JP2001286826A - 回転傾斜選別システム - Google Patents

回転傾斜選別システム

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JP2001286826A
JP2001286826A JP2000107752A JP2000107752A JP2001286826A JP 2001286826 A JP2001286826 A JP 2001286826A JP 2000107752 A JP2000107752 A JP 2000107752A JP 2000107752 A JP2000107752 A JP 2000107752A JP 2001286826 A JP2001286826 A JP 2001286826A
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Yasushi Yoshida
泰 吉田
Masahiko Mizukami
正彦 水上
Norihiko Hasegawa
則彦 長谷川
Akira Ichida
晃 市田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 直径150μm以下の微小な範囲においても
良好な転がり性を備えた金属ボールの回転傾斜選別方法
と、それを高い選別精度で実施できるシステムと、それ
によって選別された金属ボール及び複合金属ボールとを
提供すること。 【解決手段】 直径φ30〜150μmの金属ボールの
異形状の選別に関して、回転傾斜させた円板直径に対し
一定の球数範囲で選別することで、高い選別精度を得る
回転傾斜選別システム。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体パッケージ
等に用いられる微細な金属ボールの異形状の選別方法と
それに用いられる装置と、それによって選別された金属
ボール及び複合金属ボールに関する。
【0002】
【従来の技術】次世代の高密度パッケージでは多ピン
化、狭ピッチ化が急速に進んでおり、チップに搭載や組
立するのが難しくなっており、特に内部電極用接続端子
への転がり性の良好な微小金属ボールが求められてい
る。このような微少金属ボールには電気伝導性の良好な
銅、金またはそれらを主成分とした合金が用いられる
他、そのボール表面にはんだをめっきした複合金属ボー
ルが求められている。
【0003】しかし、真球状の金属ボールの製法にはい
ろいろあるが、いろいろな方法を用いても数%の割合
で、真球の劣った物、2個以上付着した物、潰れたり細
長く変形された物などが混入してしまう恐れがある。
【0004】このような形状は、従来の篩での選別も難
しく、そのような微小ボールを高密度バッケージに搭載
すると、導通不良、ショートの原因等となり、実質的に
実装できない。
【0005】また、搭載装置に於いても、稼働率低下に
繋がり、実用性のある選別方法が求められていた。従来
金属ボールの傾斜選別方法としては、以下の方法があ
る。
【0006】まず、(イ)一定の角度に傾斜させたエン
ドレスベルトを下から上方に回転させ、そのエンドレス
ベルトの傾斜面上に金属ボールを供給し、斜面に沿って
転がる物と転がらずに斜面の上まで行く物とで選別をす
る方法。
【0007】(ロ)傾斜させた板に振動を与え、その上
を金属ボールと板の抵抗により選別する方法。
【0008】(ハ)水平な板の上に金属ボールを置き、
その後板を傾斜させ選別する方法。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記(イ)のエンドレ
スベルトを用いる方法では、エンドレスベルトにゴムな
どを用いる必要があり静電気などが発生しやすく、微少
金属ボールの選別ではそのほとんどがベルトヘ吸着して
しまい、選別が不可能となる。また、ベルトを金属など
にした場合、金属板をはしご状につなぐ形となるため、
微少な金属ボールがそのつなぎ目で止まってしまい選別
が不可能となる。
【0010】また、上記(ロ)の様に振動を与えた場合
について、図3を参照して説明する。このような場合、
微少金属ボールは少しの振動でも飛び跳ねるように動い
てしまうため、図3(a)に示すように、最大外径11
1と最小外径112との差が大きく本来不良品となるべ
き真球程度の劣ったもの101、図3(b)に示すよう
に、二個付着したもの102、図3(c)に示すよう
に、潰れたり細長く変形された物103等なども良好な
金属ボールと同様に動いてしまい選別が不可能となる。
【0011】一方、(ハ)の様に板の上に、先に金属ボ
ールを置いた後に傾斜させた場合、板にボールが吸着し
やすく回収量が悪くなる。また、吸着せずに転がった場
合でも板の上に残った不良ボールを良品ボールで押しや
すくなり、その結果、良品中に不良品が混入しやすくな
る。どの方法も数mm以上のボールに対しての優れた選
別方法であり、150μm以下あるいは100μm以下
の微小な金属ボールの選別には適用できなかった。
【0012】そこで、本発明の技術的課題は、直径15
