JP2000511464A - 液体滴下装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 液体のリザーバと接続する、開口端を有するガラス製毛細管と、前記リザーバ内の液体を所定の温度Ｔ₁に加熱するための加熱手段と、前記毛細管の外表面の一部と密着させたセラミックアクチュエータ要素とを具え、前記毛細管と前記要素とを接着物質を用いて互いに接着した液体滴下装置であり、本装置では接着物質はＴ₁を超える融点を有するはんだである。リザーバ内の液体は、例えば溶融はんだ、または接着剤を具える。

Description

【発明の詳細な説明】 液体滴下装置 本発明は、液体のリザーバと接続する、開口端を有するガラス製毛細管と、前 記リザーバ内の液体を所定の温度Ｔ₁に加熱するための加熱手段と、前記毛細管 の外表面の一部と密着させたセラミックアクチュエータ要素とを具え、前記毛細 管と前記要素とを接着物質を用いて互いに接着した液体滴下装置に関するもので ある。このような装置で滴下可能な液体の例には、溶融はんだ、接着剤およびフ ラックスを含む。 こうした装置は、米国特許第4,828,886号により公知であり、この装置での液 体は溶融はんだである。こうした形式の装置は、通常、いわゆる「はんだ噴射」 装置に用いられ、このはんだ噴射装置は、所定の表面、例えばプリント配線基板 にはんだの小球を「狙い打ち」するのに用いられる。この目的のために、ガラス 製毛細管中の溶融はんだを、セラミックアクチュエータ（例えば圧電型もしくは 電歪型）の補助によってこの毛細管より射出し、このセラミックアクチュエータ は、適切な電気的入力信号に応じて、毛細管に小さな圧力パルスを加えるために 用いることができるものである。こうした加圧パルスは管壁にわずかに一時的な 接触を生じさせ、（リザーバから離れたところにある）管の開口部からはんだの 液滴を効果的に吐出させることとなる。このような方法で管から吐出されたはん だは、加圧下で継続的にリザーバより新しいはんだを補給する。 アクチュエータの機械的変位の振幅は相対的に小さいため、アクチュエータと 管との間のあらゆる機械的な動作が、液体放出プロセスの効率の顕著な低下をも たらしうることとなる。その結果、良好な機械的接触を保証するためには、管お よびアクチュエータ要素を相互に接着することが望ましい。実際、このことは管 とアクチュエータとの間に（エポキシ樹脂のような）ポリマー製接着剤の層を設 けることにより達成される。 公知の装置の欠点は、時間の経過と共に液体放出プロセスの信頼性がしばしば 低下する傾向にあることであり、これは、液滴の大きさ、または放出された液体 の液滴の範囲の実質的な変化をもたらすこととなる。 本発明の目的は、こうした欠点を緩和することにある。特に、本発明の目的は 、液体放出プロセスが、（延長された）時間的作用によっても実質的に一定の特 性を示す装置を提案するものである。 これらおよび他の目的は、冒頭のパラグラフで述べた装置によって達成され、 この装置は接着物質が、温度Ｔ₁を超える融点を有するはんだであることを特徴 とする。 本発明に至る実験において、発明者は次のことに着目した。すなわち、時間の 経過に伴い、公知の装置における毛細管とアクチュエータとの間に生じる傾向の ある、ある程度の動作量が、両者の機械的結合の劣化をもたらすということであ る。上述した研究により、こうした作用は、管とアクチュエータとの間のポリマ ー製接着剤の（局所的な）劣化によるものであることが明らかとなった。まず、 こうした劣化は、アクチュエータが拡張および縮小する間の、接着剤層の拡張と 緩和の繰り返しによるものであると考えられた。しかしながら、制御された条件 下において、より詳細になされた実験により、接着材料の劣化は、その化学性質 が支配的であることが明らかとなった。装置の動作温度の上昇（通常、約230℃ のオーダーである）により、接着剤中の有機溶剤がゆっくりと蒸発または昇華し 、これが接着剤の機械的性質の実質的な劣化をもたらすのである。 異なる接着剤の選択肢の中で発明者が研究したのは、高融点はんだ、特にSn₅P b_93.5Ag_1.5（融点≒296〜301℃）である。毛細管とアクチュエータとの間の接着 物質としてこの材料を用いて行われた実験において、管とアクチュエータとの間 の機械的結合が、時間的作用によっても優れた特性を維持することが見いだされ た。