KR100469018B1 - method and apparatus for producing fine metal spheres of uniform sizes - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 용융,구형화공정에 미세금속편을 낙하하는 때에 상호간의 응집발생을 제거하고, 이에 따라 전 공정을 일체화할 수 있으며, 나아가, 미세금속와이어의 절단공정을 고속이면서도 정밀한 균일도로 절단될 수 있고 이동중 오염이 없어 품질을 향상시킬 수 있으면서, 전체적으로 생산성을 향상시킬 수 있는 마이크로 금속볼의 제조방법과 그 장치를 제공한다.In the present invention, when the fine metal piece is dropped in the melting and spheroidizing process, the coagulation can be eliminated from each other, thereby integrating the whole process, and the cutting process of the fine metal wire can be cut at high speed and with precise uniformity. The present invention provides a method and apparatus for manufacturing a micro metal ball which can improve the overall productivity while being free from contamination during transportation.
이를 위한 마이크로 금속볼의 제조방법은, 미세금속와이어(1)를 이용하여 구형 금속볼(4)을 제조하는 것에 있어서, 상기 미세금속와이어(1)을 미세금속편(2)으로 절단시킨 뒤, 상기 용융실(B)로 낙하시키면서 상기 용융실(B)로 투입되기 전에 연결봉(36,76)과, 가이드(30) 및/또는 진동전달부재(70)를 개재하여 진동발생장치(35) 및/또는 진동발생장치(75)에 의한 진동을 그 미세금속편(2)에 가하여 다수의 미세금속편(2)의 응집을 방지시키는 것을 특징으로 하며, 나아가, 절단공정에서 와이어 공급장치(10)에 의해 공급되는 미세금속와이어(1)를, 아크펄스발생수단(25) 및 아크발생전극(21,22)에 의해 발생되는 마이크로펄스의 아크에 의해 고속으로 절단시키는 것을 특징으로 한다.In the manufacturing method of the micro metal ball for this, in manufacturing the spherical metal ball (4) by using the fine metal wire (1), after cutting the fine metal wire (1) into a fine metal piece (2), Before dropping into the melting chamber (B) while being introduced into the melting chamber (B) via the connecting rods (36, 76), the guide 30 and / or the vibration transmitting member 70, the vibration generating device (35) and / Alternatively, the vibration generated by the vibration generating device 75 is applied to the fine metal piece 2 to prevent agglomeration of the plurality of fine metal pieces 2, and furthermore, supplied by the wire supply device 10 in the cutting process. It is characterized in that the fine metal wire 1 to be cut at high speed by the arc of the micropulse generated by the arc pulse generating means 25 and the arc generating electrodes 21 and 22.
Description
본 발명은, 마이크로 금속볼의 제조방법과 그 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 용융,구형화공정에 미세금속편을 낙하하는 때에 상호간의 응집발생을 제거하고, 이에 따라 전 공정을 일체화할 수 있으며, 나아가, 미세금속와이어의 절단공정을 고속이면서도 정밀한 균일도로 절단될 수 있으면서, 선별공정이 필요없이 또, 융융공정에서의 효율을 향상시킬 수 있으며, 전체적으로 생산성을 향상시키고, 이동중 오염이 없는 등, 품질을 향상시킬 수 있는 마이크로 금속볼의 제조방법과 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a micro metal ball and an apparatus thereof, and more particularly, to eliminate the occurrence of cohesion between each other when dropping the fine metal piece in the melting and spheroidization process, thereby integrating the whole process. Furthermore, the cutting process of the fine metal wire can be cut at high speed and precise uniformity, and the efficiency of the melting process can be improved without the need for the sorting process, and the overall productivity is improved, and there is no contamination during the movement, The present invention relates to a method for manufacturing a micro metal ball and a device thereof capable of improving quality.
종래, LCD구동 IC 패키지와 같은 IC칩의 전극과 프린트기판 등과의 사이의접속을 위해 BGA(ball grid array)에 의한 접속방법이 개발되어 있다. 이 접속방법은, IC칩의 전극부에 범프로 되는 금속(주로 고순도의 금)을 직접 도금하여 형성하는 방법이 있으나, 이러한 방법은 큰 설비가 요구되고 금속조성에 제약을 받을 뿐만 아니라, IC칩에 영향을 미친다고 하는 결점이 있다. 이러한 결점을 해결한 것이 마이크로 금속볼을 범프로 이용하는 방법이다. 이 마이크로 금속볼에 의한 접속법은, 다수의 마이크로 금속볼을 흡착기구에 의해 흡착시켜 IC칩의 전극에 배치시킨 후, 용착시킴으로써 다수의 마이크로 금속볼이 IC칩의 전극에 융착되게 되고, 이를 프린트기판 등에 부착시켜 접속시키는 방법이다.Background Art Conventionally, a connection method using a ball grid array (BGA) has been developed for connection between an electrode of an IC chip such as an LCD driver IC package and a printed circuit board. This connection method is formed by directly plating a metal (mainly high-purity gold) which is bumped into the electrode portion of the IC chip. However, this method requires a large facility and is restricted in metal composition, There is a flaw that affects. One solution to this drawback is the use of micro metal balls as bumps. In this connection method using a micro metal ball, a plurality of micro metal balls are adsorbed by an adsorption mechanism, placed on an electrode of an IC chip, and then welded to fuse the plurality of micro metal balls to an electrode of an IC chip. It is a method attached to a back and connected.
