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一种金属焊球的制备装置

阅读：469发布：2020-10-29

专利汇可以提供一种金属焊球的制备装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种金属焊球的制备装置，包括但不限于喷雾腔体、液滴发生单元、充电单元、监测单元、温度控制单元、压力控制单元与收集单元；所述液滴发生单元包括但不限于熔融液容器、设置于熔融液容器底部的至少一个射流口以及使熔融液振动的振动模块；液滴发生单元通过所述射流口与喷雾腔体连通；所述充电单元用于为熔融液充电；所述监测单元设置于喷雾腔体的外部，用于实时监测喷雾腔体内液滴成型情况；所述温度控制单元用于控制熔融液容器的温度；所述压力控制单元分别独立地控制喷雾腔体与熔融液容器的压力；所述收集单元设置于喷雾腔体的底部，用于收集金属焊球。所述金属焊球的制备装置便于控制，制备得到的焊球粒径均一。，下面是一种金属焊球的制备装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种金属焊球的制备装置，其特征在于，所述金属焊球的制备装置包括但不限于喷雾腔体、液滴发生单元、充电单元、监测单元、温度控制单元、压力控制单元与收集单元；
所述液滴发生单元包括但不限于熔融液容器、设置于熔融液容器底部的至少一个射流口以及使熔融液振动的振动模块；液滴发生单元通过所述射流口与喷雾腔体连通；
所述充电单元用于为熔融液充电；
所述监测单元设置于喷雾腔体的外部，用于实时监测喷雾腔体内液滴成型情况；
所述温度控制单元用于控制熔融液容器的温度；
所述压力控制单元分别独立地控制喷雾腔体与熔融液容器的压力；
所述收集单元设置于喷雾腔体的底部，用于收集金属焊球。
2.根据权利要求1所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述熔融液容器包括但不限于外壳与不锈钢衬里。
3.根据权利要求2所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述熔融液容器底面相对于熔融液容器侧壁法线方向的夹角为0-8°。
4.根据权利要求1所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述熔融液容器底部的射流口数量为1-200个。
5.根据权利要求1所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述射流口包括但不限于红宝石射流口和/或蓝宝石射流口。
6.根据权利要求1所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述振动模块包括但不限于机械振动装置和/或气体脉冲发生器。
7.根据权利要求6所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述机械振动装置包括但不限于信号发生器、压电换能器以及与压电换能器连接的振动杆；所述振动杆设置于熔融液容器中使熔融液振动。
8.根据权利要求6所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述气体脉冲发生器设置于射流口，用于使熔融液分散成液滴。
9.根据权利要求1所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述充电单元包括但不限于范德格拉夫起电机和/或充电板。
10.根据权利要求9所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述范德格拉夫起电机设置于熔融液容器中，用于为熔融液容器中的熔融液充电。
11.根据权利要求9所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述充电板设置于熔融液容器的下方，开设有与射流口配套的通孔；充电板由外部电源供电，充电板厚度与射流口直径的比例为(25-100):1，充电板上配套通孔的直径与射流孔直径的比例为(10-25):1。
12.根据权利要求7所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述监测单元包括但不限于CCD摄像机与闪光灯，闪光灯的闪光频率与压电换能器频率同步。
13.根据权利要求1所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述温度控制单元包括但不限于电加热模块、温度测量模块与温度控制器；
所述电加热模块包括但不限于电热丝和/或伴热带；
所述温度测量模块包括但不限于至少两个温度传感器，至少一个温度传感器设置于熔融液容器的熔融液中，至少一个温度传感器设置于射流口处。
14.根据权利要求1所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述压力控制单元包括但不限于设置于熔融液容器的第一压力传感器、设置于喷雾腔体的第二压力传感器、三通阀门、真空泵、第一压力源与第二压力源；
所述三通阀门的分别独立地与熔融液容器、喷雾腔体以及第一压力源连接；所述三通阀门与喷雾腔体的连接管道上连接有真空泵与第二压力源。
15.根据权利要求14所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述压力控制单元还包括工控机，所述工控机用于控制第一压力源与第二压力源的压力，使熔融液容器与喷雾腔体的压力差维持设定值。
16.根据权利要求1所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述收集单元包括但不限于焊球收集衬底和/或焊球收集容器。
17.根据权利要求1所述的金属焊球的制备装置，其特征在于，所述液滴发生单元还包括供料模块，所述供料模块包括但不限于供料腔、连通供料腔与熔融液容器的管道以及设置于管道上的供料阀门。

