JP2007160378A

JP2007160378A - 溶融金属吐出装置

Info

Publication number: JP2007160378A
Application number: JP2005362665A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Yokoyama; 吉典横山; Hiroshi Fukumoto; 宏福本; Munehisa Takeda; 宗久武田
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】半田滴が酸化されることを不活性ガスの供給によって防止しつつも、着弾位置の精度を従来よりも向上し得る溶融金属吐出装置を得る。
【解決手段】ノズルプレート４は、平板状のプレート部４２と、プレート部４２の底面の中央部から下方に向けて先細り状に突出した突出部４１とを有している。突出部４１の下端には、半田滴８が滴下される吐出口５が規定されている。供給パイプ２０から供給された窒素ガスは、突出部４１の側面で受け止められた後、半田滴８の吐出方向（即ち下方）に向きを変えて噴出される。ダイアフラムとして機能する薄板部３には、その底面の中央部から下方に向けて先細り状に突出した突出部１０ａが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融金属吐出装置の構造に関する。

溶融金属吐出装置は、ＬＳＩなどの半導体部品を実装するにあたって、半田滴などの溶融金属をノズルの吐出口から滴下して、半導体チップや基板上のランドにバンプを形成するための装置である。溶融金属吐出装置においては、吐出口から滴下された半田滴が空気中を一時的に落下するため、落下の際に半田滴の表面が酸化されてしまい、その結果として接合不良が発生するなどの不都合があった。

かかる不都合を回避するため、下記特許文献１に開示された従来の溶融金属吐出装置では、平板状のノズルプレートの底面が筒状のカバーで覆われ、カバーの側面に差し込まれた不活性ガス導入管からカバー内に窒素ガスが供給されている。

また、上記不都合を回避するために、下記特許文献２に開示された従来の溶融金属吐出装置では、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おり、吐出口に対して窒素ガスを供給するための供給パイプが、支持板の内部に埋め込まれている。そして、供給パイプから供給された窒素ガスが、吐出口から滴下された半田滴に直接噴き付けられないようにするために、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る。

特開２０００−２９４５９１号公報（図１）特開２００３−３３４６５４号公報（図１）

しかしながら、上記特許文献２に開示された従来の溶融金属吐出装置によっても、依然として次のような問題が残っていた。

溶融金属の吐出の過程で溶融金属の貯蔵室中に気泡を巻き込むことがあり、その巻き込まれた気泡が大きくなったり、また、気泡が内壁面に付着していると、吐出の液滴径が変化し、吐出の精度が悪化するなど、不安定な吐出になることが起こっていた。さらに、プレート部の底面の一部から下方に向けて突出し、下端に吐出口が規定されているようなプレート形状の場合は、プレート部と吐出口間の体積が拡大し、吐出口付近の溶融金属の流速が遅くなり、壁面についた気泡を除去しずらくなるなどの問題点があった。

本発明はかかる問題を解決するために成されたものであり、半田滴が酸化されることを不活性ガスの供給により防止し、着弾位置の精度を向上することを可能としつつ、壁面に付着した気泡を除去して吐出の精度を容易に回復できる、溶融金属吐出装置を得ることを目的とする。

本発明に係る溶融金属吐出装置は、溶融金属の貯蔵室に貯蔵された前記溶融金属を上方から押圧することによって吐出口から滴下する溶融金属吐出装置であって、前記貯蔵室の底面を規定し、下方に向けて突出した突部に吐出口を有するノズルプレートと、前記突出部の側方から前記突出部の側面に向けて不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記貯蔵室の上面を規定し、前記貯蔵室に貯蔵された前記溶融金属を上方から押圧するダイアフラムとを備え、前記ダイアフラムは、前記吐出口に向けて突出した突出部を有することを特徴とする。

本発明に係る溶融金属吐出装置によれば、吐出口から滴下された溶融金属が酸化されることを不活性ガスの供給によって防止しつつも、着弾位置の精度を向上することが可能となる。また、溶融金属の吐出時に貯蔵室内に巻き込んで貯蔵室の内壁に付着した気泡を、吐出口から外部に効率良く排出することができる。

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。また、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は、図２に示したラインI−Iに沿った位置に関する保持板９の断面構造を、他の構成部品とともに示したものに相当する。また、図３は、図１に示したノズルプレート４と保持板９との位置関係を示した斜視図である。

図１を参照して、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が形成されており、薄板部３はダイアフラムとして機能する。

薄板部３には、後述する突出部４１に対応する箇所に、薄板部３の底面の中央部から下方に向けて先細り状に突出した突出部１０ａが形成されている。突出部１０ａの突出量は、例えば、後述する保持板９の板厚にほぼ等しい。突出部１０ａの形状は、突出部４１の形状に合わせて、円錐形（断面は三角形）、円錐の先端が切断された形状（断面は台形）、又は円柱形（断面は長方形）などを採用することができる。但し、これらの形状に限らず、突出部４１における貯蔵室２の容積を小さくでき、貯蔵室２内を後述する吐出口５に向かって流れる溶融半田６の流速を上げることが可能な形状であれば、どのような形状であっても良い。

