KR20030085863A - 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법및 그 제조장치 - Google Patents

가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법및 그 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 미세와이어를 절단, 용융시켜 표면장력에 의해 구형 마이크로 볼을 제조함에 있어, 용융,구형화공정에서 미세금속편을 낙하하는 때에 효과적으로 상호간의 응집발생을 방지시킴과 동시에 미세금속편을 짧은 공정거리에서 용융시키며, 이에 따라 전 공정을 짧은 거리로 일체화할 수 있어 전체적으로 생산성을 향상시킬 수 있고, 장치 전체의 높이를 작게 할 수 있으고, 이동중 오염이 없는 등, 품질을 향상시킬 수 있는 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법 및 그 제조장치를 제공한다.
그 제조방법은, 미세금속와이어(1)를 미세금속편(2)으로 절단하고, 그 미세금속편(2)을 용융실(B)을 통과시켜 용융시킴으로써 표면장력에 의해 구형 용융볼(3)을 형성한 후, 냉각실(C)을 통과시켜 냉각시킴으로써 응고된 구형 금속볼(4)을 제조하는 마이크로 금속볼 제조방법에 있어서, 상기 용융실(B)에서 가스분출노즐(40)을 통해 가스를 분출, 연소시켜 플레임(화염)을 발생시키고 낙하하는 미세금속편(2)에 미세금속편(2)의 용융온도보다 약간 높은 온도로 플레임의 열을 가함으로써 표면장력에 의해 구형 용융볼(3)을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법 및 그 제조장치{method and apparatus for producing fine metal spheres using atomizing by gas flame}
본 발명은, 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 미세와이어를 절단, 용융시켜 표면장력에 의해 구형 마이크로 볼을 제조함에 있어, 용융,구형화공정에서 미세금속편을 낙하하는 때에 효과적으로 상호간의 응집발생을 방지시킴과 동시에 미세금속편을 짧은 공정거리에서 용융시키며, 이에 따라 전 공정을 짧은 거리로 일체화할 수 있어 전체적으로 생산성을 향상시킬 수 있고, 장치 전체의 높이를 작게 할 수 있으고, 이동중 오염이 없는 등, 품질을 향상시킬 수 있는 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.
종래, LCD구동 IC 패키지와 같은 IC칩의 전극과 프린트기판 등과의 사이의 접속을 위한 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.
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.
그러나, 특히 용융,구형화공정에 미세금속편을 낙하하는 때에 상호간에 응집이 발생하여 들러붙기 때문에 미세금속와이어의 절단공정과 용융,구형화공정이 분리되어 이루어지고 있고 중간에 분리공정이 필요하며, 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.
따라서, 본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 미세와이어를 절단, 용융시켜 표면장력에 의해 구형 마이크로 볼을 제조함에 있어, 용융,구형화공정에서 미세금속편을 낙하하는 때에 효과적으로 상호간의 응집발생을 방지시킴과 동시에 미세금속편을 짧은 공정거리에서 용융시키며, 이에 따라 전 공정을 짧은 거리로 일체화할 수 있어 전체적으로 생산성을 향상시킬 수 있고, 장치 전체의 높이를 작게 할 수 있으고, 이동중 오염이 없는 등, 품질을 향상시킬 수 있는 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법 및 그 제조장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법과 장치를 설명하기 위한 구성도,
도 2는 도 1의 가스플레임을 발생시키기 위한 가스분출노즐과 가이드의 구성의 일예를 도시한 확대단면도 및 하부평면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법 및 그 제조장치를 설명하기 위한 구성도,
