JPH11264004A - 球形微小金属粒子の製造方法 - Google Patents

球形微小金属粒子の製造方法

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JPH11264004A
JPH11264004A JP10065268A JP6526898A JPH11264004A JP H11264004 A JPH11264004 A JP H11264004A JP 10065268 A JP10065268 A JP 10065268A JP 6526898 A JP6526898 A JP 6526898A JP H11264004 A JPH11264004 A JP H11264004A
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JP
Japan
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metal
molten metal
particles
metal particles
temperature
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Pending
Application number
JP10065268A
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English (en)
Inventor
Osamu Kimura
修 木村
Tadahiko Ejiri
忠彦 江尻
Akira Watabe
章 渡部
Minoru Yoneyama
稔 米山
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YAMAISHI KINZOKU KK
Ube Corp
Original Assignee
YAMAISHI KINZOKU KK
Ube Industries Ltd
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Publication date
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  • Powder Metallurgy (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒度が揃った球形微小金属粒子を大量に製造
することができる方法を提供する。 【解決手段】 溶融金属を、温度勾配を有する液体中を
通過させて球形金属粒子を製造する方法において、定容
積式溶融金属吐出部から溶融金属を供給することを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は溶融金属から球形微
小金属粒子を製造する方法に関する。特に、粒度が揃っ
た球形微小金属粒子を大量に製造することができる方法
に関する。
【0002】
【従来の技術及びその問題点】近年、電子機器の小型軽
量化を目的にBGA(ボールグリッドアレイ)パッケー
ジを用いた半導体装置の高密度実装が開発されている。
これは、BGA基板の下面に、外部接続端子となる半田
ボールを碁盤目状に配列したものである。上記BGA用
の半田ボールとしては、粒度分布がシャープで真球状の
微小な金属粒子であることが要求されている。
【0003】従来、微少な金属粒子を製造する方法とし
て、例えば、特開昭61−159501号公報には超音
波振動を利用する方法が開示されている。これは、溶融
金属の液滴をノズルから超音波ホーン上に滴下させて、
加湿器等における水を霧化する場合と同様に、超音波振
動によって金属微粉末を製造するものである。
【0004】しかしながら、超音波振動によって金属を
微粉化するため、金属粒子の粒径を、例えば±5%の範
囲の精度にコントロールすることが難しく、また、内径
の小さいノズルから効率良く溶融金属を滴下させること
ができないため、金属微粉末製造の歩留り及び生産性が
低いという問題がある。また、溶融金属が急激に冷却さ
れるため、粒子形状が楕円化したり、表面に割れ目や窪
みが発生してしまうという問題がある。
【0005】一方、特開昭61−279603号公報に
は、液体中で溶融金属を表面張力を利用して球状化する
方法が開示されている。これは、加熱ゾーンと冷却ゾー
ンとを順次に有する液体の加熱ゾーンで、供給管を振動
機により振動させて溶融金属を放出し、その表面張力で
球状化した金属粒子を冷却ゾーンで凝固させて金属粉末
を製造するものである。
【0006】しかし、この方法でも、供給管の振動数で
粒子サイズを規制するため、金属粒子の粒径を高精度に
コントロールすることが難しく、金属微粉末製造の歩留
り及び生産性が低いという問題がある。
【0007】この発明は上記で示した従来の問題点に鑑
みて成されたものであって、粒度分布がシャープで真球
状の微小金属粒子を、歩留り及び生産性良く大量に製造
することができる方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶融金属を、
温度勾配を有する熱媒中を通過させて球形金属粒子を製
造する方法において、定容積式溶融金属吐出部から溶融
金属を供給することを特徴とする方法に関するものであ
る。
【0009】本発明においては、例えば円筒状の容器中
に熱媒を満たし、該容器上方の一部分を加熱して、該容
器内の熱媒の温度を金属の融点より高く保ち、その下方
