МЕТАТЕЛЬ КАПЕЛЬ ЖИДКОГО ПРИПОЯ Российский патент 1998 года по МПК B23K3/06 B22D39/00 

Изобретение относится к области электроники и касается технологии изготовления интегральных схем, в частности устройств для метания капель жидкого припоя.

Изобретение может быть использовано и в других областях, включая физический эксперимент, в том числе в тех случаях, когда необходимо формирование малых объемов металла и их выброс в заданном направлении.

Основное внимание при производстве электронного оборудования и приборов уделяется вопросам соединения микроэлементов между собой и в первую очередь вопросам нанесения припоя на соединяемые элементы.

Так, известен метод подачи расплавленного припоя из сопла на смачиваемую поверхность с последующим застыванием расплава. При этом припой сначала приводится в жидкое состояние, а затем с помощью пьезоэлектрического преобразователя, который в данном случае используется как генератор давления, выбрасывается на обрабатываемую поверхность в форме капель [1].

Однако данный метод, впрочем как и устройство для его осуществления, имеет ряд недостатков. Так, он не может быть использован при работе с припоями, имеющими повышенную температуру плавления, не обладает соответствующей надежностью в работе и требует для своей реализации дорогих материалов и сложных приборов.

Известно также устройство, включающее сосуд с жидким припоем, аппарат для поддержания жидкого припоя при заданной температуре и инжекционную камеру, гидравлически связанную с вышеуказанным сосудом и направляющим каналом. Причем инжекционная камера помимо канала с жидким припоем содержит электрострикционный преобразователь с источником напряжения, выдающим напряжение переменной амплитуды. Указанный электрострикционный преобразователь наводит в инжекционной камере механические напряжения, способствующие повышению давления в ней и выбросу припоя из нее в форме капель [2].

Однако данное устройство также имеет ряд недостатков и поэтому не может быть эффективно использовано.

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата при использовании вышеуказанного известного устройства, принятого за прототип, является невысокая надежность, недостаточная мобильность и простота в изготовлении, а также относительно высокие эксплуатационные расходы. Это обусловлено тем, что электрострикционный преобразователь, используемый в качестве генератора капель жидкого припоя, имеет недостаточную надежность при работе с высокотемпературным припоем, сложен в отладке и не обеспечивает стабильность геометрических параметров получаемых капель ввиду сложности процессов, протекающих в инжекторной камере. При этом ресурс таких устройств весьма мал, а стоимость их велика.

Настоящее изобретение направлено на упрощение конструкции метателя капель жидкого припоя и улучшение его технических и эксплуатационных параметров, включая увеличение ресурса работы, уменьшение затрат на его отладку и снижение весогабаритных параметров.

Данные технические результаты достигаются с помощью метателя капель жидкого припоя, включающего корпус, камеру с жидким припоем, контур для метания припоя, направляющий капилляр и импульсный источник тока, в котором согласно настоящему изобретению контур для метания припоя выполнен в виде электромагнитного контура, расположенного внутри его корпуса под камерой с жидким припоем и включающего два изолированных проводника тока, которые последовательно соединены между собой и параллельно расположены друг относительно друга. По меньшей мере, один из проводников тока выполняется в виде полого канала, заполненного жидким припоем и гидравлически соединенного с камерой жидкого припоя и направляющим капилляром.

Целесообразно выполнение камеры с жидким припоем в виде двух изолированных друг от друга отсеков. В этом случае каждый из проводников тока выполняется в виде полого бифилярного канала, который заполнен жидким припоем и гидравлически соединен с упомянутыми отсеками и направляющим капилляром.

Предпочтительно также, чтобы один из проводников электромагнитного контура был выполнен из твердого материала, имел сквозное радиальное отверстие для выхода направляющего капилляра и располагался под проводником, выполненным в виде полого канала, заполненного жидким припоем.