따라서, 여기에 마이크로 금속볼은 미세하면서도 접속을 용이하게 하면서도 인접 전극사이의 단락을 방지하도록 균일한 크기가 요구되는 바, 그 제조방법으로는 미세금속와이어를 균일하게 절단하고 절단된 미세금속편을 용융시켜 표면장력에 의해 구형상으로 한 후, 냉각,응고시켜 위와 같은 마이크로 금속볼을 제조하는 방법이 알려져 있다.Therefore, the micro metal balls are required to have a uniform size so that the micro metal balls are fine and easy to connect while preventing short circuits between adjacent electrodes. In the manufacturing method, the micro metal balls are uniformly cut and the cut fine metal pieces are melted. It is known to produce a micro metal ball as described above by forming a spherical shape by surface tension and then cooling and solidifying.
그러나, 특히 용융,구형화공정에 미세금속편을 낙하하는 때에 상호간에 응집이 발생하여 드러붙기 때문에 미세금속와이어의 절단공정과 용융,구형화공정이 분리되어 이루어지고 있으며, 또, 미세금속와이어의 절단공정에서 크기의 균일도 정밀하지 못하여 중간에 선별공정이 요구되고 있어 더욱 분리되고 복잡한 공정이 요구되며, 생산성의 저하 및 균일도품질의 저하, 이동중 이물질오염 등의 문제가 있다.However, in particular, when the fine metal piece is dropped in the melting and spheroidizing process, the coagulation occurs and sticks to each other. Therefore, the cutting process of the fine metal wire and the melting and spheroidizing process are performed separately. Since the uniformity of size is not precise in the process, a sorting process is required in the middle, so that a separate and complicated process is required, and there are problems such as deterioration in productivity, deterioration of uniformity quality, and contamination of foreign matter during movement.
따라서, 본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 미세와이어를 절단, 용유시켜 표면장력에 의해 구형 마이크로 볼을 제조함에 있어, 용융,구형화공정에 미세금속편을 낙하하는 때에 상호간의 응집발생을 제거하고, 이에 따라 전 공정을 일체화할 수 있으며, 나아가, 미세금속와이어의 절단공정을 고속이면서도 정밀한 균일도로 절단될 수 있으면서, 선별공정이 필요없이 또, 융융공정에서의 효율을 향상시킬 수 있으며, 전체적으로 생산성을 향상시키고, 이동중 오염이 없는 등, 품질을 향상시킬 수 있는 마이크로 금속볼의 제조방법과 그 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve such a problem, in the production of spherical micro balls by surface tension by cutting and melting fine wires, agglomeration occurs when the fine metal pieces are dropped in the melting and spheronization process. It can be removed, thereby integrating the whole process, and furthermore, the cutting process of the fine metal wire can be cut at high speed and precise uniformity, and the efficiency of the melting process can be improved without the need for the sorting process. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for manufacturing a micro metal ball which can improve the overall productivity and improve the quality, such as no contamination during movement.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 금속볼의 제조방법과 장치를 설명하기 위한 구성도,1 is a configuration diagram for explaining a method and apparatus for manufacturing a micro metal ball according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 마이크로 아크 절단공정을 설명하기 위한 개략구성도,Figure 2 is a schematic configuration diagram for explaining the micro arc cutting process of Figure 1,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 금속볼의 제조방법과 그 장치를 설명하기 위한 구성도,3 is a configuration diagram for explaining a method and apparatus for manufacturing a micro metal ball according to another embodiment of the present invention;
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 실시한 결과의 사진.4 to 6 is a photograph of the results carried out in accordance with an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: 미세금속와이어 2: 미세금속편1: fine metal wire 2: fine metal piece
3: 구형 용융볼 4: 구형 금속볼3: spherical molten ball 4: spherical metal ball
10: 와이어 공급장치 11: 와이어롤10: wire feeder 11: wire roll
12: 피딩롤러 20: 절단장치12: feeding roller 20: cutting device
21,22: 아크발생전극 25: 아크펄스발생수단21, 22: arc generating electrode 25: arc pulse generating means
30: 가이드 31: 호퍼형 가이드공30: guide 31: hopper guide ball
32: 냉각관 35: 진동발생장치32: cooling pipe 35: vibration generating device
40: 가열장치 41: 전열관40: heater 41: heat pipe
50: 냉각장치 51: 연결관50: chiller 51: connector
60: 수집통 61: 충격흡수부재60: collector 61: shock absorbing member
62: 관찰창 70: 진동전달부재62: observation window 70: vibration transmission member
71: 호퍼형 관통공 72: 컨베이어71: hopper type through hole 72: conveyor
75: 진동발생장치 91: 상부케이스75: vibration generating device 91: upper case
92: 중간연결판 93: 하부케이스92: intermediate connecting plate 93: lower case
94: 하부지지판 A: 절단실94: lower support plate A: cutting chamber
B: 용융실 C: 냉각실B: melting chamber C: cooling chamber
D: 수집실D: collection room
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 방법의 일실시예에 따른 마이크로 금속볼의 제조방법은, 미세금속와이어를 미세금속편으로 절단하고, 그 미세금속편을 용융실을 통과시켜 용융시킴으로써 표면장력에 의해 구형 용융볼을 형성한 후, 냉각실을 통과시켜 냉각시킴으로써 냉각되어 응고된 구형 금속볼을 제조하는 마이크로 금속볼의 제조방법에 있어서, 상기 미세금속와이어을 미세금속편으로 절단시킨 뒤, 상기 용융실로 낙하시키면서 상기 용융실로 투입되기 전에 연결봉과, 가이드 및/또는 진동전달부재를 개재하여 진동발생장치 및/또는 진동발생장치에 의한 진동을 그 미세금속편에 가하여 다수의 미세금속편의 응집을 방지시키는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a micro metal ball according to an embodiment of the present invention includes cutting a fine metal wire into fine metal pieces and melting the fine metal pieces through a melting chamber to form spherical particles by surface tension. In the method of manufacturing a micro metal ball to form a spherical metal ball that is cooled and solidified by forming a molten ball, and then cooled by passing through a cooling chamber, the fine metal wire is cut into fine metal pieces, and then dropped into the melting chamber while Vibration by the vibration generating device and / or vibration generating device via the connecting rod, the guide and / or vibration transmission member before the introduction into the melting chamber to the fine metal piece to prevent the aggregation of a plurality of fine metal pieces.
