JP2006224106A - 溶融金属吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半田滴の酸化を不活性ガスの供給によって防止しつつも、着弾の位置精度を向上させ、かつ不活性ガスの消費量を低減する、溶融金属吐出装置を得る。
【解決手段】ノズルプレート４の下方に保持板９が設けられている。保持板９には、吐出口５の直下を中心とする空洞部９１が形成されている。空洞部９１の底部にはフランジ９３が形成されている。さらに、フランジ９３の底部で吐出口５の直下には、半田滴８よりも径が大きく開口するオリフィス１１が形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、溶融金属を吐出する技術に関し、例えば溶融半田を所定量吐出する技術に採用することができる。

ＬＳＩなどの半導体部品を実装するために、半田滴などの溶融金属をノズルの吐出口から吐出させ、半導体チップや基板上のランドにバンプを形成する、溶融金属吐出装置が採用される。溶融金属吐出装置では、吐出された溶融金属は空中を一時的に飛翔するため、飛翔の際に表面が酸化されてしまう可能性があった。これは接合不良の発生を招来する問題があった。

かかる不都合を解消するため、吐出口から吐出された半田滴に対して、不活性ガス（以下、窒素ガスも含む）を供給する技術が提案されている。

特許文献１においては、吐出口から吐出された半田滴に不活性ガスが側方から直接に吹き付けられるため、半田滴の吐出方向が不活性ガスによって曲げられてしまう可能性があった。これは半田滴を所望の位置へと着弾させることできず、所望の位置にバンプを形成できないという問題点を招来する。

また、ノズルプレートの底面がカバーによって覆われているため、バンプを形成する対象物から吐出口までの距離が長くなる。これも着弾の位置精度を悪化させる要因となっていた。

更に、ノズルプレートの下方には保持板が設けられていないので、ダイアフラムによる上方からの押圧力によってノズルプレートが変形してしまい、吐出に悪影響を及ぼす可能性があった。

一方、特許文献２においては、平板状のノズルプレートを下方から支持する支持板が、半田滴の吐出口を露出しつつ設けられていた。そして供給パイプが支持板の内部に埋め込まれ、供給パイプから窒素ガスを吐出口へと供給することにより、半田滴へと窒素ガスが吹き付けられていた。この際、所定の箇所にスリットを有する複数の障壁が吐出口の周囲に設けられていた。

このように支持板が設けられていたことにより、ダイアフラムによる上方からの押圧力が加わってもノズルプレートが変形することは防止されていた。しかも供給パイプが支持板の内部に埋め込まれることにより、バンプを形成する対象物から吐出口までの距離を短くすることもできた。また障壁により、窒素ガスの吹きつけが半田滴へと直接には行われていないので、着弾の位置精度も向上していた。

特開２００３−３３４６５４号公報 特開２０００−２９４５９１号公報

しかしながら、特許文献２に開示されていた技術によっても、下記の問題が懸念される。即ち、吐出口の周囲に障壁が設けられ、窒素ガスが一方向から直接に半田滴に吹き付けられることは避けられているものの、吐出口から吐出された半田滴は依然として吐出方向と垂直方向からの窒素ガスの流れの影響を受ける。これは吐出方向の不安定さ、窒素ガスの消費量の増大を招来する。

本発明はかかる問題を解決するためになされたもので、半田滴の酸化を不活性ガスの供給によって防止しつつも、着弾の位置精度を向上させ、かつ不活性ガスの消費量を低減する、溶融金属吐出装置を得ることを目的とする。

この発明にかかる溶融金属吐出装置は、貯蔵室に貯蔵された溶融金属を一方から押圧することで吐出口から前記溶融金属を吐出する。そして保持板と第１通路とを備える。前記保持板は前記吐出口の周囲に空洞部を形成する。前記第１通路は前記空洞部へとガスを供給可能である。前記空洞部の前記吐出口の直下には、吐出される前記溶融金属の径よりも大きな径を有して開口するオリフィスが設けられる。

通路を経由して、空洞部へと不活性ガスを供給することができるので、吐出される溶融金属の酸化を防止する。しかもオリフィスによって不活性ガスの流出が制限でき、空洞部において不活性ガスを充満させることにより、不活性ガスの流量を制限して上記酸化を防止できる。これは吐出方向への不活性ガス流の影響を低減し、以て着弾の位置精度を向上させるのみならず、不活性ガスの消費量をも削減して、ランニングコストの低減をも招来する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る溶融金属吐出装置の構造を示す断面図である。ボディ１は、側壁部１０１と、底壁部１０２と、薄板部３とを有している。底壁部１０２の底面内には、外部から供給された溶融半田（溶融金属）６を貯蔵するための貯蔵室２が形成されている。貯蔵室２の上面には薄板部３が位置しており、薄板部３はダイアフラムとして機能する。

