JP2012006076A - 液体滴下装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液化半田等の液体を、正確な微少量で対象物に滴下可能な液体滴下装置を提供する。
【解決手段】滴下用液体を貯留し且つノズル孔１１ａと連通する液体溜まり５３に対して、該ノズル孔の開口方向に直線的に駆動可能なロッド３３の先端を浸漬し、該ロッドに微小量の直線駆動をさせることで貯留液体中に粗密波を生じさせ、該粗密波の有する波動エネルギを利用してノズル孔から所定量の液体を滴下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、微少量の液体を対象物に対して滴下させる液体滴下装置に関する。より詳細には、半田に例示される溶融金属等の特定の条件下で液体状態が維持される物質について、これを微少量の液体として取り扱い、滴下対象物に対して好適に滴下することを可能とする液体滴下装置に関する。

例えば磁気ヘッドの製造工程においては、複数の電極間に半田からなる導電性の微小なボールを配置し、これを溶融し更に電極各々に対して固着させることで該電極間の電気的接合を行っている（特許文献１参照）。ここで、現在磁気ヘッドの微小化、高機能化が進められており、電極数が増加すると共に電極自体も小さくなり、結果として導電性のボールもより微小化せざるを得なくなってきている。導電性ボールが例えば１００μｍ以下の径となると、個別のハンドリングが困難となると共に、ハンドリング中の所謂コンタミの付着、或いは該ボールの価格自体が高価となるといった課題が生じてくる。

この様な背景に基づき、特許文献２乃至５に開示されるように、溶融半田を直接的に被接合物に対して吐出し、付着させる技術が提案されてきている。当該技術によれば、上述した導電性ボールの使用に伴って生じる課題は解消される。これら技術においては、溶融金属を蓄えた液溜まりに体積変化を生じさせ、この体積変化を利用して該液溜まりより所定量の溶融金属を吐出させている。

特開２００９−０２８７８１号公報 特開２０００−２９４５９１号公報 特開平１０−１３７９３０号公報 特開２００３−３３４６５４号公報 特開２００６−０７５７８１号公報 特開平０２−１７５２５４号公報 特開２００１−２３２２４５号公報 特開２００９−０００７１９号公報

ここで、液体を微少量滴下、或いは吐出させる方法として、特許文献６或いは７に開示する技術も知られている。これら方法においても、基本的には液体の体積変化を用いて所定量の液体を滴下することについては、前述した従来技術と同様である。ところが、体積変化を用いる場合、液体中に気体が混入すると体積変化と体積変化のために加える圧力の変化との関係が一次曲線にならなくなる。このため、液体の滴下量が微小になるにつれて、液体中への気体の混入の滴下精度への影響が大きくなってくる。以上のことから、特許文献２乃至７に開示される技術においては、液溜まりを気体の存在しない密閉された空間内に形成し、該空間内での体積変化を行うことによって所定量の液体の滴下を可能としている。

例えば、特許文献８に示される構成では、溜める液体との所謂濡れ性を考慮して該空間の内壁を構成することにより、ノズル内部への気体の侵入を防止している。該文献は、微少量の液体の滴下に際してはノズル内への気体の混入が大きな問題となり得ることを逆説的に示していると言える。また、この様な構造のノズルの場合、液体が樹脂からなる場合にはノズルを分解し、各部品の洗浄を行うことでメンテナンスを行うことも可能である。しかし、液体が溶融金属であった場合、固化した金属を除去しなければならなくなる。

本発明は以上の状況に鑑みて為されたものであり、上述した体積変化以外の方法を採用することによってノズルに対する気体侵入等の影響を無くすることを可能とし、且つメンテナンス性に優れた単純な構造によって微小量の液体の滴下を可能とする液体滴下装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る液体滴下装置は所定量の液体を滴下する液体滴下装置であって、液体を溜めて液体溜まりを形成する液体受けと、液体受けにおいて液体が溜められる領域と連通して液体が通過可能なノズル孔を有するノズルと、アクチュエータと、液体溜まりに一方の端部が浸漬され、他方の端部がアクチュエータにより支持されており、ノズル孔の形成軸方向に移動可能なロッドと、を有し、ロッドはアクチュエータによって形成軸方向に直線運動させることが可能であって、ロッドの直線運動によって液体溜まりの一部に波動エネルギを生じさせ、液体は波動エネルギによってノズル孔より滴下されること、を特徴とする。