说明书全文

一种金属焊球的制备装置

技术领域

[0001] 本实用新型属于微电子封装技术领域，涉及一种封装材料的制备装置，尤其涉及一种金属焊球的制备装置。

背景技术

[0002] 焊球应用于多种类型的电子封装，当用于封装领域时，要求所有与表面接触的焊球的尺寸必须一致，如果焊球的尺寸不均匀，部分焊球的附着接触面比其他焊球大，则会造成封装器件与基板之间产生间隔，造成接触面不平整，焊接质量差，造成封装器件性能及可靠性下降。

[0003] 现有技术制造焊球过程中，熔融焊料过筛网成焊球。CN 1355075 A公开了一种封装材料用的焊球制造方法，该方法将裁切清洗后的截线材利用其本身自重落体得以穿经多个圆洞筛网层层筛选，同时在筛网处理的过程中加入高纯度甘油润滑处理而成型所需尺寸。可选的，由于过筛的焊料的温度较高，还需要将焊料在冷却油中降温，利用熔融金属焊料的表面张力使焊料形成球形，从而得到焊球。但该方法在制造焊球的过程中花费大量时间在清洗焊料、分选、检验工艺上，增加了生产制造的复杂性，降低了生产效率，并且焊球表面质量也很难得到保证。

[0004] CN 202028773 U公开了一种BGA焊锡球成型连续供料机，包括溶锡桶和控制阀，溶锡桶桶身上套装有溶锡桶加热器，溶锡桶与控制阀间存在有管道连接，控制阀出口有管道与坩埚连接，控制阀上套装有控制阀加热器，溶锡桶与控制阀之间的管道由输料管变径件和外牙接头连接而成。该供料机能够长时间加热，将固态焊料不断转变为液态，但无法生产粒径均一的锡焊球。

[0005] CN 205128927 U公开了一种标径BGA封装金属焊球的制备装置，包括密闭的并具有透明的可视窗口的隔离仓、与隔离仓可密闭隔离池相连通并用于相隔离仓内传送具有若干膜孔的印刷模具传递舱，用于对印刷模具及原材料进行加热使原材料成为熔融状态的加热控制装置、可移动地设置于隔离仓内并能够将熔融状态的原材料刮入膜孔内的刮刀、控制刮刀移动的操控装置、用于对印刷模具及原材料进行冷却使膜孔内的熔融状态的原材料在表面张力下收缩成球并硬化的冷却装置、通过输送管道向隔离仓内输送保护气体的保护气体供应装置以及气体净化装置。该装置仍然利用传统的重力作用制备焊球，存在焊球粒径不均一的风险。

[0006] CN 101125369 A公开了一种制备焊锡球的装置，包括给料系统、液体分散机构、液体固化成型系统。给料系统包括熔池和给料罐，通过管路和阀门的控制，能够实现生产过程中的连续给料；保证较稳定的给料流料。液滴固化成型系统包括一个与气体分布环和一个与之相连的成型柱，通过气流控制，在焊锡液滴的形成空间上形成温度不同的两层气流，保证焊锡液滴的收圆与凝固。液体分散机构包括一个与分配器和气体分布环密封连接的波纹补偿器，分配器与可上下振动的连杆相连。但该装置并不能实时的根据液滴的成型情况调节制备条件，易造成材料的浪费。

[0007] 针对现有技术的不足，提供一种能够实时监控，并能够精准制备粒径均匀的金属焊球的制备装置，对于提高封装质量、促进微电子领域的发展具有重要的意义。实用新型内容

[0008] 本实用新型的目的在于提供一种金属焊球的制备装置，所述金属焊球的制备装置通过振动分散、压力差以及充电的方式使液滴均匀分散、固化成型，使制备得到的焊球的粒径更小、更均一，有利于封装的顺利进行，提高了微电子封装的质量。