또, 본 발명의 방법의 다른 실시예에 따른 마이크로 금속볼의 제조방법은, 절단공정에서 미세금속와이어를 미세금속편으로 절단하고, 그 미세금속편을 용융실을 통과시켜 용융시킴으로써 표면장력에 의해 구형 용융볼을 형성한 후, 냉각실을 통과시켜 냉각시킴으로써 냉각되어 응고된 구형 금속볼을 제조하는 마이크로 금속볼의 제조방법에 있어서, 절단공정에서 와이어 공급장치에 의해 공급되는 미세금속와이어를, 아크펄스발생수단 및 아크발생전극에 의해 발생되는 마이크로펄스의 아크에 의해 고속으로 절단시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method for producing a micro metal ball according to another embodiment of the method of the present invention, the fine metal wire is cut into fine metal pieces in a cutting step, and the fine metal pieces are passed through a melting chamber and melted by spherical melting by surface tension. In the manufacturing method of the micro metal ball which manufactures the spherical metal ball cooled and solidified by making it pass through a cooling chamber, and cooling by passing through a cooling chamber, the arc metal generate | occur | produces the fine metal wire supplied by the wire supply apparatus in a cutting process. It is characterized by cutting at high speed by the arc of the micropulse generated by the means and the arc generating electrode.
또, 본 발명의 장치의 일 실시예에 따른 마이크로 금속볼의 제조장치는, 미세금속와이어를 공급하는 와이어 공급장치와, 미세금속와이어를 미세금속편으로 절단하는 절단장치와, 그 미세금속편을 용융실을 통과시켜 용융시킴으로써 표면장력에 의해 구형 용융볼을 형성하기 위한 가열장치와, 그 구형 용융볼을 더욱 낙하시켜 냉각실을 통과하여 냉각시킴으로써 구형 금속볼로 냉각, 응고시키도록 상기 가열장치의 하단에서 연결관을 통해 연결되는 냉각장치를 포함하여 구성되는 마이크로 금속볼의 제조장치에 있어서: 상기 가열장치의 상부에 절단실을 형성하도록 상부케이스가, 상기 가열장치와의 사이에 절단실로의 전열을 차단하기 위한 냉각관과 중간연결판을 개재하여 고정되고, 그 절단실내에 절단장치와 와이어 공급장치가 설치되며, 상기 중간연결판에 설치되어 냉각되는 가이드의 호퍼형 가이드공을 통해 그 절단장치에 의해 절단된 미세금속편의 낙하가 용융실로 안내됨으로써 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the apparatus for manufacturing micro metal balls according to an embodiment of the present invention includes a wire supply device for supplying fine metal wires, a cutting device for cutting the fine metal wires into fine metal pieces, and the fine metal pieces in the melting chamber. At the bottom of the heating device to cool and solidify the spherical molten ball by surface tension, and further drop the spherical molten ball and cool it through a cooling chamber to cool and solidify the spherical molten ball. An apparatus for manufacturing a micro metal ball comprising a cooling device connected through a connecting pipe, the apparatus comprising: a top case blocking heat transfer to a cutting chamber between the heating device so as to form a cutting chamber on an upper portion of the heating device. It is fixed through the cooling tube and the intermediate connecting plate for the cutting device and the wire supply device is installed in the cutting chamber, By being gone through a hopper-shaped guide hole of the guide is connected is provided in the cooling plate is guided melting chamber the fine metal piece fall cut by the cutting device and being configured integrally.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 금속볼의 제조방법을 설명하기 위한 장치가 개략구성도로 도시된다.1 is a schematic diagram illustrating a device for explaining a method of manufacturing a micro metal ball according to an embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명의 장치의 일실시예에 따른 마이크로 금속볼의 제조장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 기본적으로, 와이어 공급장치(10), 절단장치(20), 가열장치(40), 냉각장치(50), 가이드(30) 및 진동발생장치(35)를 포함하여 구성되며, 도 3의 다른 실시예에서는 진동발생장치(75)와 진동전달부재(70) 및 컨베이어(72)를 추가로 구비한다.First, the apparatus for manufacturing a micro metal ball according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 1, basically, the wire supply device 10, the cutting device 20, the heating device 40, cooling It comprises a device 50, a guide 30 and a vibration generating device 35, in another embodiment of Figure 3 further comprises a vibration generating device 75, a vibration transmitting member 70 and a conveyor 72. Equipped.