なお、上述した液体滴下装置は、液体溜まりに存在する液体を加熱する加熱手段を更に有することが好ましい。また、液体溜まりは、液体溜まりに存在する液体の液面上に、空間を有することが好ましい。また、この場合、該空間に不活性ガスの供給排出が可能であって、液体を不活性ガス雰囲気中に保持することを可能とする不活性ガス供給排出経路を更に有することがより好ましい。また、液体受けに対して液体を供給可能な液体供給路を更に有し、液体受け、液体供給路、及び空間の内側壁、及びノズルにおける液体との接触可能領域、は撥液性の面により形成されていることがより好ましい。また、ノズル孔の開口部の液体の滴下側に配置されて、ノズル孔の開口部周囲を覆って、開口部周囲を不活性ガス雰囲気とすることを可能とするノズルフランジと、ノズルを液体受けに当接固定させるノズル押さえと、の間に形成される滴下側雰囲気空間を更に有することが好ましい。また、アクチュエータはピエゾ素子を用いることがより好ましい。また、ノズル孔における液体の滴下側の空間における雰囲気は液体の融点以上の温度に維持可能であることがより好ましい。更に、ノズルはコランダムより形成されることがより好ましい。
また、上述した液体滴下装置において、ノズル孔の前記形成軸と同軸であって且つノズル孔と連通して所定の長さを有するガイド孔と、ノズル孔と連通する側からガイド孔に不活性ガスを供給可能な不活性ガス供給系を有し、液体はガイド孔内において不活性ガスの流れによって滴下方向に案内されることがより好ましい。
更に、不活性ガス供給系は、アクチュエータによるロッドの直線運動に応じて不活性ガスの供給量を一時的に増加可能であることが好ましい。
更に、不活性ガス供給系は不活性ガス加熱手段を更に有し、不活性ガス加熱手段は不活性ガスの温度を液体の融点を超える温度まで加熱可能であることが好ましい。
更に、ガイド孔は液体の滴下方向に設けられる開口部と共にガイド孔を構成するガードノズルの外部空間とガイド孔とを連通させるリリース開口を更に有することがより好ましい。

本発明によれば、ノズルからの液体の排出に、ロッドから加えられた波動エネルギを利用している。従って、液溜まりの中から気体を完全に排除する必要がなくなり、気体排除のための構成を除くことでノズル構成の簡略化が可能となる。また、体積変化を生じさせていた構成と異なり、ノズル中への気体の導入を何ら問題なく行うことが可能であることから、メンテナンス性においても優れた構成となる。更に、溶融金属を不活性ガス中に保持することが可能となり、溶融金属の酸化の防止も可能となる。

本発明の第一の実施形態に係る液体滴下装置の概略構成を模式的に示す図である。 図１に示す液体滴下装置において液体の滴下工程における初期段階を示す図である。 図１に示す液体滴下装置においてロッドを直線的に移動させた状態を示す図である。 図１に示す液体滴下装置においてロッド先端部周辺の液体に対して粗密波を生じさせた状態を示す図である。 図１に示す液体滴下装置において液体の滴下段階を示す図である。 図１に示す実施形態において、更に溶融金属を対象とした場合に好適な構成に関し、ノズル近傍を拡大して示す図である。 図３Ａに示す構成において、液体金属が滴下される状態を示す図である。 本発明の更なる形態であって、滴下方向が図１に示す形態と異なる場合を模式的に示す図である。 本発明に係る液体滴下装置を用いた電子部品の製造装置により製造する電子部品の形状を模式的に示す図である。 本発明に係る液体滴下装置を用いた電子部品の製造装置の構成を模式的に示す図である。 従来技術によって電極接合を行う場合であって、ブリッジを生じた場合の電子部品について電極正面からこれを見た場合を模式的に示す図である。 図７Ａに示す構成を電極側面から見た場合を示す図である。 図７Ａ及び７Ｂに示す電子部品に関して、本発明に係る液体滴下装置を用いた場合の電極接合工程における初期段階を電極正面から見た状態を示す図である。 図８Ａに示す構成を電極側面から見た場合を示す図である。 図８Ａに示す工程の次段階であって、金属粒を電極上に滴下させた状態を示す図である 図９Ａに示す構成を電極側面から見た場合を示す図である。 図９Ａに示す工程の次段階であって、金属粒を再溶融して固化させた状態を示す図である。 図１０Ａに示す構成を電極側面から見た場合を示す図である。 本発明の第二の実施形態に係る液体滴下装置の概略構成を、図１と同様の様式にて模式的に示す図である。 図１１に示す液体滴下装置において液体の滴下工程における初期段階を示す図である。 図１１に示す液体滴下装置においてロッドを直線的に移動させた状態を示す図である。 図１１に示す液体滴下装置においてロッド先端部周辺の液体に対して粗密波を生じさせた状態を示す図である。 図１１に示す液体滴下装置において液体の滴下段階を示す図である。 第二の実施形態に係る液体滴下装置の更なる態様を示す図である。 第二の実施形態に係る液体滴下装置の更なる態様を示す図である。 第二の実施形態に係る液体滴下装置の更なる態様を示す図である。

本発明の第一の実施形態に係る液体滴下装置について、以下に図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る液体滴下装置１００の概略構成を模式的に示す概念図である。液体滴下装置１００は、ノズルユニット１０、アクチュエータ系３０、及びボディ５０より構成される。なお、本実施形態は、主として溶融金属を滴下させることを目的とするものである。

ノズルユニット１０は、ノズル１１、ノズル押さえ１３、ノズルフランジ１５、皿バネ１７、及び滴下側雰囲気空間１９を有する。ノズル１１は、液体１が通過可能であって、所定の形成軸Ａの方向に該ノズル１１を貫通するノズル孔１１ａを有する。ノズルフランジ１５は、ノズル押さえ１３を収容可能な収容空間１５ａを有し、ノズル孔１１ａの開口部における滴下側において、該ノズル押さえ１３及びノズル孔１１ａの開口部周囲を覆うように配置される。収容空間１５ａはノズル押さえ１３の外形より大きな空間であって、ノズル押さえ１３と共にこれに収容される皿バネ１７によってノズル押さえ１３をボディ５０に向けて付勢する。これにより、ノズル押さえ１３を介してノズル１１をボディ５０側の液体受け５１とで挟持し、ノズル１１を液体受け５１に密着固定させる。ノズル押さえ１３はノズル１１を液体受け５１に当接固定させることとなる。以上の構成より、不図示のネジ等の固定部材によりノズルフランジ１５をボディ５０に対して固定することによって、皿バネ１７、ノズル押さえ１３を介して、ノズル１１を液体受け５１に対して所定の位置関係で固定する。また、ノズルフランジ１５とノズル押さえ１３との間に形成される皿バネ１７が配置される空間は、滴下側雰囲気空間１９として機能し、ノズル１１の開口部周囲を覆って開口部周囲を所定の雰囲気ガスとする作用を有する。

