一种压差调控+电磁扰动制备均一金属颗粒的试验装置，涉及一种射流模式的微喷装置。该装置提供适用于微焊球(如锡及其合金)及其它金属颗粒的高频高质制备。技术方案是：所述装置包括电磁力发生器，压控系统，温控系统和成球系统。该方法属于一种非接触直驱式连续喷射均一金属颗粒制备技术。通过合理匹配压差参数和脉冲电磁扰动参数(电流频率、电流波形、电流的幅值和磁场强度)以实现均一金属颗粒的高频高质制备，该方法简单易行。
A device for preparing homogeneous metal particles by pressure difference control and electromagnetic disturbance
【技术实现步骤摘要】
一种压差调控+电磁扰动制备均一金属颗粒的装置
本专利技术涉及一种基于压差调控+电磁扰动高频高质制备均一金属颗粒(如锡及其合金)的装置，属于一种非接触直驱式连续喷射均一金属颗粒制备技术实现装置，适用于金属颗粒或金属微滴的高频高质制备。
技术介绍
微电子器件封装和半导体芯片制造是微电子工程中的两个重要部分。大规模集成电路封装均采用均一金属颗粒(微焊球)焊接以实现芯—芯和芯—板之间信号传递和机械连接。连续喷射技术和按需滴射技术是目前均一金属颗粒制备常用的两种方式。连续喷射技术是基于射流不稳定原理，利用微扰动在射流液柱表面形成的表面波控制微滴的形成，该方式制备微焊球的频率较高。按需滴射技术是在喷嘴上方施加一个周期性的脉冲驱动力，以实现一个脉冲力按需产生一个金属颗粒微滴，该方法制备微焊球具有其频率和大小可控的优点，但微滴制备频率低。中国专利CN101745763A，公开了一种连续喷射技术高频制备微焊球的方法，利用电磁激振器在喷嘴上方产生扰动，属于一种接触式扰动。中国专利CN103203294A公开了一种电磁微滴制备装置，该方法利用脉动电磁力直接作为脉冲驱动力以实现喷嘴出口处金属微滴的周期性按需可控低频过渡，一个脉冲驱动力对应一个金属微滴的形成，属于按需滴射技术中的一种。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于均一金属颗粒(如锡及其合金)高频高质制备技术，并基于此技术构建其制备装置。该装置是一种基于压差调控+电磁扰动高频高质制备均一金属颗粒(如锡及其合金)的新型装置。使用该装置实现了非接触直驱式、连续喷射技术制备均一金属颗粒的方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种压差调控+电磁扰动制备均一金属颗粒的试验装置，其特征在于，设有温控和气控装置、电磁力发生装置和成球装置；电磁力发生装置包括永磁铁提供的恒定磁场(5)、功率放大器(2)、信号发生器(1)、不锈钢电极板(10)、喷射腔(7)、熔化腔(4)；喷射腔(7)位于熔化腔(4)的正下方，两者间设有连接孔(6)，在喷射腔(7)的两相对的侧面各设有一个不锈钢电极板(10)，两不锈钢电极板(10)平行相对，在喷射腔(7)内两平行相对的不锈钢电极板(10)之间加有永磁铁提供的恒定磁场(5)，恒定磁场(5)的磁场方向平行于不锈钢电极板(10)；熔化腔(4)和喷射腔(7)的外侧设有熔化加热线圈(8)；熔化腔(4)的底部为带有带喷嘴的不锈钢板(9)；信号发生器(1)经由功率放大器(2)与两不锈钢电极板(10)进行连接；两不锈钢电极板10的相对的面与金属熔夜是面连接的；上述永磁铁提供的恒定磁场(5)、喷射腔(7)、熔化腔(4)、不锈钢电极板(10)、带喷嘴的不锈钢板(9)、熔化加热线圈(8)构成电磁力发生器(3)；电磁力发生器(3)中喷嘴正下方为轴向直立的高温花生油管(17)，高温花生油管(17)的四周为成球加热线圈(18)，成球加热线圈(18)用于对高温花生油管(17)内部的花生油加热；高温花生油管(17)的下方没有设有成球加热线圈(18)的为同轴且连通的低温花生油管(19)，低温花生油管(19)的管径小于高温花生油管(17)的管径；从带喷嘴的不锈钢板(9)的喷嘴处至低温花生油管(19)的外侧设置成封闭的成球罐(25)，带喷嘴的不锈钢板(9)的喷嘴与成球罐(25)连通；成球罐(25)外低温花生油管(19)的下端设有颗粒收集开关(21)，成球罐(25)外低温花生油管(19)的正下方为颗粒收集容器(22)，成球罐(25)侧面设有观察窗口(20)；真空泵(28)与成球罐(25)连接