離心霧化焊錫粉粒徑受哪些參數影響-深圳福英達
離心霧化焊錫粉粒徑受哪些參數影響-深圳福英達
半導體的封裝工藝如SMT，BGA，固晶等往往會用到錫膏進行焊接作業(yè)。錫膏主體是由焊錫粉和助焊劑構成，其中焊粉的占比最高，因此焊錫粉的性能如氧含量和球形度會對錫膏可靠性產生巨大影響。市面上焊錫粉制備技術有超聲霧化和離心霧化，其中離心霧化是本文的話題。離心霧化器的操作參數包括了轉速，熔融金屬進料速率、霧化器的形狀和尺寸以及霧化器室中的氧含量等。在離心霧化過程中，熔融金屬撞擊高速旋轉的轉盤并在離心力的作用下徑向擴散。然后，移動的熔融金屬在轉盤表面形成一層薄膜。理想情況下，熔融金屬薄膜會在霧化器的邊緣開始崩解并形成小液滴。
離心霧化器一般由澆注盤，霧化裝置，霧化室，氣氛控制裝置組成。Plookphol等人分析了影響SAC305焊錫粉特性的參數，如進料速率，轉速、霧化器形狀以及氧含量對SAC305粉末的中值粒徑和產量的影響。實驗的霧化盤預熱至180°C后，打開高速電機，并通過調整電機端子上的供電電壓將其調整至預定速度。來自澆注盤的熔融合金然后通過噴嘴輸送到旋轉的霧化盤上。
圖1. 實驗離心霧化設備。
離心霧化參數的影響
轉速和進料速率
SAC305粉末的粒度隨著轉速的增加而趨于更細。從圖2可以看到，當轉速到達25000rpm后，焊錫粉粒徑變化率開始變得很小。進料速率不合適會造成熔融焊料在霧化器上的流動不連續(xù)性和過早固化。實驗結果表明，SAC305焊錫粉的中值粒徑隨著進料速率的增加而增加。在更高的進料速率下，熔體膜的厚度會更厚，因此破碎的顆粒因此更粗糙。此外，更高的進料速率會導致更多的熔體滑動，導致熔體膜流動速度減慢。
圖2. 轉速對粉末粒徑的影響(50mm平盤式霧化器，進料速度32kg/h，熔融焊料溫度318℃)。
圖3. 進料速率對粉末粒徑的影響(50mm平盤式霧化器，轉速20000rpm，熔融焊料溫度318℃)。
霧化器形狀和氧含量
霧化器的形狀也會粒徑有影響。與平盤式霧化相比，杯形霧化器制備的SAC305粉末粒徑會更小。當霧化器的直徑擴大時，焊錫粉的粒徑會變得更小。具有傾斜邊緣的霧化器將有助于使熔融膜進一步擴散到圓盤表面上。因此，霧化的液滴將以更高的速度從霧化器中分散開，并能夠在飛行過程中持續(xù)分解。氧氣會在熔融SAC305液滴的表面引起氧化，這應該會阻止所需的連續(xù)分解成更小的液滴。SAC305粉末的中值尺寸隨著霧化室中氧含量的降低而下降，并且隨著氧含量降低到10vol.%后, 幾乎不影響粉末尺寸。當然，為了更好的SAC305狀態(tài)，氧含量應該控制在低水平。
圖4. 霧化室氧含量對粉末粒徑的影響(40mm杯形霧化器，轉速30000rpm，進料速率32kg/h，熔融焊料溫度318℃)。
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參考文獻
Plookphol, T., Wisutmethangoon, S. & Gonsrang, S. Influence of process parameters on SAC305 lead-free solder powder produced by centrifugal atomization. Powder Technology, vol.214.
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