JP2014218724A - 金属微粒子の製造装置および金属微粒子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この油中造球法は、はんだチップを得るために先ず細径の線状はんだを作らなければならない。細径の線状はんだの製造は、はんだで太いビレットを作り、該ビレットを押出機で中間径の線状はんだにする。そして中間径の線状はんだを多数のダイスが設置された伸線機で所定の細径まで伸線する。
このように、従来、金属微粒子を製造するには、大掛かりな装置と、複雑な工程とが必要であった。
また、本発明は、特に半導体装置などにおけるマイクロはんだボールのような、比較的軟質で傷や変形を起こしやすい金属微粒子で、粒度分布が狭く真球度の高い金属微粒子を、容易に製造することができる、金属微粒子の製造方法を提供することを第二の目的とする。
本発明の請求項2に記載の金属微粒子の製造装置は、請求項1において、少なくとも前記油と前記溶融金属とを、該溶融金属の融点以上に加熱するヒーターを、さらに備えること、を特徴とする。
本発明の請求項3に記載の金属微粒子の製造装置は、請求項1又は2において、前記油は、鉱物油又はシリコンオイルであること、を特徴とする。
本発明の請求項4に記載の金属微粒子の製造装置は、請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記溶融金属は、溶融はんだであること、を特徴とする。
これにより、本発明では、マイクロはんだボールのような、比較的軟質で傷や変形を起こしやすい金属微粒子で、粒度分布が狭く真球度の高い金属微粒子を、簡便な構造で容易に製造することができる、金属微粒子の製造装置を提供できる。
これにより、本発明では、マイクロはんだボールのような、比較的軟質で傷や変形を起こしやすい金属微粒子で、粒度分布が狭く真球度の高い金属微粒子を、容易に製造することができる、金属微粒子の製造方法を提供できる。
図1に示すように、本発明の金属微粒子の製造装置1は、第一微細流路3、第二微細流路5、合流部7および第三微細流路8を内在する基体2を含み構成される。
第一微細流路3は、油10が導入される第一導入口4を一端部に有する部位、第二微細流路5は、溶融金属20が導入される第二導入口6を一端部に有する部位、合流部7は、第一微細流路3の他端部と、第二微細流路5の他端部とが合流する部位、第三微細流路8は、一端部が合流部7に接続され、合流部7で合流した、油10と溶融金属20との合流体30が通過する部位、を備える。
本実施形態では、基体2の材料として硼珪酸ガラス(テンパックス:軟化点820℃)を使用しているが、溶融金属20としてはんだよりも融点の高い金属を用いるのであれば、石英(軟化点1720℃)を用いることも可能である。
しかし、金属を用いる場合、流路に流す溶融金属20と、流路及び装置1全体の材質の組み合わせについては注意する必要がある。例えば、溶融金属20として鉛フリーはんだを用いる場合には、SUS304はエロ-ジョンを発生して穴が空いてしまうために使用することができない。この場合には、チタンやSUS316、SUS316Lなどを使用する。
このように、基体2の材質を、作製する金属微粒子材料の融点及び耐蝕性などを考慮して選択することで、はんだより融点の高い金属微粒子の作製にも利用可能である。
第一微細流路3は、油10が導入される第一導入口4を一端部に有する部位であり。第二微細流路5は、溶融金属20が導入される第二導入口6を一端部に有する部位であり、合流部7は、第一微細流路3の他端部と、第二微細流路5の他端部とが合流する部位である。第三微細流路8は、一端部が合流部7に接続され、合流部7で合流した、油10と溶融金属20との合流体30が通過する部位である。
また、微細流路3,5,8の形成には、半導体など分野で用いられるフォトリソグラフィーの技術を利用できるため、容易に微細化と集積化を行うことができる。このため従来の方法では難しかった直径数十ミクロン以下の金属微粒子にも対応でき、かつ、装置1を小型化できる。
第一導入口4には、油10が貯留される油リザーバー11が接続されている。この油リザーバー11には、不活性ガスをリザーバー内に送り込んで、油に圧力を印加することにより、油を第一導入口4に供給するための、ガスポンプ(図示略)が接続されている。印加圧を調整することで、供給する油の流量を変更できる。
図2に示す例では、基体2、油リザーバー11、溶融金属リザーバー21、第一微細流路3及び第二微細流路5には、溶融金属20の融点以上まで加熱できるように、ヒーター50が設置されている。また、合流部7以降の第三微細流路8及び捕集容器40内では、徐々に融点以下に冷却する構造としている。
このとき、ガスポンプによって窒素ガスなどを油リザーバー11内に送り込んで、油10に圧力を印加することにより、油10を第一導入口4に供給し、導入する。このときの圧力としては、特に限定されるものではないが、例えば0.15〜0.35MPa程度とする。
また、油10の流量としては、特に限定されるものではないが、例えば0.05〜0.15mL/h程度とする。
また、溶融金属20の流量としては、特に限定されるものではないが、例えば0.001〜0.016mL/h程度とする。
そして、合流体30を第三微細流路8を通過させる。第三微細流路8、油10、溶融金属20のそれぞれの温度を調整することで、金属液滴発生と同時又は金属液滴が油に運ばれていく過程で冷却を行い溶融金属を固化させる。このようにして、溶融金属20を油10中に分散させた金属微粒子31が得られる。