，同时成球罐(25)还配有氧含量测试仪(24)；第一氮气罐(12)通过第一微型电动阀(11)与第一稳压罐(13)连接，第一稳压罐(13)通过第一精密气体稳压阀(14)与成球罐(25)连接；第二氮气罐(29)通过第二微型电动阀(27)与第二稳压罐(26)连接，第二稳压罐(26)通过第二精密气体稳压阀(23)与熔化腔(4)的正上方连接；同时第二稳压罐(26)通过第二精密气体稳压阀(23)、气门开关(16)与成球罐(25)连接；熔化加热线圈(8)、成球加热线圈(18)与温控和气控装置(15)连接；第一稳压罐(13)、第二稳压罐(26)、成球罐(25)均分别设有一个压力计，所述的压力计与温控和气控装置(15)连接；第一微型电动阀(11)、第二微型电动阀(27)与温控和气控装置(15)连接。熔化腔(4)内部的金属在加热线圈的作用下熔化并充满喷射腔(7)；永磁铁置于喷射腔两侧，用于产生均匀磁场，喷射腔内部与磁场垂直的方向设有不锈钢电极板，不锈钢电极板与液态金属溶液接触良好，通过信号源和功率放大器产生脉冲电流；当高频脉冲电流流经喷射腔体内处于恒定磁场的液态金属时，会以喷射腔体内的熔化金属为载体在喷嘴上方产生高频脉动扰动。温控和气控装置(15)包括温控装置部分和气控装置部分。该高频脉冲扰动可作为连续喷射技术制备均一金属颗粒的扰动。采用上述装置的一种基于压差调控+电磁扰动高频高质制备均一金属颗粒的方法，包括如下步骤：(1)在熔化腔内装入金属块体，通过温控和气控装置(15)中的气控装置部分实现熔化腔、电磁力发生装置和成球腔体内氧含量低于300ppm；(2)通过调节温控和气控装置(15)中的气控装置使熔化腔体内自有液体表面与喷嘴出口处之间产生压力差，在此压力差的作用下熔化腔体内的流体通过喷嘴射流而出形成射流液柱；同时使高频脉冲电流流经处于恒定磁场的液态金属，通过调节扰动参数(电流频率、电流波形、电流幅值和磁场强度)，获得所需的扰动；当该扰动传递到射流液柱上后将会产生表面波，通过表面波控制射流液柱端头高频断裂，连续形成均一金属颗粒。喷射腔(7)的金属熔夜是充满的，熔化腔(4)的金属熔夜与喷射腔(7)的金属熔夜通过连接孔(6)进行熔夜连通。与现有技术相比，本专利技术的工作原理及有益效果如下：该方法的驱动方式属于无接触直接驱动型。即在喷嘴上方喷射腔内液态金属中产生高频电磁力(属于体积力)，该电磁力直接作用于喷射腔的液态金属内，产生精确可控的高频电磁(力)扰动，并通过液柱传递到液柱端头，形成均一金属微滴的高频射流过渡。而不是作为驱动力用于按需制备单一金属微滴，这是与中国专利CN103203294A的本质区别。在该装置中，当磁场恒定时，电磁扰动力就直接受电流波形、电流频率和电流幅值的控制。由于电参数的可控性好，精确、稳定和持续。因此相比于目前的其他扰动模式，电磁力直接扰动模式可控性和稳定性更好，且设备更加的简单易行，易于实现大规模的生产。附图说明图1为本专利技术电磁力发生系统示意图。图2为本专利技术(压差调控+电磁扰动技术)高频制备均一金属颗粒的装置示意图。信号发生器1，功率放大器2，电磁力发生器3，熔化腔4，恒定磁场5，连接孔6，喷射腔7，熔化加热线圈8，带喷嘴的不锈钢板9，不锈钢电极10，第一微型电动阀11，第一氮气罐12，第一稳压罐13，第一精密气体稳压阀14，温控和气控装置15，气门开关1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种压差调控+电磁扰动制备均一金属颗粒的试验装置，其特征在于，设有温控和气控装置、电磁力发生装置和成球装置；电磁力发生装置包括永磁铁提供的恒定磁场(5)、功率放大器(2)、信号发生器(1)、不锈钢电极板(10)、喷射腔(7)、熔化腔(4)；喷射腔(7)位于熔化腔(4)的正下方，两者间设有连接孔(6)，在喷射腔(7)的两相对的侧面各设有一个不锈钢电极板(10)，两不锈钢电极板(10)平行相对，在喷射腔(7)内两平行相对的不锈钢电极板(10)之间加有永磁铁提供的恒定磁场(5)，恒定磁场(5)的磁场方向平行于不锈钢电极板(10)；熔化腔(4)和喷射腔(7)的外侧设有熔化加热线圈(8)；熔化腔(4)的底部为带有带喷嘴的不锈钢板(9)；信号发生器(1)经由功率放大器(2)与两不锈钢电极板(10)进行连接；两不锈钢电极板10的相对的面与金属熔夜是面连接的；上述永磁铁提供的恒定磁场(5)、喷射腔(7)、熔化腔(4)、不锈钢