なお、ノズル１１、特にノズル孔１１ａの内部等、滴下対象となる液体に接触する領域は撥液性を有する材料によって少なくとも表面が覆われていることが好ましい。従って、これら領域がテフロン、ＤＬＣ（Diamond-like-Carbon）等により被覆される、或いはこれら材料によりノズル１１が構成されることが好ましい。また、本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、ノズル１１をルビーやサファイヤ等のコランダムにより形成することがより好ましい。また、滴下側雰囲気空間１９は、用いる液体の酸化の抑制、温度変化の抑制等を行って液体の好適な滴下を促すために用いられる。本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、当該滴下側雰囲気空間１９は窒素等の不活性ガスによって満たされることが好ましく、更には金属の溶融温度以上の温度の雰囲気を構成するようにされることが好ましい。従って、所定圧力の高温不活性ガスの供給排出を可能とする構成、或いは当該空間に存在する気体を加熱可能とする構成を付加することが好ましい。

アクチュエータ系３０は、アクチュエータ３１、ロッド３３、ジョイント３５、断熱部３７、及プレート３９を有する。アクチュエータ３１は、プレート３９により支持される。ロッド３３は、後述するボディ側フランジ５５の貫通孔５５ａを介してボディ内空間５７に侵入し、一方の端部が液体受け５１の液体溜まり５３に浸漬される。また、ロッド３３は、他方の端部においてジョイント３５及び断熱部３７を介してアクチュエータ３１により支持され、該アクチュエータ３１によって上述したノズル孔１１ａの所定の形成軸Ａと同軸で駆動される。即ち、ロッド３３は、アクチュエータ３１によって所定の形成軸Ａ方向に直線的に移動可能に支持される。なお、本実施形態では、アクチュエータ３１によってロッド３３を直線運動させた際に該ロッド３３の一方の端部周囲の液体溜まり５３に生じる波動のエネルギを用いている。従って、動作速度が速く、且つ応答性の高いピエゾ素子によって該アクチュエータ３１を構築することが望ましい。

なお、ロッド３３、少なくとも液体溜まり５３において液体に浸漬される一方の端部は、滴下対象となる液体に対して撥液性を有する材料から形成される、或いはこの様な材料によって表面が覆われることが好ましい。従って、これら領域がテフロン、ＤＬＣ（Diamond-like-Carbon）、チタン等により被覆される、或いはこれら材料によりロッド３３或いはその一部が形成されることが好ましい。また、本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、ロッド３３或いはその一部をハステロイ、チタン等により形成することがより好ましい。また、本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、液体等が加熱されることから、当該熱を受けるロッド３３とアクチュエータ３１とを熱的に遮断することが好ましい。このため、本形態では、ロッド３３−ジョイント３５間に断熱部３７を配している。しかし、液体の溶融温度、アクチュエータの耐熱性、或いは液体の使用条件等により、当該断熱部３７はこれを無くすることも可能である。

ボディ５０は、液体受け５１、液体溜まり５３、ボディ側フランジ５５、ボディ内空間５７、ヒータ５９、ボディ本体６１、液体供給路６３、及び不活性ガス供給排出経路６５を有している。ボディ内空間５７は前述した所定の形成軸Ａ上に配置される空間であって、アクチュエータ系３０側をボディ側フランジ５５により閉鎖され、ノズルユニット１０側を液体受け５１により閉鎖される。ボディ側フランジ５５には所定の形成軸Ａ方向に貫通孔５５ａが形成され、前述したロッド３３はこれを貫通して、ボディ内空間５７の内部に侵入している。液体受け５１は器状の形状を有し、凹部に液体を溜めて液体溜まり５３を形成する。ノズル孔１１ａはこの液体溜まり５３と連通して、該液体溜まり５３内の液体をノズル孔１１ａ開口部における液体滴下側への流出を可能としている。また、ボディ内空間５７には液体供給経路６３が連通しており、該ボディ内空間５７内部に対する液体の供給を可能としている。

ロッド３３の一方の端部と同様に、液体と接触可能性のあるボディ内空間５７を構成する内壁、液体受け５１、及び液体供給路６３の内壁は、滴下対象となる液体に対して撥液性を有する材料から構成される、或いはこの様な材料によって表面が覆われることが好ましい。従って、これら領域がテフロン、ＤＬＣ、チタン等により被覆される、或いはこれら材料によりこれら構成が形成されることが好ましい。また、本形態の如く、滴下対象が溶融金属である場合、液体受け５１或いはボディ本体６１をハステロイ、チタン等により形成することがより好ましい。更に、溶融金属の酸化の抑制のために、ボディ内空間５７の液体溜まり５３の上部に形成される液面上の空間内部は、窒素等の不活性ガスによって満たされることが好ましく、不活性ガス供給排出経路６５はこれら不活性ガスの供給及び排出に用いられる。しかし、滴下対象がこれら以外の場合には、当該不活性ガス供給排出経路６５を除くことも可能である。液体受け５１内に溜められる液体溜まり５３に存在する金属は溶融状態である、或いは溶融状態であることを維持する必要があるため、ヒータ５９がボディ本体６１、液体受け５１、及びノズル１１を加熱する。