底壁部１０２の底面には、ノズルプレート４が取り付けられている。ノズルプレート４の上面は、貯蔵室２の底面を規定している。また、ノズルプレート４の中央部には、半田滴８が吐出される吐出口５が開口されている。ノズルプレート４の底面には、下方（溶融金属の吐出側）からノズルプレート４を保持するための保持板９が取り付けられている。

図２は、図１に示した保持板９の構造を示す上面図である。図１において示される保持板９の表示は、図２に示した位置I−Iにおける断面矢視図に相当する。図３はノズルプレート４と保持板９との構造を示す上方から見た斜視図であり、見やすくするために上下に分離して示している。実際は鎖線に沿って両者は結合する。

図２に例示されるように保持板９は円板形状を採用することができる。保持板９の上面は、ノズルプレート４の底面に接触している。保持板９の構造については、後に詳述する。

薄板部３上には、圧電素子７が薄板部３の上面（溶融金属の吐出側とは反対側の面）に密着して取り付けられている。圧電素子７に制御電圧を印加すると、圧電素子７が変形することによって薄板部３が下方に押し込まれる。これにより、貯蔵室２内に貯蔵されている溶融半田６が薄板部３によって下方に押圧される。その結果、吐出口５から半田滴８が吐出される。

本実施の形態１に係る溶融金属吐出装置によると、ノズルプレート４の下方に保持板９が設けられている。そのため、薄板部３による上方からの押圧力が加わってもノズルプレート４が変形することはなく、ノズルプレート４の変形が吐出に及ぼす悪影響を回避することができる。

保持板９には、吐出口５の直下を中心とする空洞部９１が形成されている。図２及び図３に例示されるように、空洞部９１は円筒形状を採用することができる。空洞部９１の底部にはフランジ９３が形成されている。さらにフランジ９３の底部には狭窄部９４が設けられている。狭窄部９４によって、吐出口５の直下には、半田滴８よりも径が大きく開口するオリフィス１１が形成されている。

他方、保持板９の上面内には、空洞部９１に連通する溝９２が形成されている。溝９２内には、不活性ガスを、外部の不活性ガス供給装置（図示しない）から供給するための供給パイプ２０が埋め込まれている。図２，３には供給パイプ２０として２本の供給パイプ２０１，２０２が溝９２内に埋め込まれている例を示したが、１本の供給パイプのみが埋め込まれていてもよい。また、保持板９の上面とノズルプレート４の底面とを隙間なく密着できるのであれば、供給パイプ２０を設けず、不活性ガスの供給路としての溝９２を形成するだけでもよい。

つまり、溝９２及び／又は供給パイプ２０は空洞部９１へとガスを供給可能な第１通路として機能する。

供給パイプ２０を介して不活性ガスが空洞部９１へと供給される。そして不活性ガスはオリフィス１１に対して垂直方向に向きを変え、下方に向かって流出する。オリフィス１１を介した不活性ガスの外部への流出は、狭窄部９４で制限されるので、空洞部９１は不活性ガスで充満される。

このように本実施の形態１に係る溶融金属吐出装置によると、供給パイプ２０から供給された不活性ガスは、その外部への流出を狭窄部９４で制限され、空洞部９１は不活性ガスで充満した空間となる。これにより、半田滴８の酸化をより効果的に防止できる。

また、供給する不活性ガスの流量を大幅に減少させても、空洞部９１は不活性ガス圧が外部圧よりも大きくなっているため、酸化の原因となる外部酸素の空洞部９１への流入を防止できるため、半田滴８の吐出方向に及ぼす不活性ガス流の影響を、非常に小さくすることが可能となる。これにより半田滴８の着弾の位置精度を向上させ、しかも不活性ガスの消費量も大幅に削減でき、ランニングコストの低減にも繋がる。

図４は、保持板９の第１の変形を例示する断面図である。図１に示したフランジ９３を除去し、空洞部９１の底面に直接狭窄部９４を設けてもよい。かかる構造によっても、上記と同様の効果を得ることができる。

図５は、保持板９の第２の変形を例示する断面図である。図１に示したフランジ９３を開口部１１に向けてテーパ上に薄くすることで狭窄部９４を形成してもよい。かかる構造によっても、上記と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る溶融金属吐出装置の構造を示す断面図であり、図１に対応している。実施の形態１ではオリフィス１１は保持板９において形成されていたが、本実施の形態では保持板９に対して着脱可能なオリフィスプレート１０を採用している。オリフィスプレート１０には吐出口５の直下に、半田滴８よりも径が大きく開口するオリフィス１１が形成されている。

