JP2017052982A - Metallic ball formation device and metallic ball formation method - Google Patents
Metallic ball formation device and metallic ball formation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017052982A JP2017052982A JP2015176229A JP2015176229A JP2017052982A JP 2017052982 A JP2017052982 A JP 2017052982A JP 2015176229 A JP2015176229 A JP 2015176229A JP 2015176229 A JP2015176229 A JP 2015176229A JP 2017052982 A JP2017052982 A JP 2017052982A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- metal
- molten metal
- supply chamber
- chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Coating Apparatus (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Abstract
Description
本発明は、溶融した金属材料を吐出し均一な寸法を有する金属球を形成する方法および金属球を形成する装置に関する。 The present invention relates to a method for forming a metal sphere having a uniform size by discharging a molten metal material and an apparatus for forming the metal sphere.
形状の揃った均一な粒子は、その材質を問わず、電気製品をはじめとする様々な科学技術分野で広く用いられ、その需要は拡大の一途である。例えば、ゾルゲル法にて製造される二酸化珪素の均一粒子は、液晶パネルにおいて、液晶を封入するガラス板の間隔を精度良く確保する手段として広く用いられている。また、半導体ICパッケージの分野においても、プリント基板との接続を、従来のリードフレームのはんだ付けによる接続から、半導体ICパッケージとプリント基板の対向する電極間を接続する手段として、主にはんだ材料を用いた球が用いられている。この半導体ICパッケージの接続形態は一般には、その電極配置が格子状であることから、ボールグリッドアレイと呼ばれ、端子数が増大する半導体のパッケージ面積の拡大を抑制する手段として知られる。 Regardless of the material, uniform particles with uniform shapes are widely used in various science and technology fields including electrical products, and the demand for the particles is expanding. For example, uniform particles of silicon dioxide produced by a sol-gel method are widely used in liquid crystal panels as means for accurately ensuring the interval between glass plates that enclose liquid crystals. Also, in the field of semiconductor IC packages, the connection with the printed circuit board is mainly performed by using a solder material as a means for connecting the semiconductor IC package and the opposed electrodes of the printed circuit board from the connection by soldering the lead frame. The used sphere is used. This connection form of the semiconductor IC package is generally called a ball grid array because the electrode arrangement is in a lattice shape, and is known as a means for suppressing the expansion of the semiconductor package area in which the number of terminals increases.
このはんだ材料による球を製造する手段としては、特許文献1で示されている高温の油の中に溶融はんだを吐出し、表面張力により球形化させる油中アトマイズ法が一般に用いられている。
As means for producing a sphere of this solder material, an atomizing method in oil in which molten solder is discharged into a high-temperature oil shown in
しかしながら、溶融はんだが油による抵抗を受けて、その真球度が低下してしまう。これを解決するため、特許文献2では、圧電アクチュエータにより気中に溶融金属を吐出する提案がなされている。しかし、この方法では、溶融金属の吐出が不安定である。
However, the molten solder is subjected to resistance by oil and its sphericity is lowered. In order to solve this,
溶融金属の吐出を安定化させるために、装置内の溶融金属の残量を取得し、圧電アクチュエータの振幅を残量に逆比例する形で制御する装置および方法が提案されている(特許文献3)。 In order to stabilize the discharge of molten metal, an apparatus and a method for acquiring the remaining amount of molten metal in the apparatus and controlling the amplitude of the piezoelectric actuator in inverse proportion to the remaining amount have been proposed (Patent Document 3). ).
