WO1996041699A1 - Solid sphere manufacturing device - Google Patents

Description

明 細 書 中実球体製造装置 技術分野

本発明は、 中実球体状のはんだ合金等を製造する中実球体製造装置に関す る。 背景技術

従来、 プリ ン 卜基板の半田付けにおいては、 半田ペース卜を用いてチップ を搭載したプリ ン ト基板を、 リフロー炉により実装することが大部分であ る。 しカゝし、 この従来方法によるとプリ ン ト基板上の電子回路のリード端 子のピッチ幅を 0. 5 mmより小さくすることは、 困難である。 これに 対し、 最近では、 B GA ( B a l l G r i d A r r a y ) 方式による接 合が普及してきている。 こ のため、 0 . 1 5 〜 1 . 5 m m直径の S n— P b半田合金球体の需要が増加してきている。 現在では、 プリント 基板の量産化によって、 1 00万個単位の需要が見込まれているが、 半田合 金の溶融体から急冷する噴霧法や遠心力法を用いて半田球体を製造してい る。

しかし、 上述の従来の製造方法によるときは、 半田球体の直径にばらつき があり、 一定の直径の半田球体だけを、 例えば真球度として ± 0. 0 2 mmと いう高い精度で分級すること力 究めて困難であることもあって、 半田球体 のコストカ 、 高価であるという問題点があった。

そこで、 本発明は、 真球度および寸法精度の高い半田球体等の中実球体を 製造でき、 中実球体の分級工程を省略できる中実球体製造装置を提供するこ とを目的とする。 発明の開示

本発明は、 上面および底面に開口して貫通する複数の孔部を有し、 前記上 面は、 溶融あるいは半溶融の状態の物質との濡れ性が悪い材料で構成される 平板と、

溶融あるいは半溶融の状態の前記物質が充填され、 前記底面に接し、 密閉 された空間と、

前記空間に連通するシリ ンダと、

前記シリンダ内を上昇することにより、 前記空間内の前記物質を押圧して 前記複数の孔部を通過せしめて前記平板の前記上面に噴出させるビストン と、

前記ピス ト ンを上下動させる駆動装置と、 から成り、 噴出された前記物 質の持つ表面張力を利用して球体を作ることを特徴とする中実球体製造装置 である。 さらに、 本発明は、 平板自体を加熱することにより、 上面に噴出 された状態の物質あるいは金属ペーストを加熱する加熱装置を備え、 この加 熱装置の代わりに、 上面に噴出された物質あるいは金属ペース卜の存在する 雰囲気を、 物質あるいは金属ペース卜の表面張力が作用し得る温度にまで昇 温させるように加熱する加熱装置を備える場合もある。

本発明によれば、 ピストンがシリンダ内を上昇することにより、 空間内の 溶融あるいは半溶融の状態の物質あるいは金属ペーストを押圧して、 平板の 複数の孔部を通過せしめて、 平板の上面に噴出させる。 平板は、 物質、 あ るいは、 金属ペース トとの濡れ性が悪い材料で構成されるため、 つまり、 両 者の間で構成する接触角が大きい性質よりなるため、 この噴出時に物質ある いは金属ペース卜が表面張力を発揮すれば、 球体となるが、 温度が低い等の 理由により、 表面張力を十分に発揮しなければ、 完全な球体はなりにくい。 この噴出時に、 円筒体を形成した場合には、 上面に噴出された物質あるい は金属ペーストを加熱することにより、 表面張力を発揮させ、 球体に形成す る。