次に、本実施形態に係る液体滴下装置の動作原理について説明する。図２Ａ〜２Ｄは図１に示す液体滴下装置１００の各動作状態を各々示している。図２Ａは液体滴下前の状態であって、液体供給路６３を介して液体溜まり５３に対して液体の補充が完了した状態を示している。液体の滴下に際しては、図２Ｂに示すように、アクチュエータ３１によって、ロッド３３が矢印Ｂ方向（所定の形成軸Ａ上の一方に向かう方向）に距離ｓだけ移動する。なお、本実施形態で、移動ストロークである距離ｓは20〜40μmであって、移動に要する時間は300〜500μsecである。このロッド３３の移動によって、図２Ｃに示すようにロッド３３の先端の液中に粗密波ｗが形成される。この粗密波には波動エネルギが存在する。例えば、液中超音波洗浄はこの波動エネルギを利用したものである。この波動エネルギを与えられた液体１が、一部ノズル孔１１ａを通じて、図２Ｄに示すように液滴１として外部空間に放出される。以上の構成において、ノズル孔１１ａの内径及びロッド３３の移動ストロークｓの組み合わせにより、液滴の径は任意に設定することが可能であり、具体的に液滴径として30〜200μmのものが得られている。

上述したように、本実施形態は、例えば半田等の溶融金属の滴下を目的とするものである。図１と同じ様式でノズルユニット１０を拡大して示す図３Ａ及び３Ｂを用いて、溶融金属に好適な構成について以下に説明する。本形態では、ノズル孔１１ａの滴下側開口部周囲を高温の不活性ガスによる雰囲気とすることとし、滴下側雰囲気空間１９を加熱窒素によって満たすこととしている。これにより、ノズル孔１１ａから滴下された溶融金属が高温雰囲気にさらされることで粘性が上がることがなく、液滴の所謂きれが良くなる。従って、より微小な液滴を得ることが可能となると共に滴下された溶融金属の形状のばらつきも抑えることが可能となる。併せて、ノズル孔１１ａの開口部周辺への金属の付着を減少させる効果も期待できる。特に前述したようにノズル１１等を撥液性を有する材料、望ましくはコランダム等から構成しておくことでこの効果はより顕著となる。従って、例えば電子部品用のバンプ形成にこれを用いることが好適である。なお、先にも述べたように、雰囲気の温度は溶融金属の融点以上とすることが好適であり、例えば半田の場合には300℃の窒素ガスとすることが好ましい。当該条件にてアクチュエータ３１を駆動することによって、図３Ｂに示すように、溶融金属の液滴１をノズル１１より滴下させることが可能となる。

本形態においては、ボディ５０からのノズルユニット１０及び液体受け５１の取り外し、これによる液体溜まり５３の除去等による装置の洗浄を行うことも容易である。本形態では、ボディ本体６１よりノズルフランジ１５を取り外すことにより、皿バネ１７によってボディ本体６１に押し付け、固定されていたノズル押さえ１３及びノズル１１もボディ本体６１より取り外し可能となる。同時に、液体受け５１もボディ本体６１より取り外し可能となる。本形態では液体溜まり５３において液体が接触する部分は撥液性の面とされていることから、液体、或いは溶融金属が固化したものも周囲と固着しておらず、容易に除去できる。これら工程を行い、ボディ内空間５７の内部等を洗浄した後、以上と逆の手順にて各構成を組み合わせ、最後にノズルフランジ１５をボディ本体６１に固定することで、再度装置の組み上げが完了する。

なお、以上の実施形態では、液体の滴下方向である所定の形成軸方向Ａが、鉛直方向と一致する場合について述べた。しかし、本発明に係る液体滴下装置の使用様式はこれに限定されない。その他の使用様式について、図1に示した形態に関して同様の様式にて該使用様式を図示してこれを説明する。なお、各構成要素は先の述べた形態と同一であるため、同一の参照番号等を用いて説明は省略する。例えば、液滴１の滴下軌跡が、鉛直方向に対して所定の角度を有したほうが、都合が良い場合も考えられる。図４はこの様な場合を図示している。

図４に示す形態では、ノズル孔１１ａの中心とロッド３３の中心軸とを結ぶ軸線である所定の形成軸Ａを鉛直方向に対して所定角度α傾けた場合を示している。この場合、ロッド３３の先端部が液溜まり５３に浸漬されていれば、液体に対する波動エネルギの発生及び伝達を為すことが可能となる。従って、ノズル孔１１ａ開口からの液体の摘出は可能である。なお、液体の滴下軌跡は直線とはならないが、ノズル孔１１ａの開口部分から所定の角度を有して開始された二次曲線に近似したものとなる。従って、この滴下軌跡を予め想定することによって、鉛直方向とは異なる方向に液体を滴下させて、所望の滴下位置に液滴を供給することが可能となる。

