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JP2010106321A - Apparatus and method of producing fine particle - Google Patents

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JP2010106321A JP2008279845A JP2008279845A JP2010106321A JP 2010106321 A JP2010106321 A JP 2010106321A JP 2008279845 A JP2008279845 A JP 2008279845A JP 2008279845 A JP2008279845 A JP 2008279845A JP 2010106321 A JP2010106321 A JP 2010106321A
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Abstract

【課題】 液体から均一な微小粒、例えばハンダボールなどの粒度分布が狭く真球度の高い微細金属球を製造するための微小粒の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】 液体11を下方に流出させるノズル1と、ノズル1を振動させる振動装置4と、ノズル1を摺動可能に保持するノズル架台2と、液体貯蔵槽3を有し、ノズル1は液体流出口22につながり液体を流通させるノズル経路20を有し、ノズル架台2は液体貯蔵槽3からノズル1につながり液体を流通させる架台経路30を有し、ノズル経路20と架台経路30が連通して液体を流通可能であることを特徴とする微小粒の製造装置である。振動装置4によってノズル1を振動させつつノズル1の液体流出口22から液体11を流出させることにより、流出した液体を微小粒に分離することができる。ノズルに液体を供給する供給系は振動するノズルから分離しているので、生成した微小粒のサイズが均一化される。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production apparatus and a production method of fine particles for producing uniform fine particles, for example, fine metal spheres having a narrow particle size distribution and high sphericity, such as solder balls.
SOLUTION: A nozzle 1 that causes a liquid 11 to flow downward, a vibration device 4 that vibrates the nozzle 1, a nozzle base 2 that slidably holds the nozzle 1, and a liquid storage tank 3 are provided. The nozzle path 20 is connected to the liquid outlet 22 and circulates the liquid. The nozzle base 2 has the base path 30 that is connected from the liquid storage tank 3 to the nozzle 1 and circulates the liquid. The nozzle path 20 and the base path 30 communicate with each other. Thus, the apparatus for producing fine particles is characterized in that the liquid can be circulated. By causing the liquid 11 to flow out from the liquid outlet 22 of the nozzle 1 while vibrating the nozzle 1 by the vibration device 4, the liquid that has flowed out can be separated into fine particles. Since the supply system for supplying the liquid to the nozzle is separated from the vibrating nozzle, the size of the generated fine particles is made uniform.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、液体から均一な微小粒、例えばハンダボールなどの粒度分布が狭く真球度の高い微細金属球を製造するための微小粒の製造装置及び製造方法に関するものである。   The present invention relates to an apparatus and a method for producing fine particles for producing fine metal spheres having a narrow particle size distribution and a high sphericity, such as uniform fine particles, such as solder balls, from a liquid.

半導体装置を、CSP(チップ・サイズ・パッケージ)、BGA(ボール・グリッド・アレイ)などの半導体デバイス実装技術を用いて組み立てるに際し、ハンダボールなどの微細金属球が用いられる。半導体装置組立に用いる微細金属球としては、数十μmから数百μmの微細な金属球が用いられている。この金属球として、球径が均一かつ精度が極めて安定であることが要求される。   When a semiconductor device is assembled using a semiconductor device mounting technology such as CSP (chip size package) or BGA (ball grid array), fine metal balls such as solder balls are used. As a fine metal sphere used for assembling a semiconductor device, a fine metal sphere of several tens to several hundreds of μm is used. The metal sphere is required to have a uniform sphere diameter and extremely stable accuracy.

微細金属球以外でも、粒状の薬剤あるいはセラミックスの原材料の製造において、粒体の大きさと形状を精密に制御した微細粒子の製造が必要とされている。   In addition to fine metal spheres, in the production of granular drug or ceramic raw materials, it is necessary to produce fine particles in which the size and shape of the granules are precisely controlled.

微細金属球の製造方法として、特許文献1には、金属を所定の体積に整えた小片とし、この金属の融点以上に保持した液体にこの金属片を投入して加熱溶融し、液化した金属自身の表面張力によって液中で球状化し、液体の下部の温度を金属の融点以下とし、球状化した金属が液体下部に下降して凝固する方法が開示されている。また特許文献2には、溶融金属を所定容積の計量器に注入して計量し、計量した溶融金属を計量器から放出して固化させることにより微小金属球を形成するようにした微小金属球の製造方法が記載されている。しかしこれらの方法では、金属を小片にする装置が必要であるとともに、金属球の大きさが微小になると一定体積の小片を作るには精度を確保する上で問題があった。   As a method for producing fine metal spheres, Patent Document 1 discloses that the metal itself is a small piece in which the metal is adjusted to a predetermined volume, the metal piece is poured into a liquid held above the melting point of the metal, heated and melted, and the liquefied metal itself Spheroidized in the liquid by the surface tension of the liquid, the temperature of the lower part of the liquid is set below the melting point of the metal, and the spheroidized metal descends to the lower part of the liquid and solidifies. Further, in Patent Document 2, a molten metal is injected into a measuring device having a predetermined volume and measured, and the measured molten metal is discharged from the measuring device and solidified to form a minute metal sphere. A manufacturing method is described. However, these methods require a device for making a metal piece, and when the size of the metal sphere becomes small, there is a problem in ensuring accuracy in producing a piece having a constant volume.

