JP2008179902A - 球状体の製造方法と製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半田ボールなどの球状体を少ない工程で容易かつ低コストで製造できる手段を提供する。
【解決手段】球状体の原料ａを融液の状態で一定の量に分離させ，融液の状態において表面張力により球形にさせた後，冷却して固化させる方法であって，液面下に浸漬されたノズル２１先端の吐出口２２から融液を滴下させ，予め不活性ガスをバブリングさせておくことにより，酸素濃度を低減させておいた液体３６中で球状体の原料ａを球形にさせ，冷却する。
【選択図】図１

Description

本発明は，例えばＢＧＡ（ｂａｌｌ ｇｒｉｄ ａｒｒａｙ）やＣＳＰ等の半導体パッケージのバンプ材料に用いられる半田ボールの如き球状体を製造する方法と装置に関する。

例えば半導体パッケージの分野においては，基板などに対する電気的な接続を行うリードの代わりに半田ボール（半田バンプ）を装着したＢＧＡと呼ばれるものが知られている。かかるＢＧＡに利用される半田ボールを製造する場合，従来は箔等の板材や線材に加工された半田を固体の状態で精密切り出しや打ち抜き等をすることによって，半田を所望の量の原料片に分離し，その後，原料片を加熱溶融させて表面張力により球形化させ，更に冷却して固化させることにより，球状に成型した半田ボールを得ている。また，半田ペースト（クリーム半田）を作成し，これをスクリーン印刷や一定容積の穴があいた板などに刷り込む方法などにより半田を一定量分離し，その後，半田を加熱溶融させて表面張力により球形化させる方法も知られている。

しかしながら従来は，半田を所望の量ずつに分離する前工程として，板材，線材や半田ペーストなどに半田を加工しなければならず，製造工程の短縮化がはかり難かった。しかも半田を正確に計量するためには，前工程で形成される板材の厚さや線材等の太さなどについても正確な寸法精度等が要求されるため，半田ボール製造におけるコストアップの要因となっていた。

従って本発明の目的は，半田ボールなどの球状体を少ない工程で容易かつ低コストで製造できる手段を提供することにある。

この目的を達成するために，本発明によれば，球状体の原料を融液の状態で一定の量に分離させ，融液の状態において表面張力により球形にさせた後，冷却して固化させる方法であって，液面下に浸漬されたノズル先端の吐出口から融液を滴下させ，予め不活性ガスをバブリングさせておくことにより，酸素濃度を低減させておいた液体中で球状体の原料を球形にさせ，冷却することを特徴とする，球状体の製造方法が提供される。なお，液体中の酸素濃度を０．１％以下にまで低減させておくことが好ましい。

この製造方法によって製造される球状体としては，例えばＢＧＡやＣＳＰ等の半導体パッケージのバンプ材料に用いられる半田ボールの如き球状体が例示される。また請求項７に記載したように，球状体の原料は例えば金属であり，一例として半田（例えばＳｎ−Ｐｂ共晶半田）が例示される。また半田の他，球状体の原料は，請求項８に記載したように，融液の液相線温度が４５０℃以下（４５０℃以上であっても良い）である単体の金属又は２種類以上の金属よりなる合金であっても良い。更に，金属以外の材料を球状体の原料として用いることも可能である。

この製造方法によれば，球状体の原料を融液の状態で一定の量に分離させるので，従来のように半田などの原料を板材や線材に加工する工程が不要となり，製造工程の短縮化がはかれるようになる。また，正確な寸法精度等が要求される板材や線材に原料を加工しなくて良いので，製造が容易となり，低コスト化を実現できるようになる。