次に、本発明に係る液体滴下装置を用いて構築された電子部品の製造装置の具体例について述べる。図４は、当該製造装置によって樹脂封入を行う電子部品の断面を模式的に示している。電子部品３は、基板４に設けられたキャビティ４ａ内に、チップ状電子部品５を配置し、これを樹脂充填剤６によって封止したものである。当該電子部品３において、例えば凹部は直径2.7mm、深さ0.85mmを想定している。液面高さは許容誤差Δｄとして10μmの範囲が認められる。ここで、表面張力による形状変化は無いと仮定すると、樹脂充填剤６の許容誤差に相当する体積は(2.7/2)²×π×0.010＝0.057mm³となる。一般的なエアディスペンサの吐出精度は0.1mg、液体の比重ρが1であると仮定すると、1g＝ρcm³、cm3＝mm³×10³であるから先の吐出精度は0.1ρcm³×10^-3＝0.1mm³となり、先の許容誤差に相当する体積の管理が困難であることが理解される。

そこで、この様な課題に応じて、本発明を用いて、図５に示す電子部品の製造装置が構築できる。当該製造装置２００は、基板搬送系２０１、基板搬送系２０１に含まれるディスペンサ２０７、予熱ステージ２０３、塗付ステージ２０５、測定ステージ２０９、及び補充ステージ２１３、ディスペンサ２０７、測定装置２１１、ディスペンサコントローラ２１５、演算部２１７、コントローラ２１９、モニタ２２１、及び本発明に係る液体滴下装置１００を有する。基板４は基板搬送系２０１上にて、まず予熱ステージ２０３にて予熱され、塗付ステージ２０５にてディスペンサコントローラ２１５により制御されたディスペンサ２０７により樹脂充填剤６が注入される。このとき、液体の充填量を所定値より少ない量として予め設定しておく。

続いて、測定ステージ２０９では測定装置２１１によって樹脂充填剤６の液面高さの測定が行われ、演算部２１７によってその適否、不足量が測定される。測定結果等はモニタ２２１に示されると共にコントローラ２１９に送られ、コントローラ２１９からは液体滴下装置１００に対して補充量が指令される。補充ステージ２１３に送られた基板に対しては、コントローラ２１９からの指令に応じて、液体滴下装置１００からの液体の滴下、補充が為され、適当な封止状態を得る。本発明に係る液体滴下装置１００は直径100μm程度の液滴を滴下可能であり、その体積は(4/3)×π×r3＝0.004mm³であることから、液滴の滴下数を制御することによって、0.004mm³の分解能で滴下数分の液量調整が可能となる。

次に、本発明に係る液体滴下装置を用いて構築された電子部品の製造装置の具体例について述べる。図７Ａは電極の接合が為される電子部品の電極等を正面から見た状態、及び図７Ｂはこれを側面から見た状態、であって従来の工法によってこれら電極の接合を行った場合を各々模式的に示している。電子部品７には電極７ａが設けられており、半田８によりこれら電極７ａを基板４に設けられた基板側電極４ｂに接合している。その際、例えば電極ピッチが100μmを下回る場合等では、ピッチ間が狭すぎるために、図示するように半田ペースト等が所謂ブリッジ（短絡）を起こす危険性が高い。

そこで、本発明の装置を用いて溶融金属粒としての液滴１を電極幅の範囲内に複数回滴下して仮固着し、更にリフロー等させることによって電極の接合を行う。図８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ、１０Ａ及び１０Ｂはこの工程を順次段階的に示している。図８Ａ、９Ａ、及び１０Ａは図７Ａと同様の様式にて電子部品等を示したものであり、図８Ｂ、９Ｂ、及び１０Ｂは図７Ｂと同様の様式にて電子部品等を示したものである。図８Ａに示すように、本形態では電極ピッチが60〜80μmの場合を想定している。このような電極７ａと基板側電極４ｂとの突合せ部分に対して、図９Ａ及び９Ｂに示すように溶融金属粒（液滴１）を複数回滴下させ、これらを個々の電極間に仮固着させる。続いて、図１０Ｂに示すようにレーザ等の熱線の照射器９により熱線を接合領域Ｄ（図１０Ａ）に照射し、金属粒１を再溶融させる。この再溶融後の金属粒が固化することによって、電極７ａと基板側電極４ｂとの電気的接合が可能となる。なお、本発明によれば直径50μmを下回る金属粒の形成が可能であり、ここで示した接合に用いる金属としては半田の他に、銀、金（金半田）、銅などが考えられる。

次に、本発明の第二の実施形態について、図１等と同様の様式にて本形態を示す図１１を参照に以下に述べる。なお、以下に述べる実施形態と前述した第一の実施形態とにおいて同様の構成物に関しては同じ参照番号を用いることとし、その説明については以降において省略する。図１１に示すように、本形態に係る液体滴下装置１０１は、ノズルフランジ１５に対して固定されるガードノズル２１、及び第二の不活性ガス供給経路２３を有する点において第一の実施形態と異なっている。ガードノズル２１は、ノズルフランジ１５に固定された際に、ノズル孔１１ａ、ノズル押さえ１３の押さえ貫通孔１３ａ、及びノズルフランジ１５のフランジ貫通孔１５ｂと同軸となるガイド孔２１ａを有する。また、ガードノズル２１の先端（基板と対向する部分）は尖頭形状として基板との対向部分を小さくしてある。