[0009] 为达到此实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

[0010] 本实用新型提供了一种金属焊球的制备装置，所述金属焊球的制备装置包括但不限于喷雾腔体、液滴发生单元、充电单元、监测单元、温度控制单元、压力控制单元与收集单元。

[0011] 所述液滴发生单元包括但不限于熔融液容器、设置于熔融液容器底部的至少一个射流口以及使熔融液振动的振动模块；液滴发生单元通过所述射流口与喷雾腔体连通。

[0012] 所述充电单元用于为熔融液充电。

[0013] 所述监测单元设置于喷雾腔体的外部，用于实时监测喷雾腔体内液滴成型情况。

[0014] 所述温度控制单元用于控制熔融液容器的温度。

[0015] 所述压力控制单元分别独立地控制喷雾腔体与熔融液容器的压力。

[0016] 所述收集单元设置于喷雾腔体的底部，用于收集金属焊球。

[0017] 金属焊料在温度控制单元的控制下，在熔融液容器内熔化成熔融液；压力控制单元通过控制喷雾腔体与熔融液容器内的压力，使熔融液容器与喷雾腔体内形成5psi以上的压力差；熔融液在振动模块的振动下，由压力差驱动喷入喷雾腔体；充电单元为熔融液充电，使喷入喷雾腔体内的液滴在同电荷相斥的作用下，分散的更加均匀；分散均匀的液滴降温后形成焊球，并由喷雾腔体底部的收集单元收集。

[0018] 优选地，所述熔融液容器包括但不限于外壳与不锈钢衬里。熔融液容器中的熔融金属包括但不限于锡、锌、铅、铝、钛、铁或镍中的任意一种或至少两种的组合，熔融金属具有较高的熔点，为了使熔融液容器耐受高温，本实用新型在熔融液容器的内部设置不锈钢衬里。

[0019] 进一步优选地，所述不锈钢衬里为可拆卸不锈钢衬里。

[0020] 由于生产焊球过程需要保持无氧环境，所述熔融液容器的顶部需要保持密封状态，密封方式包括但不限于但不限于气密密封方式。

[0021] 优选地，所述熔融液容器底面相对于熔融液容器侧壁法线方向的夹角为 0-8°，例如可以是0°、1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°或8°，但不限于所列举的数值，其他未列举的数值同样适用，优选为2-5°。通过夹角的设置，减少熔融液容器中熔融液的残留。

[0022] 进一步优选地，所述熔融液容器底部设置射流口处设置有可拆卸孔板，孔板设置有与射流口配套的通孔；通过孔板的设置提高了熔融液容器的使用寿命，克服磨损带来的不利影响。

[0023] 优选地，所述射流口包括但不限于红宝石射流口和/或蓝宝石射流口。本实用新型所述射流口的材质包括但不限于蓝宝石和/或红宝石，其它能够用作射流的金属同样适用。

[0024] 优选地，所述熔融液容器底部的射流口数量为1-200个，例如可以是1个、 10个、30个、50个、70个、80个、90个、100个、120个、150个、180个或 200个，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

[0025] 作为本实用新型所述射流口的一个优选技术方案，所述射流口的直径为 25-250μm，例如可以是25μm、50μm、75μm、100μm、125μm、150μm、175μm、 200μm、225μm或250μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；射流口的长径比为(1-3):1，例如可以是1:1、1.5:1、2:1、2.5:1 或3:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。

[0026] 一个直径为50μm的射流口能够制造直径为80-110μm的液滴；一个直径 75μm的射流口可以制造直径为120-165μm的液滴；一个直径100μm的射流口可以制造直径160-220μm的液滴。液滴的精确尺寸由射流口直径、振动模块的振动频率以及熔融液容器与喷雾腔体的压力差协同决定。

[0027] 作为本实用新型所述射流口的另一个优选技术方案，所述射流口的直径为 2-10mm，例如可以是2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或 10mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用；熔融液容器内的熔融液由射流口挤出，在振动频率为1-500KHz的振动模块的振动下分散为液滴。