도 4는 마이크로 아크 절단공정을 설명하기 위한 개략구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1: 미세금속와이어2: 미세금속편
3: 구형 용융볼4: 구형 금속볼
10: 와이어 공급장치11: 와이어롤
12: 피딩롤러20: 절단장치
30: 가이드31: 호퍼형 가이드공
32: 냉각관35: 진동발생장치
40: 가스분출노즐41: 가스유입관
42: 환형 가스통로43: 노즐공
45: 냉각수 유입관46: 냉각수 통로
50: 냉각장치51: 연결관
60: 수집통61: 충격흡수부재
62: 관찰창65: 가스배출구
70: 진동전달부재71: 호퍼형 관통공
72: 컨베이어75: 진동발생장치
91: 상부케이스92: 중간연결판
93: 하부케이스A: 절단실
B: 용융실C: 냉각실
D: 수집실
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 방법의 일실시예에 따른 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법은, 미세금속와이어를 미세금속편으로 절단하고, 그 미세금속편을 용융실을 통과시켜 용융시킴으로써 표면장력에 의해 구형 용융볼을 형성한 후, 냉각실을 통과시켜 냉각시킴으로써 응고된 구형 금속볼을 제조하는 마이크로 금속볼 제조방법에 있어서, 상기 용융실에서 가스분출노즐을 통해 가스를 분출, 연소시켜 플레임(화염)을 발생시키고 낙하하는 미세금속편에 미세금속편의 용융온도보다 약간 높은 온도로 플레임의 열을 가함으로써 표면장력에의해 구형 용융볼을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 가스분출노즐은 원추의 정점이 가이드의 호퍼형 가이드공의 중심축상에 위치하는 역원추형으로 플레임을 분출하도록 환형 가스통로로부터 형성되는 다수의 노즐공으로 구성되며, 그 노즐공의 상부가 냉각수 유입관 및 냉각수 통로를 통한 냉각수에 의해 냉각되고, 상기 가스는 프로판가스 및/또는 아세틸렌가스와 연소를 위한 산소의 혼합가스이고, 용융온도보다 약 50℃전후의 온도만큼 높은 온도로 낙하하는 미세금속편이 가열되며, 상기 원추각이 45도 전후인 것이 바람직하며, 또한, 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 것이 바람직하다.
상기 절단공정에서 와이어 공급장치에 의해 공급되는 미세금속와이어를, 아크펄스발생수단 및 아크발생전극에 의해 발생되는 마이크로펄스의 아크에 의해 고속으로 절단시키는 것도 가능하다.
본 발명의 장치의 일실시예에 따른 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 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 금속볼 제조장치에 있어서: 낙하하는 미세금속편에 미세금속편의 용융온도보다 약간 높은 온도로 플레임의 열을 가하여 표면장력에 의해 구형 용융볼을 형성하도록 상기 용융실은, 가스를 공급, 분출시키고 연소시켜 플레임(화염)을 발생시키기 위한 가스분출노즐을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 가열장치의 상부에 절단실을 형성하도록 상부케이스가, 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 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법을 설명하기 위한 장치가 개략구성도로 도시된다.
먼저, 본 발명의 장치의 일실시예에 따른 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 기본적으로, 와이어 공급장치(10), 절단장치(20), 가스플레임애터마이징법에 의한 가열장치(40) 및 냉각장치(50)를 포함하여 구성되며, 도 3의 다른 실시예에서는 진동발생장치(35), 진동발생장치(75)와 진동전달부재(70) 및 컨베이어(72)를 추가로 구비한다.
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 도 4와 관련하여 후술되는 마이크로 아크발생전극(21,22)을 포함하여 구성된다.
도 1 및 도 3에서 낙하하는 미세금속편(2)이 가스분출노즐(40)의 중앙으로 일정하게 통과되도록 안내하는 호퍼형 가이드공(31)이 형성된 가이드(30)를 구비한다.
