JP2803777B2 - 微細金属球の製造方法 - Google Patents

微細金属球の製造方法

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JP2803777B2 JP7023390A JP2339095A JP2803777B2 JP 2803777 B2 JP2803777 B2 JP 2803777B2 JP 7023390 A JP7023390 A JP 7023390A JP 2339095 A JP2339095 A JP 2339095A JP 2803777 B2 JP2803777 B2 JP 2803777B2
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material

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  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＩＣの電気的接合に用い
る微小なハンダ球等の微細金属球を製造するための方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来まで、微細な低融点金属球を製造す
る方法としては、アトマイズ法や金属片を加熱液体に浸
漬する方法などがある。また、特開昭50-102558 では低
融点金属の粉末を含むペーストを孔版を用いて金属板に
印刷することでペーストを所定の量に区分し、これを加
熱することで微細な金属球を製造する方法が提案されて
いる。
【０００３】アトマイズ法は多量の粒子を作る方法とし
ては優れているが、粒の形を球状に整えることや目的の
大きさに揃えることには向かない。金属片を加熱液体に
投下する方法はほぼ完全な球状にすることが出来、投下
する金属片の寸法を予め揃えることで球の大きさの精度
を高く出来るという優れた方法であるが、液中で溶融し
た金属同士が接触すると粒が合体してしまうため金属粒
の間隔を広く開けておく必要があること、また、溶融し
た金属を球状の形を保持したまま凝固・固化させるため
には液体が金属の融点以下に冷却するまでの時間を要す
るなど作業性と生産性が著しく悪いことが主な欠陥で大
量生産に向かないとされてきた。
【０００４】特開昭50-102558 の方法は大量生産には向
いているが球径が大きければ形が偏平に歪み、また、印
刷という手段を用いているためペーストに含まれる低融
点金属の量を正確に区分するには限度があり、また、金
属粉の配合ムラなどから微細な球の寸法精度を確保する
ことは困難である。これらの理由から、球径は0.1 〜1.
0mm に限定されるという欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、金属
球の径を均一に揃える制御性と球形の完全さ、量産性、
球径の大きさの範囲の広さにおいていずれかが満たされ
ていなかった。本発明はこうした事情に基づいてなされ
たものであり、金属片を加熱液体に投下する方法に抜本
的な改善を加えて大量生産に向くようにし、幅広いサイ
ズの、寸法精度が高く、ほぼ完全な球状の金属球を効率
よく生産できる微細金属球の製造方法を提供するもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１記載の発明は予め所定の体積に整えた金属片
を当該金属の融点以上に保持した液体に投入して金属片
を加熱溶解し、液化した金属自らの表面張力によって球
形になる作用を利用することで所定の大きさの微細金属
球を製造する方法において、前記液体にフラックス性を
有する成分が重量濃度で２％超かつ２３％未満の範囲で
含まれた液体を用い、該液体の下部を金属の融点以下に
保持し上部の高温部で溶解して球形になった金属を重力
の作用で降下させ低温の下部に到達させて凝固すること
を特徴とするものである。
【０００７】請求項２記載の発明は金属片を、前記液体
と同じ成分の液体あるいは前記液体と混合しうる液体と
一緒に、投入する事を特徴とするものである。
【０００８】請求項３記載の発明は予め所定の体積に整
えた金属片を当該金属の融点以上に保持した加熱液体に
投入して金属片を加熱溶解し、液化した金属自らの表面
張力によって球形になる作用を利用することで所定の大
きさの微細金属球を製造する方法において、前記加熱液