液滴１の着弾精度を高めようとする場合、ノズル孔１１ａの開口部と液滴１の被着物との間を近づけることが好ましい。第一の形態の場合、滴下側雰囲気空間１９から供給される不活性ガスは、ノズルフランジ１５の基板対向面と基板との間の隙間を介して他の空間に流れる。ここで、ノズルフランジ１５の下面がある程度以上の面積を有した基板対向面となる場合、この隙間が必要以上に狭くなるに従ってここでの不活性ガスの風圧の増加や気流の乱れが顕著となり、逆に液滴１の着弾精度が低下する恐れがある。本実施形態の如く尖頭形状を有するガードノズル２１を配することにより、ノズル先端からから放出される不活性ガスが容易に他の空間に流れることとなる。従って、風圧の極端な増加、気流の乱れといった事象が生じなくなり、着弾精度が向上するといった効果が得られる。また、ガードノズル２１の先端部分を尖らせることにより、液滴着弾時に基板上の障害物となり得る物が既に存在した場合であっても、これらの影響を抑制して液滴１を供給することが可能となるという効果も得られる。

なお、ガイドノズル２１の構造については、用いる液滴の寸法或いは材質により変動するが、ノズル孔１１ａの内径Ｄｎを基準として設定されることが好ましい。本発明において、ノズル孔１１ａから吐出される液体は、吐出後に表面張力によって球体化することから、吐出時の液体外径からその外径が増加する。また、波動により液滴１の形成は行われるが、該液滴１を着弾位置に至らせるには該液滴１にある程度の運動エネルギを与えることが好ましく、後述する不活性ガスの流れによってこれを行うことが液体滴下装置の構造上好適と考えられる。以上の観点から、液滴１の外径との関係及び不活性ガスの流れを考慮し、ガイド孔２１ａの内径Ｄｇについては、Ｄｎ×２≦Ｄｇの関係を満たすように設計されることが好ましい。また、ガードノズル２１の先端と基板表面との隙間での加熱窒素の滞留を抑制するために、ガードノズル２１の外径ＤｅについてはＤｅ≦Ｄｇ×２なる関係を、また先端と基板との隙間Ｄａについては0.2mm＜Ｄａ≦Ｄｅなる関係を満たすことが好ましい。

第一の実施形態では、滴下側空間１９内に高温の窒素等不活性ガスが供給され、当該不活性ガスがフランジ貫通孔１５ｂを介して液滴１と共に被着物に対して供給されている。本形態ではこの滴下側空間１９に不活性ガスを導入するための不活性ガス供給系として、第一の実施形態において配した不活性ガス供給経路２２に加えて第二の不活性ガス供給経路２３を設けている。なお、本実施形態では、第一の実施形態と同様に、不活性ガスとして窒素を用いる。また、上述した滴下側空間１９はこの不活性ガス供給系の一部を構成する。本形態では、窒素供給源２５から供給される窒素は、ガス加熱領域２６を経て所定温度まで加熱された後に、第一の不活性ガス供給経路２２と第二の不活性ガス供給経路２３とに分離される。ガス加熱領域２６は公知の加熱源からなる不活性ガス加熱手段として構築され、液滴１の融点を超える温度とするまで窒素を加熱することが可能である。第一の不活性ガス供給経路２２は第一の流量調節弁２２ａを有し、該経路を通じて一定量の加熱窒素が常に滴下側空間１９に供給される。滴下側空間１９に供給された加熱窒素は、ガイド孔２１ａを通じて液滴１を被着位置に向けて案内し、該液滴１と共に基板表面に噴き付けられる。

第二の不活性ガス供給経路２３は第二の流量調節弁２３ａと瞬間的な開閉を行うソレノイドバルブ２３ｂとを有し、加熱窒素を間欠的流すことが可能となっている。当該ソレノイドバルブ２３ｂを開閉することにより、滴下側空間１９を介してガイド孔２１ａに供給される加熱窒素の供給量を一時的或いは瞬間的に増加させることが可能となる。ソレノイドバルブ２３ｂを用いて加熱窒素の噴出し量を一時的に増加させることにより、ガイド孔２１ａ中に気流を生じさせ、液滴１がガイド孔２１ａの内壁に対して非接触なままに尖頭部分まで搬送されることが可能となる。本形態の如く高温不活性な雰囲気を維持して液滴１のガイド孔２１ａ内の移送を行うことにより、液滴１の固化や酸化を防止することが可能となる。また、ソレノイドバルブ２３ｂの動作時間はアクチュエータ３１によるロッド３３の直線運動の動作タイミングと同期する或いはこれに応じて行われることが好ましく、10msec前後とすることが好ましい。

次に、本実施形態に係る液体滴下装置の動作原理について説明する。図１２Ａ〜１２Ｄは図１に示す液体滴下装置１０１の各動作状態を各々示している。図１２Ａは液体滴下前の状態であって、液体供給路６３を介して液体溜まり５３に対して液体の補充が完了した状態を示している。液体の滴下に際しては、図１２Ｂに示すように、アクチュエータ３１によって、ロッド３３が矢印Ｂ方向（所定の形成軸Ａ上の一方に向かう方向）に距離ｓだけ移動する。また、図中矢印にて示すように、滴下側空間１９内部には前述した第一の不活性ガス供給経路２２により加熱窒素が供給され、ガイド孔２１ａを介してガードノズル２１の外部に流出している。なお、本実施形態で、移動ストロークである距離ｓは20〜40μmであって、移動に要する時間は300〜500μsecである。