しかしながら、装置内の溶融金属量を取得し、残量に応じた既定の信号を圧電アクチュエータに印加する方法(特許文献3)においては、金属材料組成の変更、材料の補充時に発生する急激な溶融金属量の変化、強酸化性である溶融金属の表面酸化による流動性の変化など、物理的特性変動や製造条件の変動などに即応することができず、既定量の材料を安定的に吐出することできない。その為、形成される球の直径がばらつくという課題があった。 However, in the method of acquiring the amount of molten metal in the apparatus and applying a predetermined signal corresponding to the remaining amount to the piezoelectric actuator (Patent Document 3), the rapid melting that occurs when the metal material composition is changed or the material is replenished It is not possible to immediately respond to changes in physical properties and manufacturing conditions, such as changes in metal content and changes in fluidity due to surface oxidation of molten metal, which is highly oxidizable, and stably discharges a predetermined amount of material. I can't. Therefore, there is a problem that the diameter of the formed sphere varies.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、吐出される溶融金属の体積を常に一定に保ちつつ、長時間の連続稼働を可能とすることできる金属球形成方法および金属球形成装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such points, and provides a metal sphere forming method and a metal sphere forming apparatus capable of continuous operation for a long time while keeping the volume of the molten metal to be discharged constantly constant. The purpose is to do.
上記課題を解決するため、溶融金属を吐出するノズルと、ノズルに通じ溶融金属を吐出する為の圧力を生成する圧力室と、圧力室に溶融金属を供給する供給室と、供給室内の溶融金属の容量を取得する検出機構と、供給室に溶融金属を補充する準備室と、圧力室を加圧するピストンと、ピストンを移動させる圧電素子と、吐出された溶融金属の球の形状を取得する観察機構と、観察機構から得られる情報を基に、供給室の溶融金属の量を制御する第1制御部と、観察機構から得られる情報を基に、圧電素子の動作量を制御する第2制御部と、を含む金属球形成装置を用いる。 In order to solve the above problems, a nozzle for discharging molten metal, a pressure chamber for generating pressure for discharging molten metal through the nozzle, a supply chamber for supplying molten metal to the pressure chamber, and a molten metal in the supply chamber A detection mechanism that acquires the volume of the liquid, a preparation chamber that replenishes the molten metal in the supply chamber, a piston that pressurizes the pressure chamber, a piezoelectric element that moves the piston, and an observation that acquires the shape of the discharged molten metal sphere Based on the information obtained from the mechanism and the observation mechanism, a first control unit for controlling the amount of molten metal in the supply chamber, and the second control for controlling the operation amount of the piezoelectric element based on the information obtained from the observation mechanism And a metal sphere forming apparatus including the unit.
容器内の溶融した金属材料をノズルより吐出して金属球を形成する金属球形成方法において、吐出された金属球の形状を取得し、予め設計された金属球の直径都の偏差を最小化するように、溶融した金属材料に圧力を与える圧電素子に対して印加する電圧を制御し、さらに、印加する電圧の制御域を超える場合に、容器内の圧力を制御し、さらに、容器内の圧力の制御域を超える場合に、溶融した金属材料の液位を制御する金属球形成方法を用いる。 In a metal sphere formation method in which a molten metal material in a container is discharged from a nozzle to form a metal sphere, the shape of the discharged metal sphere is acquired and the deviation of the diameter of the previously designed metal sphere is minimized. Control the voltage applied to the piezoelectric element that applies pressure to the molten metal material, and further control the pressure in the container when exceeding the control range of the applied voltage, and further the pressure in the container When the control range is exceeded, a metal sphere forming method for controlling the liquid level of the molten metal material is used.
以上のように、本発明によれば、吐出状態を常に一定に保つことで、吐出される溶融金属の体積を一定とし、その表面張力により球形化した金属球の直径を一定に保持することができる。 As described above, according to the present invention, by keeping the discharge state constant, the volume of the molten metal to be discharged can be made constant, and the diameter of the metal sphere spheroidized by the surface tension can be kept constant. it can.