体として表面酸化膜を除去する効果を有しないものを用
い、前記加熱液体の上部に当該金属の表面酸化膜を除去
する効果を有する液体を配置し、金属片がこの液体の層
を通過した後に前記加熱液体で加熱溶融させ、加熱液体
の下部を金属の融点以下に保持し上部の高温部で溶解し
て球形になった金属を重力の作用で降下させ低温の下部
に到達させて凝固することを特徴とするものである。
【０００９】請求項４記載の発明は予め所定の体積に整
えた金属片を当該金属の融点以上に保持した液体に投入
して金属片を加熱溶解し、液化した金属自らの表面張力
によって球形になる作用を利用することで所定の大きさ
の微細金属球を製造する方法において、前記液体に当該
金属の表面酸化膜を除去する効果が適正範囲にある液体
を用い、金属片を同液、あるいは同液と混合しやすい液
体と一緒に投入し、前記液体の下部を金属の融点以下に
保持し上部の高温部で溶解して球形になった金属を重力
の作用で降下させ低温の下部に到達させて凝固すること
を特徴とするものである。
【００１０】
【作用】当該金属の細片を融点以上に保持した液体に投
入して金属片を加熱溶融し、液化した金属自らの表面張
力によって球形になる作用を利用することで金属球を得
ることが出来る。上下に長い筒状の容器に液体を入れ、
液体の上部から中央部までは金属の融点以上の高温に加
熱しておき、下部は融点以下に保持する。
【００１１】この容器の上方から金属の細片を投入する
と金属細片は高温部を通過中に加熱されて溶融し、自ら
の表面張力によってほぼ真球の液滴になるが、次いで低
温部に至って冷却されて凝固し、ほぼ完全な金属球を得
ることが出来る。投入する金属細片を例えば、太さ径の
一定したワイヤ、あるいは幅と厚さの均一なリボンを一
定の長さに切ったものにするなど、その大きさを整える
ことにより、所望の大きさに揃った球が得られる。
【００１２】金属片を投入するにはあらかじめ所定の長
さに切り揃えたワイヤ等をパーツフィーダーでバラバラ
にして落とし込む方式やワイヤを連続的に定尺に切り落
とすワイヤカッターを用いる方式などさまざまな方法を
用いることができる。
【００１３】本発明では金属片が液中を下方に移動して
いく過程で溶融し、球形の液滴になり、また、続いて凝
固するが、このとき金属片を次々に投入してもそれぞれ
の下降速度がほぼ等しいため、金属片同士、液滴同士が
接触・合体等の不具合が起きにくいので短時間に多量の
金属球の製造が可能となる。以上が請求項１に示す内容
である。
【００１４】ここで用いる液体の性質としては、沸点が
当該の金属の融点より十分に高いこと、当該金属に有害
な作用を及ぼさないことが必要である。高温においても
蒸気圧が低い方が取扱いを容易にする。比重が大きく粘
性が大きい程、金属片および溶融した液滴が液中を通過
する速度を遅くし、溶融と球状化に必要な時間を確保す
る上で有利になる。シリコンオイルやフッ素系オイルに
これらの要件を満たすものが得られる。
【００１５】上下に長い筒状の容器中の液体の上部から
中央部までを高温に、下部を低温に保持することは特に
難しいことではない。内径が５０mm、長さが５００mmの
耐熱ガラスの円筒形の容器にシリコンオイルを入れ、容
器の中央部に電熱リボンを巻いて加熱して液の上半分を
２００℃以上に保持した例では５時間以上経過しても底
部付近の液の温度は５０℃を越えることはなく、下半部
を冷却する必要は生じなかった。
【００１６】微細球を得ようとする金属の種類としては
前記した液体の性質によって制約を受ける。とりわけ融
点が液体の沸点を越える金属の処理は無理であり、一般
的にはハンダ等の合金を含む低融点金属の微細球の製造
に限定される。加熱液体の温度は当該金属の融点、ある
いは液化温度より少なくとも１０℃以上高いことが必要
で、５０℃以上高温に保持することが望ましい。また、
この温度に保たれた液中を金属片と液滴が通過する時間
は0.5sec以上は必要で、真球に近い形状を安定的に得る
ためには2sec以上になることが望ましい。
【００１７】ハンダなどの金属の表面は通常は薄い酸化
膜で覆われていて、融点以上に加熱してもこの表面層が
球状になるのを妨げるといわれている。0.05×2.0mm の
５０％Ｓｎ残りＰｂのハンダリボンを長さ５mmにカット
した片を前処理をせずに３００℃に加熱したフッ素系オ
イルに投入した例では８０％以上が球形にならなかっ
た。この問題は事前に酸洗処理をするとか、フラックス