[0028] 优选地，所述射流口包括但不限于红宝石射流口和/或蓝宝石射流口。

[0029] 本实用新型所述红宝石射流口和/或蓝宝石射流口的内经抛光、边缘锋利、无毛刺，能够使喷入喷雾腔体内的液滴分散均匀。本实用新型搜书射流口的设置方式包括但不限于但不限于利用高温陶瓷粘合剂的方式将射流孔粘合于熔融液容器底部对应的通孔处。

[0030] 优选地，所述振动模块包括但不限于机械振动装置和/或气体脉冲发生器。

[0031] 优选地，所述机械振动装置包括但不限于信号发生器、压电换能器以及与压电换能器连接的振动杆；所述振动杆设置于熔融液容器中使熔融液振动。

[0032] 本实用新型所述机械振动装置为振动分散法常用的机械振动装置，包括但不限于类似于CN 101125369 A中公开的机械振动结构，信号发生器发生的电信号经放大器与变压器的作用后传递至压电换能器，由压电换能器将电信号转变为振动杆的振动，振动杆沿轴向振动。优选地，振动杆放置于熔融液中的一端连接有振动盘，从而为熔融液提供均匀的振动。

[0033] 本实用新型所述压电换能器的振幅为0.05-0.2μm，压电换能器的输入信号频率为1-100kHz、压力为100-300V，所述压电换能器包括但不限于但不限于偏铌酸铅压电换能器。
为了使压电换能器的温度不超过居里温度，一般情况下，振动杆的长度需要保证压电换能器设置于熔融液液面10cm以上。

[0034] 优选地，所述振动模块还包括搅拌装置，通过搅拌装置的搅拌作用使熔融液振荡。

[0035] 优选地，所述气体脉冲发生器设置于射流口，用于使熔融液分散成液滴。本实用新型所述金属焊球的制备装置制备金属焊球时需要在无氧的条件下进行，因此气体脉冲发生器所用气体包括但不限于氮气和/或惰性气体。气体的流速为50-1000m/s，由射流口流出的熔融液与脉冲气体接触，使熔融液在脉冲气体的作用下分裂为粒度均匀的液滴，并在气体降温以及自身表面张力作用下形成焊球。

[0036] 优选地，所述充电单元包括但不限于范德格拉夫起电机和/或充电板。

[0037] 优选地，所述范德格拉夫起电机设置于熔融液容器中，用于为熔融液容器中的熔融液充电。

[0038] 优选地，所述充电板设置于熔融液容器的下方，开设有与射流口配套的通孔；充电板由外部电源供电，充电板厚度与射流口直径的比例为(25-100):1，例如可以是25:1、40:1、50:1、60:1、70:1、80:1、90:1或100:1；充电板上配套通孔的直径与射流孔直径的比例为(10-25):1，例如可以是10:1、12:1、15:1、18:1、 20:1、22:1或25:1。

[0039] 作为本实用新型的一种技术方案，所述充电单元为范德格拉夫起电机，范德格拉夫起电机直接对熔融与熔融液容器的熔融液进行充电，充电后的熔融液在压力差推动力的作用下流出射流口，而后在气体脉冲发生器的作用下分散为形貌、尺寸均一的液滴，由于同性相斥的原理，液滴分散均匀，便于在收集单元中收集形貌与尺寸均匀的焊球。

[0040] 作为本实用新型的另一种优选的技术方案，所述充电单元为充电板，所述充电板由外部电源供电，设置有与熔融液容器底部射流口配套的通孔，充电板的材质包括但不限于黄铜、钢或铝。充电板设置于熔融液破碎为液滴的位置，当熔融液射流由射流口喷出经过充电板的通孔并在通孔处分散为液滴的过程中，为充电板冲压使液滴带电荷，从而使液滴沉降过程中相互排斥，液滴能够更好地在收集单元内分布。

[0041] 优选地，所述监测单元包括但不限于CCD摄像机与闪光灯，闪光灯的闪光频率与压电换能器频率同步。所述监测单元能够对液滴进行实时监控，能够为操作人员实时根据液滴大小调整熔融液容器与喷雾腔体的压力差以及振动模块的振动频率，避免不合格液滴的形成。