そのため、所望の金属組成による球形成を高い精度で行うことができる。従って、形状の良く揃った金属球の製造が可能となる。 Therefore, sphere formation with a desired metal composition can be performed with high accuracy. Therefore, it is possible to manufacture metal spheres having a uniform shape.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<構成>
図1は、本発明の実施の形態における金属球形成装置の断面図である。金属球形成装置100には、素材となる金属材料101を蓄える供給室131が設けられる。供給室131の周囲には加熱機構132がある。加熱機構132は、金属材料101をその融点以上に加熱し溶融させる。供給室131には、金属材料101を補充する準備室141が電磁バルブ143を介して接続している。準備室141には、加熱機構142が配置され金属材料101をその融点以上に加熱し溶融させる。さらに、供給室131には、窓部137が備えられ、外部から金属材料の表面を観察することができる。また、外部に設けられた液面センサー133は、窓部137を介して、供給室131内で溶融している金属材料101の液面高さを取得することができる。
<Configuration>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a metal ball forming apparatus according to an embodiment of the present invention. The metal
また、金属球形成装置100は、ノズル111を備える。さらに、ノズル111に連通する圧力室121がある。圧力室121では、溶融した金属材料101を吐出するための圧力を生成される。供給室131と圧力室121とは、ピストン112によって隔てられている。ここで、圧力室121とピストン112との間には、隙間122が設けられている。金属材料101の消費に伴い、供給室131より逐次、金属材料101が圧力室121へ供給される。また、供給室131には、吸排気管134を介して電空レギュレータ135が接続されている(圧調整部)。電空レギュレータ135は、供給室131と圧力室121との圧力を外部から制御することができる。ここで、ピストン112は、推力を発生させる圧電素子113と接続されている。ピストン112は、圧電素子113の推力を圧力室121に伝達する作用を担う。圧電素子113は、ブラケット114により固定されている。また、圧電素子113は、外部電源115と電気的に接続されている。圧電素子113は、外部電源115により駆動することができる。
The metal
また、圧電素子113と供給室131とは、隔壁136により隔てられている。
The
また、ノズル111の下方には、溶融した金属材料101がノズル111から吐出される状態を観察することのできる吐出観察装置151を備えられている。吐出観察装置151により、吐出された金属材料103により形成される金属球104の体積および速度が取得することができる。
Further, below the
さらに、金属球形成装置100は、制御装置161により、外部電源115、液面センサー133、電空レギュレータ135、電磁バルブ143、吐出観察装置151を総合的に、制御している。
Further, the metal
また、これら金属球形成装置100は、固定具109によりテーブル(図示せず)等に固定されている。
These metal
<金属材料の供給>
次に、金属球形成装置100への金属材料の供給方法について説明する。図2A〜図2Bは、金属球形成装置100を側面から見た断面構造を示す模式図である。
<Supply of metal materials>
Next, a method for supplying a metal material to the metal
図2Aにおいて、準備室141には金属材料102が固体で供給される。ここでは、金属材料として、はんだ材料を例として説明する。しかし、銅あるいはシリコン等の材料でも同様である。導入された金属材料102は準備室141内で加熱機構142により加熱し溶融される。
In FIG. 2A, the
一般的な電子回路の実装には、錫−銀−銅を主成分とする組成からなる、はんだ材料が用いられる。しかし、その融点は221℃であるので、それ以上の温度に加熱することで、供給された材料を溶融することができる。尚、ここでは、予め棒状のインゴット形態を持つ金属材料を供給した図を示している。しかし、リボン状あるいは粒状の形態でも、融点以上の加熱によって逐次溶融することで、準備室141および供給室131に溶融した金属材料101が満たされていくため、問題なく使用することができる。
In general electronic circuit mounting, a solder material having a composition mainly composed of tin-silver-copper is used. However, since the melting point is 221 ° C., the supplied material can be melted by heating to a temperature higher than that. Here, the figure which supplied the metal material which has a rod-shaped ingot form beforehand is shown. However, even in the ribbon-like or granular form, the
図2Bは、金属材料102が加熱され、溶融した状態の金属材料101になり、準備室141内で保持されている状態を示している。この状態になると、制御装置161の指令により電磁バルブ143が開放され、金属材料101が供給室131内へと導入される。