球状体の原料を融液の状態で管に流し，一定の量が流れた時点で，管から融液を分離させる。この場合，融液の流れは連続的でも断続的でも良い。管から融液を分離させるには，例えば管の先端などにおいて，融液が一定量になった時点で自重で融液を落下させても良い。また，融液を吐出するノズルを水平方向に往復振動させ，この往復振動によってノズルから融液を分離させるようにしても良い。ノズルを水平方向に往復振動させる場合は，振動によってノズル先端から融液を振り切ることができるので，球状体の原料を融液の状態でノズルから一定の流量で連続的に吐出しても良い。この場合，前記往復振動の移動端部でノズル先端から融液を滴下させることが可能である。また，前記往復振動の往路におけるノズルの運動と復路におけるノズルの運動が対称であることが好ましい。ノズルの振動が対称であれば，往路におけるノズルの移動を終了した移動端部でノズル先端から滴下される融液の量と，復路におけるノズルの移動を終了した移動端部でノズル先端から滴下される融液の量が等しくなり，融液を一定量毎に滴下させることができるようになる。なお，前記往復振動は例えば単振動である。ノズルを水平方向に単振動させれば，ノズルから吐出される融液に対し，往復振動の移動端部で最大加速度が加わることとなり，これにより往復振動の移動端部でノズルから融液が振り切られて滴下されるようになる。

また，球状体の原料を，球状体の原料と反応しない液中で球形にさせ，冷却する。そうすれば球状体の原料を変質させることなく成型，冷却及び固化させることができ，品質の優れた球状体を製造できる。この場合，例えば，融液の状態で一定の量に分離させた球状体の原料を，上方が球状体の原料の融点以上の高温度となり，下方が球状体の原料の融点以下の低温度となるように温度勾配が形成された液体中に融液の状態のまま自重で落下させ，液体中の上方において表面張力により球形にさせた後，液体中の下方において冷却して固化させることが可能である。また，球状体の原料が金属であり，前記液体が金属の液相線温度Ｔ_Ｌ以上の沸点Ｔ_Ｂを有する液体であり，Ｔ_Ｌ以上Ｔ_Ｂ未満の温度にされた液体中で球状体の原料を融液の状態で表面張力により球形にさせた後，Ｔ_Ｌ未満の温度にされた液体中で球状体の原料を冷却して固化させることが好ましい。この場合，例えば球状体の原料が半田であれば，前記液体は植物油が例示される。

また，本発明によれば，球状体の原料を融液の状態で一定の量に分離させ，融液の状態において表面張力により球形にさせた後，冷却して固化させる球状体の製造装置であって，球状体の原料と反応しない液体が充填された容器と，前記容器内の液体の上方が球状体の原料の融点以上の高温度となり，下方が球状体の原料の融点以下の低温度となるように，温度勾配を形成させるヒーターと，ノズル先端の吐出口が液面下に浸漬された，球状体の原料を融液の状態で滴下させるノズルと，容器底部に配置された，不活性ガスを液体中にバブリングさせるシャワーノズルを備えることを特徴とする，球状体の製造装置が提供される。

この製造装置にあっては，ノズルから滴下された球状体の原料は，先ず成型部において融液の状態のうちに表面張力により球形に変形する。その後，球状体の原料は冷却部において，冷却され固化する。こうして球状体が製造される。

この製造装置において，前記ノズルを水平方向に往復振動させる駆動機構を備えていても良い。前記ノズルの先端に形成された吐出口が，水平に配置された円形状の断面形状を有することが好ましい。

なお，以下の（１）式および（２）式を満たしてなる球状体が提供される。
５０個の球状体について，それぞれ長径Ｄ_Ｌと短径Ｄ_Ｓを測定し，平均値ＤＭ＝（Ｄ_Ｌ＋Ｄ_Ｓ）／２をそれぞれ，Ｄ_Ｍ１，Ｄ_Ｍ２，Ｄ_Ｍ３…Ｄ_Ｍ５０として，これらＤ_Ｍ１〜Ｄ_Ｍ５０の最大値をＤ_ＭＬ，最小値をＤ_ＭＳとし，真球度Ａ＝１−（Ｄ_Ｌ−Ｄ_Ｓ）／Ｄ_ＭをそれぞれＡ_１，Ａ_２，Ａ_３…Ａ_５０として，これらＡ_１〜Ａ_５０のうち最小値をＡ_Ｍｉｎとすると，
（Ｄ_ＭＬ−Ｄ_ＭＳ）／（Ｄ_ＭＬ＋Ｄ_ＭＳ）＜０．０２ … （１）式
Ａ_Ｍｉｎ＞０．９ … （２）式