の他の部分の熱媒を金属の凝固点以下に保った状態で、
容器上部に設けた定容積式溶融金属吐出部から溶融金属
を吐出する。そして、金属粒子が金属の融点より高い熱
媒中を重力によって落下していく間に、その表面張力に
よって球状化し、温度の低い部分の熱媒により凝固する
ことにより、球形微小金属粒子を製造することができ
る。
【0010】本発明で用いられる金属としては、特に制
限はなく、金属単体や合金が使用でき、その融点で熱媒
が使用可能なものであればよい。
【0011】熱媒としては、液体または気体が用いられ
る。液体としては、金属と反応しないものであって、金
属の融点で沸騰、発泡、分解等が起こらないものである
ことが必要である。例えば、ポリエチレングリコール、
シリコンオイル、動植物油脂、鉱物油脂、溶融塩類等を
使用することができる。気体としては、金属と反応しな
いものであればよく、例えば、窒素、ヘリウム等の不活
性ガスが挙げられる。
【0012】本発明においては、定容積式溶融金属吐出
部を用いて溶融金属を供給することにより、粒度が揃っ
た球形微小金属粒子を生産性良く大量に製造することが
できる。本発明における定容積式溶融金属吐出部として
は、複数の一定容積の開孔部を有する円盤が固定されて
おり、その上下に1つ以上の開口部を有する2対の円盤
が該開口部が重ならない状態で同時回転可能に設けられ
ているものが使用される。図2にその一例を示す。図2
の定容積式溶融金属吐出部において、11は、複数の一
定容積の開孔部14を有する円盤であり、枠体10に固
定されている。12及び13は4つの開口部15及び1
6を有する2対の円盤であり、11の上下に開口部15
と開口部16を45度ずらした状態で回転軸17に同時
回転するように取り付けられている。溶融金属5は、円
盤12が回転するとその開口部15を通って円盤11の
開孔部14に充填される。そして、開孔部14に充填さ
れた一定容積の溶融金属が円盤13が回転してその開口
部16が下に来た時に、開口部16を通って吐出され
る。
【0013】また、定容積式溶融金属吐出部として、表
面に複数の一定容積の凹部を有するボールバルブが上下
方向に回転自在に設けられているものを使用することも
できる。図3にその一例を示す。図3の定容積式溶融金
属吐出部において、21は、複数の一定容積の凹部22
を有するボールバルブであり、軸23に固定されてい
る。ボールバルブ21は、外周の枠体24に対して、上
下の溶融金属入口部25と溶融金属出口部26を除いて
全周を密接させて上下方向に回転自在に設けられてい
る。溶融金属5は、溶融金属入口部25からボールバル
ブ21の凹部22に充填される。そして、ボールバルブ
21が回転してその凹部22が下に来た時に、溶融金属
出口部26へ吐出される。
【0014】本発明においては、金属粒子が温度勾配を
有する熱媒中を通過する際の下記式(1)で表されるR
eが0<Re<500、好ましくは、0<Re<300
となる条件で金属粒子を製造することが望ましい。 Re=ρuD/μ (1) ここで、 u:金属粒子の終末速度(cm/s)で下記式で定義され
る。 (0<Re<2の場合) u=g(ρm−ρ)D2/18μ (2<Re<500の場合)u={4g2(ρm−ρ)23/225μρ}1/3 D:金属粒子の直径(cm) ρm:金属の密度(g/cm3) ρ:熱媒の密度(g/cm3) μ:熱媒の粘度(g/s・cm) g:重力の加速度(cm/s2) なお、これらはいずれも金属粒子の融点における値を使
用するものとする。また、Reが2付近では、uは2<
Re<500の場合の値を採用するものとする。Reが
0<Re<500となる条件で溶融金属を供給すること
により、真球状の微小金属粒子を歩留り良く製造するこ
とができる。Reが500以上になると、粒子の変形が
起こり易くなるので好ましくない。
【0015】また、温度勾配を有する熱媒を、金属の融
点以上である高温部分と金属の融点未満である低温部分
とに設定する場合、低温部分の温度勾配を20℃/50
cm以下とすることが望ましい。特に、粒子径が400
〜800μmの金属粒子を製造する場合に、低温部分の
温度勾配を10〜20℃/50cmの範囲とすることが
好ましい。低温部分の温度勾配が20℃/50cmより
も大きくなると、粒子形状が楕円化したり、表面に割れ
目や窪みが発生し易くなるので、歩留りが悪くなる。
【0016】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。実施例で
使用した金属粒子の製造装置の概略図を図1に示す。図
1において、直径150mm、長さ2000mmの円筒
状容器1の上部に、定容積式溶融金属吐出部2が固定さ
れている。円筒状容器1には、熱媒である液体3が満た
されており、4個のバンドヒーター4a、4b、4c、
4dにより所定の温度に保持されている。 実施例1 定容積式溶融金属吐出部2は、図2に示す装置を使用し
た。円盤11は、厚みが0.2mmで、開孔部21が
1.05mmφの円筒形のものを使った。また、熱媒と
して菜種油を用い、4個のバンドヒーター4a、4b、
4c、4dの中心部の液温T4a、T4b、T4c、T4dをそ
れぞれ、240℃、190℃、183℃、170℃とし
た。このときの低温部分の温度勾配は15℃/50cm
である。溶融金属5として、BGA用の半田(Sn63
wt%、Pb37wt%、融点183℃)を用い、円盤
12及び13を43rpmで回転させながら、溶融金属
を吐出させ、球形の金属微粒子を製造した。得られた金