FIG. 2B shows a state in which the
図2Cは、所望の金属材料101が供給室131および圧力室121に供給される状態を示している。供給される金属材料101は液面センサー133によりその体積を液位として取得し所望の供給量に到達すると、制御装置161の指令により電磁バルブ143が閉鎖され供給が停止し、金属球形成装置100の運転準備が完了する。尚、ノズル111の直径は、最大でも1mm程度であり、溶融した金属材料101が持つ高い表面張力の効果によって、重力により滴下してしまうことは無い。
FIG. 2C shows a state in which the desired
また、ここでは、金属材料101の体積を取得するため液面センサーを用い液位の取得を行っているが、温度センサーなどにより液位の取得をすることも可能である。しかしながら、温度センサーは装置に固定されるため、装置の運転中には容易にその取得液位を変更することができない。従って、液位の高精度な取得や、指定される液位すなわち体積の変更などに柔軟に対応することが容易であることから、液面センサーの採用が好適である。
Here, the liquid level is obtained using a liquid level sensor to obtain the volume of the
尚、溶融した金属材料101は非常に酸化性が強く、露出した面の状態が変化しやすい。そのため準備室141、供給室131において、金属材料101が供給されていない空間は窒素等の不活性ガスによって大気を置換した状態を保つことが望ましい。
Note that the
<駆動>
次に、金属球形成装置100の駆動機構について説明する。図2Dにおいて、ピストン112の後端部には、圧電素子113が接着剤または与圧機構などで接続されている。結果、圧電素子113の推力がピストン112へ伝達されるようになっている。
<Drive>
Next, the drive mechanism of the metal
ここで、圧電素子113が外部電源115により駆動されると、その動作はピストン112を通じ、圧力室121に伝達される。ピストン112の変位116は圧力室121内の圧力を高める作用を生じ、その圧力は、開放端であるノズル111からの、溶融した金属材料101の吐出へと至る。
Here, when the
このとき、圧力室121とピストン112には、圧力室121へ溶融した金属材料101を供給するための隙間122が存在する。隙間122の流路抵抗は、ノズル111の流路抵抗よりも大きい。そのため、圧力室121内の圧力は、ノズル111から、溶融した金属材料101の吐出のために、働く。吐出された金属材料103は、その表面張力により球形となり、気中にて冷却され固体の球が形成される。この時、金属材料103の表面の酸化を抑制するために、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、吐出および冷却されることが望ましい。
At this time, the
<球形の制御>
次に、金属球形成装置100の球形の製造方法について説明する。図3は、金属球形成装置100の吐出プロセスを説明するフロー図である。
<Spherical control>
Next, a spherical manufacturing method of the metal
まず、『運転開始』にあたり、予め決められた液位に設定するための『液位指示』を行う。この時、制御装置161は液面センサー133の値を読み取り、所望の液位となる様、電磁バルブ143を開放し、溶融した金属材料101を供給する。
First, at the “operation start”, a “liquid level instruction” for setting a predetermined liquid level is performed. At this time, the
次いで、供給室131を予め決められた圧力に設定するための『圧力指示』を行う。この時、制御装置161は、電空レギュレータ135に指示し、供給室131が所望の圧力となる様に調節する。なお、本実施の形態においては、安価に使用可能な不活性ガスである窒素を供給室131に導入して設定した。
Next, a “pressure instruction” for setting the
ここで、供給室131の圧力が変化する理由は以下である。供給室131には隔壁136に設けられた穴にピストン112が差し込まれている。ここをOリングで気密を確保している。しかし、ピストン112の摺動を妨げないために、供給室131は完全にシールできていない。幾分の窒素のモレがある。このため、常に窒素を供給し続けている状態である電空レギュレータ135で調整する。
Here, the reason why the pressure in the
さらに、圧電素子113を駆動する信号電圧を設定するための『信号電圧指示』を行う。制御装置161は、圧電素子113を駆動するため、予め決められた信号電圧を外部電源115に指示し出力させる。
Further, a “signal voltage instruction” for setting a signal voltage for driving the
これらの制御装置161の指示により、供給室131に導入する溶融した金属材料101の液面指示、および、供給室131の圧力指示、圧電素子113を駆動する信号電圧指示を行うことで、金属球形成装置100は運転動作を開始することができる。これにより、溶融した金属材料を一定量吐出する『金属材料吐出』動作を行うことが可能となる。
According to the instructions of these
吐出された金属材料103は所定の距離を飛翔したのちに、自身の表面張力により球形化し、金属球104を形成する。吐出観察装置151は、金属球104の『直径の取得』を行う。
After the discharged
