高性能焊锡粉的离心雾化制粉装置的制作方法

本实用新型涉及一种高性能焊锡粉的离心雾化制粉装置。

背景技术：

电子组装工艺经过几十年的发展，目前已进入高密度、小型化、高效率阶段。电子焊接工艺经历了从手工烙铁焊接，THT通孔波峰焊接，到SMT表面贴装回流焊接。电子焊接用钎料由最初的锡丝、锡条，发展到高精密焊锡膏。焊锡膏主要组成部分是各种金属成份的焊锡粉。

焊锡粉的制造工艺主要有三种：

1、气雾法，因锡粉质量差氧含量高且难以控制，现已很少使用。

2、离心雾化制粉，产量大，成本低，工艺容易控制，锡粉质量一般，是目前主要的锡粉制造工艺。通过改变参数可以制备各种粒径的焊锡粉。

3、超声波雾化，锡粉质量佳，主要用于要求较高的领域。但产能较低，成本高，只有离心雾化工艺的20%左右，并且由于超声雾化原理的限制，对于粒径为15μm以下的微细粉难以批量生产。

现有技术中，离心雾化的工艺是将高温熔融状态的焊料，从顶部锡炉经喷嘴流入高速转动的旋碟上，通过旋碟的离心力，将焊料液滴甩向充满N₂气体的制粉室，并迅速冷却凝固，形面焊锡粉，掉入下方制粉机罐体收集。焊锡粉离心雾化生产过程中由于锡粉运动和外加N₂的作用，在常规制粉设备的雾化室内很容易产生紊乱气流。雾化室内的空间布局、N₂进气流的干扰、焊料离开旋碟的角度和方向，使焊料随紊乱的气流产生各种轨迹的运动，固体锡粉、焊锡液滴以及半熔融状态焊料颗粒发生碰撞，形成各种形态的异形粉。异形粉对锡膏的危害非常之大，造成锡膏印刷寿命缩短、良率下降、粘度升高、堵塞钢网、甚至失效。因此，离心雾化的异形粉偏多问题亟待解决。

技术实现要素：

针对背景技术提出的不足，本实用新型研究设计了一种高性能焊锡粉的离心雾化制粉装置，其目的在于：提供一种有效降低焊锡颗粒在分离和固化成型过程中的碰撞、提高离心雾化锡粉质量的高性能焊锡粉的离心雾化制粉装置。

本实用新型的技术解决方案：

高性能焊锡粉的离心雾化制粉装置，其特征在于：包括锡炉、制粉机罐体、制粉机上盖、高速电机、电机轴、旋碟、喷嘴、N₂进气管，所述高速电机通过电机支架固定在制粉机罐体上，所述旋碟与电机轴螺纹连接，螺纹旋向与高速电机转动方向相反，旋碟上表面为凹陷曲面，凹陷曲面剖面边缘处的切线与制粉机上盖剖面内壁斜线平行，所述制粉机上盖固定于制粉机罐体上，制粉机上盖形状为漏斗形，所述锡炉固定在制粉机上盖外表面，所述喷嘴与锡炉底部相连通，所述喷嘴底部正对旋碟中心，所述N₂进气管为两个，两个N₂进气管对称安装在制粉机上盖侧面，N₂进气管向下方倾斜并与水平面呈5°角。

所述制粉机罐体、制粉机上盖均设置有冷却夹层。

所述制粉机罐体通过密闭管道与筛分机相连通，保证制粉、筛分均处于N₂气体保护环境下。

所述锡炉上设置有保温隔热装置。

所述喷嘴为不锈钢材质，喷嘴内孔及外表面均经过精密抛光。

所述高速电机最高转速为80000r/min，高速电机内通冷却润滑装置，并有温控及变频调速系统。

所述N₂进气管上设置有自动压力检测和流量控制系统。

所述喷嘴与旋碟之间的垂直距离为2-5cm。

本实用新型的有益效果：本实用新型设计新颖、结构合理，将制粉机上盖制作成漏斗形，在制粉机内形成一个特定的空间，阻止焊锡粉向离心液滴层的上面飘散；将进气管设为对称两个，并与旋碟转动相同方向从侧面布置，进气管向下方倾斜5°，和运动的锡粉形成向下气旋；将旋碟表面制成凹陷曲面，曲面边缘处的剖面切线与上盖剖面斜线平行，使焊料离开旋碟后运动轨迹与上盖内壁保持平行，确保焊锡粉在成形过程中不发生碰撞，达到减少异形粉比例的目的，使得焊锡粉的质量得到明显的提高，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为现有普通焊锡粉离心雾化机的剖面结构示意图。