상기 와이어 공급장치(10)는, 도 1 및 도 3에서 미세금속와이어(1)가 권취되어 있는 와이어롤(11)을 탈착가능하게 장착하여 절단장치(20)측으로 공급할 수 있도록 피딩롤러(12)를 구비하며, 절단장치(20)는 공급되는 미세금속와이어(1)를 고속으로 미세금속편(2)으로 절단시키기 위한 기계적인 컷터 또는 후술되는 마이크로아크발생전극(21,22)을 포함하여 구성된다.The wire supply device 10 is a feeding roller 12 so as to be detachably mounted to the cutting device 20 by mounting the wire roll 11 is wound around the fine metal wire 1 in Figures 1 and 3 The cutting device 20 includes a mechanical cutter or microarc generating electrodes 21 and 22 which will be described later for cutting the supplied micrometallic wire 1 into the micrometallic piece 2 at high speed. .
도 1 및 도 3에서 가열장치(40)는, 그 절단장치(20)에 의해 절단되어 가이드(30)를 통해 안내되면서 낙하되는 미세금속편(2)을 통과시켜 용융시킴으로써 표면장력에 의해 구형 용융볼(3)을 형성하도록 가열장치(40)에 의해 가열되어 용융실(B)을 형성하는 전열관(41)을 구비한다.1 and 3, the heating device 40 is spherical molten ball by the surface tension by melting by passing through the fine metal piece (2) that is cut by the cutting device 20 and guided through the guide 30 to fall. The heat transfer pipe 41 which is heated by the heating apparatus 40 so as to form (3), and forms the melting chamber B is provided.
냉각장치(50)는, 도 1 및 도 3에서 용융실(B)에서 용융되어 구형화된 구형 용융볼(3)을 더욱 낙하시켜 냉각시킴으로써 구형 금속볼(4)로 냉각, 응고시키도록 상기 가열장치(40)의 하단에서 연결관(51)을 통해 연결되어 냉각실(C)을 형성한다.The cooling device 50 is heated to cool and solidify the spherical metal ball 4 by further dropping and cooling the spherical molten ball 3 melted and spherical in the melting chamber B in FIGS. 1 and 3. At the bottom of the device 40 is connected via a connecting pipe 51 to form a cooling chamber C.
상기 진동발생장치(35)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 미세금속와이어(1)을 미세금속편(2)으로 절단시킨 뒤, 상기 용융실(B)로 중간의 가이드(30)의 호퍼형 가이드공(31)를 통하여 낙하시키면서 상기 용융실(B)로 투입되기 전에 진동발생장치(35)에 의한 진동을 가이드(30)로 전달시켜 다수의 미세금속편(2)의 응집을 방지시키도록 연결봉(36)이 그 진동발생장치(35)로부터 가이드(30)로 연결되며, 가이드(30)는 중간연결판(92)에 설치되며, 초음파진동이 가해질 수도 있지만, 기계적 진동이 가해지는 경우, 약간의 기계적 진동이 가능하도록 여유를 두고 설치될 수 있다.As shown in FIG. 1, the vibration generating device 35 cuts the fine metal wire 1 into a fine metal piece 2, and then a hopper of the intermediate guide 30 into the melting chamber B. While falling through the mold guide hole 31 to transmit the vibration by the vibration generating device 35 to the guide 30 before being introduced into the melting chamber (B) to prevent aggregation of a plurality of fine metal pieces (2). The connecting rod 36 is connected to the guide 30 from the vibration generating device 35, the guide 30 is installed on the intermediate connecting plate 92, ultrasonic vibration may be applied, but if mechanical vibration is applied, It can be installed with room to allow a slight mechanical vibration.
한편, 도 3의 실시예에서는, 진동발생장치(75)가 연결봉(76)을 개재하여 진동전달부재(70)로 진동을 전달하도록 설치됨으로써 도 1의 실시예에서 미세금속편(2)이 용융실(B)로 낙하되기 직전에 진동발생장치(35) 및 가이드(30)의 진동에 의한 응집 방지이외에 절단장치(20)에 의한 절단 직후에 절단장치(20)로부터 진동전달부재(70)의 호퍼형 관통공(71)을 통하여 낙하하는 미세금속편(2)에 진동전달부재(70)를 개재하여 진동을 가하여 미세금속편(2)의 응집을 방지시키며, 나아가, 이와 같이 하여 1차 응집이 방지된 미세금속편(2)을 그 진동전달부재(70)의 호퍼형 관통공(71)을 통해 컨베이어(72)로 낙하되도록 컨베이어(72)가 하부에 설치되고, 상기 기계적 진동이 가해지는 가이드(30)로 미세금속편(2)을 낙하시키기 위한 위치로 그 미세금속편(2)을 컨베이어(72)에 의해 이송시키도록 구성된다.On the other hand, in the embodiment of Figure 3, the vibration generating device 75 is installed to transmit the vibration to the vibration transmitting member 70 via the connecting rod 76, the fine metal piece 2 in the embodiment of Figure 1 melting chamber Hopper of the vibration transmitting member 70 from the cutting device 20 immediately after the cutting by the cutting device 20 in addition to the prevention of aggregation by the vibration of the vibration generating device 35 and the guide 30 immediately before falling to (B). Vibration is applied to the fine metal piece 2 falling through the through-hole 71 through the vibration transfer member 70 to prevent the fine metal piece 2 from agglomeration, and thus, primary aggregation is prevented. Conveyor 72 is installed in the lower portion so that the fine metal piece 2 is dropped to the conveyor 72 through the hopper-type through hole 71 of the vibration transmitting member 70, the guide 30 is applied to the mechanical vibration The fine metal piece 2 to the position for dropping the fine metal piece 2 by the conveyor 72. It is configured to transmit.
