專利名稱：電磁激振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及電磁激振器，所提出的電磁激振器是均勻射流斷裂設(shè)備的主要部件，而均勻射流斷裂設(shè)備可應(yīng)用于生產(chǎn)電子封裝用微焊球。亦可用于材料凈成型制造。
背景技術(shù)：
均勻射流斷裂設(shè)備的工作原理是瑞利不穩(wěn)定理論，此理論最先應(yīng)用于噴墨打印機(jī)，隨后應(yīng)用于化工和材料等領(lǐng)域。上世紀(jì)九十年代，美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)生產(chǎn)和效率實(shí)驗(yàn)室，首先對(duì)金屬射流的斷裂過(guò)程進(jìn)行了研究，并將之命名為均勻液滴噴射(Uniform droplet spray)工藝。后來(lái)，橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)、麻省理工學(xué)院(MIT)和Tufts大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行了將UDS工藝應(yīng)用于先進(jìn)材料加工的研究，發(fā)現(xiàn)該工藝適用于許多工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，如生產(chǎn)微小合金球，電路基板的直寫技術(shù)和快速原型制造等。
均勻射流斷裂設(shè)備的工作原理如圖1所示，主要工藝過(guò)程就是從噴嘴5射出的液流在激振桿3的干擾作用下自動(dòng)斷裂為細(xì)小的均勻的顆粒6，之后顆粒在冷卻介質(zhì)中球化、凝固成均勻的小球；或顆粒按一定路徑沉積就會(huì)制備出具有一定形狀的工件。不論是生產(chǎn)均勻小球還是原型制造技術(shù)，均要求射流能夠非常均勻斷裂，而定頻率的干擾作用的發(fā)生裝置1是射流斷裂質(zhì)量的決定性因素。
現(xiàn)有的用于均勻射流斷裂設(shè)備的干擾主要由壓電陶瓷產(chǎn)生，壓電陶瓷只有在其諧振頻率(＞20kHz)下工作時(shí)，電能轉(zhuǎn)換機(jī)械能的效率才會(huì)很高。壓電陶瓷在非諧振頻率下工作時(shí)效率很低，必須以很大的電壓(幾百伏)激勵(lì)才會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，并且偏離諧振頻率越大越難啟振。但均勻射流斷裂設(shè)備的工作頻率范圍較寬(1kHz～20kHz)，所以在此頻率范圍內(nèi)工作，壓電陶瓷有以下缺點(diǎn)(1)壓電轉(zhuǎn)換效率低；(2)低頻(1kH)工作效果不好；(3)所需激勵(lì)電壓對(duì)操作者及設(shè)備存在危險(xiǎn)性。另外壓電陶瓷本身價(jià)格較高，而且其材質(zhì)較脆，工作時(shí)容易發(fā)生斷裂，從而增加生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有均勻射流斷裂設(shè)備激振裝置在工作過(guò)程中效率低，低頻工作效果不好，具有危險(xiǎn)性，并且價(jià)格高等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種新型結(jié)構(gòu)的定頻率干擾發(fā)生裝置，為均勻射流斷裂設(shè)備的配套裝置。
針對(duì)激振裝置應(yīng)發(fā)生1kHz～20kHz的定頻率、穩(wěn)定、微小振動(dòng)的工作特點(diǎn)，本發(fā)明采用通電螺線管做為激振裝置的主要元件。主要工作原理如圖2所示當(dāng)在螺線管7中通過(guò)變化的電流，就會(huì)在螺線管軸心方向產(chǎn)生大小和方向隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，如果在螺線管的正下方放置一個(gè)磁性物質(zhì)8，螺線管與磁性物質(zhì)之間就會(huì)存在隨時(shí)間變化的作用力，這樣就可得到所需的相應(yīng)頻率振動(dòng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案如圖3所示，所述的電磁激振器，主要包括上蓋10、永磁體13、磁心11、螺線管7、蓋板12、膠墊14、底座15、振動(dòng)傳動(dòng)桿16。