Далее изобретение раскрывается на примерах его конкретного выполнения и поясняется чертежами, на которых изображено следующее:
на фиг. 1 представлен общий вид метателя капель жидкого припоя (устройство поддержания температуры жидкого припоя условно не показано);
на фиг. 2 представлен общий вид метателя капель жидкого припоя другого исполнения: с разделенной камерой жидкого припоя и двумя жидкими проводниками тока (устройство поддержания температуры жидкого припоя условно не показано);
на фиг. 3 представлен общий вид метателя капель жидкого припоя следующего варианта исполнения: с разделенной камерой жидкого припоя и одним жидким проводником, а другим твердым, непосредственно расположенным под ним (устройство поддержания температуры жидкого припоя условно не показано).

Заявленный метатель капель жидкого припоя содержит корпус 1 (фиг.1), выполненный из электроизоляционного материала, не теряющего свои свойства при высоких температурах, например из оксида алюминия; камеру 2, заполненную жидким припоем; проводник тока 3, выполненный в виде узкого канала, заполненного жидким припоем; направляющий капилляр 4, выполненный в виде отверстия или тонкого капилляра, гидравлически соединенный с каналом проводника тока 3; проводник тока 5, выполненный в виде стержня, последовательно соединенный с проводником тока 3 и параллельно ему расположенный через электроизоляционный промежуток; токоподводящие электроды 6 и 7, выполненные в виде твердого стержня; импульсный источник тока 8.

Это не единственный вариант выполнения. Так, например, другой вариант выполнения метателя капель жидкого припоя предусматривает в его корпусе 9 (фиг.2) наличие двух жидких проводников 10 и 11, которые последовательно соединены между собой и параллельно расположены друг над другом через изоляционный промежуток. При этом канал электропроводника 11 гидравлически соединен с направляющим капилляром 12, а камера с жидким припоем в данном случае также разделена на два изолированных друг от друга отсека 13 и 14, в которых установлены соответственно электроды 15 и 16, соединяющие метатель капель жидкого припоя с импульсным источником тока 17. Причем оба изолированных отсека 13 и 14 выполнены герметичными по отношению к окружающей среде, верхняя часть одного из них частично заполнена инертным газом, например гелием, а другая находится под вакуумом.

Другой вариант выполнения представлен на фиг. 3, где в корпусе 18 выполнены два изолированных друг от друга отсека 19 и 20, которые соединены гидравлически с помощью полого канала 21. Отсеки 19, 20 заполнены жидким припоем и в них установлены соответственно электроды 23,24, а под каналом 21 расположен твердый электрический проводник 25. При этом проводник 25, электрод 23, канал 21 и электрод 24 последовательно соединены между собой и с импульсным источником тока 26.

Предложенный метатель капель жидкого припоя применим в любом технологическом процессе, в том числе и полностью механизированном. Независимо от степени автоматизации процесс формирования капель жидкого припоя носит стабильный характер и осуществляется за счет эффекта расталкивания двух параллельных электрических проводников при пропускании по ним импульсного тока. Частота подачи капель и их количество, как и скорость перемещения метателя относительно обрабатываемой поверхности, будут регламентироваться самим технологическим процессом, в то время как величина капель и скорость их метания будут ограничиваться мощностью источника тока и конструктивными размерами самого метателя. Величина капли зависит от многих факторов и в том числе от величины тока и длительности подаваемого импульса, в то время как соотношение диаметров и длин жидких проводников и направляющего капилляра в большей степени влияют на скорость метания жидких капель. Так, например, для образования капель величиной не более 150 мкм из жидкого припоя, содержащего 40% олова и 60% свинца и нагретого до 350 С, при наличии жидкого проводника длиной 10 мм и диаметром 1 мм и направляющего капилляра длиной 0,2 мм и диаметром 0,1 мм необходим импульс тока величиной 1000 А и длительностью не менее 20 мкс. Параметры метаемых капель, как и частота их следования, легко поддаются регулированию и определяются для каждой конструкции метателя капель жидкого припоя индивидуально на специальном стенде. Однако при работе все вышеуказанные параметры строго фиксируются, поэтому образование и метание капель с заданными параметрами осуществляется при подаче импульсов тока автоматически. Так, после включения источника тока 8 (фиг.1) на выдачу импульса ток, протекая по проводнику 5, создаст вокруг этого проводника магнитное поле, которое в свою очередь, действуя на встречный ток, протекающий по проводнику 3, вытолкнет из направляющего капилляра 4 каплю припоя с наперед заданными параметрами. При большой частоте подачи импульсов и малой скорости перемещения обрабатываемой поверхности каждая последующая капля жидкого припоя ложится частично на предыдущую каплю, образуя на обрабатываемой поверхности прямую линию. Аналогичным способом будут образовываться капли припоя и в метателе с двумя жидкими проводниками тока 10 и 11 (фиг.2), выполненными в виде бифилярного канала.