また、 金属ペーストを用いた場合には、 加熱することにより溶剤を蒸発さ せる。

上記の製造法によると、 物質あるい金属ペース卜の 1個あたりの重量が極 めて正確にコン トロールされるため、 球体を冷却すると、 真球度および寸法 精度の高い半田合金等の中実球体を製造でき、 中実球体の分級工程を省略で きる。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の一実施例の構成図、 図 2は、 本発明の一実施例の構成図 である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明を図面を参照してその実施例に基づいて説明する。 図 1は、 はんだ合金についての本発明の一実施例の構成図である。 平 板 1は、 上面 1 aおよび底面 1 bに開口して貫通する複数の孔部 2を有する。 平板 1は、 中実球体を作ろうとする半田合金の物質 4との濡れ性の悪いス テンレス鋼を用いる力 この他、 例えば、 A 1の中実球体を製造するような 場合には、 窒化アルミニウム （A 1 N ) 材を用い、 または、 窒化アルミニゥ ムで上面 1 aをコーティ ングする場合もある。

空間 3は、 溶融あるいは半溶融の状態の半田合金等の物質 4が充填され、 底面 1 bに接し、 容器 1 1 により密閉される。 物質 4は、 容器 1 1 に設け られた図示されない注入口から注入され、 図示されない蓋により密閉され る。 シリ ンダ 1 0は、 空間 3に連通する。 よ り直径の大きなシリ ンダ 1 0を用いて、 空間 3をシリンダ 1 0内においてのみ形成して、 容器 1 1を 省略する場合もある。

溶融あるいは半溶融の状態の物質 4の代わりに、 金属粉末と溶剤とが混練 された金属ペース 卜が用いられる場合もある。

ビス トン 5は、 シリ ンダ 1 0内を上昇することにより、 空間 3内の物質 4を押圧して複数の孔部 2を通過せしめて平板 1の上面 1 aに噴出させ、 表 面張力により、 球体 6 bを形成させる。 ピストン 5を上下動させる駆動装 置は、 パルスモータ 8と、 パルスモータ 8の回転を制御する制御回路 9と、 パルスモータ 8により回転されてピストン 5を上下動させるマイクロメータ 1 0とから成る。 図示されない加熱装置は、 ニクロム線等から成り、 平板 1の上面 l aに噴 出して、 球体 6 bを形成している状態の物質 4を加熱、 さらに加熱制御し て、 真球度の高い中実球体 6を形成する装置である。

この加熱装置の代わりに、 上面 1 aに噴出された物質 4あるいは金属べ一 ストの存在する雰囲気を、 物質 4あるいは金属ペーストの表面張力が作用し 得る温度にまで昇温させるように加熱する加熱装置、 例えば、 レーザ光、 赤 外線ランプ照射、 熱風を発生する加熱装置を備える場合もある。

ここで、 孔部 2の上面 1 aの口径を下面 1 bの口径より小さく形成し、 テーパを形成する場合もある。 このテーパにより、 物質 4あるいは金属 ペーストの孔部 2からの切れが良くなる。

また、 平板 1を円板状に構成し、 平板 1の中心から対称位置に複数の孔部 2を設ける場合もある。 これにより、 ピストン 5による物質 4あるいは金 属ペーストの孔部 2からの押出し力を均一にする。

具体的には、 厚さ 3 m mのステンレス鋼から成る平板 1 に、 直径 0 . 6 m m Φの孔部 2を設け、 空間 3に S n 6 0重量％、 P b 4 0重量％から成 る溶融した半田合金の物質 4を充填した。 制御回路 9によりパルスモータ 8を 2回回転させて、 ピストン 5をマイクロメータ 1 0で押しあげて、 物質 4を押圧した。

この結果、 物質 4は複数の孔部 2を通過して平板 1の上面 1 aに、 初め図 1 に示されるように円筒状の円筒体 6 aとして噴出し、 この噴出物が表面張 力を発揮できるほど十分な溶融状態であれば直ちに図 1に示されるように、 球体 6 bになる。 半田合金の場合には熱容量が大きく、 表面張力が大きい ので比較的、 球体 6 bは作り易い。 円筒体 6 aを形成した場合には、 加熱 装置により加熱すると球体 6 bを形成する。