吐出観察装置151は、金属球104の側方より像を取得する構造を持っているため、像は金属球104を投影した2次元的な情報である。しかしながら、溶融した金属材料101の表面張力は、500〜600mN/mと高く、純水の約7倍程度高い。このため、吐出された金属材料101自身の表面エネルギーが最小となるよう自発的に球形化し、その真球度は高く、ほぼ真球として捉えることができる。そのため、吐出観察装置151が取得する2次元的な投影像は、金属球104の中心断面として捉えることができ、この像の直径を求めることで、金属球104の直径を知ることができる。
Since the
以上から、得られた直径は、制御装置161により、目標とする直径、例えば0.5mmとすると、これと比較され、『直径判定』を行う。
From the above, the obtained diameter is compared with a target diameter, for example, 0.5 mm, by the
制御装置161は、吐出観察装置151により取得した金属球104の直径が、目標を上回る場合は、圧電素子113に印加する信号の最大電圧を降圧させる。反対に下回る場合は、昇圧する様に、圧電素子113への信号電圧を制御する。この直径を、所望の寸法に合わせ込む一連の動作は、継続的に行われる。雰囲気の温度変動等の外乱に対して、これを補償するよう動作し、常に、設計値どおりの金属球を形成することができる。
When the diameter of the
しかしながら、実際の製造においては、溶融金属の残量の僅かな変動などによるノズル111の位置での圧力の変化といった比較的大きな変動も発生し得るものである。任意の寸法を有する金属球の製造要求に対しては、より広範囲な直径の調整が可能なパラメータを適宜選択して運用する必要がある。
However, in actual manufacturing, relatively large fluctuations such as a change in pressure at the position of the
<パラメータ制御>
圧電素子113の駆動電圧以外に、供給室131内の圧力、金属材料101の液位により、吐出される金属球104の大きさは変化する。
<Parameter control>
In addition to the driving voltage of the
図4A〜図4Cに、圧電素子113を駆動するために、外部電源115が出力する信号電圧、および、供給室131内の圧力、金属材料101の液位、のそれぞれの条件に対応する金属球の直径の可変域を示す。
4A to 4C, the metal sphere corresponding to the conditions of the signal voltage output from the
図4Aは、得られる金属球の直径と圧電素子113に印加される信号電圧との関係を示したグラフである。図4Aが示すように、データ取得が可能な信号電圧領域、即ち安定して吐出可能な信号電圧範囲において、金属球の直径の可変域は、中央値を中心として±5%程度である。しかしながら信号電圧による厳密な制御が可能であることから、比較的狭い可変域であるにもかかわらず、直径を精密に制御することができる。
FIG. 4A is a graph showing the relationship between the diameter of the obtained metal sphere and the signal voltage applied to the
一方、図4Bは、得られる金属球の直径と供給室131内の圧力との関係を示したグラフである。図4Bが示すように、データ取得が可能な圧力領域、即ち安定して吐出可能な圧力範囲にいて、金属球の直径の可変域は、中央値を中心として、概ね±10%が得られる。
On the other hand, FIG. 4B is a graph showing the relationship between the diameter of the obtained metal sphere and the pressure in the
さらに、図4Cは、得られる金属球の直径と金属材料101の液位との関係を示したグラフである。ここで液位とは、ノズル111から金属材料101の液面までの高さを表す。
Further, FIG. 4C is a graph showing the relationship between the diameter of the obtained metal sphere and the liquid level of the
図4Cが示すように、データ取得が可能な液位領域、即ち安定して吐出可能な圧力範囲にいて、金属球の直径の可変域は、中央値を中心として±30%もの範囲を得ることができる。しかしながら、液位の上昇および降下時は、液面の揺れや温度の変化が生じることから、信号電圧の制御や圧力の制御と比較して、制御精度は低下する。 As shown in FIG. 4C, in the liquid level region where data can be acquired, that is, in the pressure range where stable discharge is possible, the variable range of the diameter of the metal sphere should obtain a range of ± 30% around the median. Can do. However, when the liquid level rises and falls, the liquid level fluctuates and the temperature changes, so that the control accuracy is reduced as compared with signal voltage control and pressure control.