この球状体は，上記製造方法および上記製造装置によって好適に製造される。

本発明によれば，球状体の原料を融液の状態で分離させるので，容易に所望の分量の原料を精度よく分離させることができ，また従来のように半田などの原料を板材や線材に加工する予備工程が不要となり，製造工程の短縮化がはかれるようになる。また，正確な寸法精度等が要求される板材や線材に原料を加工しなくて良いので，製造が容易となり，大幅なコストダウンが可能となる。また球状体の原料を変質させることなく成型，冷却及び固化させることができ，品質の優れた球状体を製造でき，洗浄工程なども省けるようになる。

以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図１は，本発明の実施の形態にかかる球状体の製造装置１の説明図である。この実施の形態では，球状体の一例としてＢＧＡやＣＳＰ等の半導体パッケージのバンプ材料に用いられる半田ボールを製造する製造装置１について説明する。

原料融解部１０の周囲にはバンドヒーター１１が装着されており，このバンドヒーター１１の加熱によって，原料融解部１０内の炉部１２に投入された半田インゴットが半田の融点（例えば１８３゜Ｃ）以上の温度（例えば２２０〜２４０゜Ｃ）に昇温されて融解されるようになっている。原料融解部１０は，例えばＳＵＳ３０４等で構成されており，半田の融点以上に加熱されても溶融しないようになっている。また，原料融解部１０内の炉部１２の加熱温度は熱電対１３によって検出され，炉部１２内温度が半田の融点以上の温度（例えば２２０〜２４０゜Ｃ）になるように制御されている。

原料融解部１０にはボンベ１５に充填された不活性ガスとしての窒素ガス（Ｎ_２）が給気管１６を介して供給され，炉部１２内に窒素ガスが給気されるようになっている（図示では，原料融解部１０の上部に給気管１６が接続されているように描かれているが，給気管１６の接続位置は任意に変更でき，例えば原料融解部１０の下部に給気管１６を接続しても良い）。これにより，炉部１２に投入されて融液となった半田の酸化等が防止されている。原料融解部１０の下方には送液管１７が接続されており，炉部１２に投入されて融液となった半田は，送液管１７を通じて下方に排液されるようになっている。この場合，給気管１６を通じて炉部１２内に窒素ガスを圧入することにより，炉部１２内にて融液となった半田を送液管１７側に強制的に押し出すことも可能である。また送液管１７には，融液となった半田の送液量を調整するためのニードルバルブ１８が設けられている。

送液管１７の下端には，フレキシブルホース２０を介して管状のノズル２１が接続されており，炉部１２内にて融液となった半田は，送液管１７，フレキシブルホース２０及びノズル２１を通じて送液されて，ノズル２１先端（下端）に形成された吐出口２２から下向きに吐出されるようになっている。前述のニードルバルブ１８を操作することにより，吐出口２２からの半田の吐出を停止させたり，吐出量を調整することができる。フレキシブルホース２０を介して接続されることにより，原料融解部１０の下方に固定された送液管１７に対して，ノズル２１は移動自在に取り付けられている。これら管１７，フレキシブルホース２０及びノズル２１の周囲にはバンドヒーター２３が装着されており，管１７，フレキシブルホース２０及びノズル２１内を送液される半田を熱電対２４によって検出し，バンドヒーター２３の加熱によってその温度を融点以上の温度（例えば２２０〜２４０゜Ｃ）に制御することにより，融液の状態が維持されるようになっている。またこれら管１７，フレキシブルホース２０及びノズル２１は，いずれも例えばＳＵＳ３０４等で構成され，半田の融点以上に加熱されても溶融しないようになっている。なおこの実施の形態では，ノズル２１は中空円管からなり，ノズル２１の先端面（下端面）を直交面に切断することにより，ノズル２１先端の吐出口２２は，水平に配置された円形状の断面形状を有している。また，ノズル２１先端の吐出口２２の内径は，例えば０．２５φに設定されている。