なお、保持板９には実施の形態１と同様に、空洞部９１とその底面にフランジ９３が形成されている。

このように本実施の形態に係る溶融金属吐出装置によると、空洞部９１に吐出異常などで堆積した半田滴８を、オリフィスプレート１０のみ取り外すことで排出でき、メインテナンスが容易となる。

図７は、オリフィスプレート１０の第１の変形を例示する断面図である。当該変形では保持板９に位置決め用の溝９４を設け、溝９４にオリフィスプレート１０が嵌合して設けられている。当該変形によれば、オリフィスプレート１０の位置決め精度が向上する。

図８は、オリフィスプレート１０の第２の変形を例示する断面図である。当該変形では溝９４においてオリフィスプレート１０が保持板９に螺合する。図９に、保持板９にオリフィスプレート１０が螺合した状態を拡大して示す。

具体的には、オリフィスプレート１０の外周部にねじ溝１０Ａを設け、保持板９の溝９４にはねじ溝１０Ａと螺合するねじ溝９Ａを備える。かかる構造によって、オリフィスプレート１０の保持板９に対する着脱が容易であり、かつオリフィスプレート１０を保持板９に装着した時は、オリフィスプレート１０は保持板９に堅持される。

ねじ溝９Ａ，１０Ａは例示であり、保持板９とオリフィスプレート１０との間に他の取り付け構造を設けてもよい。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る溶融金属吐出装置の構造部分的にを示す断面図であり、図４、図５、図７、図８と対応している。ノズルプレート４上には、図１及び図６に例示されたように、ボディ１と圧電素子７とが配置される。

本実施の形態においてはオリフィスプレート１０の上面（空洞部９１側）に空洞部９１と連通するフランジ溝３１、及びフランジ溝３１に連通するバイパス溝３２ａ〜３２ｄを設けている。バイパス溝３２ｃ、３２ｄは後述する図１１に現れるが、図１０の断面には現れない。オリフィスプレート１０のフランジ溝３１の底部には、吐出口５の直下で、半田滴８よりも径が大きく開口するオリフィス１１が設けられている。

オリフィスプレート１０は、その上面が保持板９の底面に接合されるので、保持板９とオリフィスプレート１０との間には、バイパス溝３２ａ〜３２ｄに沿って不活性ガスを排出する第２通路が形成されることになる。

図１１は本実施の形態におけるオリフィスプレート１０の上面を示す斜視図である。図１０では現れなかったバイパス溝３２ｃ，３２ｄも現れている。バイパス溝３２ａ〜３２ｄは吐出方向に対して垂直に設けられている。

図１２及び図１３は、本実施の形態にかかる溶融金属吐出装置の動作を説明する断面図であり、いずれも溶融半田を省略して描いている。図１２は半田滴を吐出していない待機状態を示す。矢印Ａで示されるように、不活性ガスが供給パイプ２０から供給される。不活性ガスの大半は矢印Ｃで示されるようにオリフィス１１から、残りが第２通路から、それぞれ排出される。図１２では第２通路としてバイパス溝３２ａ，３２ｂが現れており、それぞれから不活性ガスが排出される様子が矢印Ｂ１，Ｂ２で示されている。

図１３は、半田滴を着弾させる対象たる基板１２が、オリフィスプレート１０に接近して配置されている状態を示している。このような状態で半田滴が吐出される稼動状態に入るが、開口部１１と基板１２が近接している。オリフィス１１から流出する不活性ガス（矢印Ｃ’）の流量は、待機状態においてオリフィス１１から流出する不活性ガス（図１２の矢印Ｃ）の流量よりも減少する。他方、第２通路から排出される不活性ガス（矢印Ｂｌ’，Ｂ２’）の流量は、待機状態において第２通路から排出される不活性ガス（図１２の矢印Ｂ１，Ｂ２）の流量よりも増大する。

このように本実施の形態に係る溶融金属吐出装置によると、不活性ガスを排出する第２通路をオリフィス１１とは別個に設けたので、半田滴を着弾させる対象がオリフィスに近接していない待機状態と、近接している稼動状態との間で、流出する不活性ガス量を平準化することができる。これにより空洞部９１の内圧の変動を防止でき、吐出時に半田滴に作用する圧力が平準化され、吐出の安定性を向上できる。また不活性ガス供給量の調整が容易となる。これは更に、溶融金属吐出装置と、着弾対象との間の距離の短縮化を容易にし、吐出中の半田滴が大気に曝される時間を短くすることができるので、半田滴をより酸化しにくくすることができる。