[0042] 本实用新型提供的金属焊球的制备装置通过控制压差与振动频率来控制液滴之间的距离以及液滴的尺寸，从而使所得金属焊球的尺寸均匀。

[0043] 作为本实用新型的一个技术方案，本领域技术人员通过监测单元测定液滴之间的间距与液滴的尺寸，液滴之间的间距与焊球的尺寸相关。当液滴之间的距离高于设定范围时，增加喷雾腔体内的压力以减少喷雾腔体与熔融液容器的压力差，以缩短液滴之间的距离；当液滴之间的距离低于设定的范围时，减少喷雾腔体内的压力以增加喷雾腔体与熔融液容器的压力差，以增加液滴之间的距离。

[0044] 本实用新型所述喷雾腔体为气密密封的腔体，为了使监测单元能够实时的检测液滴间距与大小，所述喷雾腔体的材质优选为半透明材料，包括但不限于丙烯酸材料和/或玻璃。

[0045] 优选地，所述温度控制单元包括但不限于电加热模块、温度测量模块与温度控制器。

[0046] 所述电加热模块包括但不限于电热丝和/或伴热带。

[0047] 所述温度测量模块包括但不限于至少两个温度传感器，至少一个温度传感器设置于熔融液容器的熔融液中，至少一个温度传感器设置于射流口处。

[0048] 所述温度控制器可选的为带有显示器的温度控制器，包括但不限于但不限于数显仪表，所述温度控制器根据温度测量模块的测量数据控制电加热模块工作，从而使熔融液容器的温度保持在设定范围之内。

[0049] 优选地，所述压力控制单元包括但不限于设置于熔融液容器的第一压力传感器、设置于喷雾腔体的第二压力传感器、三通阀门、真空泵、第一压力源与第二压力源。

[0050] 所述三通阀门的分别独立地与熔融液容器、喷雾腔体以及第一压力源连接；所述三通阀门与喷雾腔体的连接管道上连接有真空泵与第二压力源。

[0051] 所述第一压力源包括但不限于氮气储罐、氩气储罐或氦气储罐中的任意一种或至少两种的组合；所述第二压力源包括但不限于氮气储罐、氩气储罐或氦气储罐中的任意一种或至少两种的组合。

[0052] 在使用本实用新型所述金属焊球的制备装置时，需要将喷雾腔体以及熔融液容器中的氧替换为氮气或惰性气体，因此需要使用第一压力源和/或第二压力源对熔融液容器与喷雾腔体中的氧进行置换；置换过程中，为了避免熔融液容器中的熔融液过早形成射流，使用三通阀门使熔融液容器与喷雾腔体连通，并使用第二压力源进行置换；置换完成后，使用三通阀门将第一压力源与熔融液容器连通，第二压力源与喷雾腔体连通，通过阀门开度控制压力差，以产生符合要求的熔融液射流。

[0053] 所述熔融液容器中的压力比喷雾腔体的压力高，压力差为5psi以上，优选为20-100psi。

[0054] 优选地，所述压力控制单元还包括工控机，所述工控机用于控制第一压力源与第二压力源的压力，使熔融液容器与喷雾腔体的压力差维持设定值。

[0055] 作为本实用新型的一种技术方案，所述工控机分别独立地与第一压力传感器以及第二压力传感器连接；工控机控制第一压力源、第二压力源、真空泵以及三通阀门。通过工控机的作用控制并记录喷雾腔体与熔融液容器中的压力，实现压力差精确可调。

[0056] 优选地，所述收集单元包括但不限于焊球收集衬底和/或焊球收集容器。

[0057] 作为本实用新型所述的一种技术方案，当所述收集单元为焊球收集衬底时，所述焊球收集衬底包括但不限于衬底、用于调节衬底高度的高度调节机构以及用于调节衬底温度的温控机构。

