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。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，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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