JP3765321B2 - 中実球体製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、中実球体状のはんだ合金等を製造する中実球体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント基板の半田付けにおいては、半田ペーストを用いてチップを搭載したプリント基板を、リフロー炉により実装することが大部分である。 しかし、この従来方法によるとプリント基板上の電子回路のリード端子のピッチ幅を０．５ｍｍより小さくすることは、困難である。 これに対し、最近では、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）方式による接合が普及してきている。 このため、０．１５〜１．５ｍｍ直径のＳｎ−Ｐｂ半田合金球体の需要が増加してきている。 現在では、プリント基板の量産化によって、１００万個単位の需要が見込まれているが、半田合金の溶融体から急冷する噴霧法や遠心力法を用いて半田球体を製造している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来の製造方法によるときは、半田球体の直径にばらつきがあり、一定の直径の半田球体だけを、例えば真球度として±０．０２mmという高い精度で分級することが、究めて困難であることもあって、半田球体のコストが、高価であるという問題点があった。
そこで、本発明は、真球度および寸法精度の高い半田球体等の中実球体を製造でき、中実球体の分級工程を省略できる中実球体製造装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上面および底面に開口して貫通する複数の孔部を有し、前記上面の孔部の口径を前記底面孔部の口径より小さく形成してテーパを形成し、前記上面は溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストとの濡れ性が悪い材料で構成される平板と、溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストが充填され、前記底面に接し、密閉された空間と、前記空間に連通するシリンダと、前記シリンダ内を上昇することにより、前記空間内の前記物質を押圧して前記複数の孔部を通過せしめて前記平板の前記上面に噴出させるピストンと、前記ピストンを上下動させる駆動装置と、から成り、噴出された溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの持つ表面張力を利用して球体を作ることを特徴とする中実球体製造装置である。
【０００５】
さらに、本発明は、平板自体を加熱することにより、上面に噴出された状態の溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストを加熱する加熱装置を備え、この加熱装置の代わりに、上面に噴出された溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの存在する雰囲気を、溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの表面張力が作用し得る温度にまで昇温させるように加熱する加熱装置を備える場合もある。
【０００６】
【作用】
本発明によれば、ピストンがシリンダ内を上昇することにより、空間内の溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストを押圧して、平板の複数の孔部を通過せしめて、平板の上面に噴出させる。 平板は、溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの濡れ性が悪い材料で構成されるため、つまり、両者の間で構成する接触角が大きい性質よりなるため、この噴出時に溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストが表面張力を発揮すれば、球体となるが、温度が低い等の理由により、表面張力を十分に発揮しなければ、完全な球体はなりにくい。
この噴出時に、円筒体を形成した場合には、上面に噴出された溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストを加熱することにより、表面張力を発揮させ、球体に形成する。
また、加熱することにより溶剤を蒸発させる。
上記の製造法によると、溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの１個あたりの重量が極めて正確にコントロールされるため、球体を冷却すると、真球度および寸法精度の高い半田合金等の中実球体を製造でき、中実球体の分級工程を省略できる。
更に本発明によれば、平板の上面の孔部の口径を平板底面孔部の口径より小さく形成し てテーパを形成する。このテーパにより、溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの孔部からの切れが良くなる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明を図面を参照してその実施例に基づいて説明する。 図１は、はんだ合金についての本発明の一実施例の構成図である。 平板１は、上面１ａおよび底面１ｂに開口して貫通する複数の孔部２を有する。 平板１は、中実球体を作ろうとする半田合金の物質４との濡れ性の悪いステンレス鋼を用いるが、この他、例えば、Ａｌの中実球体を製造するような場合には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材を用い、または、窒化アルミニウムで上面１ａをコーティングする場合もある。