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は、平板（円板）状のプレート部４２と、プレート部４２の底面の中央部から下方に向けて先細り状に突出した突出部４１とを有している。換言すれば、突出部４１は、上部から下部に向かって直径が徐々に小さくなる円錐形状をなしている。プレート部４２の底面からの突出部４１の突出量は、保持板９の板厚にほぼ等しい。プレート部４２の上面は、貯蔵室２の底面を規定している。突出部４１の下端には、半田滴８が滴下される吐出口５が規定されている。つまり、吐出口５は、プレート部４２の底面よりも下方に規定されている。

ノズルプレート４の底面には、下方からノズルプレート４を保持するための円板状の保持板９が取り付けられている。保持板９の上面は、プレート部４２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、その結果、吐出口５から半田滴８が滴下される。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。

図２，３を参照して、保持板９には、突出部４１に対応する箇所（中央部）に、円形の開口９１が形成されている。開口９１の底部には、フランジ９３が形成されている。保持板９の上面内には、開口９１に繋がる溝９２が形成されている。溝９２内には、窒素ガス等の不活性ガスを外部の窒素ガス供給装置（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、窒素ガスの供給路としての溝９２を形成するだけでもよい。

図１を参照して、窒素ガス供給装置から供給パイプ２０を介して供給された窒素ガスは、突出部４１の側方から突出部４１の側面に向けて噴き付けられる。その後、窒素ガスは、突出部４１の円錐形状に起因して、開口９１内で突出部４１の側面を回り込みながら、フランジ９３の先端と突出部４１の側面との隙間から下方に向かって噴出する。

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から供給された窒素ガスは、突出部４１の側面で受け止められた後、半田滴８の吐出方向（即ち下方）に向きを変えて噴出される。従って、半田滴８の吐出方向が窒素ガスによって曲げられてしまう事態を回避でき、吐出口５から滴下された半田滴８が酸化されることを防止しつつも、半田滴８の着弾位置の精度を向上することが可能となる。

また、ノズルプレート４が突出部４１を有し、突出部４１の下端に吐出口５が規定されているため、バンプを形成する対象物（半導体チップ等）から吐出口５までの距離を短くできる。従って、半田滴８の着弾位置の精度をさらに向上することが可能となる。

さらに、保持板９の上面内に溝９２を形成するという比較的簡単な構造によって窒素ガスの供給手段を実現できるため、溶融金属吐出装置の加工及び組み立てが複雑化することを最小限に抑えることができる。

また、薄板部３の底面に突出部１０ａが形成されているため、突出部４１の内壁に付着した気泡を、吐出口５から外部に効率良く排出することができる。つまり、吐出口５からの半田滴８の吐出を繰り返していると、吐出時に吐出口５から貯蔵室２の内部に巻き込まれた微小な気泡が、突出部４１の内壁面（貯蔵室２内の溶融半田６に接する面）に付着する場合がある。付着した気泡は、半田滴８の着弾位置精度を悪化させたり、半田滴８のサイズを変動させるなどの原因となり得る。ところが、本実施の形態１に係る溶融金属吐出装置によると、薄板部３の底面に形成された突出部１０ａに起因して、突出部４１における貯蔵室２の容積が小さくなる。従って、貯蔵室２内を突出部４１の内壁面に沿って吐出口５に向かって流れる溶融半田６の流速が上がるため、付着している気泡を効率良く除去することが可能となる。その結果、気泡除去の際に圧電素子７に与えるエネルギーを低減できるため、ランニングコストの削減が可能となる。

実施の形態２．
図４は、図１に対応させて、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。本実施の形態２に係る溶融金属吐出装置は、図１に示した突出部１０ａに代えて突出部１０ｂが形成されている点で、上記実施の形態１と相違する。その他の構造は上記実施の形態１と同様である。

圧電素子７の底面中央部と突出部１０ｂの上面とによって中空空間１１が規定されており、これにより、突出部１０ｂの軽量化が図られている。

このように本実施の形態２に係る溶融金属吐出装置によると、圧電素子７の底面と突出部１０ｂの上面とによって中空空間１１が規定されることにより、突出部１０ｂの軽量化が図られている。従って、ダイアフラム（薄板部３）の質量が小さくなるため、圧電素子７によってダイアフラムを押圧する際の共振周波数の値が大きくなり、その結果、より小さい半田滴８を吐出することが可能となる。

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。図１に示した保持板の構造を示す上面図である。図１に示したノズルプレートと保持板との位置関係を示した斜視図である。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。

符号の説明

２貯蔵室、３薄板部、４ノズルプレート、５吐出口、６溶融半田、８半田滴、９保持板、１０ａ，１０ｂ，４１突出部、１１中空空間、４２プレート部。

Claims

溶融金属の貯蔵室に貯蔵された前記溶融金属を上方から押圧することによって吐出口から滴下する溶融金属吐出装置であって、
前記貯蔵室の底面を規定し、下方に向けて突出した突部に吐出口を有するノズルプレートと、
前記突出部の側方から前記突出部の側面に向けて不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記貯蔵室の上面を規定し、前記貯蔵室に貯蔵された前記溶融金属を上方から押圧するダイアフラムと
を備え、
前記ダイアフラムは、前記吐出口に向けて突出した突出部を有する、溶融金属吐出装置。
前記ダイアフラムの上面を下方に向けて押圧する圧電素子をさらに備え、
前記圧電素子の底面と前記ダイアフラムの前記突出部の上面とによって、中空空間が規定されている、請求項１に記載の溶融金属吐出装置。