따라서, 도 3의 실시예에서는 이중으로 진동이 가해지며, 컨베이어(72)상에서도 어느 정도 진동이 가해져 미세금속편(2)의 응집은 완전히 방지되게 된다.Therefore, in the embodiment of FIG. 3, the vibration is applied in a double manner, and the vibration is applied to some extent on the conveyor 72 so that the aggregation of the fine metal pieces 2 is completely prevented.
상기 진동발생장치(35)는, 기계적 진동발생장치이고, 진동발생장치(75)는 초음파진동발생장치인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.The vibration generator 35 is a mechanical vibration generator, and the vibration generator 75 is preferably an ultrasonic vibration generator, but is not limited thereto.
한편, 도 2에는 절단장치(20)의 일예가 도시된다. 절단장치(20)는 통상의 금속의 컷터가 채용될 수 있지만, 도 2에서와 같이 아크펄스발생수단(25)에 의해 마이크로 아크발생용 펄스를 발생시키고, 이를 아크발생전극(21,22)에 인가하여 그 아크발생전극(21,22)사이를 통해 공급되는 미세금속와이어(1)를 고속으로 절단, 미세금속편(2)을 고속으로 형성하여 낙하시키도록 구성된다. 그 아크발생전극(21,22)은 도 2에서는 수직상태이지만, 수평 등 다른 방향으로 설치될 수 있는 것이다. 아크발생전극(21,22)중 아크발생전극(22)는, 하나와 미세금속와이어(1)사이에 아크가 발생되도록 아크펄스발생수단(25)으로부터 미세금속와이어(1)에 연결되어 구성될 수도 있다.On the other hand, an example of the cutting device 20 is shown in FIG. The cutting device 20 may be a conventional metal cutter, but as shown in FIG. 2, the arc pulse generating means 25 generates a micro-arc generating pulse, which is applied to the arc generating electrodes 21 and 22. It is configured to cut at high speed the fine metal wire (1) supplied and supplied between the arc generating electrodes (21, 22) at high speed to form and drop the fine metal piece (2) at high speed. The arc generating electrodes 21 and 22 are vertical in FIG. 2, but may be installed in other directions such as horizontal. The arc generating electrode 22 of the arc generating electrodes 21 and 22 is connected to the fine metal wire 1 from the arc pulse generating means 25 so that an arc is generated between one and the fine metal wire 1. It may be.
상술한 진동부여 및/또는 아크에 의한 미세금속와이어(1)의 절단을 통해 종래기술에서와 달리 선별공정이 필요없을 뿐만 아니라, 미세금속와이어(1)를 공급하여 구형 금속볼(4)을 원스텝(one step)으로 하나의 일체화된 장치내에서 대량으로 제조하는 것이 가능하다. 그 일체형 마이크로 금속볼의 제조장치의 구성은, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같으며, 이를 위해 상술한 장치들을 하나의 케이스내에 상하로 배치시켜 최상부로부터 하부로 절단실(A), 용융실(B), 냉각실(C) 및 수집실(D)을 형성시키도록 구성된다.Unlike the prior art, through the cutting of the fine metal wire 1 by vibrating and / or arcing, the sorting process is not required, and the fine metal wire 1 is supplied to provide a one-step spherical metal ball 4. With one step it is possible to manufacture in large quantities in one integrated device. The configuration of the apparatus for manufacturing the integrated micro metal ball is as shown in Figs. 1 and 3, and for this purpose, the above-described devices are arranged up and down in one case, and the cutting chamber A and the melting chamber are arranged from the top to the bottom. (B), a cooling chamber (C) and a collection chamber (D) are formed.
상기 절단실(A)은, 도 3에서 와이어 공급장치(10), 절단장치(20), 진동전달부재(70) 및 컨베이어(72)(도 1의 실시예에서는 진동전달부재(70) 및 컨베이어(72)가 생략됨)가 상부케이스(91)내에 설치되고, 그 상부케이스(91)는 중간연결판(92)에 고정되며, 중간연결판(92)에 용융실(B)로 미세금속편(2)을 낙하시키기 위한 호퍼형 가이드공(31)이 형성된 가이드(30)가 설치된다.The cutting chamber (A), the wire supply device 10, the cutting device 20, the vibration transmission member 70 and the conveyor 72 (FIG. 1 in the embodiment of Figure 1 vibration transmission member 70 and the conveyor) (72 is omitted) is installed in the upper case 91, the upper case 91 is fixed to the intermediate connecting plate 92, the fine metal piece (in the melting chamber (B) to the intermediate connecting plate 92) 2) A guide 30 having a hopper guide hole 31 for dropping is provided.