さらに、 この半田合金の球体 6 bの真球度を高めるため、 1 9 0 °C (共晶 溶融状態） に 1分間加熱することにより、 図 2に示されるように、 真球度 は、 ± 0 . 0 1 %のほぼ完全な中実球体 6となった。

この時、 なぜ真球度の高い中実球体 6が得られるかというと、 例えば、 パ ルスモータによって物質 4の 1個あたりの重量が極めて正確にコントロール できるからである。 これにより、 製造された半田合金の中実球体 6は、 B G A用としても十分に使用可能であった。 なお、 半田粉末によるペースト の場合には、 例えば、 プロピルアルコール、 又は 5 %ポリ ビニールアルコー ル溶液を溶剤として用い、 噴出後 2 0 0 °Cに加熱した。

中実球体 6が形成され、 十分に冷却された毎に、 中実球体 6を所定箇所に 集める図示されないスウイパーを備える場合もある。

さらに、 物質 4を平板 1の上面 1 aに噴出させる工程を、 窒素等の非酸化 性雰囲気中で行うことが好適である。

Claims

請求の範囲

1 . 上面および底面に開口して貫通する複数の孔部を有し、 前記上面は、 溶融あるいは半溶融の状態の物質との濡れ性が悪い材料で構成される平板 と、

溶融あるいは半溶融の状態の前記物質が充填され、 前記底面に接し、 密閉 された空間と、

前記空間に連通するシリ ンダと、

前記シリ ンダ内を上昇することにより、 前記空間内の前記物質を押圧して 前記複数の孔部を通過せしめて前記平板の前記上面に噴出させるビストン と、

前記ピス ト ンを上下動させる駆動装置と、 から成り、 噴出された前記物 質の持つ表面張力を利用して球体を作ることを特徴とする中実球体製造装

2 . 請求項 1記載の中実球体製造装置において、

溶融あるいは半溶融の状態の前記物質の代わりに、 金属粉末と溶剤とが混 練された金属ペース卜が用いられることを特徴とする中実球体製造装置。

3 . 前記平板自体を加熱することにより、 前記上面に噴出された状態の前 記物質あるいは前記金属ペーストを加熱する加熱装置を備えた請求項 1 また は 2記載の中実球体製造装置。

4 . 請求項 3記載の中実球体製造装置において、

前記加熱装置の代わりに、 前記上面に噴出された前記物質あるいは前記金 属ペース卜の存在する雰囲気を、 前記物質あるいは前記金属ペース卜の表面 張力が作用し得る温度にまで昇温させるように加熱する加熱装置を備えたこ とを特徴とする中実球体製造装置。

5 . 前記孔部の前記上面の口径を前記下面の口径より小さく形成し、 テー パを形成する請求項 1から 4のいずれかに記載の中実球体製造装置。

6 . 前記平板を円板状に構成し、 前記平板の中心から対称位置に複数の前 記孔部を設ける請求項 1から 5のいずれかに記載の中実球体製造装置。

7 . 前記駆動装置は、 パルスモータと、 前記パルスモータの回転を制御す る制御回路と、 パルスモータにより回転されてビス卜ンを上下動させるマイ クロメータとから成る請求項 1から 6のいずれかに記載の中実球体製造装 置。

8 . 前記中実球体の形成が終了する毎に、 前記中実球体を所定箇所に集め るスウイパ一を備える請求項 1から 7のいずれかに記載の中実球体製造装 置。

9 . 前記物質または前記金属ペーストを前記上面に噴出させ、 前記中実球 体を形成させる工程を、 非酸化性雰囲気中で行う請求項 1から 8のいずれか に記載の中実球体製造装置。

1 0 . 前記上面は、 前記物質または前記金属ペーストとの濡れ性の悪い材 料でコーティ ングされる請求項 1から 9のいずれかに記載の中実球体製造装

1 1 . 前記上面全体が、 前記物質または前記金属ペース卜との濡れ性の悪 い材料で構成される請求項 1から 9のいずれかに記載の中実球体製造装置。