また、第二微細流路5の合流部7における断面積を変更することで、さまざまなサイズの金属微粒子を容易に製造することが可能である。第二微細流路5の合流部7における断面積を大きくすることで、より大きな粒子を得ることができ、第二微細流路5の合流部7における断面積を小さくすることで、より小さな粒子を得ることができる。
実際には流路の断面積、形状に合わせて溶融金属と油の流量、温度を調整することで目的とする粒径で粒度分布が狭く、真球度の高い金属微粒子31を得ることができる。また、分球するための流路を付加することで別に装置を追加する必要なく、さらに粒度分布を狭めることが可能である。
さらに、本発明では、従来の油中造球法のように、金属を予め線材に加工するなどの前工程が不要になる。
図3は、基体2の製造工程を示す図である。
まず、硼珪酸ガラスからなる基体2aを洗剤、純水で洗浄する。本実施形態では、硼珪酸ガラスとして、Schott製テンパックスを用いた。基体サイズは、例えば30mm×70mm×0.7mmである。
エッチングマスク膜60を成膜した後にスピンコートを用いてレジスト61を塗布する。レジスト61の厚みは、例えば1〜2μmとする。
フッ酸系エッチャント(希釈フッ酸、BHF、他の酸とフッ酸の混合液など)を用いて流路パターンにガラスをエッチングする。本実施形態のY字パターンの場合は、深さ40μmエッチングして、幅100μm(左右40μm×2+マスク開口20μm)の溝形状とした。
図3(d)に示すように、基体2aから、レジスト61及びエッチングマスク膜60をリムーブして除去する。
そして貼り合わせた基体2a,2bを高温(約400℃〜軟化点以下)でベークし、2枚のガラス基体2a,2bを完全に接合させる。
この基体2からなる金属微粒子の製造装置1を用いて製造される、金属微粒子31の粒径は、第二微細流路5の断面積を大きく(幅を広く)することで大きくでき、第二微細流路5の断面積を小さく(幅を狭く)することで小さくできる。このように、装置1の流路設計を変更することで、作製する金属微粒子のサイズを変更可能である。
分散相の溶融金属には、低融点はんだ(錫、鉛、ビスマスの共晶はんだ(融点95℃))を用いた。また、連続相の油には、シリコンオイルを用いた。
なお、微細流路は、半円形の断面を有し、深さを40μm、幅を100μmとした。
まず、捕集容器を除く、流路基体2、リザーバーを含む装置全体を、使用した低融点はんだの融点以上である120〜190℃に加熱し、低融点はんだを溶解した。
続いて、それぞれ溶融金属リザーバーを0.05〜0.3MPa、油リザーバーを0.15〜0.35MPaまで窒素ガスで加圧した。
第一微細流路3と第二微細流路5の合流部7で、分散相の低融点はんだは、連続層のオイルにより分断され、一定サイズのはんだ微粒子を形成した。
排出口よりオイルと共に排出された低融点はんだ粒子は、融点以下の温度に保たれた捕集容器に集められた。
捕集容器もオイルで満たされており、はんだ粒子が大気に触れて酸化する事を防止する構造となっている。
流量と粒径より計算される、単位時間当たりに作製される粒子数は約150〜2000個/秒であったが、流路又は交差部分を増やすことで、生産数量を簡単に増やすことが可能である。
例えば、上述した実施形態では、微細流路がY字形状を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図5に示すように、微細流路がT字に交わる形態としてもよいし、また例えば図6に示すように、微細流路が櫛形形状を有する形態としてもよい。
Claims (5)
- 第一微細流路、第二微細流路、合流部および第三微細流路を内在する基体を含む金属微粒子の製造装置であって、
前記第一微細流路は、油が導入される第一導入口を一端部に有する部位、
前記第二微細流路は、溶融金属が導入される第二導入口を一端部に有する部位、
前記合流部は、前記第一微細流路の他端部と、前記第二微細流路の他端部とが合流する部位、
前記第三微細流路は、一端部が前記合流部に接続され、前記合流部で合流した、前記油と前記溶融金属との合流体が通過する部位、を備え、
前記第一導入口から導入された前記油と、前記第二導入口から導入された前記溶融金属とが、第一微細流路および第二微細流路を介して前記合流部で合流させて合流体とされ、該合流体を前記第三の微細流路を通過させることにより、前記溶融金属を前記油中に分散させた金属微粒子を得ること、を特徴とする金属微粒子の製造装置。 - 少なくとも前記油と前記溶融金属とを、該溶融金属の融点以上に加熱するヒーターを、さらに備えること、を特徴とする請求項1に記載の金属微粒子の製造装置。
- 前記油は、鉱物油又はシリコンオイルであること、を特徴とする請求項1又は2に記載の金属微粒子の製造装置。
- 前記溶融金属は、溶融はんだであること、を特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の金属微粒子の製造装置。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の金属微粒子の製造装置を用い、
前記第一導入口から油を導入し、前記第二導入口から溶融金属を導入し、前記油と前記溶融金属とを、第一微細流路および第二微細流路を介して前記合流部で合流させて合流体とし、該合流体を前記第三の微細流路を通過させることにより、前記溶融金属を前記油中に分散させた金属微粒子を得ること、を特徴とする金属微粒子の製造方法。
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