專利名稱：脈沖小孔側(cè)部噴射制備均一粒子的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于球形微粒子制備的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用小孔側(cè)部噴射實現(xiàn) 底部分層制備均一粒子的方法。
背景技術(shù)：
對于使用低熔點材料制備的均一粒子，目前應(yīng)用最廣的就是用于電子封裝領(lǐng)域 的錫球粒子。近年來，隨著電子器件向輕小化、集成化的方向發(fā)展，對微電子封裝業(yè)的 精密程度和多領(lǐng)域化提出了更高的要求，多組元高精度錫球成為現(xiàn)代微電子封裝領(lǐng)域的 關(guān)鍵材料，因此對錫球的組分和精度要求日趨嚴(yán)格。而目前我國微電子封裝廠使用的錫 球大多從國外進(jìn)口，與我國龐大的封裝產(chǎn)業(yè)形成了鮮明的反差，錫球供需量嚴(yán)重不足， 市場缺口巨大，直接導(dǎo)致了我國在先進(jìn)封裝領(lǐng)域始終處于受制于人的被動局面，因此建 立擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的精密錫球制造技術(shù)具有十分重要的意義。目前國內(nèi)外用于電子封裝的錫球的生產(chǎn)方法主要有(1)霧化法主要包括包括離心霧化法和氣霧化法兩類，主要原理是將液態(tài)錫 用高速氣流霧化、粉碎、形成微細(xì)液滴，經(jīng)冷卻、凝固，形成錫球。但霧化法制備錫球 的分散度較寬，必須通過多次篩分及檢測才能得到能夠滿足使用要求的顆粒。(2)切絲或打孔重熔法首先要將材料加工成線或箔，剪切機械將之裁切成均 勻的小段或圓片。將分段浸入適當(dāng)溫度的熱油使之熔化、凝固成為球形顆粒，經(jīng)過篩 分、清洗、檢驗從而得到滿足要求的BGA錫球。但該方法對于小粒徑的錫球或塑性加工 不好的材料比較困難，此外還必須將制得的錫球進(jìn)行脫脂處理。(3)均一液滴成型法主要采用對液態(tài)錫的射流施加特定頻率的擾動，使射流 在擾動作用下斷裂為均勻的液滴，液滴凝固后即為所需的錫球。該方法在制造錫球時精 度不穩(wěn)定，必須進(jìn)行多次篩分才能滿足要求。在眾多制備低熔點均一粒子錫球的方法中，霧化法、切絲打孔重熔法、均一液 滴成型法均屬于較傳統(tǒng)的方法，應(yīng)用比較廣泛，但是需要通過多次篩分及檢測才能滿足 使用要求，不能節(jié)約人力物力，并且制備的粒子尺寸均一性差，不適應(yīng)近年來高精度錫 球行業(yè)的發(fā)展。因此，能夠穩(wěn)定、連續(xù)制備出組織成分均一、大小一致、圓球度高的錫 球，是世界各國競相追逐的熱點和難點。本發(fā)明利用側(cè)部噴射初速度不同，從而實現(xiàn)底 部分層，生產(chǎn)效率更高，利于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。已知申請?zhí)枮镃N200510130406.2的專利，目 的是研發(fā)一種振動噴射式設(shè)備來制備高密封裝用釬焊球，但該專利存在精密度不夠，不 能保證粒子大小一致的問題，同時也不能實現(xiàn)底部分層的批量生產(chǎn)目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題，本發(fā)明旨在利用脈沖小孔側(cè)部噴射法，實現(xiàn) 在一次噴粒過程中獲得不同粒度的粒子，且分別制備出的粒子的粒徑均一。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的