또, 그 중간연결판(92)의 하부에는 용융실(B)을 형성하도록 냉각관(32)을 개재하여 전열관(41)이 설치되며, 그 전열관(41)의 주위에 가열장치(40)가 설치되고, 상부의 중간연결판(92)을 지지하고, 외부로의 전열을 방지하도록 하부케이스(93)로 둘러싸인다. 그 냉각관(32) 및/또는 중간연결판(92)에는 냉각수를 유출입시켜 용융실(B)로부터의 고열에 의해 상부의 절단실(A)이 작동을 보장하는 온도이상으로 가열되는 것을 방지시키고, 상기 하부케이스(93)의 하단에는 하부지지판(94)을 설치하여 장치전체가 지지되도록 구성된다.In addition, a heat transfer pipe 41 is provided in the lower portion of the intermediate connecting plate 92 via the cooling pipe 32 so as to form the melting chamber B. The heating device 40 is provided around the heat transfer pipe 41. It is installed, and supports the upper middle connecting plate 92, and is surrounded by a lower case 93 to prevent heat transfer to the outside. Cooling water flows in and out of the cooling pipe 32 and / or the intermediate connecting plate 92 to prevent the upper cutting chamber A from being heated above a temperature that guarantees operation by high heat from the melting chamber B. At the bottom of the lower case 93, a lower support plate 94 is installed to support the entire apparatus.
또, 그 용융실(B) 하부로는 구형화되어 낙하하는 구형 용융볼(3)을 냉각,응고시켜 구형 금속볼(4)을 형성하도록 연결관(51) 주위에 냉각장치(50)가 설치되고,그 하단에서 다양한 방법으로 장탈착가능하게 수집통(60)이 설치되어 수집실(D)을 형성하도록 구성된다.In addition, a cooling device 50 is installed around the connecting pipe 51 so as to form a spherical metal ball 4 by cooling and solidifying the spherical molten ball 3 that is spherical and falls below the melting chamber B. At the bottom thereof, the collecting container 60 is installed to be detachably mounted in various ways to form the collection chamber D.
또, 수집실(D)내에는 낙하하는 구형 금속볼(4)의 충격을 완화시켜 변형을 방지시키도록 충격흡수부재(61)가 설치되며, 절단실(A), 용융실(B), 냉각실(C) 및 수집실(D) 내부는 산화 등을 방지하도록 진공도를 유지하면서 불활성가스로 충진되는 것이 바람직한 것으로 알려져 있는 바, 이러한 종래의 기술에 따라 진공펌프, 릴리프밸브, 불활성가스 차저 등이 설치된다.In addition, in the collection chamber D, an impact absorbing member 61 is provided to mitigate the impact of the falling spherical metal ball 4 to prevent deformation, and the cutting chamber A, the melting chamber B, and the cooling chamber are cooled. It is known that the inside of the chamber (C) and the collection chamber (D) is preferably filled with an inert gas while maintaining a vacuum degree to prevent oxidation, etc. According to this conventional technique, a vacuum pump, a relief valve, an inert gas charger, etc. Is installed.
이와 같이 구성되는 본 발명의 장치들에 의한 마이크로 금속볼의 제조방법은, 그 작동과 함께 설명하면, 다음과 같다.The manufacturing method of the micro metal ball by the apparatus of this invention comprised in this way is demonstrated with the operation as follows.
먼저, 이미 설명한 바와 같이, 미세금속와이어(1)가 와이어롤(11)형태로 와이어 공급장치(10)에 장착되며, 진공도를 (1.0∼1.5)×10-3Torr.정도로 진공으로 하고, Ar 등의 불활성가스를 압력이 0.2㎏f/㎠으로 충진한 후, 그 와이어롤(11)로부터 풀려 절단장치(20)측으로 피딩롤러(12)에 의해 공급되면, 그 미세금속와이어(1)를 소정의 크기로 고속으로 절단장치(20)에 의해 절단하게 된다. 이때, 절단장치(20)가 상술한 바와 같이 마이크로 아크절단법에 의함으로써 아크펄스에 의해 더욱 고속이면서 정밀하게 절단시키는 것이 가능하게 된다. 그 아크펄스는, 제조하고자 하는 금속볼의 종류, 직경 등에 따른 와이어의 종류, 미세금속편의 절단길이, 작업속도 등을 감안하여 결정되는 것으로, 일예로 인가전압과 전류를 25V, 40A로 하고, 1 내지 2㎲동안 펄스를 가함으로써 고속으로 아크절단이 가능하게 된다.First, as described above, the fine metal wire 1 is mounted on the wire supply device 10 in the form of a wire roll 11, and the vacuum degree is set to a vacuum of about (1.0 to 1.5) x 10 -3 Torr. After filling the inert gas, such as an inert gas at 0.2 kgf / cm < 2 >, it is released from the wire roll 11 and supplied by the feeding roller 12 to the cutting device 20 side, the fine metal wire 1 is prescribed. It is cut by the cutting device 20 at a high speed of the size. At this time, the cutting device 20 can be cut at a higher speed and more precisely by the arc pulse by the micro arc cutting method as described above. The arc pulse is determined in consideration of the type of wire, the length of cutting of the fine metal piece, the working speed, etc. according to the type, diameter, etc. of the metal ball to be manufactured. For example, the applied voltage and current are set to 25 V and 40 A, and 1 By applying a pulse for 2 to 2 ms, arc cutting at a high speed is possible.