ここで、金属材料101の例として、はんだの場合を考える。一般的な電子回路の製造に用いられる、はんだ材料の比重は7〜10と大きく、水系のインクを吐出するインクジェットシステムと比較して、その影響は、7〜10倍に拡大する。すなわち、僅か1mmの溶融はんだ液位の変化は、水の場合の7〜10mmの変化に相当する。1mmの変化を、圧力に換算すると、0.07〜0.1kPaもの圧力の変化に相当する。このことより、金属材料の容量、すなわち、液位は、金属粒子の直径を制御することのできるパラメータとして作用することがわかる。
Here, as an example of the
<制御>
次に、実際の運用として、圧電素子113を駆動するために外部電源115が出力する信号電圧、および、供給室131内の圧力、金属材料101の液位、に対する制御手順について説明する。ここでは、目標となる所望の金属粒子の直径に対し、吐出観察装置151から得られた金属球104の直径が、異なっている場合について説明する。
<Control>
Next, as an actual operation, a control procedure for the signal voltage output from the
制御装置161は、金属球104の直径が、目標値と異なっている時、以下第1段階〜第3段階を実施する。
When the diameter of the
第1段階として、圧電素子113への信号電圧の昇圧による金属粒子の直径の変更を検討する。安定的な吐出が確保される条件下での、信号電圧の増減による直径の可変域は図4Aに示したとおりである。この可変域内で、所望の金属粒子の直径に制御可能な場合は、制御装置161が外部電源115へ指示し、信号電圧を変更させ、目標値へ漸近させる。反対に可変域を逸脱している場合には、信号電圧による直径の制御は実施せず、第2段階へと移行する。
As a first step, a change in the diameter of the metal particles by increasing the signal voltage to the
第2段階では、供給室131内の圧力の変更による金属粒子の直径の変更の可能性を判断する。安定的な吐出が確保される条件下での、圧力の増減による直径の可変域は図4Bに示したとおりである。この可変域内で、所望の直径に制御可能な場合は、制御装置161が電空レギュレータ135へ指示し、供給室131内の圧力を変更させ、目標値へ漸近させる。反対に可変域を逸脱している場合には、圧力による直径の制御は実施せず、第3段階へと移行する。
In the second stage, the possibility of changing the diameter of the metal particles by changing the pressure in the
第3段階では、制御装置161が、金属材料101の液位が上昇するよう電磁バルブ143の開放側へと指示し、所定の液位に到達すると、閉塞側へと指示を行う。これにより、金属材料101の液位を上昇させて直径の拡大を行い、目標値へ漸近させる。
In the third stage, the
このように、金属球形成装置100は、金属粒子の直径を制御するための制御因子の選択を適切に行うことで、金属粒子の直径の制御を、広範囲且つ高精度に実行することが出来る。
As described above, the metal
さらに、制御装置161は、液面センサー133により供給室131の金属材料101の残量を常に取得しており、金属材料101の消費に対し、適宜、電磁バルブ143を開放し金属材料101を補充する。これにより、金属球形成装置100は金属球の形成を停止することなく継続的に行うことが出来る。このときもまた、信号電圧の制御、ならびに供給室圧力の制御を行うことができる。これは、それぞれの動作の時定数が、信号電圧の変化は1000分の1秒程度、圧力の変化は1秒から10秒程度、金属材料の液位変化は数10秒以上となっていることから、相互に干渉し、動作に影響を及ぼすことがないためである。
Furthermore, the
このことは、信号電圧の制御、および供給室圧力の制御、金属材料液位の制御、を同時に実行することが可能であることを示す。このことは、実際の金属球製造においては、単独の因子を大きく変化させる事態を回避することが出来ることになり、非常に有用である。 This indicates that the control of the signal voltage, the control of the supply chamber pressure, and the control of the metal material liquid level can be performed simultaneously. This is very useful in actual metal sphere manufacturing because it is possible to avoid a situation where a single factor is greatly changed.