一種脈沖小孔側(cè)部噴射制備均一粒子的裝置，其特征在于它包括可分別開啟的密封的真空室和回收倉；回收倉固定放置于真空室的下所述真空室的殼體上設(shè)置真空泵和供氣管I，真空室內(nèi)設(shè)置有粒子噴射裝置和用 以支撐所述粒子噴射裝置的支架；所述粒子噴射裝置包括裝有加熱器的熔池，其上還安裝有供氣管II，接通到真空室外；帶孔坩堝，其一側(cè)壁上設(shè)有一個以上孔徑不同的噴射孔，對側(cè)壁上固定有壓 片，所述壓片通過水平設(shè)置并僅可沿其軸向產(chǎn)生水平位移的傳動桿連接壓電陶瓷；所述 帶孔坩堝位于所述熔池下方并以連通管相互連通；所述回收倉內(nèi)設(shè)置了與所述噴射孔數(shù)量一致的降落管和與所述降落管一一對應(yīng) 并密封連通的回收室；所述降落管貫通回收倉的上頂和真空室的底部，并對應(yīng)所述不同孔徑的噴射孔 噴射出的不同粒度的粒子的下落位置設(shè)置；所述帶孔坩堝、噴射孔及降落管的材質(zhì)的熔點均高于所制備粒子的材質(zhì)的熔 點，并且與所制備粒子的材質(zhì)的潤濕角均大于90°。進(jìn)一步的，所述加熱器為環(huán)形加熱器，固定安裝于所述熔池的外圍。進(jìn)一步的，所述降落管為石英降落管。采用上述的裝置制備均一粒子的方法，包括下述步驟(1)整個裝置包括真空室和回收倉抽高真空后，通過供氣管I通入惰性氣體，達(dá) 至Ij O.lMpa ；(2)在惰性氣體保護(hù)下，通過加熱器將熔池中的原料加熱至熔融狀態(tài)；(3)繼而通過供氣管II繼續(xù)向熔池中通入惰性氣體，在熔池內(nèi)的惰性氣體壓力大 于所述裝置熔池外的空間的惰性氣體壓力2-lOkPa的條件下，所述熔融態(tài)原料經(jīng)連通管充 滿位于其下的帶孔坩堝；(4)利用壓電陶瓷在脈沖驅(qū)動信號的激勵下產(chǎn)生指向所述坩堝側(cè)的的位移，并經(jīng) 由傳動桿及壓片傳遞給坩堝中的熔融態(tài)原料，而使一定量的熔融態(tài)原料經(jīng)坩堝側(cè)面的孔 徑不同的噴射孔射出不同粒度的熔融態(tài)粒子；(5)所述熔融態(tài)粒子在作類平拋運動過程中，對應(yīng)其不同的水平位移落入相應(yīng)的 降落管中，并在繼續(xù)下降的過程中最終凝固后落入各自對應(yīng)的回收室中加以回收。進(jìn)一步的，所述步驟(1)中的高真空度為O.OOl-O.OlPa以下。所述惰性氣體為氬氣。所述熔池中原料的加入量占熔池容積的50-70%。本發(fā)明利用熔池內(nèi)外惰性氣體存在的壓力差，通過加熱器將原料加熱至熔融狀 態(tài)后，利用壓電陶瓷在脈沖驅(qū)動信號的激勵下產(chǎn)生向帶孔坩堝側(cè)的位移，并由傳動桿及 壓片傳遞給坩堝內(nèi)的融體，從而使一定量的微小液體通過坩堝左部的不同尺寸的小孔射 出，射出的液體由于孔徑尺寸不同，在類平拋過程中水平初速度不同，而在降落過程中 產(chǎn)生不同的水平位移，從而在底部分層接收不同尺寸的均一粒子。根據(jù)相關(guān)運動學(xué)和動力學(xué)原理，有如下的計算及推導(dǎo)不同尺寸的小孔的初始噴射速度可以簡單用下列方式推算出
假設(shè)大孔的孔徑為500 μ m，小孔的孔徑為300 μ m，連通管的孔徑為200 μ m。 則噴射式在這三個孔徑處，都會形成液態(tài)球冠，假設(shè)球冠高度相同，根據(jù)球冠體積公式V = Jih2 (R-h/3)可知這三個孔徑處球冠的體積比粗略為5 3 2，則噴射初速度大約與球冠體 積成反比，即為6 10 15。由此可大略估算出噴射大孔和小孔的噴射初速度。之后降落的熔融態(tài)粒子做類平拋運動霧化氣體與液滴之間的速度差別導(dǎo)致液滴加速或減速，液滴的速度可由牛頓第 二定律求得
dV
權(quán)利要求