このロッド３３の移動によって、図１２Ｃに示すようにロッド３３の先端の液中に粗密波ｗが形成される。この粗密波には波動エネルギが存在する。例えば、液中超音波洗浄はこの波動エネルギを利用したものである。この波動エネルギを与えられた液体１が、一部ノズル孔１１ａを通じて、図１２Ｄに示すように液滴１として外部空間に放出される。ロッド３３の動作に伴って、ソレノイドバルブ２３ｂが第二の不活性ガス供給経路２３からの加熱窒素の供給を一時的に可能とし、ガイド孔２１ａ内での液滴１の移動をより容易なものとする。ロッド３３とソレノイドバルブ２３ｂの動作タイミングは同一、或いは数msecのズレを伴う範囲の動作タイミングとして調整されるが、実質的にこれらを包含する略同一の動作タイミングにてロッド３３とソレノイドバルブ２３ｂとが駆動されると考えて良い。以上の構成において、ノズル孔１１ａの内径及びロッド３３の移動ストロークｓの組み合わせにより、液滴の径は任意に設定することが可能であり、具体的に液滴径として30〜200μmのものが得られている。

次に、第二の実施形態の更なる態様について図面を参照して説明する。例えば用いる液滴１の外径が更に小さなものとなった場合、ガイド孔２１ａ内で液滴１を移送するために要する加熱窒素量ではガードノズル２１の先端部と基板との間での風圧の影響が無視し得ない場合も考えられる。この様な場合であっても、液滴１の供給時に求められる加熱窒素量は、ガイド孔２１ａの内径により大きく減らすことが適当でない場合も考えられる。図１３に示す形態ではこの様な場合への対応として、ガイド孔２１ａの開口に至る手前においてガードノズル２１の外部からガイド孔２１ａに至るリリース孔２１ｂを付加することとしている。リリース孔２１ｂはガイド孔２１ａの延在方向とは異なる方向に延在し、ガイド孔２１ａ及びガードノズル２１の周囲の空間に連通している。この様なリリース孔２１ｂを設けることによって当該リリース孔２１から外部に流出する加熱窒素を生じさせ、ガイド孔２１ａの開口部にいたる加熱窒素量を抑制して、液滴１の正確な供給を可能とする。

なお、このリリース孔２１ｂのみでは基板表面に至る加熱窒素量の抑制が不十分な場合には、図１４に示すようにガイド孔２１ａに沿って延在するスリット状のリリース溝２１ｃを設けて、加熱窒素の流出用の経路の拡充を図っても良い。該リリース溝２１ｃはガイド孔２１ａの延在方向とは異なる方向、特に垂直な方向に延在して該ガイド孔２１ａとガードノズル２１の周囲の空間とに連通する。以上より、これらリリース孔２１ｂ及びリリース溝２１ｃは、不活性ガスの余剰分を流出可能なリリース開口として本発明では把握される。また、第二の実施形態として示した態様において、基板表面と対向して加熱窒素の滞留空間を生じさせるガイドノズル２１の先端部を小さくすることも考えられる。図１５に示す更なる態様は、この様にガイドノズル２１の先端部分の外径Ｄｇを更に小さくした場合を示している。具体的には、ガードノズル２１の先端より所定の範囲が管状の態様とされている。なお、以上述べた実施形態において、第二の不活性ガス供給経路の開閉をソレノイドバルブにて行うこととしているが、液滴１の吐出を行うピエゾ素子と同期が可能なバルブ装置であれば公知の種々の形態バルブを用いることが可能である。また、ガードノズル２１を独自に構成するのではなく、ノズルフランジ１５に対して種々の加工を施すことにより本形態におけるガードノズル２１の役割を担わせることとしても良い。また、第二の不活性ガス供給経路２３は必要に応じて配置すれば良く、用いる液滴１の特性等に応じてこれを無くすことも可能である。また、ガイド孔２１ａの長さは、ガイド穴２１ａに供給される不活性ガスの流量、ノズル孔１１ａから出た際の液滴１の噴出し速度等による影響を受ける。従って、これら諸条件を加味して液滴１が所定の方向性を有してガイド孔２１ａから吐出可能とする運動量を与えるに要する所定の長さとして把握されることが好ましい。

以上述べたように、本発明は、液体金属の微小液滴を生成し且つこれを滴下することに好適な液体滴下装置に関する。しかしながら、本発明の適用対象はこれに限定されず、図５に示したように、樹脂等の液体の滴下装置としても利用可能である。

