JP2005139526A - 金属球の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所要球径の金属球を高い収率で簡単に製造できる金属球の製造方法を提供すること。
【解決手段】 底面が曲面である凹部を備えた金属成形用の治具２の当該凹部に金属粉や金属片１ａを入れる。金属片１ａは、例えば線材を切断することや板材を打抜くことによって得られる。次に、治具２の凹部に入れた金属粉または金属片１ａにレーザビームＢを照射する。すると、凹部内の金属が短時間で溶融されて球形に成形される。これにより、金属球１ｂが製造される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、金属球の製造方法に関し、特に、貴金属球または貴金属含有合金球の製造方法に関する。

金属球の製造方法としては、例えば、溶融金属を水中等に噴霧し急冷凝固させるいわゆるアトマイズ法がある。ところが、この方法では大がかりな装置が必要である。そして、製造される金属粒の直径や形状のバラツキが大きく、収率が悪い。また、所要球径の金属球だけを得ようとすると、篩等によって選別する手間が必要であり、効率良く金属球を製造できない。

この他に、深さよりも直径の方が大きい円形の凹部を多数有するカーボン製等の治具の前記凹部内に金属粉を充填し、その後、凹部内の金属粉を、非酸化性雰囲気の下、電気炉で加熱し融合させて表面張力により球状化する金属球の製造方法がある（特許文献１参照）。ところが、この製造方法では、自重で変形した金属球が得られたり、金属球の表面に凝固時の収縮に起因する凹部や平坦部が発生したりすることがある。また、所要球径の金属球を製造する場合の金属球の収率は、先に挙げたアトマイズ法に比べれば、ある程度高い（具体的には４５％〜６９％）が必ずしも十分でない。
特開昭６４−４４０２号公報

さらに、金属球の製造方法としては、貴金属または貴金属合金を、高融点材料からなる治具の凹部内で電気炉を用いて溶融凝固させ、その後、半球状凹部を有する上下金型で加圧成形加工する方法がある（特許文献２参照）。この製造方法によれば、自重の影響で金属球が変形したり、凝固時の収縮に起因する凹部や平坦部が金属球表面に発生したりすることがなく、また所要球径の金属球を製造する場合の収率も９２％と高い。ところが、この製造方法では、電気炉で金属を加熱・溶融させてある程度球形に成形した後、さらに上下金型を用いてヘッダー加工機等で加圧成形する必要があり、金属球の製造に手間がかかる。
特開平６−２６４１１３号公報

このような問題点に鑑み、本発明は、所要球径の金属球を高い収率で簡単に製造できる金属球の製造方法を提供することを課題とする。

本発明に係る金属球の製造方法は、このような課題を解決するものであり、底面が曲面である凹部を備えた金属成形用の治具の当該凹部に、金属粉または金属片を入れた後、当該金属粉または金属片にレーザビームを照射するという方法である。

この金属球の製造方法においては、まず、治具の凹部に金属粉または金属片を入れる。なお、金属片は、例えば線材を切断することや板材を打抜くことで得られる。次に、凹部に入れた金属粉または金属片にレーザビームを照射する。凹部に入れられた金属は、微小な物体であるので、レーザビームが照射されると極めて短時間で溶融し、球形に成形される。金属に表面張力が作用するからであると考えられる。そして、レーザビームの照射を終了すると、金属が凝固して金属球が得られる。このように本発明によれば、短時間で簡単に金属球を製造できる。本発明に係る製造方法で製造される金属球の大きさは、概ね０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。

そして、本発明に係る金属球の製造方法によれば、自重が原因と見られる変形を有する金属球や、凝固時の収縮に起因する凹部や平坦部を表面に有する金属球はほとんど製造されない。したがって、所要球径の金属球を製造する場合に極めて高い収率が確保される。その理由は明確ではないが、次のように考えられる。レーザビームを照射する金属溶融方法では、凹部に入れた金属だけを加熱して溶融させることができるので、治具の加熱が最小限に抑制される。治具が加熱されなければ、レーザビーム照射後、金属球の熱は伝熱によって急速に治具に放熱されるので金属球は急冷される。先に説明したアトマイズ法のように、金属球を急冷させる方法では、自重に起因する変形や凝固時の収縮に起因する凹部や平坦部の発生が問題になっていないように、治具の凹部内の金属球が急冷される本発明においてもこのような問題が生じないと考えられる。