상기 가열장치는, 그 절단장치(20)에 의해 절단되어 가이드(30)를 통해 안내되면서 낙하되는 미세금속편(2)을 통과시켜 용융시킴으로써 표면장력에 의해 구형 용융볼(3)을 형성하기 위한 것으로, 본 발명에 의해서는 도 2에 도시된 바와 같은 가스분출노즐(40)이 채용된다. 이와 같은 가스분출노즐(40)은, 상기 가이드(30)의 하부에 설치되는 것으로, 가이드(30)의 호퍼형 가이드공(31)의 중심축상에 원추의 정점이 위치하는 역원추형(그 원추각이 45도 전후인 것이 바람직함)으로 플레임을 분출하도록 형성되는 다수의 노즐공(43)을 지니며, 또한, 그 다수의 노즐공(43)을 외부로부터의 가스유입을 위한 가스유입관(41)으로 연통시키도록 형성되는 환형 가스통로(42)가 형성된다. 또한, 상부의 가이드(30) 및 절단실(A)로의 과도한 열전달을 방지하도록 그 노즐공(43)의 상부에 냉각수 유입관(45) 및 냉각수 통로(46)가 형성되어 냉각수에 의해 냉각된다. 상기 환형 가스통로(42)로 유입되는 가스는 프로판가스(C3H8) 및/또는 아세틸렌가스(C2H2)와 연소를 위한 산소의 혼합가스인 것이바람직하고, 용융온도보다 약 50℃전후의 온도만큼 높은 온도로 낙하하는 미세금속편(2)을 가열하도록 공급되는 것이 바람직하다. 이를 위하여서는 노즐공(43)의 수, 직경, 배열 등과 미세금속편(2)의 재질, 크기 등에 따라 혼합가스의 혼합비 및 분출압력 등이 상이하겠지만, 예를 들면, 그 혼합가스의 분출압력은 0.5 내지 0.8㎏/㎠, 산소의 분출압력은, 2 내지 2.5㎏/㎠내로 설정될 수 있으며, 또한, 상술한 노즐공(43)은, 호퍼형 가이드공(31)의 직경을 8mm로 한 때에 12mm직경의 동심원주상에 직경 0.5 내지 0.8mm로 등간격으로 16개를 배열하여 형성시킬 수 있다.
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 가스분출노즐(40)의 하부에서 냉각실(C)을 형성한다. 그 냉각장치(50)의 하부는 연결관(51)을 개재하여 수집통(60)이 착탈가능하게 설치되며, 용융실(B)의 연소된 가스를 배출하도록 가스배출구(65)가 형성된다.
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.
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.
따라서, 도 3의 실시예에서는 이중으로 진동이 가해지며, 컨베이어(72)상에서도 어느 정도 진동이 가해져 미세금속편(2)의 응집은 완전히 방지되게 된다.
상기 진동발생장치(35)는, 기계적 진동발생장치이고, 진동발생장치(75)는 초음파진동발생장치인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 4에는 절단장치(20)의 일예가 도시된다. 절단장치(20)는 통상의 금속의 컷터가 채용될 수 있지만, 도 4에서와 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 4에서는 수직상태이지만, 수평 등 다른 방향으로 설치될 수 있는 것이다. 아크발생전극(21,22)중 하나와 미세금속와이어(1)사이에 아크가 발생되도록 아크펄스발생수단(25)으로부터 하나의 단자(도 4에서 전극(22))가 미세금속와이어(1)에 연결되어 구성될 수도 있다. 절단되는 미세금속편(2)의 직경과 길이는, 직경45, 37, 25㎛의 볼을 생산하기 위한 예로서는 직경 2mil의 미세와이어(1)의 길이를 각각 24.2, 13.5, 4.2㎛로 절단되며, 직경 1mil의 미세와이어(1)의 길이를 16.6㎛로 하여 구형화시킨 때에는 직경이 25mm인 볼이 얻어졌다.
상술한 진동부여 및/또는 아크에 의한 미세금속와이어(1)의 절단을 통해 종래 기술에서와 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 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 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.
이때, 용융실(B)이 가스분출노즐(40)에 의해 가열됨으로써 종래의 유도로 등과는 달리, 전열관 등이 필요없어 전체적인 높이가 낮아지고, 전공정의 소요시간이 단축되게 된다.
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.
또, 그 중간연결판(92)의 상부 및 가이드(30)의 하부에는 용융실(B)을 형성하도록 상술한 가스분출노즐(40)이 가열장치로서 설치된다. 그 중간연결판(92)의 하부에는 상부의 중간연결판(92)을 지지하고, 냉각장치(50), 연결관(51) 및 수집통(60)을 둘러싸도록 하부케이스(93)가 설치된다.