特許文献3に記載のものは、るつぼの底部に複数の微細孔(オリフィス)を設け、るつぼ内に溶湯を充たし、圧電素子を駆動源として溶湯に浸漬したディスクを振動させ、これによって圧電素子の振動エネルギーを溶湯自体に伝達し、底部の微細孔から流出する溶湯を微小液滴とする方法である。このような方法は、Uniform Droplet Spray method(均一液滴法、UDS法)として知られている。以下「UDS法」と呼ぶ。同様の方法は例えば特許文献4にも開示されている。   The one disclosed in Patent Document 3 is provided with a plurality of fine holes (orifices) at the bottom of a crucible, filled with molten metal in the crucible, and vibrated with a disk immersed in the molten metal using the piezoelectric element as a drive source, thereby This is a method in which vibration energy is transmitted to the molten metal itself, and the molten metal flowing out from the microholes at the bottom is made into fine droplets. Such a method is known as Uniform Droplet Spray method (uniform droplet method, UDS method). Hereinafter referred to as “UDS method”. A similar method is also disclosed in Patent Document 4, for example.

特許文献5には、振動発生器に接続され少なくとも1以上のノズルを有する振動ノズルヘッドと、液相の供給容器とノズルヘッドの間に設けられた供給ラインを有し、振動ノズルヘッドの振動により小滴を発生させる方法が開示されている。同文献の図1に示す実施例を用いて硝酸銀の液滴を製造し、図2に示す実施例を用いて軟質半田合金の液滴を製造している。図1、2によると、供給ラインは螺旋状部分を有している。   Patent Document 5 has a vibrating nozzle head connected to a vibration generator and having at least one nozzle, and a supply line provided between the liquid-phase supply container and the nozzle head. A method for generating droplets is disclosed. Silver nitrate droplets are manufactured using the embodiment shown in FIG. 1 of the same document, and soft solder alloy droplets are manufactured using the embodiment shown in FIG. According to FIGS. 1 and 2, the supply line has a helical portion.

特開平7−252510号公報JP-A-7-252510 特開2000−144215号公報JP 2000-144215 A 米国特許第5266098号公報US Pat. No. 5,266,098 特開2001−226705号公報JP 2001-226705 A 特開平4−227043号公報JP-A-4-227043

特許文献3、4に記載のように、溶湯を充たした溶湯容器の底部に溶湯流出ノズルを有し、溶湯に振動を付与しつつノズルから溶湯を流出させつつ微小液滴を製造する方法においては、ノズル出口で溶湯が受ける振動は弱く、ノズルから流出する噴流を切るためのパワーが十分ではなく、液流が切断される上で振動パワーは補助的な役割しか果たせなかった。このため、切断後の液滴の体積が一定せず、均一な粒径を有する液滴を製造することができなかった。また、振動発生器を溶湯容器の頂部の上に設ける必要があるため、装置の全体高さが高くなるという欠点を有している。   As described in Patent Documents 3 and 4, in a method of producing a micro droplet while having a molten metal outflow nozzle at the bottom of a molten metal container filled with molten metal and flowing out the molten metal from the nozzle while applying vibration to the molten metal. The vibration that the molten metal receives at the nozzle outlet is weak, and the power for cutting the jet flowing out from the nozzle is not sufficient, and the vibration power can only play an auxiliary role in cutting the liquid flow. For this reason, the volume of the droplet after cutting is not constant, and a droplet having a uniform particle size cannot be produced. Moreover, since it is necessary to provide a vibration generator on the top part of a molten metal container, it has the fault that the whole height of an apparatus becomes high.

また、特許文献5に記載の方法においては、製造した液滴サイズに不均一があり、微小金属球の球径精度にばらつきが発生する問題があった。   In addition, the method described in Patent Document 5 has a problem in that the size of the produced droplets is non-uniform and the spherical diameter accuracy of the fine metal spheres varies.

本発明は、液体から均一な微小粒、例えばハンダボールなどの粒度分布が狭く真球度の高い微細金属球を製造するための微小粒の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a manufacturing apparatus and a manufacturing method of fine particles for producing fine metal spheres having a narrow particle size distribution and high sphericity, such as uniform fine particles such as solder balls.

