷卻室。
所述氣氛控制單元包括高純惰性氣體源及其流量調節閥門、氧氣源及其 流量調節閥門、能夠自動調節流量調節閥門的閥門大小和通斷狀態的氧含量 分析控制儀。
所述機械分選單元由單臺多層篩網或多臺單層篩網的振動篩組成。 所述振動篩上設置有超聲波清網裝置。
本實用新型的有益效果本實用新型包括熔化保溫單元、超聲振動霧化 單元、氣氛控制單元和機械分選單元，超聲振動霧化單元由霧化室、超聲振 動換能器、能與超聲振動換能耦合并產生諧振的霧化盤組成，霧化盤固定在
換能器的變幅桿的上端，霧化盤、超聲振動換能器位于霧化室內；熔化保溫 單元設置在霧化室的上端；氣氛控制單元連接霧化室；機械分選單元連接在 霧化室的下端；它結構簡單，且通過它制備出來的錫基合金粉末的形狀更接 近球狀，錫基合金粉末表面光滑無缺陷，粒度分布均勻。
附圖1為本實用新型的結構示意附圖2為本實用新型的保溫爐中間包的結構示意附圖3為超聲振動換能器及霧化盤的結構示意圖。
具體實施方式
利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合金粉末的裝置，見附圖1 至3，它包括熔化保溫單元、超聲振動霧化單元、氣氛控制單元和機械分選單 元，超聲振動霧化單元由霧化室8、超聲振動換能器6、能與超聲振動換能耦 合并產生諧振的霧化盤7組成，霧化盤7固定在超聲振動換能器6的變幅桿 6-7的上端，霧化盤7、超聲振動換能器6位于霧化室8內；熔化保溫單元設 置在霧化室8的上端；氣氛控制單元連接霧化室8;機械分選單元連接在霧化 室8的下端。
所述熔化保溫單元包括熔化爐2和保溫爐中間包3;熔化爐2為坩堝電阻 爐或中頻感應加熱爐。保溫爐中間包3由外至內包括保溫層3-1、電加熱絲3-2、 坩堝3-3，坩堝3-3內設有溫控裝置3-4、高液位控制裝置3-5、低液位控制裝 置3-6和堵桿3-7，坩堝3-3的底部裝有漏嘴5，漏嘴5是能夠更換的，通過 更換不同大小的漏嘴5可實現對合金溶液4的流量的控制。
所述霧化室8是一個直徑為1-2米的夾套容器，霧化室8的壁體是能夠 通入冷卻水進行冷卻的雙層夾套結構。
所述霧化室8的頂部為平頂或橢圓形，霧化室8的上端和下端為直段圓 體，霧化室8的中部為倒錐體形狀。
所述超聲振動換能器6為壓電晶體夾心式換能器，超聲振動換能器6包 括換能器外套6-l、緊固螺栓6-2、背鐵6-3、電極片6-4、壓電晶體片6-5、 振子6-6和變幅桿6-7，變幅桿6-7的長度為半波長的整數倍，緊固螺栓6-2 將背鐵6-3、電極片6-4、壓電晶體片6-5順次固定在振子6-6的底部，振子 6-d的頂部連接變幅桿6-7;緊固螺栓6-2、背鐵6-3、電極片6-4、壓電晶體 片6-5位于換能器外套6-1內部。
所述超聲振動換能器6為夾心式(三明治式)換能器，其工作頻率為在 20—45KHZ之間，最佳為30—40KHz之間。
所述超聲振動換能器6是能夠旋轉的，其轉速為0-1000rpm,且其轉速是 可調節的。
所述霧化盤7是一個直徑為30—100mm的圓盤，霧化盤7與超聲振動換 能器6螺紋連接，霧化盤7的高度為半波長，其直徑和厚度設計為使其與超 聲振動換能器6產生諧振，霧化盤7的結構及尺寸只要設計為能與超聲換能 器6的工作頻率產生諧振即可。
所述換能器外套6-1為能夠通入冷卻水對壓電晶體片6-5進行冷卻的雙層 夾套結構。
所述換能器外套6-1內形成一個能夠直接通入氣體對壓電晶體片6-5進行 冷卻的冷卻室。
所述氣氛控制單元包括高純惰性氣體源13及其流量調節閩門14、氧氣源 10及其流量調節閥門9、能夠自動調節流量調節閥門9、 14的閥門大小和通
斷狀態的氧含量分析控制儀11。在金屬液體的霧化過程中，氧含量分析儀控制
儀11檢測霧化室8內氧含量并控制流量調節閥門9、 14,使霧化室8內的氧 含量小于100PPM。
所述機械分選單元由單臺多層篩網或多臺單層篩網的振動篩12組成。為 提高篩分效率，還可以在振動篩12上設置有超聲波清網裝置。超聲波清網裝 置的工作頻率為20—40KHz，工作方式連續或脈沖可調。
所進一步揭示本實用新型，以下結合本實用新型的工作過程進行具體說明。
原料合金錠1在熔化爐2中充分熔化攪拌后轉入保溫爐中間包3，保溫爐 中間包3的溫度根據物料的不同控制在高于合金熔點50—10(TC。在保溫爐中 間包3的底部裝有漏嘴5。通過不同孔徑的漏嘴5，保溫爐中間包3中的合金 熔液4以30—100KG/H的流量輸送到霧化室8中的超聲振動霧化盤7上，霧 化盤7由超聲振動換能器6驅動，超聲振動換能器6的驅動工作頻率在20— 45KHZ之間，最佳為30—40KHz之間。
超聲振動換能器6設計為可旋轉結構，轉速為0—1000rpm可調。流到霧 化盤7上的合金液體在超聲振動作用力下破碎成無數合金小液滴，這些小液 滴在霧化室8中冷卻后形成合金粉末。霧化室8先充入高純惰性氣體13排除 掉里面的空氣并使霧化室8中的氧含量小于200PPM,最好是小于IOOPPM。
霧化室8中的氧含量由氧分析儀11測定和控制。在上述氣氛中霧化冷卻 后的錫基合金粉末的形狀為真球狀(空間的立體球的形狀)。冷卻后的合金粉 末在重力的作用下掉入與霧化室8連為一體的篩機12，通過安裝不同的孔徑 的篩網，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)，經過篩選后就可以得到
不同粒度范圍的錫基合金粉末。