그 뒤, 절단되어 낙하되는 미세금속편(2)은, 진동전달부재(70)의 호퍼형 관통공(71)(도 1에서는 가이드(30)의 호퍼형 가이드공(31))으로 낙하되며, 그 호퍼형 관통공(71)의 내벽에 충돌되면서 진동이 전달되어 통과하게 되기 때문에 고속으로 낙하되는 다수의 미세금속편(2)사이에 응집 내지 부착이 방지되게 된 채, 그 호퍼형 관통공(71)을 통과하여 컨베이어(72)상으로 낙하되게 된다. 그 컨베이어(72)상에서 정확한 가이드(30)의 호퍼형 가이드공(31)으로 이송되어 낙하되며, 다시 가이드(30)가 진동발생장치(35)에 의해 진동되는 경우, 호퍼형 가이드공(31)에 낙하되어 그 벽에서 진동이 전달되면서 그 호퍼형 가이드공(31)을 통과하여 상호간의 응집 내지 부착이 방지된 채, 용융실(B)로 낙하게 된다. 도 1의 실시예에서는 절단된 미세금속편(2)이 직접 가이드(30)의 호퍼형 가이드공(31)으로 낙하되도록 설치되지만, 도 3의 실시예에서와 같이 컨베이어(72)에 의해 가이드(30)의 호퍼형 가이드공(31)의 정확한 위치로 낙하시키는 것과 비교하면, 절단시의 불규칙한 절단응력의 작용에 의해 정위치로 낙하되는 비율이 약간 저하되는 단점이 있다.Thereafter, the fine metal piece 2 that is cut and dropped is dropped into the hopper type through hole 71 (the hopper type guide hole 31 of the guide 30 in FIG. 1) of the vibration transmission member 70. Since the vibration is transmitted and passed through the inner wall of the hopper type through hole 71, the hopper type through hole 71 is prevented from agglomeration or adhesion between the plurality of fine metal pieces 2 falling at high speed. It passes through and falls onto the conveyor 72. The hopper-shaped guide hole 31 is transported to the hopper-shaped guide hole 31 of the correct guide 30 on the conveyor 72 and dropped, and the guide 30 is vibrated by the vibration generating device 35 again. While falling on the wall, vibration is transmitted from the wall, and passes through the hopper-shaped guide hole 31 to fall into the melting chamber B while preventing agglomeration or adhesion between them. In the embodiment of FIG. 1, the cut fine metal piece 2 is installed to fall directly into the hopper type guide hole 31 of the guide 30, but as in the embodiment of FIG. 3, the guide 30 is moved by the conveyor 72. Compared to dropping to the exact position of the hopper-shaped guide hole 31 of), there is a disadvantage in that the rate of falling to the right position is slightly lowered by the action of the irregular cutting stress during cutting.
가이드(30)의 호퍼형 가이드공(31)을 통과하여 낙하되는 미세금속편(2)은, 용융실(B)을 통과하면서 용융되어 표면장력에 의해 구형 용융볼(3)을 형성하게 되고, 하부의 냉각실(C)을 통과하면서 냉각되어 응고된 구형 금속볼(4)을 형성하게 된다. 상기 용융실(B)의 온도는 통상 낙하되는 미세금속편(2)의 용융온도보다 약간 높게(50℃전후로) 오버히팅되며, 가열장치(40)는 유도로 또는 발열체(SiC) 등이 이용될 수 있다.The fine metal piece 2 falling through the hopper-type guide hole 31 of the guide 30 is melted while passing through the melting chamber B to form a spherical molten ball 3 by surface tension. Cooling while passing through the cooling chamber (C) to form a solidified spherical metal ball (4). The temperature of the melting chamber (B) is usually overheated slightly higher (about 50 ° C) than the melting temperature of the fine metal piece (2) falling, the heating device 40 may be an induction furnace or a heating element (SiC) or the like. have.
이와 같이 하여 형성된 구형 금속볼(4)은, 서로 응집되거나 부착됨이 없이 소위 더블볼의 형태로 응고됨이 없이 균일한 크기이면서 고속으로 대량생산되는 것이 가능하게 된다.The spherical metal balls 4 formed in this way can be mass-produced at high speed with uniform size without solidifying in the form of so-called double balls without being agglomerated or attached to each other.
냉각실(C)을 통과한 구형 금속볼(4)은, 하단의 수집실(D)에서 수집되어 수집통(60)에 의해 수거되게 되는 바, 그 수집실(D)내에 충격흡수부재(61)가 설치됨으로써 충격흡수부재(61)에 의해 구형 금속볼(4)의 낙하 충격을 흡수하여 구형 금속볼(4)의 변형을 최대한 방지시킬 수 있게 되어 더욱 균일한 크기와 우수한 구형도 내지 진구도를 지니는 구형 금속볼(4)이 대량으로 수집될 수 있게 된다.The spherical metal ball 4 passing through the cooling chamber C is collected in the lower collecting chamber D and collected by the collecting container 60. The shock absorbing member 61 is collected in the collecting chamber D. Is installed to absorb the drop impact of the spherical metal ball (4) by the shock absorbing member 61 to prevent the deformation of the spherical metal ball (4) to the maximum, more uniform size and excellent spherical to spherical degree A spherical metal ball 4 having a can be collected in large quantities.