[0058] 所述衬底的材质包括但不限于金属、陶瓷或玻璃中的任意一种；所述高度调节机构为本领域常用的高度调节机构，包括但不限于液压高度调节机构，本实用新型在此不做过多限定；所述温度调节机构为本领域常用的温度调节结构，包括但不限于电热丝和/或换热夹套，所述温度调节机构的设置使衬底温度保持在合适的收集温度，从而提高所得焊球的质量。

[0059] 作为本实用新型所述的另一种技术方案，所述收集单元为焊球收集容器时，所述喷雾腔体底部为锥底结构，锥底结构与焊球收集容器通过管道连接，连接管道靠近锥底结构与焊球收集容器处分别独立地设置有阀门；进一步优选地，两个阀门之间的连接管道为三通结构，三通的剩余管路上设置有放气阀；进一步优选地，靠近锥底结构的阀门与靠近焊球收集容器的阀门通过管道可拆卸的连接，连接方式包括但不限于快开连接、法兰连接或螺纹连接。

[0060] 所述焊球收集容器收集在喷雾腔体中形成的焊球，打开连接管道上的阀门使焊球进入焊料球收集容器，当足够数量的焊球通过填充到焊球收集容器中时，关闭阀门，并将焊球收集容器进行拆卸；此时，可将另一个焊球收集容器与锥底结构连接。放气阀的设置用于在焊球收集容器收集焊球之前，从焊球收集容器中抽除气体，不仅能够在压力差作用下加快焊球收集过程，还能够使焊球在无氧的条件下进行保存。

[0061] 优选地，所述液滴发生单元还包括供料模块，所述供料模块包括但不限于供料腔、连通供料腔与熔融液容器的管道以及设置于管道上的供料阀门；进一步优选地，所述供料模块还包括维持供料腔温度的电加热装置，包括但不限于电热丝、电热棒或伴热带。

[0062] 所述供料模块通过供料阀门的启闭控制供料腔中的熔融液向熔融液容器内供料，优选地，供料阀门的启闭由所述工控机控制。

[0063] 本实用新型中的上述阀门优选为电磁阀和/或气动阀，从而使工控机能够控制阀门的启闭。

[0064] 进一步优选地，所述金属焊球的制备装置还包括警报单元，所述警报单元包括但不限于温度探测器、氧探测器以及压力探测器；所述温度探测器用于探测喷雾腔体与熔融液容器内的温度，所述氧探测器用于探测喷雾腔体与熔融液容器内的氧含量，所述压力探测器用于探测喷雾腔体与熔融液容器内的压力；所述温度探测器、氧探测器以及压力探测器将探测信号传递至工控机，当探测到的参数超过金属焊球生产所需参数的正常范围时，工控机发出警报并记录相关数据；警报的形式包括但不限于响声和/或可见光。

[0065] 相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

[0066] (1)本实用新型通过调节压力差、振动以及充电的协同作用，使熔融液产生粒径均匀的液滴，从而制备得到粒径可控的焊球；

[0067] (2)本实用新型调节焊球尺寸的装置操作简便，通过工控机、监控单元的设置，使本领域技术人员能够灵活、实时地对焊球尺寸进行调节；

[0068] (3)本实用新型提供的金属焊球制备装置的使用寿命较长，能够将生产与储存进行结合，提高了制备效率；

[0069] (4)本实用新型通过警报单元的设置提高了焊球生产的安全性，且能够及时发现不合格参数，并对生产过程进行调整。
附图说明

[0070] 图1为实施例1提供的金属焊球制备装置的结构示意图；

[0071] 图2为实施例1提供的金属焊球制备装置中液滴发生单元的结构示意图；

[0072] 图3为实施例2提供的金属焊球制备装置中液滴发生单元的结构示意图；

[0073] 图4为实施例3提供的金属焊球制备装置的结构示意图；

[0074] 图5为实施例4提供的金属焊球制备装置的收集单元的结构示意图。

[0075] 其中：1，喷雾腔体；21，熔融液容器；22，射流口；231，振动杆；232，振动盘；233，气体脉冲发生器；31，充电板；32，范德格拉夫起电机；41，CCD 摄像机；42，闪光灯；5，温度控制单元；51，温度控制器；52，温度传感器； 53，电热丝；61，三通阀门；62，第一压力源；63，第二压力源；64，真空泵； 71，衬底；72，可升降支架；73，焊球收集容器；8，工控机；91，供料腔；92，供料阀门。