このノズル２１を水平方向に往復振動させる駆動機構２５を備えている。即ち，ノズル２１にはブロック２６を介してロッド２７の一端が垂直に取り付けられている。ロッド２７はガイド２８によって水平方向にスライド自在に支持されており，ロッド２７の他端はカム２９の周面に常時当接されるように付勢されている。カム２９には，モータ３０の回転動力が伝達されており，モータ３０の稼働によってカム２９が回転することにより，カム２９の周面に他端が常時当接しているロッド２７がガイド２８内を往復移動するようになっている。そして，このロッド２７の往復移動に伴って，ブロック２６を介してロッド２７の一端に取り付けられたノズル２１が水平方向に往復振動するようになっている。

ノズル２１の先端は，容器３５内に入れられている。図２に示すように，容器３５内には，例えば植物油の如き半田と反応しない液体３６が充填されており，容器３５内に入れられたノズル２１の先端に形成された吐出口２２は，液体３６の液面下に浸漬されている。これにより，前述のようにノズル２１先端の吐出口２２から吐出された半田（融液となった半田）ａは，液体３６中に直接吐出された後，容器３５内において液体３６中を自重で落下していくようになっている。

容器３５内に充填された液体３６のほぼ上半部は成型部３７になっており，ほぼ下半部は冷却部３８になっている。容器３５の周面には複数のバンドヒーター４０が多段に装着されており，これら各バンドヒーター４０の加熱温度はそれぞれ独立して制御することができ，各バンドヒーター４０の加熱温度を変えることによって，容器３５内の液体３６中に温度勾配を形成することが可能である。各バンドヒーター４０の加熱温度は上方ほど高温に設定されており，これにより，容器３５内上方の成型部３７においては，バンドヒーター４０の加熱温度の加熱温度が高く，熱電対４１で検出される液体３６の温度を半田ａの融点以上の温度（例えば１９０〜２００゜Ｃ）に制御するようになっている。一方，容器３５内下方の冷却部３８においては，バンドヒーター４０の加熱温度の加熱温度が低く，熱電対４２で検出される液体３６の温度は半田ａの融点以下の温度（例えば２０〜４０゜Ｃ）に保たれている。このように，容器３５内に充填された液体３６は，上方が半田ａの融点以上の高温度となり，下方が半田ａの融点以下の低温度となるように，緩やかな温度勾配が形成されている。

容器３５の上面には蓋４５が取り付けてあり，ノズル２１先端の吐出口２２は，この蓋４５に形成されたスリット４６を通して容器３５内の液体３６中に浸漬されている。スリット４６は，先に説明したノズル２１の水平方向への往復振動を受容できるように横長の形状を有している。また蓋４５で囲まれた容器３５内の上部空間（液体３６の液面よりも上方の空間）は，給気管４７から例えばＮ_２ガスなどといった不活性ガスが供給されており，容器３５内は不活性雰囲気に維持されている。更に容器３５底部には，不活性ガスを液体３６中にバブリングさせることにより，液体３６中の酸素を低減させるためのシャワーノズル４８が配置されている。また，容器３５内において液面上の雰囲気をサンプリングして酸素濃度を検出するための濃度計４９も備えている。

先に説明した駆動機構２５においてモータ３０が稼働することにより，ノズル２１は，図３においてＸ軸（横軸）の原点（座標０）で示される中立位置を中心にして，Ｘ軸のＬで示される一方の移動端部と，Ｘ軸の−Ｌで示される他方の移動端部との間を振幅Ｌ（例えば３．８ｍｍ）で直線的に水平方向に往復振動するようになっている。なお，往復振動の中止となる中立位置（原点）は，容器３５の中心軸に一致するように設置されている。

ここで図４は，ノズル２１の原点からの変位Ｘと時間Ｔとの関係を示すグラフであり，両者（変位Ｘと時間Ｔ）は，正弦曲線（もしくは余弦曲線）で示される関係（Ｘ＝Ｌｓｉｎ（ωＴ＋θ））になっている。即ちこの図４に示されるように，図示の実施の形態の製造装置１において，ノズル２１は，容器３５内の液体３６中にノズル２１先端の吐出口２２を浸漬させた状態で，容器３５の中心軸を中心に水平方向に振幅Ｌの単振動（例えば振動数２３Ｈｚ）を行うようになっている。