以上のように、本発明においては、圧電素子113への印加電圧、供給室131内の圧力および金属材料101の液位を統合して制御することで、任意の球径設定と球径維持そして連続的な製造を実現することが可能となる。
As described above, in the present invention, by arbitrarily controlling the voltage applied to the
<なお>
上記では、信号電圧制御と液面(液位)制御、圧力制御であったが、信号電圧制御と液面(液位)制御との2つでもよい。図4A〜図4Cのグラフを比較して、広範囲な制御が可能な液面制御と、最も精密に制御が可能な電圧制御とで、信号圧力制御を包含することが出来る。
<Note>
In the above description, the signal voltage control, the liquid level (liquid level) control, and the pressure control are performed. However, the signal voltage control and the liquid level (liquid level) control may be used. Comparing the graphs of FIG. 4A to FIG. 4C, the signal pressure control can be included in the liquid level control capable of a wide range control and the voltage control capable of the most precise control.
また、圧力制御に関しては、信号電圧制御、液面制御より、精度よく制御が難しい。よって、信号電圧制御と液面(液位)制御との2つでもよい。 In addition, pressure control is more difficult to control with accuracy than signal voltage control and liquid level control. Therefore, two of signal voltage control and liquid level (liquid level) control may be used.
また、制御装置161は、上記例では1つであるが、複数の制御装置に分けてもよい。
In addition, although there is one
以上のように、本発明によれば、金属材料を溶融し吐出させて、金属球を形成するに当たり、その体積を安定的に製造することが可能となった。特に、高い直径精度で連続的に製造を行うことができる。 As described above, according to the present invention, when a metal material is melted and discharged to form a metal sphere, the volume can be stably manufactured. In particular, it can be continuously manufactured with high diameter accuracy.
100 金属球形成装置
101 金属材料
102 金属材料
103 金属材料
104 金属球
109 固定具
111 ノズル
112 ピストン
113 圧電素子
114 ブラケット
115 外部電源
116 変位
121 圧力室
122 隙間
131 供給室
132 加熱機構
133 液面センサー
134 吸排気管
135 電空レギュレータ
136 隔壁
137 窓部
141 準備室
142 加熱機構
143 電磁バルブ
151 吐出観察装置
161 制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ノズルに通じ溶融金属を吐出する為の圧力を生成する圧力室と、
前記圧力室に前記溶融金属を供給する供給室と、
前記供給室内の前記溶融金属の容量を取得する検出機構と、
前記供給室に前記溶融金属を補充する準備室と、
前記圧力室を加圧するピストンと、
前記ピストンを移動させる圧電素子と、
前記吐出された溶融金属の球の形状を取得する観察機構と、
前記観察機構から得られる情報を基に、前記供給室の前記溶融金属の量を制御する第1制御部と、
前記観察機構から得られる情報を基に、前記圧電素子の動作量を制御する第2制御部と、
を含む金属球形成装置。 A nozzle for discharging molten metal;
A pressure chamber that generates pressure for discharging molten metal through the nozzle;
A supply chamber for supplying the molten metal to the pressure chamber;
A detection mechanism for obtaining a capacity of the molten metal in the supply chamber;
A preparation chamber for replenishing the molten metal in the supply chamber;
A piston for pressurizing the pressure chamber;
A piezoelectric element for moving the piston;
An observation mechanism for acquiring the shape of the discharged molten metal sphere;
A first control unit that controls the amount of the molten metal in the supply chamber based on information obtained from the observation mechanism;
A second control unit that controls an operation amount of the piezoelectric element based on information obtained from the observation mechanism;
A metal ball forming apparatus including:
吐出された金属球の形状を取得し、
予め設計された金属球の直径との偏差を最小化するように、前記溶融した金属材料に圧力を与える圧電素子に対して印加電圧を制御し、
さらに、前記印加電圧の制御域を超える場合には、前記容器内の圧力を制御し、
さらに、前記容器内の圧力の制御域を超える場合には、前記溶融した金属材料の前記容器内の液位を制御する金属球形成方法。
In a metal sphere forming method of forming a metal sphere by discharging a molten metal material in a container from a nozzle,
Get the shape of the ejected metal sphere,
Controlling the applied voltage to the piezoelectric element that applies pressure to the molten metal material so as to minimize the deviation from the diameter of the pre-designed metal sphere;
Furthermore, if the control range of the applied voltage is exceeded, the pressure in the container is controlled,
Furthermore, when the control range of the pressure in the said container is exceeded, the metal ball formation method which controls the liquid level in the said container of the said molten metal material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015176229A JP2017052982A (en) | 2015-09-08 | 2015-09-08 | Metallic ball formation device and metallic ball formation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015176229A JP2017052982A (en) | 2015-09-08 | 2015-09-08 | Metallic ball formation device and metallic ball formation method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017052982A true JP2017052982A (en) | 2017-03-16 |