0μm以下の微小な範囲においても良好な転がり性を備
えた金属ボールの回転傾斜選別方法と、それを高い選別
精度で実施できるシステムと、それによって選別された
金属ボール及び複合金属ボールとを提供することにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、直径φ
30〜150μmの金属ボールの異形状を選別する方法
において、回転傾斜させた円板直径に対し一定の球数範
囲で選別することで、高い選別精度を得ることを特徴と
する回転傾斜選別システムが得られる。
【0014】また、本発明によれば、前記回転傾斜選別
システムにおいて、前記金属ボールの投入量が、各被処
理金属ボールの直径範囲において下記表2の数量範囲に
調整されていることを特徴とする回転傾斜選別システム
が得られる。
【0015】
【表2】
【0016】また、本発明によれば、前記いずれかの回
転傾斜選別システムを用いることにより得られる直径φ
30〜150μmを備え、良好な転がり性を有すること
を特徴とする金属ボールが得られる。
【0017】また、本発明によれば、前記金属ボールに
おいて、電気伝導性良好な銅、金又はそれらを主成分と
した合金から成ることを特徴とする転がり性良好な金属
ボールが得られる。
【0018】また、本発明によれば、前記金属ボールに
おいて、前記金属ボールをコアとして、更に、前記コア
の周囲に、はんだめっき層から成る導電層を備えてお
り、良好な転がり性を備えていることを特徴とする複合
金属ボールが得られる。
【0019】また、本発明によれば、前記複合金属ボー
ルにおいて、前記はんだめっき層がPbSn系、SnA
g系、及びSnZn系の内少なくとも一種のはんだから
成ることを特徴とする複合金属ボールが得られる。
【0020】また、本発明によれば、φ30〜150μ
mの金属ボールの異形状の選別する方法において、回転
傾斜させた円板直径に対し一定の球数範囲で選別するこ
とで、高い選別精度を得ることを特徴とする回転傾斜選
別方法が得られる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
【0022】図1は本発明の実施の形態による回転傾斜
選別装置の概略を示す図であり、良品選別時の動作を示
している。図2は図1の回転傾斜選別装置の不良品選別
時の動作を示す図である。
【0023】図1及び図2を参照すると、回転傾斜選別
装置10は、円錐形状の断面を備えた良品又は回収容器
1と、モーター3によって駆動される回転傾斜円板2
と、回収容器の一端上面に配置された定量供給装置4
と、回転傾斜円板2の上方で、定量供給装置4とは異な
る位置に配置された、回転傾斜円板2に対して近接、離
間方向に昇降可能なスクレーパー5とを備えている。
【0024】このように、回転傾斜選別装置10は、所
望の角度に傾斜させた回転傾斜円板2を回転させ、その
回転傾斜円板2の下に自動で交換できるように配置した
受け容器である回収容器と回転傾斜円板2上に金属ボー
ルを一定量供給できる定量供給装置4と不良ボールを回
転傾斜円板2面上から払い落とすためのスクレーパー5
を配置した構成である。
【0025】ここで、回転傾斜円板2は、静電気による
付着を抑える意味から金属性であり、アースを取ること
が好ましい。また、市販の静電気除去装置を取り付けて
も良い。また、回転傾斜円板2の表面は、微小な金属ボ
ールが転がるのを邪魔しないよう極力平滑であることが
好ましい。
【0026】微小金属ボール6は、静電気、円板上の小
さな凹凸ですぐに転がらなくなってしまうため、連続し
て傾斜選別を行うためには上記のような工夫が必要であ
る。
【0027】次に、回転傾斜円板2上への微小金属ボー
ルの供給量が重要である。
【0028】図1に示すように、微小金属ボール6は定
量供給装置より少量づつある一定量回転円板上へ供給さ
れる。供給された金属ボール6の内、真球程度の優れた
金属ボール6は傾斜にあわせ転がり、回収容器1に良品
回収金属ボール7として回収される。真球程度の劣った
もの、二個付着したか、潰れたり細長く変形されたもの
などは転がりにくく、回転傾斜円板2面上に残ることに
なる。回転傾斜円板2は、常に回転しているため、供給
場所が集中することなく、選別のために回転傾斜円板2
上の全面を均一に使用することが可能となる。この場
合、静電気や環境の影響、回転傾斜円板2上の小さなキ
ズなどにより、本来転がるべき良品が転がらないで止ま
ってしまっても、後から供給されたボールがぶつかるこ
とにより再度転がり出し回収できる。
【0029】しかし、供給量が少なすぎると、その衝突
による効果が得られず、回収率が低くなり選別の能率が
下がってしまい生産性が上がらない。逆に多すぎると、
回転傾斜円板2上に多く不良品が残るため、良品が転が
るのを邪魔する形となり回収率が悪くなる。また、後か
ら供給された金属ボールが、先に止まった不良ボールに
も数多くぶつかるため押し出し易くなり、結果として良
品に不良品が混入する。
【0030】所定量の金属ボールを供給した後、実質的