さて，以上のように構成された本発明の実施の形態の製造装置１において，原料融解部１０内の炉部１２に半田インゴット（例えばＳｎ−Ｐｂ共晶半田）を投入し，給気管１６を通じて炉部１２内に窒素ガスを供給した不活性雰囲気で，バンドヒーター１１によって，半田インゴットを半田の融点（例えば１８３゜Ｃ）以上の温度（例えば２２０〜２４０゜Ｃ）に昇温させて融解させる。なお，半田の温度が安定するまでは，ニードルバルブ１８を操作することにより，吐出口２２からの半田の吐出を停止させておく。こうして融液となった半田ａは，送液管１７，フレキシブルホース２０及びノズル２１を通じて送液されて，ノズル２１先端の吐出口２２から下向きに吐出される。この場合，ニードルバルブ１８を操作することにより，半田の吐出量を調整することができる。また，給気管１６を通じて炉部１２内に窒素ガスを圧入することにより，炉部１２内にて融液となった半田ａを送液管１７側に強制的に押し出すことも可能である。なお図示の例では，ニードルバルブ１８の開度を固定し，給気管１６を通じて炉部１２内に圧入する窒素ガス圧を一定に保つことにより，送液管１７での半田ａ（融液）の流量を一定に保ち，ノズル２１先端の吐出口２２からの吐出量を一定にさせる。

このようにノズル２１先端の吐出口２２から融液となった半田ａを一定流量で吐出させる一方で，先に説明した駆動機構２５においてモータ３０が稼働する。これによりノズル２１は，容器３５内の液体３６中にノズル２１先端の吐出口２２を浸漬させた状態で，容器３５の中心軸を中立位置としながら水平方向に振幅Ｌの単振動を行う。このように，ノズル２１先端の吐出口２２から融液の状態の半田ａを下向きに吐出しつつ，ノズル２１を水平方向に往復振動させることにより，吐出口２２から吐出された半田ａは，振動によってノズル２１先端から振り切られて滴下し，容器３５内に充填された液体３６中を自重で落下していく。

ここで，先に説明したようにノズル２１が単振動（例えば振幅３．８ｍｍ，振動数２３Ｈｚ）を行うことにより，ノズル２１から吐出される融液状態の半田ａに対し，往復振動の移動端部で最大加速度が加わることとなる。これにより，半田ａに水平方向に作用する力が最大となる往復振動の移動端部においてノズル２１先端から融液状態の半田ａが振り切られて滴下されるようになる。そして，このようにノズル２１先端から滴下した半田ａが，図２に示すように，容器３５内において往復振動の移動方向（図２においては左右方向）の両側に振り分けられて，順次液体３６中を自重で落下していくこととなる。また単振動では，往路におけるノズル２１の運動と復路におけるノズル２１の運動が対称となり，往路を移動中にノズル２１先端に溜まる半田ａ（融液）の量と，復路を移動中にノズル２１先端に溜まる半田ａ（融液）の量が等しくなる。よって，往路の移動を終了した移動端部でノズル２１先端から滴下される半田ａ（融液）の量と，復路の移動を終了した移動端部でノズル２１先端から滴下される半田ａ（融液）の量は等しい。このため，容器３５内において往復振動の移動端部で，常に半田ａ（融液）を一定量毎に滴下させることができる。