１：液滴（溶融金属粒）、 ３：電子部品、 ４：基板、 ４ａ：キャビティ、 ４ｂ：基板側電極、 ５：チップ状電子部品、 ６：樹脂充填剤、 ７：電子部品、 ７ａ：電極、 ８：半田、 ９：熱線照射器、 １０：ノズルユニット、 １１：ノズル、 １１ａ：ノズル孔、 １３：ノズル押さえ、 １３ａ：押さえ貫通孔、 １５：ノズルフランジ、 １５ａ：収容空間、 ５１ｂ：フランジ貫通孔、 １７：皿バネ、 １９：滴下側雰囲気空間、 ２１：ガードノズル、 ２１ａ：ガイド孔、 ２２：第一の不活性ガス供給経路、 ２２ａ：第一の流量調節弁、 ２３：第二の不活性ガス供給経路、 ２３ａ：第二の流量調節弁、 ２３ｂ：ソレノイドバルブ、 ２５：窒素供給源、 ２６：ガス加熱領域、 ３０：アクチュエータ系、 ３１：アクチュエータ、 ３３：ロッド、 ３５：ジョイント、 ３７：断熱部、 ３９：プレート、 ５０：ボディ、 ５１：液体受け、 ５３：液体溜まり、 ５５：ボディ側フランジ、 ５５ａ：貫通孔、 ５７：ボディ内空間、 ５９：ヒータ、 ６１：ボディ本体、 ６３：液体供給路、 ６５：不活性ガス供給排出経路、 １００、１０１:液体滴下装置、 ２００：電子部品製造装置、 ２０１：基板搬送系、 ２０３：予熱ステージ、 ２０５：塗付ステージ、 ２０７：ディスペンサ、 ２０９：測定ステージ、 ２１１：測定器、 ２１３：補充ステージ、 ２１５：ディスペンサコントローラ、 ２１７：演算部、 ２１９：コントローラ、 ２２１:モニタ、 Ａ：形成軸、 Ｂ：矢印、 ｓ：移動距離、 ｗ：粗密波、 Δｄ：許容誤差、 Ｄ：接合領域、 α：所定の傾け角度、 Ｄａ：隙間、 Ｄｇ：ガイド孔内径、 Ｄｅ：ガードノズル先端部外径

Claims (13)

1. 所定量の液体を滴下する液体滴下装置であって、
   前記液体を溜めて液体溜まりを形成する液体受けと、
   前記液体受けにおいて前記液体が溜められる領域と連通して前記液体が通過可能なノズル孔を有するノズルと、
   アクチュエータと、
   前記液体溜まりに一方の端部が浸漬され、他方の端部が前記アクチュエータにより支持されており、前記ノズル孔の形成軸方向に移動可能なロッドと、を有し、
   前記ロッドは前記アクチュエータによって前記形成軸方向に直線運動させることが可能であって、前記ロッドの前記直線運動によって前記液体溜まりの一部に波動エネルギを生じさせ、前記液体は前記波動エネルギによって前記ノズル孔より滴下されること、を特徴とする液体滴下装置。
2. 前記液体溜まりに存在する前記液体を加熱する加熱手段を更に有することを特徴とする、請求項１に記載の液体滴下装置。
3. 前記液体溜まりは、前記液体溜まりに存在する前記液体の液面上に、空間を有することを特徴とする、請求項１或いは２の何れか一に記載の液体滴下装置。
4. 前記空間に不活性ガスの供給排出が可能であって、前記液体を不活性ガス雰囲気中に保持することを可能とする不活性ガス供給排出経路を更に有する請求項３に記載の液体滴下装置。
5. 前記液体受けに対して前記液体を供給可能な液体供給路を更に有し、前記液体受け、液体供給路、及び空間の内側壁、及び前記ノズルにおける前記液体との接触可能領域、は撥液性の面により形成されていることを特徴とする請求項３或いは４の何れか一に記載の液体滴下装置。
6. 前記ノズル孔の開口部の前記液体の滴下側に配置されて、前記ノズル孔の開口部周囲を覆って、前記開口部周囲を不活性ガス雰囲気とすることを可能とするノズルフランジと、前記ノズルを前記液体受けに当接固定させるノズル押さえと、の間に形成される滴下側雰囲気空間を更に有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載の液体滴下装置。
7. 前記アクチュエータはピエゾ素子を用いることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一に記載の液体滴下装置。
8. 前記ノズル孔における前記液体の滴下側の空間における雰囲気は前記液体の融点以上の温度に維持可能であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一に記載の液体滴下装置。
9. 前記ノズルはコランダムより形成されることを特徴とする請求項６に記載の液体滴下装置。
10. 前記ノズル孔の前記形成軸と同軸であって且つ前記ノズル孔と連通して所定の長さを有するガイド孔と、前記ノズル孔と連通する側から前記ガイド孔に不活性ガスを供給可能な不活性ガス供給系を有し、前記液体は前記ガイド孔内において前記不活性ガスの流れによって滴下方向に案内されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の液体滴下装置。
11. 前記不活性ガス供給系は、前記アクチュエータによる前記ロッドの直線運動に応じて前記不活性ガスの供給量を一時的に増加可能であることを特徴とする請求項１０に記載の液体滴下装置。
12. 前記不活性ガス供給系は不活性ガス加熱手段を更に有し、前記不活性ガス加熱手段は前記不活性ガスの温度を前記液体の融点を超える温度まで加熱可能であることを特徴とする請求項１０或いは１１に記載の液体滴下装置。
13. 前記ガイド孔は前記液体の滴下方向に設けられる開口部と共に前記ガイド孔を構成するガードノズルの外部空間と前記ガイド孔とを連通させるリリース開口を更に有することを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか一項に記載の液体滴下装置。

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