空間３は、溶融あるいは半溶融の状態の半田合金等の物質４が充填され、底面１ｂに接し、容器１１により密閉される。 物質４は、容器１１に設けられた図示されない注入口から注入され、図示されない蓋により密閉される。 シリンダ１０は、空間３に連通する。 より直径の大きなシリンダ１０を用いて、空間３をシリンダ１０内においてのみ形成して、容器１１を省略する場合もある。
溶融あるいは半溶融の状態の物質４の代わりに、金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストが用いられる場合もある。
【０００８】
ピストン５は、シリンダ１０内を上昇することにより、空間３内の物質４を押圧して複数の孔部２を通過せしめて平板１の上面１ａに噴出させ、表面張力により、球体６ｂを形成させる。 ピストン５を上下動させる駆動装置は、パルスモータ８と、パルスモータ８の回転を制御する制御回路９と、パルスモータ８により回転されてピストン５を上下動させるマイクロメータ１０とから成る。
図示されない加熱装置は、ニクロム線等から成り、平板１の上面１ａに噴出して、球体６ｂを形成している状態の物質４を加熱、さらに加熱制御して、真球度の高い中実球体６を形成する装置である。
この加熱装置の代わりに、上面１ａに噴出された物質４あるいは金属ペーストの存在する雰囲気を、物質４あるいは金属ペーストの表面張力が作用し得る温度にまで昇温させるように加熱する加熱装置、例えば、レーザ光、赤外線ランプ照射、熱風を発生する加熱装置を備える場合もある。
ここで、孔部２の上面１ａの口径を下面１ｂの口径より小さく形成し、テーパを形成する場合もある。 このテーパにより、物質４あるいは金属ペーストの孔部２からの切れが良くなる。
また、平板１を円板状に構成し、平板１の中心から対称位置に複数の孔部２を設ける場合もある。 これにより、ピストン５による物質４あるいは金属ペーストの孔部２からの押出し力を均一にする。
【０００９】
具体的には、厚さ３ｍｍのステンレス鋼から成る平板１に、直径０．６ｍｍφの孔部２を設け、空間３にＳｎ６０重量％、Ｐｂ４０重量％から成る溶融した半田合金の物質４を充填した。 制御回路９によりパルスモータ８を２回回転させて、ピストン５をマイクロメータ１０で押しあげて、物質４を押圧した。
この結果、物質４は複数の孔部２を通過して平板１の上面１ａに、初め図１に示されるように円筒状の円筒体６ａとして噴出し、この噴出物が表面張力を発揮できるほど十分な溶融状態であれば直ちに図１に示されるように、球体６ｂになる。 半田合金の場合には熱容量が大きく、表面張力が大きいので比較的、球体６ｂは作り易い。 円筒体６ａを形成した場合には、加熱装置により加熱すると球体６ｂを形成する。
さらに、この半田合金の球体６ｂの真球度を高めるため、１９０℃（共晶溶融状態）に１分間加熱することにより、図２に示されるように、真球度は、±０．０１％のほぼ完全な中実球体６となった。
この時、なぜ真球度の高い中実球体６が得られるかというと、例えば、パルスモータによって物質４の１個あたりの重量が極めて正確にコントロールできるからである。 これにより、製造された半田合金の中実球体６は、ＢＧＡ用としても十分に使用可能であった。 なお、半田粉末によるペーストの場合には、例えば、プロピルアルコール、又は５％ポリビニールアルコール溶液を溶剤として用い、噴出後２００℃に加熱した。
中実球体６が形成され、十分に冷却された毎に、中実球体６を所定箇所に集める図示されないスウィパーを備える場合もある。
さらに、物質４を平板１の上面１ａに噴出させる工程を、窒素等の非酸化性雰囲気中で行うことが好適である。
【００１０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、真球度および寸法精度の高い半田球体等の中実球体を製造でき、中実球体の分級工程を省略できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の構成図である。
【図２】 本発明の一実施例の構成図である。
【符号の説明】
１ 平板 １ａ 上面 １ｂ 底面 ２ 孔部 ３ 空間 ４ 物質
５ ピストン ６ 中実球体 ６ａ 円筒体 ７ マイクロメータ
８ パルスモータ ９ 制御回路 １０ シリンダ １１ 容器
【産業上の利用分野】
本発明は、中実球体状のはんだ合金等を製造する中実球体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プリント基板の半田付けにおいては、半田ペーストを用いてチップを搭載したプリント基板を、リフロー炉により実装することが大部分である。 しかし、この従来方法によるとプリント基板上の電子回路のリード端子のピッチ幅を０．５ｍｍより小さくすることは、困難である。 これに対し、最近では、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）方式による接合が普及してきている。 このため、０．１５〜１．５ｍｍ直径のＳｎ−Ｐｂ半田合金球体の需要が増加してきている。 現在では、プリント基板の量産化によって、１００万個単位の需要が見込まれているが、半田合金の溶融体から急冷する噴霧法や遠心力法を用いて半田球体を製造している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来の製造方法によるときは、半田球体の直径にばらつきがあり、一定の直径の半田球体だけを、例えば真球度として±０．０２mmという高い精度で分級することが、究めて困難であることもあって、半田球体のコストが、高価であるという問題点があった。