こうして，ノズル２１先端から滴下されて液体３６中を落下していく半田ａは，先ず液体３６の上半部に形成された成型部３７を通過し，次いで下半部に形成された冷却部３８を通過していく。そして，バンドヒーター４０の加熱によって成型部３７では液体３６の温度が半田ａの融点以上（例えば１９０〜２００゜Ｃ）の温度にされていることにより，成型部３７を落下している間は，半田ａは融液の状態に維持され，その表面張力によって球形に変形する。そして，こうして球形に変形した半田ａは，次に冷却部３８を落下していくが，冷却部３８ではバンドヒーター４０の加熱温度の加熱温度が低く，液体３６の温度は半田ａの融点以下の温度（例えば２０〜４０゜Ｃ）となっているため，冷却部３８を落下中に半田ａは冷却されて固化することとなる。こうして球状体となった半田ａ（半田ボール）が製造されて，容器３５の底部に溜まっていく。また前述のように，容器３５内に充填された液体３６は，各バンドヒーター４０の加熱制御によって，上方が半田ａの融点以上の高温度となり，下方が半田ａの融点以下の低温度となるように，緩やかな温度勾配に形成されているため，成型部３７から冷却部３８を落下していく半田ａは，急激な温度変化をうけることなく，温度の急変化による形状不良等が発生しなくなる。

以上説明した本発明の実施の形態によれば，ノズル２１の振動によって半田ａの融液を一定量毎に分離させることができるので，従来のように原料を板材や線材に加工する工程が不要となり，半田ボールの製造工程の短縮化がはかれるようになる。また，正確な寸法精度等が要求される板材や線材に原料を加工しなくて良いので，容易に半田ボールを製造でき，低コスト化を実現できる。なお，ノズル２１先端において滴下させる半田ａの量は，例えばノズル２１からの半田の吐出量やノズル２１の往復振動（単振動）の周期（２π／ω），振幅Ｌ等を変更することにより，調整することができ，これにより製造される半田ボールの大きさも調整することが可能である。

またノズル２１先端から容器３５内の液体３６中に半田ａを落下させるに際しては，予め容器３５底部に設けられたシャワーノズル４８から不活性ガス（例えば酸素濃度が１ｐｐｍ以下の窒素ガス）を液体３６中にバブリングさせておくことにより，液体３６中の酸素を前もって低減させておくことが好ましい。なお，そのようにシャワーノズル４８から不活性ガスをバブリングさせる場合は，図２に示したようなスリット４６を有する蓋４５に代えて，バブリングされた不活性ガスを外部に逃がすための最小限の孔が形成されたスリットの無い蓋（図示せず）を用いると，外気から遮断した雰囲気環境で液体３６中の酸素を低減させることが可能となる。不活性ガスのバブリングをせずに，液体３６中に酸素を巻き込んだ状態のまま半田ボールを製造した場合，液体３６中の酸素濃度は数％程度のオーダーとなり，融液の状態の半田ａが酸化して球形化が阻害されてしまう。しかるに，予めシャワーノズル４８から不活性ガスを液体３６中にバブリングさせて酸素濃度を低減させておけば，球形化が阻害されず，真球に近い形状の半田ボールが製造できるようになる。その場合，スリットの無い蓋（図示せず）を用いることにより液体３６中の酸素濃度を０．１％以下にまで低減させてから，スリット４６を有する蓋４５に交換すると良い。

以上，本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが，本発明はここで説明した形態に限定されない。図５は，本発明の他の実施の形態にかかるノズル５０を示している。このノズル５０の下面５１には，多数の吐出口５２が形成されている。ノズル５０の上面５３は可動に構成され，プッシャー５４を介して加えられる圧力によりノズル５０の内方に向かって上面５３が押圧されている。ノズル５０の内部には，融点以上に加熱されて融液の状態にされた半田ａが充填されている。そして，上面５３が押圧されることにより，ノズル５０内部の半田ａが，各吐出口５２からそれぞれ滴下するようになっている。なお図示はしないが，この図４に示す実施の形態のノズル５０の内部には，先に図１で説明した実施の形態と同様に，原料融解部で融解された半田が融液の状態で供給されるようになっている。またノズル５０の下面５１に形成された各吐出口５２からそれぞれ滴下させられた半田ａは，先に図２で説明した場合と同様に，液体３６中を自重で落下し，成型部３７にて球形に変形した後，冷却部３８で冷却，固化されるようになっている。この図５で説明した実施の形態のノズル５０を用いれば，多数の吐出口５２から半田ａを滴下することにより，短時間でより多くの半田ボールを製造することが可能となる。