具体实施方式

[0076] 下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本实用新型，不应视为对本实用新型的具体限制。

[0077] 实施例1

[0078] 本实施例提供了一种金属焊球的制备装置，结构示意图如图1所示，包括丙烯酸喷雾腔体1、液滴发生单元、充电单元、监测单元、温度控制单元5、压力控制单元与收集单元，液滴发生单元的结构示意图如图2所示。

[0079] 所述液滴发生单元包括熔融液容器21、设置于熔融液容器21底部的红宝石射流口22以及使熔融液振动的振动模块，熔融液容器21通过射流口22与喷雾腔体1连通。所述振动模块包括类似于CN 101125369 A中公开的机械振动结构，信号发生器发生的电信号经放大器与变压器的作用后传递至压电换能器，由压电换能器将电信号转变为振动杆231的振动，振动杆231沿轴向振动。振动杆 231放置于熔融液中的一端连接有振动盘232，从而为熔融液提供均匀的振动。

[0080] 所述充电单元为由外部电源供电的充电板31，充电板31设置于熔融液容器 21的下方，开设有与红宝石射流口22配套的通孔。

[0081] 所述监测单元包括CCD摄像机41与闪光灯42，闪光灯42的闪光频率与压电换能器频率同步。所述监测单元能够对液滴进行实时监控，能够为操作人员实时根据液滴大小调整熔融液容器21与喷雾腔体1的压力差以及振动模块的振动频率，避免不合格液滴的形成。

[0082] 所述温度控制单元5包括电加热模块、温度测量模块与温度控制器51；所述电加热模块为电热丝53；所述温度测量模块包括两个温度传感器52，一个温度传感器52设置于熔融液容器21的熔融液中，一个温度传感器52设置于射流口22处；所述温度控制器51为带有显示器的温度控制器51，所述温度控制器 51根据温度测量模块的测量数据控制电加热模块工作，从而使熔融液容器21的温度保持在设定范围之内。

[0083] 所述压力控制单元包括设置于熔融液容器21的第一压力传感器、设置于喷雾腔体1的第二压力传感器、三通阀门61、真空泵64、第一压力源62、第二压力源63与工控机8。所述三通阀门61的分别独立地与熔融液容器21、喷雾腔体1以及第一压力源62连接；所述三通阀门61与喷雾腔体1的连接管道上连接有真空泵64与第二压力源63。

[0084] 所述第一压力源62与第二压力源63分别独立地为氮气储罐。

[0085] 在使用本实用新型所述金属焊球的制备装置时，需要将喷雾腔体1以及熔融液容器21中的氧替换为氮气或惰性气体，因此需要使用第一压力源62和/或第二压力源63对熔融液容器21与喷雾腔体1中的氧进行置换；置换过程中，为了避免熔融液容器21中的熔融液过早形成射流，使用三通阀门61使熔融液容器21与喷雾腔体1连通，并使用第二压力源63进行置换；置换完成后，使用三通阀门61将第一压力源62与熔融液容器21连通，第二压力源63与喷雾腔体1连通，通过阀门开度控制压力差，以产生符合要求的熔融液射流。所述工控机8用于控制第一压力源62与第二压力源63的压力，使熔融液容器21与喷雾腔体1的压力差维持设定值。

[0086] 所述收集单元为焊球收集衬底71，包括不锈钢衬底71与高度调节机构以及用于调节不锈钢衬底71温度的温控机构，所述高度调节机构为可升降支架72；所述温控机构为电热丝。

[0087] 在应用实施例1提供的金属焊球的制备装置时，将锡、锌、铅、铝、钛、铁或镍等纯金属材料或两种以上元素组成的合金材料放置于熔融液容器21中，并在温度控制单元5的作用下熔化。