そこで、本発明は、真球度および寸法精度の高い半田球体等の中実球体を製造でき、中実球体の分級工程を省略できる中実球体製造装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上面および底面に開口して貫通する複数の孔部を有し、前記上面の孔部の口径を前記底面孔部の口径より小さく形成してテーパを形成し、前記上面は溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストとの濡れ性が悪い材料で構成される平板と、溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストが充填され、前記底面に接し、密閉された空間と、前記空間に連通するシリンダと、前記シリンダ内を上昇することにより、前記空間内の前記物質を押圧して前記複数の孔部を通過せしめて前記平板の前記上面に噴出させるピストンと、前記ピストンを上下動させる駆動装置と、から成り、噴出された溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの持つ表面張力を利用して球体を作ることを特徴とする中実球体製造装置である。
【０００５】
さらに、本発明は、平板自体を加熱することにより、上面に噴出された状態の溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストを加熱する加熱装置を備え、この加熱装置の代わりに、上面に噴出された溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの存在する雰囲気を、溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの表面張力が作用し得る温度にまで昇温させるように加熱する加熱装置を備える場合もある。
【０００６】
【作用】
本発明によれば、ピストンがシリンダ内を上昇することにより、空間内の溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストを押圧して、平板の複数の孔部を通過せしめて、平板の上面に噴出させる。 平板は、溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの濡れ性が悪い材料で構成されるため、つまり、両者の間で構成する接触角が大きい性質よりなるため、この噴出時に溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストが表面張力を発揮すれば、球体となるが、温度が低い等の理由により、表面張力を十分に発揮しなければ、完全な球体はなりにくい。
この噴出時に、円筒体を形成した場合には、上面に噴出された溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストを加熱することにより、表面張力を発揮させ、球体に形成する。
また、加熱することにより溶剤を蒸発させる。
上記の製造法によると、溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの１個あたりの重量が極めて正確にコントロールされるため、球体を冷却すると、真球度および寸法精度の高い半田合金等の中実球体を製造でき、中実球体の分級工程を省略できる。
更に本発明によれば、平板の上面の孔部の口径を平板底面孔部の口径より小さく形成し てテーパを形成する。このテーパにより、溶融あるいは半溶融の半田合金若しくは Al 、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの孔部からの切れが良くなる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明を図面を参照してその実施例に基づいて説明する。 図１は、はんだ合金についての本発明の一実施例の構成図である。 平板１は、上面１ａおよび底面１ｂに開口して貫通する複数の孔部２を有する。 平板１は、中実球体を作ろうとする半田合金の物質４との濡れ性の悪いステンレス鋼を用いるが、この他、例えば、Ａｌの中実球体を製造するような場合には、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）材を用い、または、窒化アルミニウムで上面１ａをコーティングする場合もある。
空間３は、溶融あるいは半溶融の状態の半田合金等の物質４が充填され、底面１ｂに接し、容器１１により密閉される。 物質４は、容器１１に設けられた図示されない注入口から注入され、図示されない蓋により密閉される。 シリンダ１０は、空間３に連通する。 より直径の大きなシリンダ１０を用いて、空間３をシリンダ１０内においてのみ形成して、容器１１を省略する場合もある。
溶融あるいは半溶融の状態の物質４の代わりに、金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストが用いられる場合もある。
【０００８】
ピストン５は、シリンダ１０内を上昇することにより、空間３内の物質４を押圧して複数の孔部２を通過せしめて平板１の上面１ａに噴出させ、表面張力により、球体６ｂを形成させる。 ピストン５を上下動させる駆動装置は、パルスモータ８と、パルスモータ８の回転を制御する制御回路９と、パルスモータ８により回転されてピストン５を上下動させるマイクロメータ１０とから成る。
図示されない加熱装置は、ニクロム線等から成り、平板１の上面１ａに噴出して、球体６ｂを形成している状態の物質４を加熱、さらに加熱制御して、真球度の高い中実球体６を形成する装置である。
この加熱装置の代わりに、上面１ａに噴出された物質４あるいは金属ペーストの存在する雰囲気を、物質４あるいは金属ペーストの表面張力が作用し得る温度にまで昇温させるように加熱する加熱装置、例えば、レーザ光、赤外線ランプ照射、熱風を発生する加熱装置を備える場合もある。
ここで、孔部２の上面１ａの口径を下面１ｂの口径より小さく形成し、テーパを形成する場合もある。 このテーパにより、物質４あるいは金属ペーストの孔部２からの切れが良くなる。
また、平板１を円板状に構成し、平板１の中心から対称位置に複数の孔部２を設ける場合もある。 これにより、ピストン５による物質４あるいは金属ペーストの孔部２からの押出し力を均一にする。