С включением импульсного источника тока 17 ток потечет по контуру: электрод 15, металлический припой камеры 13, канал 10, а затем через канал 11, жидкий припой камеры 14 и электрод 16 - к источнику 17. По проводникам 10 и 11 токи текут навстречу друг другу, создавая благоприятные условия для выдавливания капель жидкого припоя из направляющего капилляра 12. Электрические токи могут течь и в одном направлении, но тогда электропроводник, выполненный из припоя 21 (фиг.3), располагается над электрическим проводником 25, который выполнен из твердого проводника и электрически соединен через электрод 23, канал 21 и электрод 24 с импульсным источником тока 26. В этом случае при пропускании импульса тока в силу притяжения электропроводников жидкий припой будет выбрасываться через направляющий капилляр 22 с большей эффективностью. В конструктивном исполнении этот вариант проще, а следовательно, и предпочтительнее. При этом длительность работы метателя капель жидкого припоя будет ограничиваться только запасом жидкого припоя в его камерах и возможностями импульсного источника тока. После заправки метателя новой порцией припоя он вновь запускается в работу без какой- либо калибровки, если параметры припоя не были изменены.

Такая конструкция метателя капель жидкого припоя существенно упрощает технологический процесс и не требует для его реализации ни дорогостоящих материалов, ни дорогостоящего оборудования, а также позволяет существенно снизить затраты как при его отладке, так и во время его эксплуатации, что в целом обеспечивает достижение вышеуказанных механических результатов.

Метатель капель может быть использован в любой отрасли промышленности при необходимости формирования капель малых размеров и их метания к объекту использования. Электромагнитный контур для метания припоя расположен внутри корпуса под камерой с жидким припоем. Контур включает два изолированных проводника тока. Проводники соединены между собой последовательно и расположены параллельно относительно друг друга. По меньшей мере, один из проводников выполнен в виде полого канала с жидким припоем и гидравлически соединен с камерой жидкого припоя и направляющим капилляром. Камера может быть выполнена в виде двух изолированных друг от друга отсеков. Один из проводников может быть выполнен из твердого материала со сквозным радиальным отверстием для выхода направляющего капилляра. Метатель позволяет формировать капли размером в несколько десятков микрон. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Метатель капель жидкого припоя, включающий корпус, камеру с жидким припоем, контур для метания припоя, направляющий капилляр и импульсный источник тока, отличающийся тем, что контур для метания припоя выполнен в виде электромагнитного контура, расположенного внутри его корпуса под камерой с жидким припоем и включающего два изолированных проводника тока, которые последовательно соединены между собой и параллельно расположены относительно друг друга, при этом, по меньшей мере, один из проводников тока выполнен в виде полого канала, заполненного жидким припоем и гидравлически соединенного с камерой жидкого припоя и направляющим капилляром. 2. Метатель по п.1, отличающийся тем, что камера с жидким припоем выполнена в виде двух изолированных друг от друга отсеков, а каждый из проводников тока выполнен в виде полого бифилярного канала, который заполнен жидким припоем и гидравлически соединен с упомянутыми отсеками и направляющим капилляром. 3. Метатель по п.1, отличающийся тем, что один из проводников электромагнитного контура выполнен из твердого материала, имеет сквозное радиальное отверстие для выхода направляющего капилляра и размещен под проводником, выполненным в виде полого канала, заполненного жидким припоем.