수집되는 상태는 관찰창(62)을 통해 관찰될 수도 있고, 달리 센서, 카메라 등을 이용하여 관찰하거나, 수집상태를 감지하는 것이 가능하다.The collected state may be observed through the observation window 62, otherwise, it may be observed using a sensor, a camera, or the like, or the collected state may be detected.
이상의 본 발명에 따른 마이크로 금속볼의 제조방법과 그 장치(도 3의 실시예)에 의해 LCD구동 IC칩용 마이크로 금볼(Micro Gold Ball)에 대해 선의 직경이 50 및 25㎛인 골드와이어를 미세금속와이어(1)로 하고, 절단장치(20)에 의한 절단길이가 24 및 16㎛인 미세금속편(2)을 형성하며, 용융실(B)의 온도를 1180℃로 하여 실시한 결과, 직경이 45 및 25㎛인 높은 진구도와 균일한 크기의 구형 금속볼(4)인 마이크로 금볼이 얻어졌다. 그 중, 직경이 25㎛인 마이크로 금볼의 사진은 도 4에 도시된다.According to the method of manufacturing a micro metal ball according to the present invention and the apparatus (the embodiment of FIG. 3), a gold metal having a wire diameter of 50 and 25 μm is used for a micro gold ball for an LCD driving IC chip. (1) to form a fine metal piece (2) having a cutting length of 24 and 16 占 퐉 by the cutting device (20), and the temperature of the melting chamber (B) at 1180 ° C. Micro spherical balls having spherical metal balls 4 of high sphericity and uniform size were obtained. Among them, a photograph of a micro gold ball having a diameter of 25 μm is shown in FIG. 4.
또, 볼그리드 에레이형 패키지(Ball Grid Array) 및 씨에스피 패키지(Chip Sized Package)에 사용되는 볼을 제조하기 위해 위와 같이 선의 직경이 700㎛인 구리와이어를 미세금속와이어(1)로 하고, 절단장치(20)에 의한 절단길이가 226㎛인미세금속편(2)을 형성하며, 용융실(B)의 온도를 1200℃로 하여 실시한 결과, 도 5에 사진으로 도시된 바와 같이, 직경이 550㎛인 높은 진구도와 균일한 크기의 구형 금속볼(4)인 마이크로 커퍼볼(copper ball)이 얻어졌다.In addition, in order to manufacture balls used in a ball grid array package and a chip sized package, a copper wire having a diameter of 700 µm as the fine metal wire 1 is cut as described above. A fine metal piece 2 having a cutting length of 226 mu m was formed by the apparatus 20, and the melting chamber B was subjected to a temperature of 1200 deg. C. As shown in the photograph in Fig. 5, the diameter was 550 mu m. A micro copper ball, which is a spherical metal ball 4 of high sphericity and uniform size, was obtained.
또한, Sn-Ag-Cu계 무연(Pb-free) 솔더볼에 대해서도 선의 직경이 500㎛인 솔더와이어를 미세금속와이어(1)로 하고, 절단장치(20)에 의한 절단길이가 1170㎛인 미세금속편(2)을 형성하며, 용융실(B)의 온도를 230℃로 하여 실시한 결과, 도 6에 사진으로 도시된 바와 같이, 직경이 760㎛인 높은 진구도와 균일한 크기의 구형 금속볼(4)인 마이크로 솔더볼(solder ball)이 얻어졌다.Also for the Sn-Ag-Cu-based Pb-free solder ball, the solder wire having a diameter of 500 μm is used as the fine metal wire 1, and the fine metal piece having a cutting length of 1170 μm by the cutting device 20 is used. (2) was formed, and as a result of performing the temperature of the melting chamber B at 230 ° C, as shown in the photograph in FIG. 6, the spherical metal ball 4 having a high sphericity and a uniform size was 760 µm in diameter. Phosphorus micro solder balls were obtained.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 금속볼의 제조방법과 그 장치의 구성과 작용에 의하면, 미세와이어를 절단, 용유시켜 표면장력에 의해 구형 마이크로 볼을 제조함에 있어, 용융,구형화공정에 미세금속편을 낙하하는 때에 상호간의 응집발생읏 제거할 수 있으며, 이에 따라 전 공정을 일체화할 수 있고, 나아가, 미세금속와이어가 고속이면서도 정밀한 균일도로 절단될 수 있고 이동중의 오염을 제거할 수 있어 품질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 선별공정이 필요없이 또, 융융공정에서의 효율을 향상시킬 수 있으며, 일체화로 전체적으로 생산성을 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있다.According to the constitution and action of the manufacturing method and apparatus of the micro metal ball according to the embodiment of the present invention described above, in the manufacture of spherical micro balls by surface tension by cutting and melting the fine wire, melting, spheronization process When the fine metal pieces fall on the surface, coagulation can be eliminated and eliminated. Therefore, the whole process can be integrated, and furthermore, the fine metal wire can be cut at high speed and precise uniformity, and the contamination during movement can be removed. Not only can the quality be improved, the sorting process is not necessary, and the efficiency in the melting process can be improved, and the overall productivity can be improved by integration.
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