特許文献5に記載の方法において、振動ノズルヘッドに供給ラインが接続されており、振動ノズルヘッドを振動させると接続された供給ラインも振動することとなる。このため振動発生器からの振動エネルギーが液滴生成に十分活かされず、これがために液滴サイズに不均一が発生することがわかった。供給ラインに螺旋状部分を設けても同様であった。   In the method described in Patent Document 5, a supply line is connected to the vibrating nozzle head, and when the vibrating nozzle head is vibrated, the connected supply line also vibrates. For this reason, it has been found that the vibration energy from the vibration generator is not fully utilized for the generation of droplets, which causes non-uniformity in droplet size. The same was true if a spiral portion was provided in the supply line.

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
(1)液体11を下方に流出させるノズル1と、ノズル1を振動させる振動装置4と、ノズル1を摺動可能に保持するノズル架台2と、液体貯蔵槽3を有し、ノズル1は液体流出口22につながり液体を流通させるノズル経路20を有し、ノズル架台2は液体貯蔵槽3からノズル1につながり液体を流通させる架台経路30を有し、ノズル経路20と架台経路30が連通して液体を流通可能であることを特徴とする微小粒の製造装置。
(2)ノズル1と振動装置4を連結する連結棒5を有していることを特徴とする上記(1に記載の微小粒の製造装置。
(3)ノズル経路20の液体流出口22と反対側の端部はノズル1とノズル架台2との摺動面7に開口し、架台経路30はノズル架台2内に配設されてノズル1とノズル架台2との摺動面7に開口することを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の微小粒の製造装置。
(4)液体11が溶融金属であることを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の微小粒の製造装置。
(5)上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の微小粒の製造装置を用い、振動装置4によってノズル1を振動させつつノズル1の液体流出口22から液体11を流出させることにより、流出した液体を微小粒に分離することを特徴とする微小粒の製造方法。
(6)液体11が溶融金属であり、分離した微小粒を凝固して微小金属球とすることを特徴とする上記(5)に記載の微小粒の製造方法。
This invention is made | formed based on the said knowledge, The place made into the summary is as follows.
(1) It has a nozzle 1 that causes the liquid 11 to flow downward, a vibration device 4 that vibrates the nozzle 1, a nozzle base 2 that slidably holds the nozzle 1, and a liquid storage tank 3. The nozzle 1 is a liquid The nozzle path 20 is connected to the outlet 22 and circulates the liquid. The nozzle base 2 has the base path 30 that is connected from the liquid storage tank 3 to the nozzle 1 and circulates the liquid. The nozzle path 20 and the base path 30 communicate with each other. A device for producing fine particles characterized in that a liquid can be distributed.
(2) It has the connecting rod 5 which connects the nozzle 1 and the vibration apparatus 4, The manufacturing apparatus of the microparticle as described in said (1) characterized by the above-mentioned.
(3) The end of the nozzle path 20 opposite to the liquid outlet 22 opens to the sliding surface 7 between the nozzle 1 and the nozzle gantry 2, and the gantry path 30 is disposed in the nozzle gantry 2 and The apparatus for producing fine particles according to the above (1) or (2), wherein the apparatus opens to a sliding surface 7 with the nozzle base 2.
(4) The apparatus for producing fine particles according to any one of (1) to (3), wherein the liquid 11 is a molten metal.
(5) By using the microparticle manufacturing apparatus according to any one of (1) to (3) above, the liquid 11 is caused to flow out from the liquid outlet 22 of the nozzle 1 while the nozzle 1 is vibrated by the vibration device 4. A method for producing fine particles, wherein the liquid that has flowed out is separated into fine particles.
(6) The method for producing fine particles according to (5) above, wherein the liquid 11 is a molten metal, and the separated fine particles are solidified to form fine metal spheres.

本発明は、液体に振動を付与させつつノズルから流出させて均一な液滴を形成するUDS法において、液体を流出させるノズル自身に振動を付与するとともに、ノズルに液体を供給する供給系は振動するノズルから分離しているので、振動発生器からの振動エネルギーが微小粒生成に十分活かされ、生成した微小粒のサイズが均一化されることとなった。   In the UDS method in which a liquid is caused to flow out from a nozzle while forming a uniform droplet to form a uniform droplet, vibration is applied to the nozzle itself that causes the liquid to flow out, and the supply system that supplies the liquid to the nozzle vibrates. Therefore, the vibration energy from the vibration generator is fully utilized for the generation of fine particles, and the size of the generated fine particles is made uniform.

本発明の微小粒の製造装置及び製造方法は、種々の金属を用いた微細金属球の製造、あるいは粒状の薬剤やセラミックスの原材料を粒体化するに際して用いることができる。ここでは、ハンダボールを製造する場合を例にとって以下に説明する。   The apparatus and method for producing fine particles of the present invention can be used for producing fine metal spheres using various metals or granulating raw materials for granular drugs and ceramics. Here, a case where a solder ball is manufactured will be described below as an example.