最后對所需的合金粉末采用抽真空或抽真空后充惰性氣體方式包裝后可 用于焊錫膏生產。通過本實用新型的設備所生產出來的錫基合金粉末的形狀 為真球狀、氧含量低、表面光滑，粒度分布均勻且產品收得率高。
以上所述僅是本實用新型的較佳實施例，故凡依本實用新型專利申請范 圍所述的構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本實用新型專 利申請范圍內。
權利要求1、利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合金粉末的裝置，其特征在于它包括熔化保溫單元、超聲振動霧化單元、氣氛控制單元和機械分選單元，超聲振動霧化單元由霧化室(8)、超聲振動換能器(6)、能與超聲振動換能耦合并產生諧振的霧化盤(7)組成，霧化盤(7)固定在超聲振動換能器(6)的變幅桿(6-7)的上端，霧化盤(7)、超聲振動換能器(6)位于霧化室(8)內；熔化保溫單元設置在霧化室(8)的上端；氣氛控制單元連接霧化室(8)；機械分選單元連接在霧化室(8)的下端。
2、 根據權利要求1所述的利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合金粉末的裝置，其特征在于所述熔化保溫單元包括熔化爐(2)和保溫爐中 間包(3);熔化爐(2)為坩堝電阻爐或中頻感應加熱爐；保溫爐中間包(3) 由外至內包括保溫層(3-1)、電加熱絲(3-2)、坩堝(3-3)，坩堝(3-3)內設 有溫控裝置(3-4)、高液位控制裝置(3-5)、低液位控制裝置(3-6)和堵桿 (3-7)，坩堝(3-3)的底部裝有漏嘴(5)。
3、 根據權利要求1所述的利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合 金粉末的裝置，其特征在于所述霧化室(8)為一個夾套容器，霧化室(8) 的壁體是能夠通入冷卻水進行冷卻的雙層夾套結構。
4、 根據權利要求1所述的利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合 金粉末的裝置，其特征在于所述霧化室(8)的頂部為平頂或橢圓形，霧化 室(8)的上端和下端為直段圓體，霧化室(8)的中部為倒錐體形狀。
5、 根據權利要求1所述的利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合 金粉末的裝置，其特征在于所述超聲振動換能器(6)為壓電晶體夾心式換 能器，超聲振動換能器(6)包括換能器外套(6-1)、緊固螺栓(6-2)、背鐵 (6-3)、電極片(6-4)、壓電晶體片(6-5)、振子(6-6)和變幅桿(6-7),緊 固螺栓(6-2)將背鐵(6-3)、電極片(6-4)、壓電晶體片(6-5)順次固定在 振子(6-6)的底部，振子(6-6)的頂部連接變幅桿(6-7);緊固螺栓(6-2)、 背鐵(6-3)、電極片(6-4)、壓電晶體片(6-5)位于換能器外套(6-1)內部。
6、 根據權利要求5所述的利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合 金粉末的裝置，其特征在于所述換能器外套(6-1)為能夠通入冷卻水對壓 電晶體片(6-5)進行冷卻的雙層夾套結構。
7、 根據權利要求5所述的利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合 金粉末的裝置，其特征在于所述換能器外套(6-1)內形成一個能夠直接通 入氣體對壓電晶體片(6-5)進行冷卻的冷卻室。
8、 根據權利要求1所述的利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合 金粉末的裝置，其特征在于所述氣氛控制單元包括高純惰性氣體源(13) 及其流量調節閥門(14)、氧氣源(10)及其流量調節閥門(9)、能夠自動調 節流量調節閥門(9、 14)的閥門大小和通斷狀態的氧含量分析控制儀(11)。
9、 根據權利要求1所述的利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合 金粉末的裝置，其特征在于所述機械分選單元由單臺多層篩網或多臺單層 篩網的振動篩(12)組成。
10、 根據權利要求9所述的利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基 合金粉末的裝置，其特征在于所述振動篩(12)上設置有超聲波清網裝置。
專利摘要本實用新型涉及電子焊接材料的加工設備技術領域，特指一種利用超聲振動霧化法制備焊錫膏用球形錫基合金粉末的裝置，本實用新型包括熔化保溫單元、超聲振動霧化單元、氣氛控制單元和機械分選單元，超聲振動霧化單元由霧化室、超聲振動換能器、能與超聲振動換能耦合并產生諧振的霧化盤組成，霧化盤固定在換能器的變幅桿的上端，霧化盤、超聲振動換能器位于霧化室內；熔化保溫單元設置在霧化室的上端；氣氛控制單元連接霧化室；機械分選單元連接在霧化室的下端；它結構簡單，且通過它制備出來的錫基合金粉末的形狀更接近球狀，錫基合金粉末表面光滑無缺陷，粒度分布均勻。
文檔編號B22F9/08GK201208649SQ20082004571
公開日2009年3月18日 申請日期2008年3月31日 優先權日2008年3月31日
發明者鐘立新 申請人:東莞優諾電子焊接材料有限公司