また以上の実施の形態では，球状体の一例として半田ボールを製造する例について説明したが，球状体の原料は，半田以外の金属や金属以外の材料などでも良い。また，液体３６は植物油に限らず他の液体や気体であっても良い。更に，ノズル２１の運動は往復振動に限らず，他の振動運動（例えばノズル２１を正三角形に移動させるような振動運動）などによって融液を振り切るようにしても良い。また，ノズル２１を固定しておき，融液を断続的に吐出することにより，ノズル２１から融液を滴下させることも可能である。更にまた，固定されたノズル２１から融液を自重で落下させることにより，融液を一定量毎に分離させても良い。

図１等で説明した本発明の実施の形態の製造装置１を実際に用いて半田ボールを製造した。ノズル２１はＳＵＳ３１６製の内径０．２５φの管を用い，ノズル２１先端の吐出口２２を液体３６（大豆油）中に約２〜３ｍｍつけた状態とした。原料融解部１０内の炉部１２（内寸２５φ×１００^Ｈ）にＳｎ−Ｐｂ共晶半田を５０ｇセットし，酸化をおさえるため炉部１２に窒素パージを行った後，バンドヒーター１１で加熱して半田を融解させた。原料融解部１０での昇温温度は２２０〜２４０℃とし，管１７，フレキシブルホース２０及びノズル２１の温度もバンドヒーター２３の加熱によって半田の融点以上の温度（実施例では２２０〜２４０℃）に制御した。そして，給気管１６を通じて炉部１２内に窒素ガスをリークし，ノズル２１先端の吐出口２２融液状体の半田を吐出させた。

その後，駆動機構２５を稼働させ，ノズル２１を周波数２３Ｈｚ，振幅３．７９ｍｍで単振動させ，ノズル２１先端から液体３６（大豆油）中に半田融液を滴下させた。なお，予め成型部３７では大豆油は１９０〜２００℃にし，冷却部３８では２０〜４０゜Ｃとした。

図６は，ノズル２１先端から大豆油中に滴下された半田ａの落下状態を示す図面である。この図６に示すように，半田ａはノズル２１の往復振動によって左右に振り分けられて滴下されていた。図７は，本発明の実施の形態によって製造された半田ボールの拡大図（ＳＥＭ像のスケッチ）である。本発明の実施例で製造された半田ボール５０個について長径Ｄ_Ｌと短径Ｄ_Ｓを測定し，平均径と真球度を各半田ボールについて求めた。ここで，平均径は（Ｄ_Ｌ＋Ｄ_Ｓ）／２，真球度Ａは３次元的なものではなく，Ａ＝（１−（Ｄ_Ｌ−Ｄ_Ｓ）／（（Ｄ_Ｌ＋Ｄ_Ｓ）／２））×１００（％）と定義した。その結果，平均径の平均値は７６３（μｍ），最小値Ｄ_ＭＳは７５１（μｍ），最大値Ｄ_ＭＬは７７２（μｍ）となり，真球度（％）は９８．３（平均），９７．６（最小Ａ_Ｍｉｎ），１００．０（最大Ａ_Ｍａｘ）となり，バンプ材用半田ボールとして一般的な規格である，７６０±２０μｍの径精度，９５％以上の真球度が得られた。また，本発明の実施の形態によって製造された半田ボールは，以下の（１）式および（２）式を満たした。
（Ｄ_ＭＬ−Ｄ_ＭＳ）／（Ｄ_ＭＬ＋Ｄ_ＭＳ）＜０．０２ … （１）式
Ａ_Ｍｉｎ＞９０％ … （２）式

なお，上記と同様の製造方法で，液体３６（大豆油）中の酸素調整時において，サンプリングガス中の酸素濃度が０．５％までしか下がっていない時点で半田ボールの製造を始めた場合，得られた半田ボールは平均径（μｍ）は７６５（平均），７４８（最小），７９１（最大）となり，真球度（％）は９４．２（平均），８９．８（最小），９７．２（最大）となり，径のバラツキが大きく，真球度も下がった。