图2为现有普通焊锡粉离心雾化机的结构示意图。

图3为现有普通焊锡粉离心雾化机内旋碟的剖面结构示意图。

图4为本实用新型的剖面结构示意图。

图5为本实用新型的结构示意图。

图6为本实用新型的旋碟剖面结构示意图。

图7为现有普通离心制粉机产生的异形粉形貌扫描电子显微镜照片。

图8为现有普通离心制粉机生产的锡粉扫描电子显微镜照片。

图9为本实用新型生产的锡粉扫描电子显微镜照片。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

如图4至图6所示，高性能焊锡粉的离心雾化制粉装置包括锡炉8、制粉机罐体1、制粉机上盖7-1、高速电机3、电机轴10、旋碟4-1、喷嘴5、N₂进气管9-1，高速电机3通过电机支架2固定在制粉机罐体1上，旋碟4-1与电机轴10螺纹连接，螺纹旋向与高速电机3转动方向相反，旋碟4-1上表面为凹陷曲面，凹陷曲面剖面边缘处的切线与制粉机上盖7-1剖面内壁斜线平行，制粉机上盖7-1固定于制粉机罐体1上，制粉机上盖7-1形状为漏斗形，锡炉8固定在制粉机上盖7-1外表面，喷嘴5与锡炉8底部相连通，喷嘴5底部正对旋碟4-1中心，N₂进气管9-1为两个，两个N₂进气管9-1对称安装在制粉机上盖7-1侧面，N₂进气管9-1向下方倾斜并与水平面呈5°角，制粉机罐体1、制粉机上盖7-1均设置有冷却夹层11，制粉机罐体1通过密闭管道12与筛分机相连通，保证制粉、筛分均处于N₂气体保护环境下，锡炉8上设置有保温隔热装置，喷嘴5为不锈钢材质，喷嘴5内孔及外表面均经过精密抛光，高速电机3最高转速为80000r/min，高速电机3内通冷却润滑装置，并有温控及变频调速系统，N₂进气管9-1上设置有自动压力检测和流量控制系统，喷嘴5与旋碟4-1之间的垂直距离为2-5cm。

如图1至图3所示，离心雾化的工艺是N₂由进气管9进入制粉机罐体1内，高温熔融状态的焊料从顶部锡炉8经喷嘴5流入高速转动的旋碟4上，通过旋碟4的离心力，由于高速离心力作用，被迅速沿运动轨迹6甩出，形成液体雾滴；液体雾滴被甩向充满N₂气体的制粉室，并迅速冷却凝固，形面焊锡粉，掉入下方制粉机罐体1内收集，焊锡粉离心雾化生产过程中由于锡粉运动和外加N₂的作用，在常规制粉设备的雾化室内很容易产生紊乱气流。

工作过程：

将按比例配制好的焊料合金投入锡炉8加热熔化并保温，用钢针堵塞喷嘴孔；启动冷却水系统，使制粉机罐体1内温度稳定在25℃；开启N₂进气管9-1，制粉机罐体1内压力产力设置为0.2MPa，保持正压防止空气进入；制粉机罐体1内氧气含量低于90PPM时，启动高速电机3，缓慢加速到25000r/min以上（据生产需求调整）；打开喷嘴5，拔出堵在喷嘴孔上的钢针，液态焊锡依靠自重从喷嘴5流入高速旋转的旋碟4-1中心，由于高速离心力作用，被迅速沿运动轨迹6-1甩出，形成液体雾滴；在N₂保护气体中冷却形成固体锡粉颗粒；固体锡粉颗粒随气旋向下运动，经制粉机罐体1底部的密闭管道12通往筛分机，筛分检验合格后，包装成品。

对比实施例：

同时向常规制粉机和本实用新型的锡炉内各添加Sn96.5Ag3.0Cu0.5无铅焊料合金50kg，温度设定为320℃，并以钢针插入喷嘴孔；当温度达到设定值时，开启N₂进气管，压力设定为0.1MPa；启动循环冷却水，温度设定为25℃；当温度稳定在设定值25±1℃，制粉室内氧气含量低于90PPM时，启动高速电机；用不低于5min从0r/min匀速加至15000r/min，持续运转5min，观察高速电机状况，高速电机温度不可超过80℃，运转无异响；再缓慢加速到30000r/min，空转5min，观察高速电机状况；拔下喷嘴上的钢针，液态焊料依靠自重从喷嘴流入高速旋转的旋碟中心，由于高速离心力作用，并被迅速沿运动轨迹5甩出，形成液体雾滴；在N₂保护气体中冷却形成固体锡粉颗粒；固体锡粉颗粒随气旋向下运动，经罐体底部的密闭管道通往筛分机；筛分检验合格后，包装成品，制粉过程中制粉室内温度始终保持25±1℃，氧气含量小于90PPM。

按上述相同参数用两套制粉设备生产出Sn96.5Ag3.0Cu0.5-T4锡粉。未改造的常规制粉机因为制粉室内产生紊乱气流，各种焊料颗粒相互碰撞，产生了各种不良的异形粉，如图7、图8所示，异形粉所占比例较大，影响锡粉质量；如图9所示，改进后的制粉机，因制粉室内形成规则的螺旋向下气旋，焊料颗粒按甩出旋碟的先后秩序依次向下呈螺旋轨迹6-1运动，焊料颗粒间的碰撞减少，特别是与液态和半熔融状态颗粒的相互干扰得到控制，异形粉产生机率大幅降低。现有的常规制粉机与本实用新型装置的应用效果对比如表1所示，表中样品1为常用规制粉机所制锡粉、表中样品2为本实用新型所制锡粉。

表1 常规制粉机与本实用新型的应用效果对比

备注：1、锡粉粒径用激光粒度仪检测，只能对长条形、椭圆形锡粉分辩，大部分不规则粉在合格粒径范围内。

2、锡粉球形度测试，按照标准只测锡粉长短轴，尺寸比例小于1.2，因此只能对长条形、椭圆形锡粉判定为不合格。

3、不规则粉的检测国标没有规定。用扫描电镜照片上框选100颗锡粉，所有不规则粉占检测样品的比例。

4、锡粉氧含量使用脉冲加热、红外检测方式。

由图7～图9及表1中实验测试对比数据及可知，本实用新型装置制备的锡粉形貌、成品率、氧含量等各项指标均优于常规离心雾化锡粉生产装置制备的锡粉，本实用新型对于高精度电子组装焊接工艺中高品质锡粉的制造需求，具有重要的意义。