1.一種脈沖小孔側(cè)部噴射制備均一粒子的裝置，其特征在于它包括可分別開啟的密封的真空室和回收倉；回收倉固定放置于真空室的下面； 所述真空室的殼體上設(shè)置真空泵和供氣管I，真空室內(nèi)設(shè)置有粒子噴射裝置和用以支 撐所述粒子噴射裝置的支架；所述粒子噴射裝置包括裝有加熱器的熔池，其上還安裝有供氣管II，接通到真空室外； 帶孔坩堝，其一側(cè)壁上設(shè)有一個以上孔徑不同的噴射孔，對側(cè)壁上固定有壓片，所 述壓片通過水平設(shè)置并僅可沿其軸向產(chǎn)生水平位移的傳動桿連接壓電陶瓷；所述帶孔坩 堝位于所述熔池下方并以連通管相互連通；所述回收倉內(nèi)設(shè)置了與所述噴射孔數(shù)量一致的降落管和與所述降落管一一對應(yīng)并密 封連通的回收室；所述降落管貫通回收倉的上頂和真空室的底部，并對應(yīng)所述不同孔徑的噴射孔噴射 出的不同粒度的粒子的下落位置設(shè)置；所述帶孔坩堝、噴射孔及降落管的材質(zhì)的熔點均高于所制備粒子的材質(zhì)熔點，并且 與所制備粒子的材質(zhì)的潤濕角均大于90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖小孔側(cè)部噴射制備均一粒子的裝置，其特征在于 所述加熱器為環(huán)形加熱器，固定安裝于所述熔池的外圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖小孔側(cè)部噴射制備均一粒子的裝置，其特征在于 所述降落管為石英降落管。
4.一種采用如權(quán)利要求1所述的裝置制備均一粒子的方法，包括下述步驟(1)整個裝置包括真空室和回收倉抽高真空后，通過供氣管I通入惰性氣體，達(dá)到 O.lMpa ；(2)在惰性氣體保護(hù)下，通過加熱器將熔池中的原料加熱至熔融狀態(tài)；(3)繼而通過供氣管II繼續(xù)向熔池中通入惰性氣體，在熔池內(nèi)的惰性氣體壓力大于所 述裝置熔池外的空間的惰性氣體壓力2-lOkPa的條件下，所述熔融態(tài)原料經(jīng)連通管充滿位 于其下的帶孔坩堝；(4)利用壓電陶瓷在脈沖驅(qū)動信號的激勵下產(chǎn)生指向所述坩堝側(cè)的的位移，并經(jīng)由傳 動桿及壓片傳遞給坩堝中的熔體，而使一定量的熔體經(jīng)坩堝側(cè)面的孔徑不同的噴射孔射 出不同粒度的熔融態(tài)粒子；(5)所述熔融態(tài)粒子在作類平拋運動過程中，對應(yīng)其不同的水平位移落入相應(yīng)的降落 管中，并在繼續(xù)下降的過程中最終凝固后落入各自對應(yīng)的回收室中加以回收。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備均一粒子的方法，其特征在于 所述步驟(1)中的高真空度為O.OOl-O.OlPa以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備均一粒子的方法，其特征在于 所述惰性氣體為氬氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求4、5或6所述任一制備均一粒子的方法，其特征在于 所述熔池中原料的加入量占熔池容積的50-70%。
全文摘要
本發(fā)明涉及脈沖小孔側(cè)部噴射制備均一粒子的方法及裝置，在熔池內(nèi)外惰性氣體存在壓力差的條件下，通過加熱器將原料加熱至熔融狀態(tài)，利用壓電陶瓷在脈沖驅(qū)動信號的激勵下產(chǎn)生向帶孔坩堝側(cè)的位移，并由傳動桿及壓片傳遞給融體，使一定量的微小融體通過坩堝側(cè)部的不同尺寸的小孔射出，繼而以不同的初速度作類平拋運動，在降落過程中產(chǎn)生不同的水平位移，從而在底部分層獲得不同粒徑的均一粒子。利用所述方法及裝置制備出的粒子大小一致、組織成分均一、粒徑可控、圓球度高，并且適合于熔點較低的各種材料，可以滿足生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性；尤其是實現(xiàn)底部自動分層的目的，生產(chǎn)效率得到極大提高，完全滿足現(xiàn)代微電子封裝行業(yè)的要求和發(fā)展。
文檔編號B22F9/08GK102009180SQ20101029707
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者戰(zhàn)麗姝, 李國斌, 董偉, 譚毅 申請人:大連隆田科技有限公司