本発明を見いだすことの意義を実現するため、発明者は他の高融点はんだ、 例えばSn₅Pb_92.5Ag_2.5（融点≒287〜296℃）およびBi（融点≒271℃）を試した ところ、同様に満足すべき結果を得た。 本発明によれば、発明者は毛細管とアクチュエータとの間の接着の質は、管お よびアクチュエータの対向する表面の、高融点はんだによる濡れの効率に依存す ることを認めた。良好な濡れを保証するため、管およびアクチュエータの表面を 相互に接着し、好ましくはこれらを金属被覆する。こうした金属被覆は、非電気 的堆積技術、例えば物理的または化学的気相成長法による堆積、スパッタリング による堆積、融除堆積(ablatve deposition)、湿式化学的無電解めっき、その他 を用いることにより達成される。 前記のパラグラフで述べたような本発明の特別な実施例は、金属被覆がCr，Ni ，Au，Tiおよびこれらの合金により形成される組から選ばれた少なくとも一つの 金属を用いてなされることを特徴とする。これらの金属は、膨張係数が典型的な 高融点はんだのそれと対応する。特に三層型の金属被覆、例えばCr／Cr_xNi_1-x／ NiおよびCr／Cr_x Ni_1-x／Ni_y Au_1-y（ｘ≠０，ｙ≠０）を用いることにより、毛 細管の良好な接着が得られる。 はんだ噴射装置の場合、Ｔ1は、通常約180〜260℃のオーダーの値を取る。本 発明に係る装置による滴下に適した貯留金属は、このとき、Pb₃₈Sn₆₂，Sn₅₂In₄₈ およびSn_96.5Ag_3.5のようなはんだを含み、例えば、これらのはんだは、融点が 約220℃までである。通常、毛細管とアクチュエータとの間の接着物質として使 用される場合のはんだの融点は、少なくともＴ₁よりも約15〜20℃のオーダーで 高いことが望ましい（但し、本質的なものではない）。 本発明に係る装置の毛細管に適したガラス材料は、高融点、高加工温度を有す る、NOMEX(OSRAM,GENERAL ELECTRIC,PHILIPS)およびLIG142などである。これに 対して、本装置のアクチュエータの製作に適した圧電セラミックは、ある種のPb -Zr-Ti酸化物のような高キュリー温度を有するものである。こうした材料は公知 のものである。 本発明はまた、例えばプリント回路基板、または集積回路（のチップ）をチッ プハウジング内の、チップに対応した導体配線と接続するために用いる、はんだ 噴射装置に関するものでもある。こうした装置は、（例えばプリント回路板また はチップハウジングの基板の）基板ホルダーと、溶融はんだの液滴を生成し、か つ（基板へ）射出する液体滴下装置と、はんだの液滴を前記基板上の異なる位置 に射出することができるように、前記液体滴下装置に対する前記基板ホルダーの 相対運動を生じさせる手段と、を具える。このように形成されたはんだの液滴の 射出は、電子部品または集積回路のピンを導体配線または基板のランド部に固定 するために用いる。本発明によれば、こうした装置における液体滴下装置は、本 願請求項１〜６のいずれか１項に記載されたものであることを特徴とする。本発 明の装置は、はんだ液滴の大きさおよび範囲の一貫性に関して、より信頼性の高 い性能をもたらし、そのため本装置は、微細なピッチの基板上への正確なはんだ 付け作業を、（はんだ液滴の大きさの過度の変化により生じる）回路の短絡や節 点の切断を生じること無しに達成することが可能である。 本発明およびこれに付随する利点は、典型的な実施例および添付の概略図面の 補助によって明確になるであろう。 図１は、本発明による液体滴下装置の一部を断面で示すものである。 図２は、本発明によるはんだ噴射装置の一部を斜視図で示すものである。 これら図面において対応する箇所は同じ符号で示す。実施例１ 図１は、本発明による液体（はんだ）滴下装置の一部の長手方向断面を概略示 すものである。明瞭さのために、本図は正確な縮尺では示していない。本装置は 、開口端1a，1bを有するガラス製毛細管１を具える。端部1aは液体金属のリザー バ３側へ出ており、一方端部1bはノズル形状（通常、約50〜80μｍオーダーの幅 の開口部を有する）をなすように狭まっている。また本装置は圧電（または電歪 ）セラミックアクチュエータ５を有し、本例ではこのアクチュエータ５は、管１ の一部を取り囲む円筒形スリーブの形状をなし、管の壁７を加圧する。 本装置は追加的に加熱手段（図示せず）を具え、この加熱手段は、金属を、そ の融点を超える温度Ｔ₁に加熱する。