Family
ID=58317439
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015176229A Pending JP2017052982A (en) | 2015-09-08 | 2015-09-08 | Metallic ball formation device and metallic ball formation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017052982A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020084293A (en) * | 2018-11-29 | 2020-06-04 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Production device for metal powder |
CN112238034A (en) * | 2020-10-15 | 2021-01-19 | 尹萍 | Energy-saving environment-friendly LED lamp installation device and installation method |
-
2015
- 2015-09-08 JP JP2015176229A patent/JP2017052982A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020084293A (en) * | 2018-11-29 | 2020-06-04 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Production device for metal powder |
JP7102325B2 (en) | 2018-11-29 | 2022-07-19 | 三菱重工業株式会社 | Metal powder manufacturing equipment |
CN112238034A (en) * | 2020-10-15 | 2021-01-19 | 尹萍 | Energy-saving environment-friendly LED lamp installation device and installation method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Amirzadeh et al. | Producing molten metal droplets smaller than the nozzle diameter using a pneumatic drop-on-demand generator | |
JP2002155305A (en) | Equipment and method for manufacturing monodispersed particle, and monodispersed particle manufactured by the manufacturing method | |
JP2017052982A (en) | Metallic ball formation device and metallic ball formation method | |
Sukhotskiy et al. | Magnetohydrodynamic drop-on-demand liquid metal 3D printing | |
US11602763B2 (en) | Dosing system with dosing material cooling device | |
JP2006208324A (en) | Probe card and its manufacturing method | |
JP2012201940A (en) | Apparatus and method for producing metal powder | |
KR20150049992A (en) | Apparatus for forming pattern line by electrohydrodynamics and forming method of pattern by electrohydrodynamics | |
CN217412451U (en) | Device for preparing uniform solder balls with size less than 100 micrometers under electrostatic effect | |
JP2009212249A (en) | Apparatus and method for forming wiring pattern | |
CN114850482B (en) | Device and method for preparing uniform solder balls with diameters below 100 microns under electrostatic effect | |
JP6106852B2 (en) | Nozzle head, metal particle manufacturing apparatus using the nozzle head, and metal particle manufacturing method | |
JP2018090866A (en) | Molten-metal discharge device | |
US9922870B2 (en) | Method for applying an image of an electrically conductive material onto a recording medium and device for ejecting droplets of an electrically conductive fluid | |
KR101435367B1 (en) | Method and Apparatus for Fabricating Uniform Fine Solder Ball using Electric Field | |
KR100524414B1 (en) | Metal jet unit | |
Zeng et al. | Experimental research of pneumatic drop-on-demand high temperature droplet deposition for rapid prototyping | |
KR100726448B1 (en) | Apparatus and method for manufacturing a solder ball | |
JP4750170B2 (en) | Apparatus and method for producing fine particles | |
Chao et al. | Experimental analysis of a pneumatic drop-on-demand (DOD) injection technology for 3D printing using a gallium-indium alloy | |
CN105598458B (en) | Nozzle head and the metallic manufacturing device and its manufacturing method for using the nozzle head | |
CN114850483B (en) | Device and method for rapidly and efficiently screening uniform solder balls | |
JP2002226903A (en) | Equipment for manufacturing fine metal ball | |
JP2001353436A (en) | Monodisperse particle and method for manufacturing monodisperse particle and monodisperse particle manufacturing by this method for manufacture as well as apparatus for manufacturing the same | |
KR100727412B1 (en) | Fine ball manufacturing apparatus and method for fine ball manufacturing |