を塗布する等の処置を施すことによって解決できるが、
工程が増えることになる。また、芯にフラックスが入っ
たハンダワイヤが市販されており、これを適用してもよ
いが、細径のものは入手し難く、微細な球を精度よく作
るのは困難である。この問題を解決するための手段を請
求項２と請求項３が示している。
【００１８】金属片を溶融する液に酸化膜を除去する効
果をもつ液体（液状のフラックス）を用いることにより
金属片を加熱溶融すると同時に酸化膜等を除去すること
が出来、ほぼ真球の液滴が形成される。
【００１９】加熱液の上方に金属片の酸化膜を除去する
効果をもつ液体（液状のフラックス）を配置する方法を
用いれば、投入された金属片はこれらの液を通過するこ
とで始めに表面がフラックスで覆われ、続いて加熱液に
達して溶融点以上に加熱される。このときに表面の酸化
膜がフラックスの作用で除去されてほぼ真球の液滴が形
成される。加熱液をフラックスの沸点より高い温度に保
持するためには比重が加熱液とフラックスの中間で沸点
が高い液を加熱液の上、フラックス液の下に配置して中
間層を形成せしめ、この付近の容器の壁を冷却するなど
してフラックスの温度がその沸点に達しないようにすれ
ばよい。
【００２０】請求項４によれば、加熱液に投入された金
属片は、はじめ加熱液中に分散してから融点以上に加熱
される。しかる後に表面酸化膜が除去されることにより
球状の液滴になる。したがって、多数の金属片を同時に
投入しても合体することがないため、微小な金属球を効
率よく製造することが可能になる。フラックス液を希釈
して金属の酸化膜を除去する反応性を適正範囲にまで弱
めたものを加熱液に用いたことと、加熱液と混合しやす
い液とともに微小な金属片（複数）を投入するために金
属片は加熱液中に分散した後に個々別々に液滴になる。
このために数十、あるいは数百という多数の金属片を一
時に投入しても相互に合体することがないので、寸法の
揃った微小な金属球が効率よく得られる。
【００２１】ハンダ等の低融点金属に使用されるフラッ
クスとしては松ヤニを主成分とするペーストやその有効
成分を溶剤に溶かした液状のものが従来から広く用いら
れてきた。最近では同様な性質をもつ有効成分が合成で
得られるようになり、これらを配合した薬液が市販され
ている。市販のフラックス液をそのまま金属片が溶融す
る温度以上に加熱すると反応性が強いため多数の金属片
を同時に投入した場合には金属片同士の溶融合体が頻発
して所望の寸法に揃った金属球が得にくいという不具合
が生ずる。こうした不具合を避けるためには適度な反応
性をもつ液体を加熱液に用いることが必要である。ま
た、同液と馴染みがよく混合しやすい液と金属片を一緒
に投入することで金属片が加熱液中に分散するので合体
を避けることができる。
【００２２】加熱液の反応性はフラックス液を希釈する
程度に応じて変わる。希釈度が少なすぎたり、希釈の程
度が過ぎると目的を達せられないので、予備的な処理の
結果を見ることによって適切な範囲を知ることが出来
る。フラックス液の成分・構成と金属片の種類や大きさ
等によって最適な希釈の程度が異なるので、希釈の適正
範囲を一般的に規定することは困難である。また、一般
に加熱温度と加熱の保持時間によっても反応性が変化す
るのでこれも必要に応じて予備的な処理の結果にもとづ
いて適正条件を定める。
【００２３】市販のフラックス液を希釈する方法の他
に、ペーストあるいはその有効成分をフッ素系オイル等
に配合する方法を用いてもよい。市販のフラックス液に
はアルコール等の沸点の低い溶剤が含まれていることが
多いが、その場合には予め加熱してこうした成分を除去
してから用いる必要がある。フラックス性をもつことが
知られているピーナッツ・オイルは高温に加熱してはじ
めて有効な反応性が出現し、その程度も適正な範囲であ
るので希釈する必要がなく、単独で用いることができ
る。
【００２４】金属片と一緒に投入する液体は加熱液と同
一、同種のものを使用すればよいが、フラックスを希釈
するために用いたオイルのみでもよく、加熱液と混合性
が優れて他に不具合が生じなければ別の液体を用いるこ
とを妨げない。
【００２５】
【実施例】以下に本発明の実施例を図１に示す。図１
は、本発明の方法により加熱液体としてシリコンオイ
ル、フッ素系オイル又はフラックスを用いて、微細金属
球を製造したときの結果１５例を示すものである。形状
評価の欄には、真球度の良好な物の割合が９９％以上で