に同様な形状を備えた回収容器1と回収容器1が自動的
に交換され、回転傾斜円板2を高速回転させることによ
り遠心力で不良品を回転傾斜円板2上より取り除き、回
収容器1内に回収される。この際、図2に示すように、
設置してあるスクレーパー5を下降させることにより不
良品回収金属ボール8(不良ボール)を払い落とすこと
でより完全に傾斜円板上から不良ボールを取り除くこと
が出来る。その後、再度良品回収容器1がセットされボ
ールを供給し回転傾斜選別を行う。
【0031】本発明の実施の形態において、不良品とし
て選別される金属ボール8は真球程度の劣ったもの、二
個付着したか、潰れたり細長く変形された物などであ
る。そのようなボールは真球程度の高いボールに対し、
転がり抵抗が大きく、傾斜円板上に転がらずに残る。円
板の傾斜角度は任意に選ぶことができる。たとえば、5
O0〜600μmのBGA用ボールに於いてそのボール
を搭載するためには約6度の傾斜板を充分良く転がる事
で搭載を容易にできる等、実用性のある搭載機では所望
の角度で転がることが大切である。しかもその角度の多
くはおおよそ6度である。
【0032】また、本発明の実施の形態で不良品として
選別される真球程度の劣るボールはそのボールの最小外
径が最大外径の90%以下のボールである。(真球を最
大外形の90%の位置で輪切りにした場合、その面が転
がり出すには傾斜角が25度以上必要)それ以下の比率
になると、ボールの面との角度が、回転傾斜円板2の傾
斜角度に近づいてしまい、不良品として選別できなくな
る。回転傾斜円板2の大きさは重要である。小さすぎる
と本来転がらないことで不良品として選別される金属ボ
ールが、供給時の勢いで転がってしまい良品として回収
されてしまう。また、供給量が多い場合と同様に不良品
の混入の原因となる。逆に大きすぎると、微少なボール
が転がる距離が長く成りすぎる様になり、静電気やその
他の環境の影響を受けやすく成り、結果として良品の回
収率が少なくなる。金属ボールの直径についてはφ30
μm以下では静電気の影響やその他の環境の影響を強く
受けやすくなる。また、傾斜円板の面の微小な凹凸の影
響も受けやすくなるため、転がらなくなり実質選別が不
可能となる。φ150μm以上に於いては選別するのに
必要な円板の大きさが大きくなり、装置が大型になるた
め、偏芯無く精密に傾斜角度を調整することが難しく、
装置の作製が困難となる。
【0033】又、本発明の実施の形態において、金属ボ
ール、この金属ボールの周囲にはんだめっき層を備えた
複合金属ボールともに同条件にて選別が可能である。こ
のはんだめっき層は、導電性を有するはんだめっきから
なるものであるならば、どのような金属でもよいが、実
用上、PbSn系、SnAg系、及びSnZn系の内少
なくとも一種のはんだから成ることが好ましい。ただ
し、φ150μmの金属ボールにはんだめっきを施した
場合、本発明の範囲外となるため、選別が出来ない。
【0034】以下、本発明の実施の形態による回転傾斜
選別装置を用いた球体選別例について更に具体的に説明
する。
【0035】(例1)市販の粉末球状化処理装置により
作製した銅ボールをJIS篩で32μm〜38μmに分
級した。顕微鏡による目視検査では真球程度の劣ったも
の、二個付着したか、潰れたり細長く変形された物が約
10%混入していた。回転傾斜円板2はφ100mmを
用い傾斜角度を6度とした。
【0036】例1の試験例1として供給は、微小銅ボー
ルを7000球/分の割合で1分間供給し、トータル
7.000球供給した。
【0037】例1の試験例2として5分間供給し、トー
タル35000球供給した。
【0038】一方、比較例1として同一の銅ボールを6
000球/分の割合で1分問供給し、トータル6000
球供給した。
【0039】また、比較例2として、試験例1及び2で
用いたものと同一の銅ボールを8000球/分の割合で
5分間供給し、トータル40000球供給した。
【0040】また、比較例3として、同じロットで作製
した銅ボールをJIS篩で20〜25μmに分級し、7
000球/分の割合で5分間供給し、トータル35.0
00球供給した。
【0041】その結果、下記表3に示すとおり本発明で
は試験例1では全体の約76%、試験例2では全体の約
80%の良品を回収することができ、その良品中に不良
品は無く、微小金属ボールにおいて異形状の選別が可能
であった。しかし、下記表4に示す比較例1のように投
入量を少なくした場合、回転傾斜円板2上に残る良品ボ
ールが多く回収率が少なくなってしまった。また、比較
例2の様に供給量を多くした場合、回転傾斜円板2上に
残った不良品ボールにより良品ボールが引っかかり、回
転傾斜円板2上に良品ボールも多く残り回収量が少なく
尚かつ、回収した良品中にも不良品が混入していた。
【0042】さらに、比較例3の様により小さな金属ボ
ールを選別した場合、回転傾斜円板2上にそのほとんど
が吸着してしまい回収できなかった。
【0043】
【表3】
【0044】
【表4】
【0045】(例2)市販の粉末球状化処理装置により
作製した銅ボールをJIS篩でφ106〜125μmに