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 장탈차가능하게 수집통(60)이 설치되어 수집실(D)을 형성하도록 구성된다.
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 진공도(10-3Torr 정도)를 유지하면서 불활성가스로 충진되는 것이 바람직한 것으로 알려져 있는 바, 이러한 종래의 기술에 따라 진공펌프, 릴리프밸브, 불활성가스 차저 등이 설치된다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 장치들에 의한 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법은, 그 작동과 함께 설명하면, 다음과 같다.
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 공급하면, 그 미세금속와이어(1)가 소정의 크기로 고속으로 절단장치(20)에 의해 절단되게 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.
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.
가이드(30)의 호퍼형 가이드공(31)을 통과하여 낙하되는 미세금속편(2)은, 용융실(B)을 통과하면서 분출되는 가스플레임에 의해 용융되어 표면장력에 의해 구형 용융볼(3)을 형성하게 됨과 동시에 분출되는 가스 내지 화염에 의해 구형 용융볼(3)들이 응집되는 것이 방지되고, 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) 오버히팅되는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 형성된 구형 금속볼(4)은, 보다 짧은 공정시간동안에 서로 응집되거나 부착됨이 없이 소위 더블볼의 형태로 응고됨이 없이 균일한 크기이면서 고속으로 대량생산되는 것이 가능하게 된다.
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.
수집되는 상태는 관찰창(62)을 통해 관찰될 수도 있고, 달리 센서, 카메라 등을 이용하여 관찰하거나, 수집상태를 감지하는 것이 가능하다.
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, 직경이 550㎛인 높은 진구도와 균일한 크기의 구형 금속볼(4)인 마이크로 커퍼볼(copper ball)이 얻어졌다.
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, 직경이 760㎛인 높은 진구도와 균일한 크기의 구형 금속볼(4)인 마이크로 솔더볼(solder ball)이 얻어졌다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법 및 그 제조장치의 구성과 작용에 의하면, 미세와이어를 절단, 용융시켜 표면장력에 의해 구형 마이크로 볼을 제조함에 있어, 용융,구형화공정에 미세금속편을 낙하하는 때에 상호간의 응집발생을 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.

Claims (9)

  1. 미세금속와이어(1)를 미세금속편(2)으로 절단하고, 그 미세금속편(2)을 용융실(B)을 통과시켜 용융시킴으로써 표면장력에 의해 구형 용융볼(3)을 형성한 후, 냉각실(C)을 통과시켜 냉각시킴으로써 응고된 구형 금속볼(4)을 제조하는 마이크로 금속볼 제조방법에 있어서,
    상기 용융실(B)에서 가열장치로서 가스분출노즐(40)을 통해 가스를 분출, 연소시켜 플레임(화염)을 발생시키고 낙하하는 미세금속편(2)에 미세금속편(2)의 용융온도보다 약간 높은 온도로 플레임의 열을 가함으로써 표면장력에 의해 구형 용융볼(3)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스분출노즐(40)은 원추의 꼭대기가 가이드(30)의 호퍼형 가이드공(31)의 중심축상에 위치하는 역원추형으로 플레임을 분출하도록 환형 가스통로(42)로부터 형성되는 다수의 노즐공으로 구성되며, 그 노즐공(43)의 상부가 냉각수 유입관(45) 및 냉각수 통로(46)를 통한 냉각수에 의해 냉각되고, 상기 가스는 프로판가스 및/또는 아세틸렌가스와 연소를 위한 산소의 혼합가스이고, 용융온도보다 약 50℃전후의 온도만큼 높은 온도로 낙하하는 미세금속편(2)이 가열되며, 상기 원추각이 45도 전후인 것을 특징으로 하는 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 미세금속와이어(1)을 미세금속편(2)으로 절단시킨 뒤, 상기 용융실(B)로 낙하시키면서 상기 용융실(B)로 투입되기 전에연결봉(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 하는 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 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 하는 마이크로 금속볼 제조방법.