あるときには「◎」、９０％以上であるときには
「○」、８０％以上であるときには「△」、８０％未満
であるときには「×」を付してある。ここで真球度の良
好な物とは、長径と短径の差が平均径の１０％以下の物
をいう。
【００２６】図２は、本発明の他の実施例を示す図であ
る。図２は本発明の方法により、加熱液体としてフラッ
クスとフッ素系オイルとを混合したものを用いて、微細
金属球を製造したときの結果１５例を示すものである。
評価の「形状」は、図１の形状評価と同一の基準で表示
してある。また評価の「球径」には、合体で生じた大径
の球の混入した個数が全体の０．１％未満であるときに
は「◎」、０．１〜１％未満であるときには「○」、１
〜５％未満であるときには「△」、それ以外のときには
「×」を付してある。
【００２７】
【発明の効果】本発明の方法によれば、金属片が溶融
し、自らの表面張力によって球状の液滴になり、続いて
冷却・凝固する過程のすべてが液中を降下していく途上
で行われて完結するので、球の形が歪められず、大きさ
によらずほぼ真球の金属球が得られる。寸法精度と真球
度の高い微細な低融点金属球を効率よく、大量に製造す
ることが出来る。また、空気から遮断された液中で処理
されるので金属球の表面が酸化される心配がなく、良好
な表面性状の金属球が得やすいという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す図で、略号の意味等は図
の下部に記す。
【図２】本発明の他の実施例を示す図で、略号の意味等
は図の下部に示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22F 9/06 B22D 25/02 B23K 35/40 340 B22F 1/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 予め所定の体積に整えた金属片を当該金
    属の融点以上に保持した液体に投入して金属片を加熱溶
    解し、液化した金属自らの表面張力によって球形になる
    作用を利用することで所定の大きさの微細金属球を製造
    する方法において、前記液体にフラックス性を有する成
    分が重量濃度で２％超かつ２３％未満の範囲で含まれた
    液体を用い、該液体の下部を金属の融点以下に保持し上
    部の高温部で溶解して球形になった金属を重力の作用で
    降下させ低温の下部に到達させて凝固することを特徴と
    する微細金属球の製造方法。
  2. 【請求項２】 金属片を、前記液体と同じ成分の液体あ
    るいは前記液体と混合しうる液体と一緒に、投入する事
    を特徴とする請求項１記載の微細金属球の製造方法。
  3. 【請求項３】 予め所定の体積に整えた金属片を当該金
    属の融点以上に保持した加熱液体に投入して金属片を加
    熱溶解し、液化した金属自らの表面張力によって球形に
    なる作用を利用することで所定の大きさの微細金属球を
    製造する方法において、前記加熱液体として表面酸化膜
    を除去する効果を有しないものを用い、前記加熱液体の
    上部に当該金属の表面酸化膜を除去する効果を有する液
    体を配置し、金属片がこの液体の層を通過した後に前記
    加熱液体で加熱溶融させ、加熱液体の下部を金属の融点
    以下に保持し上部の高温部で溶解して球形になった金属
    を重力の作用で降下させ低温の下部に到達させて凝固す
    ることを特徴とする微細金属球の製造方法。
  4. 【請求項４】 予め所定の体積に整えた金属片を当該金
    属の融点以上に保持した液体に投入して金属片を加熱溶
    解し、液化した金属自らの表面張力によって球形になる
    作用を利用することで所定の大きさの微細金属球を製造
    する方法において、前記液体に当該金属の表面酸化膜を
    除去する効果が適正範囲にある液体を用い、金属片を同
    液、あるいは同液と混合しやすい液体と一緒に投入し、
    前記液体の下部を金属の融点以下に保持し上部の高温部
    で溶解して球形になった金属を重力の作用で降下させ低
    温の下部に到達させて凝固することを特徴とする微細金
    属球の製造方法。
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