【０００９】
具体的には、厚さ３ｍｍのステンレス鋼から成る平板１に、直径０．６ｍｍφの孔部２を設け、空間３にＳｎ６０重量％、Ｐｂ４０重量％から成る溶融した半田合金の物質４を充填した。 制御回路９によりパルスモータ８を２回回転させて、ピストン５をマイクロメータ１０で押しあげて、物質４を押圧した。
この結果、物質４は複数の孔部２を通過して平板１の上面１ａに、初め図１に示されるように円筒状の円筒体６ａとして噴出し、この噴出物が表面張力を発揮できるほど十分な溶融状態であれば直ちに図１に示されるように、球体６ｂになる。 半田合金の場合には熱容量が大きく、表面張力が大きいので比較的、球体６ｂは作り易い。 円筒体６ａを形成した場合には、加熱装置により加熱すると球体６ｂを形成する。
さらに、この半田合金の球体６ｂの真球度を高めるため、１９０℃（共晶溶融状態）に１分間加熱することにより、図２に示されるように、真球度は、±０．０１％のほぼ完全な中実球体６となった。
この時、なぜ真球度の高い中実球体６が得られるかというと、例えば、パルスモータによって物質４の１個あたりの重量が極めて正確にコントロールできるからである。 これにより、製造された半田合金の中実球体６は、ＢＧＡ用としても十分に使用可能であった。 なお、半田粉末によるペーストの場合には、例えば、プロピルアルコール、又は５％ポリビニールアルコール溶液を溶剤として用い、噴出後２００℃に加熱した。
中実球体６が形成され、十分に冷却された毎に、中実球体６を所定箇所に集める図示されないスウィパーを備える場合もある。
さらに、物質４を平板１の上面１ａに噴出させる工程を、窒素等の非酸化性雰囲気中で行うことが好適である。
【００１０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、真球度および寸法精度の高い半田球体等の中実球体を製造でき、中実球体の分級工程を省略できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例の構成図である。
【図２】 本発明の一実施例の構成図である。
【符号の説明】
１ 平板 １ａ 上面 １ｂ 底面 ２ 孔部 ３ 空間 ４ 物質
５ ピストン ６ 中実球体 ６ａ 円筒体 ７ マイクロメータ
８ パルスモータ ９ 制御回路 １０ シリンダ １１ 容器
Claims (9)
- 上面および底面が開口して貫通する複数の孔部を有し、前記上面の孔部の口径を前記底面孔部の口径より小さく形成してテーパを形成し、前記上面は溶融あるいは半溶融の半田合金若しくはAl、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストとの濡れ性が悪い材料で構成された平板と、
前記底面に接し前記溶融あるいは半溶融の半田合金若しくはAl、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストが充填され密閉された空間と、前記空間に連通するシリンダと、
前記シリンダ内を上昇することにより、前記空間内の前記物質を押圧して前記複数の孔部を通過せしめて前記平板の前記上面に噴出させるピストンと、
前記ピストンを上下動させる駆動装置と、 から成り、噴出された前記溶融あるいは半溶融の半田合金若しくはAl、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの持つ表面張力を利用して球体を作ることを特徴とする中実球体製造装置。 - 前記平板自体を加熱することにより、前記上面に噴出された状態の前記溶融あるいは半溶融の半田合金若しくはAl、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストを加熱する加熱装置を備えた請求項１記載の中実球体製造装置。
- 請求項２記載の中実球体製造装置において、前記加熱装置の代わりに、前記上面に噴出された前記溶融あるいは半溶融の半田合金若しくはAl、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの存在する雰囲気を、前記溶融あるいは半溶融の半田合金若しくはAl、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストの表面張力が作用し得る温度にまで昇温させるように加熱する加熱装置を備えたことを特徴とする中実球体製造装置。
- 前記平板を円板状に構成し、前記平板の中心から対称位置に複数の前記孔部を設ける請求項１から３のいずれかに記載の中実球体製造装置。
- 前記駆動装置は、パルスモータと、前記パルスモータの回転を制御する制御回路と、パルスモータにより回転されてピストンを上下動させるマイクロメータとから成る請求項１から４のいずれかに記載の中実球体製造装置。
- 前記中実球体の形成が終了する毎に、前記中実球体を所定箇所に集めるスウィパーを備える請求項１から５のいずれかに記載の中実球体製造装置。
- 前記溶融あるいは半溶融の半田合金若しくはAl、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストを前記上面に噴出させ、前記中実球体を形成させる工程を、非酸化性雰囲気中で行う請求項１から６のいずれかに記載の中実球体製造装置。
- 前記上面は、前記溶融あるいは半溶融の半田合金若しくはAl、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストとの濡れ性の悪い材料でコーティングされる請求項１から７のいずれかに記載の中実球体製造装置。
- 前記上面全体が、前記溶融あるいは半溶融の半田合金若しくはAl、又は金属粉末と溶剤とが混練された金属ペーストとの濡れ性の悪い材料で構成される請求項１から７のいずれかに記載の中実球体製造装置。
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