また、レーザビームを用いる方法によれば、大気中でレーザビームを照射して金属を溶融させることができるので、装置が大掛かりになることがなく、生産性に優れるという利点がある。例えば、電子ビームで金属を溶融させる方法では、真空などの雰囲気下で金属に電子ビームを照射する必要があるので、装置が大掛かりなものになり生産性が良くない。なお、例えばＰｔＮｉ合金など酸化しやすい金属の金属球を製造する場合は、対象金属に窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを吹き付けつつレーザビームを照射して溶融させることが好ましい。

治具の凹部としては、半球形状の凹部または底面が半球形状である凹部が好ましい。凹部がこのような形状であれば真球により近い金属球を簡単に製造できるからである。また、治具としては例えばカーボン製やセラミックス製のものを挙げることができる。

そして、ここまで説明した金属球の製造方法は、貴金属球または貴金属含有合金球を製造する方法として特に好適である。貴金属球または貴金属含有合金球の製造に用いられる原料としては、例えば、ＰｔＩｒ合金、ＰｔＮｉ合金、ＡｕＰｔＰｄＡｇＣｕＺｎ合金、ＡｇＰｄ合金などを挙げることができる。

以上のように、本発明に係る金属球の製造方法を用いれば、高い収率でしかも簡単に金属球を製造できる。

以下、本発明に係る金属球の製造方法の好適な実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

貴金属球を製造するために、原材料として直径０．７ｍｍの線材（Ｐｔ：９０％、Ｉｒ：１０％）を用意した。また、図１に示されるような半球形状の凹部２ａを有するセラミックス製の治具２を用意した。なお、この治具２は直径１．０ｍｍの貴金属球を製造するためのものであり、凹部２ａの直径は１．０ｍｍであった。

実施例１：まず、用意した線材１を長さ１．３６ｍｍに切断して得た貴金属チップ１ａを、図２（ａ）に示されるように、治具２の凹部２ａに入れた。そして、凹部２ａ内の貴金属チップ１ａにレーザビームＢを照射して貴金属球１ｂ（図２（ｂ）参照）を得た。なお、本実施形態では、ＹＡＧレーザをレーザ媒質とするパルス状のレーザビームを１Ｐ（パルス）だけ貴金属チップ１ａに照射した。照射時間（＝パルス長）は２０ｍｓ（ミリ秒）であり、１Ｐの出力（エネルギー量）は１６Ｊ／Ｐであった。また、レーザビームのビーム径は０．６ｍｍであった。

このような製造方法で直径１．０ｍｍの貴金属球を１０００個製造した。製造された貴金属球の直径を測定したところ、全ての貴金属球が１．０±０．０５ｍｍの直径であった。そして、貴金属球を観察したところ、全ての貴金属球の表面は滑らかであり、また金属球の自重を原因とする変形や凝固時の収縮に起因する凹部や平坦部が表面にある貴金属球１ｂの数はわずかであり、貴金属球の収率は９５％と極めて高かった。

実施例２：この実施例は、金属球を製造する際に治具２の凹部２ａに入れる金属チップの形態が異なる。本実施例では、原材料として厚さｔが０．７ｍｍの板材１０を用意し、この板材を打抜いて得た直径０．９７ｍｍの円盤状を貴金属チップ１０ａとして用いた（図３参照）。原材料の組成など貴金属チップの形態以外の条件は実施例１と同じであった。このような貴金属チップ１０ａを用いて直径１．０ｍｍの貴金属球１ｂを製造したところ、製造された貴金属球は全て、直径が１．０±０．０５ｍｍであり、表面が滑らかであった。そして、貴金属球の収率は、実施例１と同様に、９５％と極めて高かった。このように、本実施形態の金属球の製造方法によれば、所望の直径の金属球を高い収率で簡単に製造できることが解った。

金属球、特に貴金属球または貴金属含有合金球は、例えば、電気接点、マイクロリードピン用のろう材、半導体のバンプ用材料、触媒用金属球、ガスセンサー用金属球または配線用の球状電極など、各種用途で用いられる。

用意した線材と治具を示す斜視図。 実施形態で用いた製造方法を説明するための説明図。 実施形態で用いた別の製造方法を説明するための説明図。

符号の説明

１ 貴金属製の線材
１ａ，１０ａ 貴金属チップ（貴金属片）
１ｂ 製造された貴金属球
２ 治具
２ａ 治具の凹部
Ｂ レーザビーム

Claims (3)

1. 底面が曲面である凹部を備えた金属成形用の治具の当該凹部に、金属粉または金属片を入れた後、当該金属粉または金属片にレーザビームを照射する金属球の製造方法。
2. 治具の凹部は、半球形状または底面が半球形状である、請求項１に記載の金属球の製造方法。
3. 貴金属球または貴金属含有合金球製造用である請求項１または請求項２に記載の金属球の製造方法。

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