図１４は、本実施の形態の変形を例示する断面図である。当該変形では保持板９のオリフィスプレート１０側にバイパス溝３３ａ〜３３ｄを設ける。バイパス溝３３ｃ、３３ｄは後述する図１５に現れるが、図１４の断面には現れない。

図１５は、当該変形における保持板９及びオリフィスプレート１０の構造を示す下方からの斜視図であり、見やすくするために上下に分離して示している。実際は鎖線に沿って両者は結合する。図１４では現れなかったバイパス溝３３ｃ，３３ｄも現れている。バイパス溝３２ａ〜３２ｄは吐出方向に対して垂直に設けられている。

当該変形においても、オリフィスプレート１０は保持板９の底面に接合されるので、保持板９とオリフィスプレート１０との間には、バイパス溝３３ａ〜３３ｄに沿って不活性ガスを排出する第２通路が形成されることになる。従って、上記と同様の効果を得ることができる。

本実施の形態において、第２通路を確保しつつもオリフィスプレート１０の外周部にねじ溝を形成することは可能であるから、実施の形態２と同様にしてオリフィスプレート１０を保持板９に取り付けることができる。

変形．
空洞部９１は、不活性ガスが滞留できる程度の大きさがあれば足り、必ずしも広く採る必要はない。保持板９がノズルプレート４の変形を抑えるという観点からは、空洞部９１の広がりは、吐出口５近傍にとどめることも望ましい態様である。

オリフィス１１の開口径は、上述のように吐出されるべき溶融金属（例えば半田）滴の径よりも大きいことが必要であり、吐出方向の誤差を考慮するという観点からは、吐出される金属滴の２倍以上の開口径を有することも望ましい。

一方、本発明では空洞部９１において不活性ガスを滞留させるため、オリフィス１１の開口径を小さくすることが望ましい。かかる観点では、第１通路における不活性ガスの、流入方向に対する有効径以下とすることが望ましい。空洞部９１によって不活性ガスが滞留するため、不活性ガスの吹きつけによって金属滴の飛翔方向が受ける影響は小さく、よって考慮すべき吐出方向の誤差自体が小さくなる。

例示であるが、吐出金属滴の直径が０．０５ｍｍで、第１通路の有効径が直径で１ｍｍの場合には、オリフィス１１が開口する直径は０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。

本発明の実施の形態１に係る溶融金属吐出装置の構造を示す断面図である。 保持板９の構造を示す上面図である。 ノズルプレート４と保持板９との構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１の第１の変形を例示する断面図である。 本発明の実施の形態１の第２の変形を例示する断面図である。 本発明の実施の形態２に係る溶融金属吐出装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態２の第１の変形を例示する断面図である。 本発明の実施の形態２の第２の変形を例示する断面図である。 本発明の実施の形態２の第２の変形を例示する断面図である。 本発明の実施の形態３に係る溶融金属吐出装置の構造を示す断面図である。 オリフィスプレート１０の上面を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３にかかる溶融金属吐出装置の動作を説明する断面図である。 本発明の実施の形態３にかかる溶融金属吐出装置の動作を説明する断面図である。 本発明の実施の形態３の変形を例示する断面図である。 本発明の実施の形態３の変形を例示する斜視図である。

符号の説明

２ 貯蔵室、５ 吐出口、６ 溶融半田、８ 半田滴、９ 保持板、９Ａ，１０Ａ ねじ溝、１０ オリフィスプレート、１１ オリフィス、２０，２０１，２０２ 供給パイプ、３２ａ〜３２ｄ，３３ａ〜３３ｄ バイパス溝、９１ 空洞部、９２ 溝。

Claims (5)

1. 貯蔵室に貯蔵された溶融金属を一方から押圧することで吐出口から前記溶融金属を吐出する溶融金属吐出装置であって、
   前記吐出口の周囲に空洞部を形成する保持板と、
   前記空洞部へとガスを供給可能な第１通路と
   を備え、
   前記空洞部の前記吐出口の直下には、吐出される前記溶融金属の径よりも大きな径を有して開口するオリフィスが設けられる、溶融金属吐出装置。
2. 前記オリフィスを有し、前記保持板に対して着脱可能なオリフィスプレート
   を更に備える、請求項１記載の溶融金属吐出装置。
3. 前記保持板は前記オリフィスプレートが嵌合する溝を有する、請求項２記載の溶融金属吐出装置。
4. 前記オリフィスプレートの外周部にはねじ溝が設けられ、
   前記保持板の前記溝には前記オリフィスプレートのねじ溝と螺合するねじ溝が設けられる、
   請求項３記載の溶融金属吐出装置。
5. 前記オリフィスプレートと前記保持板との間に、前記空洞部から前記ガスを排出可能な第２通路
   を更に備える、請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載の溶融金属吐出装置。
   

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