分級し回転傾斜選別を行った後、その表面にPbSn系
のはんだめっきを10μm施し、φ126〜145μm
の複合金属ボールとした。顕微鏡による目視検査では真
球程度の劣ったもの、めっきにより二個付着したか、潰
れたり細長く変形された物が約5%混入していた。回転
傾斜円板はφ300mmを用い傾斜角度を6度とした。
供給は複合金属ボールを7000球/分の割合で、5分
間供給しトータル35,000球供給した。比較例4と
して同一の複合金属ボールをφ150mmの回転傾斜円
板にトータル35.000球供給した。その結果、下記
表5に示すとおり本発明では全体の約90%の良品を回
収することができ、その良品中に不良品は無く、複合金
属ボールにおいても異形状の選別が可能であった。
【0046】しかし、比較例4ではほぽ全てのボール
が、傾斜円板上に留まることなく回収されてしまった。
自ずと、良品中の不良品数も多く実質選別ができていな
かった。
【0047】
【表5】
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
直径150μm以下の微小な範囲においても良好な転が
り性を備えた金属ボールの回転傾斜選別方法と、それを
高い選別精度で実施できるシステムと、それによって選
別された金属ボール及び複合金属ボールとを提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による回転傾斜選別装置の
概略を示す図であり、良品選別時の動作を示している。
【図2】図1の回転傾斜選別装置の不良品選別時の動作
を示す図である。
【図3】従来技術の回転傾斜選別方法の一例の欠点の説
明に供せられる図であり、(a)は真球度の劣ったも
の、(b)二個付着したもの、(c)潰れたものもしく
は軸長く変形されたものを夫々示している。
【符号の説明】
1 回収容器 2 回転傾斜円板 3 モーター 4 定量供給装置 5 スクレーパー 6 金属ボール 7 良品回収金属ボール 8 不良品回収金属ボール 10 回転傾斜選別装置 101,102,103 金属ボール(不良品) 111 最大外径 112 最小外径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 則彦 富山県富山市岩瀬古志町2番地 東京タン グステン株式会社富山製作所内 (72)発明者 市田 晃 富山県富山市岩瀬古志町2番地 東京タン グステン株式会社富山製作所内 Fターム(参考) 4D021 JB01 KA03 KA12 LA01 MA05 MA06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直径φ30〜150μmの金属ボールの
    異形状を選別する方法において、回転傾斜させた円板直
    径に対し一定の球数範囲で選別することで、高い選別精
    度を得ることを特徴とする回転傾斜選別システム。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の回転傾斜選別システムに
    おいて、前記金属ボールの投入量が、各被処理金属ボー
    ルの直径範囲において下記表1の数量範囲に調整されて
    いることを特徴とする回転傾斜選別システム。 【表1】
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の回転傾斜選別シス
    テムを用いることにより得られる直径φ30〜150μ
    mを備え、良好な転がり性を有することを特徴とする金
    属ボール。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の金属ボールにおいて、電
    気伝導性良好な銅、金又はそれらを主成分とした合金か
    ら成ることを特徴とする金属ボール。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の金属ボールにおいて、前
    記金属ボールをコアとして、更に、前記コアの周囲に、
    はんだめっき層から成る導電層を備えており、良好な転
    がり性を備えていることを特徴とする複合金属ボール。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の複合金属ボールにおい
    て、前記はんだめっき層がPbSn系、SnAg系、及
    びSnZn系の内少なくとも一種のはんだから成ること
    を特徴とする複合金属ボール。
  7. 【請求項7】 直径φ30〜150μmの金属ボールの
    異形状の選別する方法において、回転傾斜させた円板直
    径に対し一定の球数範囲で選別することで、高い選別精
    度を得ることを特徴とする回転傾斜選別方法。
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Cited By (2)

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