其中，底座15與上蓋10配合形成外殼，振動(dòng)傳動(dòng)桿16的底端從底座15的中心孔18伸出，振動(dòng)傳動(dòng)桿16的上下設(shè)有彈性膠墊14并用帶有螺紋的蓋板12壓在底座15上，底座15上有用于固定的螺栓孔17。在蓋板12的上方是內(nèi)部有磁心11的螺線管7，在磁心11的上方設(shè)有永磁體13，磁心11和永磁體13用帶有螺紋的上蓋10固定。螺線管7的電源導(dǎo)線由上蓋的導(dǎo)線孔9接入。所述振動(dòng)傳動(dòng)桿是由導(dǎo)磁率高并且磁損耗小的材料制成，并且質(zhì)量不宜過(guò)大。所述的上蓋10、蓋板12和底座15由導(dǎo)磁和導(dǎo)熱良好的材料制成。
當(dāng)螺線管不通電時(shí)，永磁體對(duì)振動(dòng)桿有吸引作用。當(dāng)螺線管中通過(guò)交流電時(shí)，螺線管的磁力線方向就會(huì)不斷變化，當(dāng)螺線管的磁力線方向與永磁體磁力線方向一致時(shí)，就會(huì)加大對(duì)振動(dòng)傳動(dòng)桿的吸引作用；但當(dāng)螺線管的磁力線方向與永磁體磁力線方向不一致時(shí)，就會(huì)削弱對(duì)振動(dòng)傳動(dòng)桿的吸引作用。從而振動(dòng)傳動(dòng)桿就會(huì)在磁力作用下產(chǎn)生振動(dòng)。
本發(fā)明工作效率高，在工作所需頻率范圍內(nèi)工作效果好，不具有危險(xiǎn)性，投資少，并且一次投資后可長(zhǎng)期使用。工作時(shí)在電磁激振器的振動(dòng)傳動(dòng)桿16下方連接上激振桿3，并通過(guò)底座15上的螺栓孔17把電磁激振器固定在坩堝的上方，通過(guò)對(duì)螺線管7中輸入定頻率交流電，就可在激振桿3上產(chǎn)生穩(wěn)定振動(dòng)，并且振動(dòng)的頻率隨交變電流頻率變化而改變。


圖1為均勻射流斷裂設(shè)備的工作原理2本發(fā)明的主要工作原理3是本發(fā)明電磁激振器裝配示意4直徑為0.76mm合金焊球尺寸分布圖5直徑為0.36mm合金焊球尺寸分布圖中1-激振發(fā)生裝置 10-上蓋2-坩堝 11-磁心3-激振桿 12-蓋板4-合金液體 13-永磁體5-噴嘴 14-膠墊6-合金顆粒 15-下底座7-螺線管 16-振動(dòng)傳動(dòng)桿8-磁性物質(zhì) 17-螺栓孔9-導(dǎo)線孔 18-下底座的中心孔具體實(shí)施方式
本發(fā)明采用通電螺線管做為激振裝置的主要元件。主要工作原理如圖2所示當(dāng)在螺線管7中通過(guò)變化的電流，就會(huì)在螺線管軸心方向產(chǎn)生大小和方向隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，如果在螺線管的正下方放置一個(gè)磁性物質(zhì)8，螺線管與磁性物質(zhì)之間就會(huì)存在隨時(shí)間變化的作用力，這樣就可得到所需的相應(yīng)頻率振動(dòng)。
所述的永磁體可采用具有高剩磁和高磁能積的燒結(jié)釹鐵硼(Nd2Fe14B1)、硬磁鐵氧體或鉆稀土永磁體等；磁心可采用電工軟鐵、硅鋼、鐵鎳合金或磁性能良好的低碳鋼；上蓋及底座可采用導(dǎo)熱系數(shù)高且的銅或鋁合金；膠墊可為硅膠、氟膠或聚四氟乙烯制成。螺線管可由0.2～1mm的漆包線繞制而成，線圈阻抗在4～8歐姆范圍內(nèi)均可。
如圖3所示為本發(fā)明提出的電磁激振器。振動(dòng)傳動(dòng)桿16的上下都有彈性膠墊14并用帶有螺紋的蓋板12壓在底座15上，在底座15上有用于固定的螺栓孔17。在蓋板12的上方是螺線管7，螺線管的內(nèi)部有磁心11，在磁心11的上方設(shè)有永磁體13，磁心11和永磁體13用帶有螺紋的上蓋10固定。螺線管7的電源導(dǎo)線由上蓋的導(dǎo)線孔9接入。
可采用函數(shù)發(fā)生器和功率放大器為電磁激振器提供激勵(lì)電信號(hào)。函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)波形可為正弦波、三角波或方波。功率放大器輸出為50～200w。
下面是本發(fā)明具體應(yīng)用的實(shí)施例。
例1760微米Sn-3.8Ag-0.7Cu微球的制造。