  5. 미세금속와이어(1)를 공급하는 와이어 공급장치(10)와, 미세금속와이어(1)를 미세금속편(2)으로 절단하는 절단장치(20)와, 그 미세금속편(2)을 용융실(B)을 통과시켜 용융시킴으로써 표면장력에 의해 구형 용융볼(3)을 형성하기 위한 가열장치와, 그 구형 용융볼(3)을 더욱 낙하시켜 냉각실(C)을 통과하여 냉각시킴으로써 구형 금속볼(4)로 냉각, 응고시키도록 상기 가스분출노즐(40)의 하단에서 연결관(51)을 통해 연결되는 냉각장치(50)를 포함하여 구성되는 마이크로 금속볼 제조장치에 있어서:
    상기 가열장치가, 낙하하는 미세금속편(2)에 미세금속편(2)의 용융온도보다 약간 높은 온도로 플레임의 열을 가하여 표면장력에 의해 구형 용융볼(3)을 형성하도록 상기 용융실(B)로 가스를 공급, 분출시키고 연소시켜 플레임(화염)을 발생시키기 위한 가스분출노즐(40)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 낙하하는 미세금속편(2)이 가스분출노즐(40)의 중앙으로 일정하게 통과되도록 안내하는 호퍼형 가이드공(31)이 형성된 가이드(30)를 구비하며, 상기 가스분출노즐(40)은, 가이드(30)의 호퍼형 가이드공(31)의 중심축상에 원추의 정점이 위치하는 역원추형으로 플레임을 분출하도록 다수의 노즐공(43)이 형성되고 그 다수의 노즐공(43)을 연통시키는 환형 가스통로(42)가 형성되며, 상기 가이드(30)의 하부에 설치되고, 그 노즐공(43)의 상부에 냉각수 유입관(45) 및 냉각수 통로(46)가 형성되어 냉각수에 의해 냉각되며, 상기 가스는 프로판가스 및/또는 아세틸렌가스와 연소를 위한 산소의 혼합가스로서, 용융온도보다 약 50℃전후의 온도만큼 높은 온도로 낙하하는 미세금속편(2)이 가열되며, 상기 원추각이 45도 전후인 것을 특징으로 하는 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 미세금속와이어(1)을 미세금속편(2)으로 절단시킨 뒤, 상기 용융실(B)로 낙하시키면서 상기 용융실(B)로 투입되기 전에 다수의 미세금속편(2)의 응집을 방지시키도록 진동발생장치(35) 및/또는 진동발생장치(75)와, 그 진동발생장치(35) 및/또는 진동발생장치(75)에 의한 진동을 낙하하는 미세금속편(2)에 가하기 위한 연결봉(36,76)과, 수평방향으로 진동이 가능하도록 설치되는가이드(30) 및/또는 진동전달부재(70)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 진동발생장치(75)는, 초음파진동발생장치이고, 상기 진동발생장치(35)는 기계적 진동발생장치이며, 상기 진동전달부재(70)를 개재하여 절단장치(20)로부터 낙하하는 미세금속편(2)에 상기 진동발생장치(75)에 의해 진동을 가한 후, 그 진동전달부재(70)의 호퍼형 관통공(71)을 통해 낙하된 미세금속편(2)을 이송시켜 상기 기계적 진동이 가해지는 가이드(30)로 미세금속편(2)을 낙하시키기 위한 컨베이어(72)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조장치.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 가스분출노즐(40)의 상부에 절단실(A)을 형성하도록 상부케이스(91)가, 중간연결판(92)을 개재하여 고정되고, 그 절단실(A)내에 절단장치(20)와 와이어 공급장치(10)가 설치되며, 상기 중간연결판(92)에 설치되어 냉각되는 가이드(30)의 호퍼형 가이드공(31)을 통해 그 절단장치(20)에 의해 절단된 미세금속편(2)의 낙하가 용융실(B)로 안내됨으로써 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스플레임애터마이징법에 의한 마이크로 금속볼 제조장치.
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