このような手段は、先行技術において適切 に記載されている。ここでの特別な場合においては、Ｔ₁は250℃である。加熱手 段により生成した液体金属の本体はリザーバ３内に貯えられ、管１への加圧によ り圧送される。もし、電圧パルスに反応してアクチュエータ５が壁７を圧縮する と、溶融金属（図示せず）の液滴がノズル1bより押し出される。こうした液滴は 、約50〜100μｍの直径および１〜３m/sのオーダーの速度を有し、また、通常は 約1kHzの滴下要求の範囲の周期で形成することができる。 管１の壁７とアクチュエータ５との良好な機械的結合を保証するため、これら の間に接着材料の層９を設ける。本発明によればこの層９は金属はんだ層を具え 、その融点はＴ₁を超えるものである。このはんだは、例えばSn₅Pb_92.5Ag_2.5（ 融 点≒287〜296℃）である。壁７の外面およびセラミックアクチュエータ５の内面 のはんだの濡れを改善するため、これらの前後にそれぞれ金属被覆層11および13 を設け、少なくともこれらの部分を超えて接着層９と接触をなす。この特別な場 合においては、層11はCrを具え、層13はNiを具える。 高融点はんだ層９が、通常用いられる（エポキシ樹脂のような）ポリマー製接 着剤よりも熱的な安定性が高いため、層９は管１とアクチュエータ５との間の結 合をもたらし、この結合は経年劣化に十分対抗するものである。実施例２ 実施例１においては、高融点はんだ層９は、金属被覆層11および13を設けた後 、以下のように適用することができる。 （１）毛細管７を約250℃のオーダーの温度に加熱し、その後アクチュエータ５ を管７の周囲に位置決めする。 （２）選択した高融点はんだ（本例ではSn₅Pb_92.5Ag_2.5）の混合物および適切な フラックス（例えばPHILIPS 628または528）を、壁７とアクチュエータ５との間 に介在する空間のネック部（先端部）の一方に注入できるような液体の形にする ために加熱する。 （３）その後毛細管１が冷却可能になった時、前記液体を毛管作用によって前記 介在する空間に吸い込ませるように注入し、それによって、凝固した層９を形成 する。実施例３ 図２は、本発明によるはんだ噴射装置の一部を斜視図で示すものである。平面 状のホルダ−２を、実施例１で述べた液体はんだ滴下装置の毛細管１の長手方向 軸線Ｌに垂直となるように配置する。ホルダ−２は、そのあらゆる(x,y)座標の 位置ではんだの液滴を滴下することができるように、Ｌに垂直な平面Ｐ内のｘ軸 およびｙ軸方向に変位させることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体のリザーバと接続する、開口端を有するガラス製毛細管と、 前記リザーバ内の液体を所定の温度Ｔ₁に加熱するための加熱手段と、 前記毛細管の外表面の一部と密着させたセラミックアクチュエータ要素とを 具え、 前記毛細管と前記要素とを接着物質を用いて互いに接着した液体滴下装置に おいて、 前記接着物質がＴ₁を超える融点を有するはんだであることを特徴とする液 体滴下装置。 ２．請求項１記載の装置において、 少なくとも前記接着物質と接触する表面の部分を超えて、前記アクチュエー タ要素に金属被覆がなされていることを特徴とする液体滴下装置。 ３．請求項１または２記載の装置において、 少なくとも前記接着物質と接触する外表面の部分を超えて、前記毛細管に金 属被覆がなされていることを特徴とする液体滴下装置。 ４．請求項２または３記載の装置において、 前記金属被覆が、Cr，Ni，Au，Tiおよびこれらの合金により形成される組か ら選ばれた金属を用いてなされることを特徴とする液体滴下装置。 ５．請求項１〜４のいずれか１項記載の装置において、 前記Ｔ₁が180〜260℃の範囲内にあることを特徴とする液体滴下装置。 ６．請求項５記載の装置において、 前記液体が溶融はんだであることを特徴とする液体滴下装置。 ７．請求項１〜４のいずれか１項記載の装置において、 前記液体が接着剤であることを特徴とする液体滴下装置。 ８．基板ホルダーと、 溶融はんだの液滴を生成し、かつ射出する液体滴下装置と、 はんだの液滴を前記基板上の異なる位置に射出することができるように、前 記液体滴下装置に対する前記基板ホルダーの相対運動を生じさせる手段と、を 具えるはんだ噴射装置において、 前記液体滴下装置が請求項１〜６のいずれか１項に記載のものであることを特 徴とするはんだ噴射装置。