脉冲小孔侧部喷射制备均一粒子的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及脉冲小孔侧部喷射制备均一粒子的方法及装置，在熔池内外惰性气体存在压力差的条件下，通过加热器将原料加热至熔融状态，利用压电陶瓷在脉冲驱动信号的激励下产生向带孔坩埚侧的位移，并由传动杆及压片传递给融体，使一定量的微小融体通过坩埚侧部的不同尺寸的小孔射出，继而以不同的初速度作类平抛运动，在降落过程中产生不同的水平位移，从而在底部分层获得不同粒径的均一粒子。利用所述方法及装置制备出的粒子大小一致、组织成分均一、粒径可控、圆球度高，并且适合于熔点较低的各种材料，可以满足生产的连续性和稳定性；尤其是实现底部自动分层的目的，生产效率得到极大提高，完全满足现代微电子封装行业的要求和发展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于球形微粒子制备的
，特别涉及一种利用小孔侧部喷射实现 底部分层制备均一粒子的方法。
技术介绍
对于使用低熔点材料制备的均一粒子，目前应用最广的就是用于电子封装领域 的锡球粒子。近年来，随着电子器件向轻小化、集成化的方向发展，对微电子封装业的 精密程度和多领域化提出了更高的要求，多组元高精度锡球成为现代微电子封装领域的 关键材料，因此对锡球的组分和精度要求日趋严格。而目前我国微电子封装厂使用的锡 球大多从国外进口，与我国庞大的封装产业形成了鲜明的反差，锡球供需量严重不足， 市场缺口巨大，直接导致了我国在先进封装领域始终处于受制于人的被动局面，因此建 立拥有自主知识产权的精密锡球制造技术具有十分重要的意义。目前国内外用于电子封装的锡球的生产方法主要有(1)雾化法主要包括包括离心雾化法和气雾化法两类，主要原理是将液态锡 用高速气流雾化、粉碎、形成微细液滴，经冷却、凝固，形成锡球。但雾化法制备锡球 的分散度较宽，必须通过多次筛分及检测才能得到能够满足使用要求的颗粒。(2)切丝或打孔重熔法首先要将材料加工成线或箔，剪切机械将之裁切成均 勻的小段或圆片。将分段浸入适当温度的热油使之熔化、凝固成为球形颗粒，经过筛 分、清洗、检验从而得到满足要求的BGA锡球。但该方法对于小粒径的锡球或塑性加工 不好的材料比较困难，此外还必须将制得的锡球进行脱脂处理。(3)均一液滴成型法主要采用对液态锡的射流施加特定频率的扰动，使射流 在扰动作用下断裂为均勻的液滴，液滴凝固后即为所需的锡球。该方法在制造锡球时精 度不稳定，必须进行多次筛分才能满足要求。在众多制备低熔点均一粒子锡球的方法中，雾化法、切丝打孔重熔法、均一液 滴成型法均属于较传统的方法，应用比较广泛，但是需要通过多次筛分及检测才能满足 使用要求，不能节约人力物力，并且制备的粒子尺寸均一性差，不适应近年来高精度锡 球行业的发展。因此，能够稳定、连续制备出组织成分均一、大小一致、圆球度高的锡 球，是世界各国竞相追逐的热点和难点。本专利技术利用侧部喷射初速度不同，从而实现底 部分层，生产效率更高，利于产业化发展。已知申请号为CN200510130406.2的专利，目 的是研发一种振动喷射式设备来制备高密封装用钎焊球，但该专利存在精密度不够，不 能保证粒子大小一致的问题，同时也不能实现底部分层的批量生产目标。
技术实现思路
鉴于现有技术所存在的上述问题，本专利技术旨在利用脉冲小孔侧部喷射法，实现 在一次喷粒过程中获得不同粒度的粒子，且分别制备出的粒子的粒径均一。本专利技术的技术解决方案是这样实现的一种脉冲小孔侧部喷射制备均一粒子的装置，其特征在于它包括可分别开启的密封的真空室和回收仓；回收仓固定放置于真空室的下所述真空室的壳体上设置真空泵和供气管I，真空室内设置有粒子喷射装置和用 以支撑所述粒子喷射装置的支架；所述粒子喷射装置包括装有加热器的熔池，其上还安装有供气管II，接通到真空室外；带孔坩埚，其一侧壁上设有一个以上孔径不同的喷射孔，对侧壁上固定有压 片，所述压片通过水平设置并仅可沿其轴向产生水平位移的传动杆连接压电陶瓷；所述 带孔坩埚位于所述熔池下方并以连通管相互连通；所述回收仓内设置了与所述喷射孔数量一致的降落管和与所述降落管一一对应 并密封连通的回收室；所述降落管贯通回收仓的上顶和真空室的底部，并对应所述不同孔径的喷射孔 喷射出的不同粒度的粒子的下落位置设置；所述带孔坩埚、喷射孔及降落管的材质的熔点均高于所制备粒子的材质的熔 点，并且与所制备粒子的材质的润湿角均大于90°。进一步的，所述加热器为环形加热器，固定安装于所述熔池的外围。进一步的，所述降落管为石英降落管。