属粒子は、球形で割れ目、窪みが全くなく、表面は平滑
で金属光沢を呈していた。また目標の粒径760μm±
20μmの範囲に80%が入っていた。また、この条件
での、Reは179(u:35.4cm/s、D:760μ
m、ρm:8.42g/cm3、ρ:0.806g/cm3、μ:
0.0121g/s・cm、g:980cm/s2)であった。
【0017】実施例2 定容積式溶融金属吐出部2は、図3に示す装置を使用し
た。ボールバルブ21は直径1.20mmの半球状の凹
部22を有するものを使った。また、熱媒は実施例1と
同じ条件とした。実施例1と同じ溶融金属5を用い、ボ
ールバルブ21を22rpmで回転させながら、溶融金
属を吐出させ、球形の金属微粒子を製造した。得られた
金属粒子は、球形で割れ目、窪みが全くなく、表面は平
滑で金属光沢を呈していた。また目標の粒径760μm
±20μmの範囲に63%が入っていた。
【0018】比較例1 定容積式溶融金属吐出部2に代えて、溶融金属滴下ノズ
ルに加振器を取り付けた溶融金属吐出部を使用した。ま
た、熱媒は実施例1と同じ条件とした。溶融金属滴下ノ
ズルの内径を1mm、加振器の振動数を1800Hzと
して溶融金属を吐出させ、金属微粒子を製造した。得ら
れた金属粒子は、目標の粒径760μm±20μmの範
囲に6%しか入っていなかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、実施例で使用した金属粒子の製造装置
の概略図である。
【図2】図2は、実施例1で使用した定容積式溶融金属
吐出部2の概略図である。
【図3】図3は、実施例2で使用した定容積式溶融金属
吐出部2の概略図である。
【符号の説明】
1…金属微粒子製造装置 2…定容積式溶融金属吐出部 3…熱媒 4a、4b、4c、4d…バンドヒーター 5…溶融金属 10…枠体 11、12、13…円盤 14…開孔部 15、16…開口部 17…回転軸 21…ボールバルブ 22…凹部 23…軸 24…枠体 25…溶融金属入口部 26…溶融金属出口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 章 千葉県東葛飾郡関宿町木間ヶ瀬791 山石 金属株式会社関宿工場内 (72)発明者 米山 稔 千葉県東葛飾郡関宿町木間ヶ瀬791 山石 金属株式会社関宿工場内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溶融金属を、温度勾配を有する熱媒中を通
    過させて球形金属粒子を製造する方法において、定容積
    式溶融金属吐出部から溶融金属を供給することを特徴と
    する球形微小金属粒子の製造方法。
  2. 【請求項2】定容積式溶融金属吐出部が、複数の一定容
    積の開孔部を有する円盤が固定されており、その上下に
    1つ以上の開口部を有する2対の円盤が該開口部が重な
    らない状態で同時回転可能に設けられてなることを特徴
    とする請求項1記載の球形微小金属粒子の製造方法。
  3. 【請求項3】定容積式溶融金属吐出部が、表面に複数の
    一定容積の凹部を有するボールバルブが上下方向に回転
    自在に設けられてなることを特徴とする請求項1記載の
    球形微小金属粒子の製造方法。
  4. 【請求項4】溶融金属を、温度勾配を有する熱媒中を通
    過させて球形金属粒子を製造する方法において、下記式
    (1)で表されるReが0<Re<500となる条件で
    金属粒子を製造することを特徴とする請求項1記載の球
    形微小金属粒子の製造方法。 Re=ρuD/μ (1) ここで、 u:金属粒子の終末速度(cm/s)で下記式で定義され
    る。 (0<Re<2の場合) u=g(ρm−ρ)D2/18μ (2<Re<500の場合)u={4g2(ρm−ρ)23/225μρ}1/3 D:金属粒子の直径(cm) ρm:金属の密度(g/cm3) ρ:熱媒の密度(g/cm3) μ:熱媒の粘度(g/s・cm) g:重力の加速度(cm/s2
  5. 【請求項5】温度勾配を有する熱媒が、金属の融点以上
    である高温部分と金属の融点未満である低温部分からな
    り、低温部分の温度勾配を20℃/50cm以下とする
    ことを特徴とする請求項4記載の球形微小金属粒子の製
    造方法。
JP10065268A 1998-03-16 1998-03-16 球形微小金属粒子の製造方法 Pending JPH11264004A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003035308A1 (fr) * 2001-10-26 2003-05-01 Miyazaki Prefecture Particule metallique spherique pour monodispersion et procede permettant de produire celles-ci
US6676726B1 (en) * 1998-12-25 2004-01-13 Nippon Steel Corporation Method and apparatus for manufacturing minute metallic sphere
JP2008179902A (ja) * 2008-04-21 2008-08-07 Dowa Holdings Co Ltd 球状体の製造方法と製造装置

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