电极板(10)、带喷嘴的不锈钢板(9)、熔化加热线圈(8)构成电磁力发生器(3)；/n电磁力发生器(3)中喷嘴正下方为轴向直立的高温花生油管(17)，高温花生油管(17)的四周为成球加热线圈(18)，成球加热线圈(18)用于对高温花生油管(17)内部的花生油加热；高温花生油管(17)的下方没有设有成球加热线圈(18)的为同轴且连通的低温花生油管(19)，低温花生油管(19)的管径小于高温花生油管(17)的管径；从带喷嘴的不锈钢板(9)的喷嘴处至低温花生油管(19)的外侧设置成封闭的成球罐(25)，带喷嘴的不锈钢板(9)的喷嘴与成球罐(25)连通；成球罐(25)外低温花生油管(19)的下端设有颗粒收集开关(21)，成球罐(25)外低温花生油管(19)的正下方为颗粒收集容器(22)，成球罐(25)侧面设有观察窗口(20)；真空泵(28)与成球罐(25)连接，同时成球罐(25)还配有氧含量测试仪(24)；/n第一氮气罐(12)通过第一微型电动阀(11)与第一稳压罐(13)连接，第一稳压罐(13)通过第一精密气体稳压阀(14)与成球罐(25)连接；第二氮气罐(29)通过第二微型电动阀(27)与第二稳压罐(26)连接，第二稳压罐(26)通过第二精密气体稳压阀(23)与熔化腔(4)的正上方连接；同时第二稳压罐(26)通过第二精密气体稳压阀(23)、气门开关(16)与成球罐(25)连接；/n熔化加热线圈(8)、成球加热线圈(18)与温控和气控装置(15)连接；/n第一稳压罐(13)、第二稳压罐(26)、成球罐(25)均分别设有一个压力计，所述的压力计与温控和气控装置(15)连接；/n第一微型电动阀(11)、第二微型电动阀(27)与温控和气控装置(15)连接；/n温控和气控装置(15)包括温控装置部分和气控装置部分。/n...
【技术特征摘要】
1.一种压差调控+电磁扰动制备均一金属颗粒的试验装置，其特征在于，设有温控和气控装置、电磁力发生装置和成球装置；电磁力发生装置包括永磁铁提供的恒定磁场(5)、功率放大器(2)、信号发生器(1)、不锈钢电极板(10)、喷射腔(7)、熔化腔(4)；喷射腔(7)位于熔化腔(4)的正下方，两者间设有连接孔(6)，在喷射腔(7)的两相对的侧面各设有一个不锈钢电极板(10)，两不锈钢电极板(10)平行相对，在喷射腔(7)内两平行相对的不锈钢电极板(10)之间加有永磁铁提供的恒定磁场(5)，恒定磁场(5)的磁场方向平行于不锈钢电极板(10)；熔化腔(4)和喷射腔(7)的外侧设有熔化加热线圈(8)；熔化腔(4)的底部为带有带喷嘴的不锈钢板(9)；信号发生器(1)经由功率放大器(2)与两不锈钢电极板(10)进行连接；两不锈钢电极板10的相对的面与金属熔夜是面连接的；上述永磁铁提供的恒定磁场(5)、喷射腔(7)、熔化腔(4)、不锈钢电极板(10)、带喷嘴的不锈钢板(9)、熔化加热线圈(8)构成电磁力发生器(3)；
电磁力发生器(3)中喷嘴正下方为轴向直立的高温花生油管(17)，高温花生油管(17)的四周为成球加热线圈(18)，成球加热线圈(18)用于对高温花生油管(17)内部的花生油加热；高温花生油管(17)的下方没有设有成球加热线圈(18)的为同轴且连通的低温花生油管(19)，低温花生油管(19)的管径小于高温花生油管(17)的管径；从带喷嘴的不锈钢板(9)的喷嘴处至低温花生油管(19)的外侧设置成封闭的成球罐(25)，带喷嘴的不锈钢板(9)的喷嘴与成球罐(25)连通；成球罐(25)外低温花生油管(19)的下端设有颗粒收集开关(21)，成球罐(25)外低温花生油管(19)的正下方为颗粒收集容器(22)，成球罐(25)侧面设有观察窗口(20)；真空泵(28)与成球罐(25)连接，同时成球罐(25)还配有氧含量测试仪(24)；
第一氮气罐(12)通过第一微型电动阀(11)与第一稳压罐(13)连接，第一稳压罐(13)通过第一精密气体稳压阀(14)与成球罐(25)连接；第二氮气罐(29)通过第二微型电动阀(27)...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷永平，王同举，林健，李康立，袁涛，符寒光，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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