采用上述的装置制备均一粒子的方法，包括下述步骤(1)整个装置包括真空室和回收仓抽高真空后，通过供气管I通入惰性气体，达 至Ij O.lMpa ；(2)在惰性气体保护下，通过加热器将熔池中的原料加热至熔融状态；(3)继而通过供气管II继续向熔池中通入惰性气体，在熔池内的惰性气体压力大 于所述装置熔池外的空间的惰性气体压力2-lOkPa的条件下，所述熔融态原料经连通管充 满位于其下的带孔坩埚；(4)利用压电陶瓷在脉冲驱动信号的激励下产生指向所述坩埚侧的的位移，并经 由传动杆及压片传递给坩埚中的熔融态原料，而使一定量的熔融态原料经坩埚侧面的孔 径不同的喷射孔射出不同粒度的熔融态粒子；(5)所述熔融态粒子在作类平抛运动过程中，对应其不同的水平位移落入相应的 降落管中，并在继续下降的过程中最终凝固后落入各自对应的回收室中加以回收。进一步的，所述步骤(1)中的高真空度为O.OOl-O.OlPa以下。所述惰性气体为氩气。所述熔池中原料的加入量占熔池容积的50-70%。本专利技术利用熔池内外惰性气体存在的压力差，通过加热器将原料加热至熔融状 态后，利用压电陶瓷在脉冲驱动信号的激励下产生向带孔坩埚侧的位移，并由传动杆及 压片传递给坩埚内的融体，从而使一定量的微小液体通过坩埚左部的不同尺寸的小孔射 出，射出的液体由于孔径尺寸不同，在类平抛过程中水平初速度不同，而在降落过程中 产生不同的水平位移，从而在底部分层接收不同尺寸的均一粒子。根据相关运动学和动力学原理，有如下的计算及推导不同尺寸的小孔的初始喷射速度可以简单用下列方式推算出假设大孔的孔径为500 μ m，小孔的孔径为300 μ m，连通管的孔径为200 μ m。 则喷射式在这三个孔径处，都会形成液态球冠，假设球冠高度相同，根据球冠体积公式V = Jih2 (R-h/3)可知这三个孔径处球冠的体积比粗略为5 3 2，则喷射初速度大约与球冠体 积成反比，即为6 10 15。由此可大略估算出喷射大孔和小孔的喷射初速度。之后降落的熔融态粒子做类平抛运动雾化气体与液滴之间的速度差别导致液滴加速或减速，液滴的速度可由牛顿第 二定律求得dV本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲小孔侧部喷射制备均一粒子的装置，其特征在于：它包括可分别开启的密封的真空室和回收仓；回收仓固定放置于真空室的下面；所述真空室的壳体上设置真空泵和供气管Ⅰ，真空室内设置有粒子喷射装置和用以支撑所述粒子喷射装置的支架；所述粒子喷射装置包括：装有加热器的熔池，其上还安装有供气管Ⅱ，接通到真空室外；带孔坩埚，其一侧壁上设有一个以上孔径不同的喷射孔，对侧壁上固定有压片，所述压片通过水平设置并仅可沿其轴向产生水平位移的传动杆连接压电陶瓷；所述带孔坩埚位于所述熔池下方并以连通管相互连通；所述回收仓内设置了与所述喷射孔数量一致的降落管和与所述降落管一一对应并密封连通的回收室；所述降落管贯通回收仓的上顶和真空室的底部，并对应所述不同孔径的喷射孔喷射出的不同粒度的粒子的下落位置设置；所述带孔坩埚、喷射孔及降落管的材质的熔点均高于所制备粒子的材质熔点，并且与所制备粒子的材质的润湿角均大于９０°。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲小孔侧部喷射制备均一粒子的装置，其特征在于它包括可分别开启的密封的真空室和回收仓；回收仓固定放置于真空室的下面； 所述真空室的壳体上设置真空泵和供气管I，真空室内设置有粒子喷射装置和用以支 撑所述粒子喷射装置的支架；所述粒子喷射装置包括装有加热器的熔池，其上还安装有供气管II，接通到真空室外； 带孔坩埚，其一侧壁上设有一个以上孔径不同的喷射孔，对侧壁上固定有压片，所 述压片通过水平设置并仅可沿其轴向产生水平位移的传动杆连接压电陶瓷；所述带孔坩 埚位于所述熔池下方并以连通管相互连通；所述回收仓内设置了与所述喷射孔数量一致的降落管和与所述降落管一一对应并密 封连通的回收室；所述降落管贯通回收仓的上顶和真空室的底部，并对应所述不同孔径的喷射孔喷射 出的不同粒度的粒子的下落位置设置；所述带孔坩埚、喷射孔及降落管的材质的熔点均高于所制备粒子的材质熔点，并且 与所制备粒子的材质的润湿角均大于90°。2.根据权利要求1所述的脉冲小孔侧部喷射制备均一粒子的装置，其特征在于 所述加热器为环形加热器，固定安装于所述熔池的外围。3.根据权利要求1或2所述的脉冲小孔侧部喷射制备均一粒子的装置，其特征在于 所述降落管为石英降落管。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：战丽姝，董伟，谭毅，李国斌，
申请(专利权)人：大连隆田科技有限公司，
类型：发明
国别省市：91