[0088] 喷雾腔体1与熔融液容器21密封，并用氮气置换喷雾腔体1与熔融液容器 21中的氧气，置换完成后使用振动模块振动熔融液，并通过工控机8根据所需焊球的大小调整喷雾腔体1与熔融液容器21的压力差，振动模块电压信号的功率为1-100kHz、电压为100-300V。
熔融液由红宝石射流口22喷出，在流经充电板31通孔使分散为液滴并充电，充电板31上施加的电压为50-5000V。在衬底71上收集焊球。

[0089] 实施例2

[0090] 本实施例提供了一种金属焊球的制备装置，除液滴发生单元为图3所示的液滴发生单元，充电单元为范德格拉夫起电机32，振动模块为气体脉冲发生器 233外，其余均与实施例1相同。

[0091] 应用实施例2提供的金属焊球的制备装置制备金属焊球时，使用范德格拉夫起电机32为熔融液充电，充电后的熔融液在压力差的作用下流出射流口22，然后在脉冲气体的冲动下分散为粒径均匀的液滴，其中脉冲气体的振动频率为 1-500kHz，气体的流速为50-
1000m/s，气体包括氮气、氩气或氦气中的任意一种或至少两种的组合。

[0092] 实施例3

[0093] 本实施例提供了一种金属焊球的制备装置，结构示意图如图4所示，除还包括供料模块外，其余均与实施例1相同。

[0094] 所述供料模块包括供料腔91、连通供料腔91与熔融液容器21的管道以及设置于管道上的供料阀门92，所述供料阀门92在工控机8的控制下启闭，以维持熔融液容器21中的熔融液液面高度恒定。

[0095] 实施例4

[0096] 本实施例提供了一种金属焊球的制备装置，除收集单元为焊球收集容器73、喷雾腔体1底部为锥底结构外，其余均与实施例1相同，焊球收集容器73的结构示意图如图5所示。

[0097] 所述喷雾腔体1底部为锥底结构，锥底结构与焊球收集容器73通过管道连接，连接管道靠近锥底结构与焊球收集容器73处分别独立地设置有阀门，两个阀门之间的连接管道为三通结构，三通的剩余管路上设置有放气阀，靠近锥底结构的阀门与靠近焊球收集容器73的阀门通过管道快开连接。

[0098] 所述焊球收集容器73收集在喷雾腔体1中形成的焊球，打开连接管道上的阀门使焊球进入焊料球收集容器，当足够数量的焊球通过填充到焊球收集容器 73中时，关闭阀门，并将焊球收集容器73进行拆卸；此时，可将另一个焊球收集容器73与锥底结构连接。放气阀的设置用于在焊球收集容器73收集焊球之前，从焊球收集容器73中抽除气体，不仅能够在压力差作用下加快焊球收集过程，还能够使焊球在无氧的条件下进行保存。

[0099] 实施例5

[0100] 本实施例提供了一种金属焊球的制备装置，所述金属焊球的制备装置除还包括报警单元外，其余均与实施例1相同。

[0101] 所述警报单元包括温度探测器、氧探测器以及压力探测器；所述温度探测器用于探测喷雾腔体1与熔融液容器21内的温度，所述氧探测器用于探测喷雾腔体1与熔融液容器21内的氧含量，所述压力探测器用于探测喷雾腔体1与熔融液容器21内的压力；所述温度探测器、氧探测器以及压力探测器将探测信号传递至工控机8，当探测到的参数超过金属焊球生产所需参数的正常范围时，工控机8发出警报并记录相关数据并发出响声和/或可见光警报。

[0102] 综上所述，本实用新型通过调节压力差、振动以及充电的协同作用，使熔融液产生粒径均匀的液滴，从而制备得到粒径可控的焊球；本实用新型调节焊球尺寸的装置操作简便，通过工控机、监控单元的设置，使本领域技术人员能够灵活、实时地对焊球尺寸进行调节；本实用新型提供的金属焊球制备装置的使用寿命较长，能够将生产与储存进行结合，提高了制备效率；本实用新型通过警报单元的设置提高了焊球生产的安全性，且能够及时发现不合格参数，并对生产过程进行调整。

[0103] 申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

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一种金属焊球的制备装置

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