準(zhǔn)備Sn-3.8Ag-0.7Cu合金500g，把合金放入坩堝中。在電磁激振器的振動(dòng)傳動(dòng)桿下方連接好激振桿，把電磁激振器固定在坩堝上。用instekGFG-8219A函數(shù)發(fā)生器做為信號(hào)發(fā)生裝置，信號(hào)經(jīng)Gobedkes Y218B功率放大器放大后為電磁激振器提供電信號(hào)。坩堝噴嘴直徑為0.40mm，坩堝加熱溫度為300℃，保溫10分鐘后，調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器信號(hào)為方波，頻率為1200Hz，把功率放大器的Vol旋鈕調(diào)到最大，打開(kāi)功率放大器開(kāi)關(guān)為電磁激振器供電。給坩堝加壓使熔融合金液體由噴嘴射出，射流在下落過(guò)程斷裂并球化為小球。得到小球的尺寸分布如圖4所示。
例2360微米Sn-3.8Ag-0.7Cu微球的制造。
準(zhǔn)備Sn-3.8Ag-0.7Cu合金500g，把合金放入坩堝中。在坩堝上安裝好電磁激振器，用instek GFG-8219A函數(shù)發(fā)生器做為信號(hào)發(fā)生裝置，信號(hào)經(jīng)Gobedkes Y218B功率放大器放大后為電磁激振器提供電信號(hào)。坩堝噴嘴直徑為0.19mm，坩堝加熱溫度為300℃，保溫10分鐘后，調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器信號(hào)為正弦波，頻率為3200Hz，把功率放大器的Vol旋鈕調(diào)到最大，打開(kāi)功率放大器開(kāi)關(guān)為電磁激振器供電。給坩堝加壓使熔融合金液體由噴嘴射出，射流在下落過(guò)程斷裂并球化為小球。得到小球的尺寸分布如圖5所示。
權(quán)利要求
1.電磁激振器，其特征在于主要包括上蓋(10)、永磁體(13)、磁心(11)、螺線管(7)、蓋板(12)、膠墊(14)、底座(15)、振動(dòng)傳動(dòng)桿(16)；其中，底座(15)與上蓋(10)配合形成外殼，振動(dòng)傳動(dòng)桿(16)從底座(15)的中心孔(18)伸出，振動(dòng)傳動(dòng)桿(16)的上下設(shè)有彈性膠墊(14)并用帶有螺紋的蓋板(12)壓在底座(15)上，底座(15)上有用于固定的螺栓孔(17)，在蓋板(12)的上方是內(nèi)部有磁心(11)的螺線管(7)，在磁心(11)的上方設(shè)有永磁體(13)，磁心(11)和永磁體(13)用帶有螺紋的上蓋(10)固定；螺線管(7)的電源導(dǎo)線由上蓋的導(dǎo)線孔(9)接入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁激振器，其特征在于所述的振動(dòng)傳動(dòng)桿(16)是由導(dǎo)磁率高并且磁損耗小的材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁激振器，其特征在于所述的上蓋(10)、蓋板(12)和底座(15)由導(dǎo)磁和導(dǎo)熱良好的材料制成。
全文摘要
本發(fā)明的電磁激振器，是均勻射流斷裂設(shè)備的主要部件，而均勻射流斷裂設(shè)備可應(yīng)用于生產(chǎn)電子封裝用微焊球。亦可用于材料凈成型制造。主要包括上蓋(10)、永磁體(13)、磁心(11)、螺線管(7)、蓋板(12)、膠墊(14)、底座(15)、振動(dòng)傳動(dòng)桿(16)；其中，振動(dòng)傳動(dòng)桿從底座的中心孔伸出，振動(dòng)傳動(dòng)桿的上下設(shè)有彈性膠墊并用帶有螺紋的蓋板壓在底座上，底座上有用于固定的螺栓孔，在蓋板的上方是內(nèi)部有磁心的螺線管，在磁心的上方設(shè)有永磁體，磁心和永磁體用帶有螺紋的上蓋固定；螺線管的電源導(dǎo)線由上蓋的導(dǎo)線孔接入。本發(fā)明工作效率高，在工作所需頻率范圍內(nèi)工作效果好，不具有危險(xiǎn)性，投資少，并且一次投資后可長(zhǎng)期使用。
文檔編號(hào)H02K33/18GK101043172SQ200710098800
公開(kāi)日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者史耀武, 于洋, 夏志東, 雷永平, 郭福, 李曉延, 班書(shū)英 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)