本発明の実施の形態にかかる球状体の製造装置の説明図である。 成型部と冷却部の拡大図である。 ノズルの往復振動の説明図である。 ノズルの原点からの変位と時間との関係を示すグラフである。 本発明の他の実施の形態にかかるノズルの拡大断面図である。 ノズル先端から滴下された半田の落下状態を示す図面である。 本発明の実施例によって製造された半田ボールの拡大図である。

符号の説明

１ 製造装置
１０ 原料融解部
１１，２３，４０ バンドヒーター
１２ 炉部
１３，２４，４１，４２ 熱電対
１５ ボンベ
１６ 給気管
１７ 送液管
１８ ニードルバルブ
２０ フレキシブルホース
２１ ノズル
２２ 吐出口
２５ 駆動機構
２８ ガイド
２９ カム
３０ モータ
３５ 容器
３６ 液体
３７ 成型部
３８ 冷却部
４５ 蓋
４６ スリット
４７ 給気管
４８ シャワーノズル
４９ 濃度計

Claims (13)

1. 球状体の原料を融液の状態で一定の量に分離させ，融液の状態において表面張力により球形にさせた後，冷却して固化させる方法であって，
   液面下に浸漬されたノズル先端の吐出口から融液を滴下させ，
   予め不活性ガスをバブリングさせておくことにより，酸素濃度を低減させておいた液体中で球状体の原料を球形にさせ，冷却することを特徴とする，球状体の製造方法。
2. 液体中の酸素濃度を０．１％以下にまで低減させておくことを特徴とする，請求項１の球状体の製造方法。
3. 融液を吐出するノズルを水平方向に往復振動させ，この往復振動によってノズルから融液を分離させることを特徴とする，請求項１または２の球状体の製造方法。
4. 前記往復振動の移動端部でノズルから融液を滴下させることを特徴とする，請求項３の球状体の製造方法。
5. 前記往復振動の往路におけるノズルの運動と復路におけるノズルの運動が対称であることを特徴とする，請求項３又は４の球状体の製造方法。
6. 前記往復振動が単振動であることを特徴とする，請求項３〜５のいずれかの球状体の製造方法。
7. 球状体の原料が金属であることを特徴とする，請求項１〜６のいずれかの球状体の製造方法。
8. 球状体の原料が，融液の液相線温度が４５０゜Ｃ以下である単体の金属又は２種以上の金属よりなる合金であることを特徴とする，請求項７の球状体の製造方法。
9. 融液の状態で一定の量に分離させた球状体の原料を，上方が球状体の原料の融点以上の高温度となり，下方が球状体の原料の融点以下の低温度となるように温度勾配が形成された液体中に融液の状態のまま自重で落下させ，液体中の上方において表面張力により球形にさせた後，液体中の下方において冷却して固化させることを特徴とする，請求項請求項１〜８のいずれかの球状体の製造方法。
10. 球状体の原料が金属であり，前記液体が金属の液相線温度Ｔ_Ｌ以上の沸点Ｔ_Ｂを有する液体であり，Ｔ_Ｌ以上Ｔ_Ｂ未満の温度にされた液体中で球状体の原料を融液の状態で表面張力により球形にさせた後，Ｔ_Ｌ未満の温度にされた液体中で球状体の原料を冷却して固化させることを特徴とする，請求項９の球状体の製造方法。
11. 球状体の原料を融液の状態で一定の量に分離させ，融液の状態において表面張力により球形にさせた後，冷却して固化させる球状体の製造装置であって，
    球状体の原料と反応しない液体が充填された容器と，
    前記容器内の液体の上方が球状体の原料の融点以上の高温度となり，下方が球状体の原料の融点以下の低温度となるように，温度勾配を形成させるヒーターと，
    ノズル先端の吐出口が液面下に浸漬された，球状体の原料を融液の状態で滴下させるノズルと，
    容器底部に配置された，不活性ガスを液体中にバブリングさせるシャワーノズルを備えることを特徴とする，球状体の製造装置。
12. 前記ノズルを水平方向に往復振動させる駆動機構を備えていることを特徴とする，請求項１１の球状体の製造装置。
13. 前記ノズルの先端に形成された吐出口が，水平に配置された円形状の断面形状を有することを特徴とする，請求項１１または１２の球状体の製造装置。

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