図1、図2に基づいて本発明の説明を行う。   The present invention will be described with reference to FIGS.

本発明の微小粒の製造装置は、液体11を下方に流出させるノズル1と、ノズル1を振動させる振動装置4と、ノズル1を摺動可能に保持するノズル架台2と、液体貯蔵槽3を有する。   The apparatus for producing fine particles according to the present invention includes a nozzle 1 that causes liquid 11 to flow downward, a vibration device 4 that vibrates nozzle 1, nozzle mount 2 that slidably holds nozzle 1, and liquid storage tank 3. Have.

ノズル1は、その下方に液体流出口22を有し、ノズル架台2に摺動可能に保持される。ノズル1はノズル架台2に保持されつつ上下方向に摺動可能である。ノズル1を筒状とし、ノズル架台2に筒状のノズルを保持するための開口部であるノズル保持部6を形成することにより、ノズル1をノズル架台2に保持することができる。ノズル1に振動装置4が接続され、振動装置4によってノズル1を振動させることができる。振動装置4としては、圧電素子が用いられる。振動装置4によるノズル1の振動方向は、ノズル架台2に保持されたノズル1の摺動方向と一致する。ノズル1に直接振動装置4を接続させることもできるが、ノズル1と振動装置2を連結する連結棒5を用いて接続しても良い。   The nozzle 1 has a liquid outlet 22 below the nozzle 1 and is slidably held on the nozzle base 2. The nozzle 1 is slidable in the vertical direction while being held by the nozzle base 2. The nozzle 1 can be held in the nozzle gantry 2 by forming the nozzle 1 in a cylindrical shape and forming the nozzle holding portion 6 that is an opening for holding the cylindrical nozzle in the nozzle gantry 2. The vibration device 4 is connected to the nozzle 1, and the nozzle 1 can be vibrated by the vibration device 4. As the vibration device 4, a piezoelectric element is used. The vibration direction of the nozzle 1 by the vibration device 4 coincides with the sliding direction of the nozzle 1 held on the nozzle base 2. The vibration device 4 can be directly connected to the nozzle 1, but may be connected using a connecting rod 5 that connects the nozzle 1 and the vibration device 2.

図1に示す例では、ノズル1は円筒状であり、円筒の下端に液体流出口22が開口している。ノズル架台2に配置されたノズル保持部6は、ノズル1の円筒部分と径の等しい円筒状の開口を鉛直方向に形成し、ノズル保持部6内にノズル1を配置することにより、ノズル架台2はノズル1を鉛直方向に摺動可能に保持することができる。振動装置4として圧電素子を用い、ノズル1と振動装置4との間を鋼製の連結棒6で接続している。振動装置4、連結棒6、ノズル1を鉛直方向に配置し、振動装置4による加振でノズル1は鉛直方向に振動する。振動数の帯域としては、数kHzの帯域を用いる。   In the example shown in FIG. 1, the nozzle 1 has a cylindrical shape, and a liquid outlet 22 is opened at the lower end of the cylinder. The nozzle holding part 6 arranged on the nozzle gantry 2 forms a cylindrical opening having the same diameter as the cylindrical part of the nozzle 1 in the vertical direction, and the nozzle 1 is arranged in the nozzle holding part 6 so that the nozzle gantry 2 Can hold the nozzle 1 slidably in the vertical direction. A piezoelectric element is used as the vibration device 4, and the nozzle 1 and the vibration device 4 are connected by a steel connecting rod 6. The vibration device 4, the connecting rod 6, and the nozzle 1 are arranged in the vertical direction, and the nozzle 1 vibrates in the vertical direction by excitation by the vibration device 4. A frequency band of several kHz is used as the frequency band.

ハンダボールの製造に適用する場合、液体貯蔵槽3は溶融ハンダを貯蔵する。液体貯蔵槽3内において、溶融ハンダは融点よりも所定温度高い温度に保持される。図1に示す例では、液体貯蔵槽3にバンドヒーターを巻いた加熱装置を有し、溶融ハンダの温度をその融点より100℃以上高い温度に保持することができる。   When applied to the manufacture of solder balls, the liquid storage tank 3 stores molten solder. In the liquid storage tank 3, the molten solder is held at a temperature higher than the melting point by a predetermined temperature. In the example illustrated in FIG. 1, the liquid storage tank 3 includes a heating device in which a band heater is wound, and the temperature of the molten solder can be maintained at a temperature higher than the melting point by 100 ° C. or more.

ノズル1はノズル経路20を有し、ノズル経路20はノズル下方の液体流出口22につながっており、液体11を流通させる。またノズル架台2は架台経路30を有し、架台経路30は液体貯蔵槽3からノズルにつながっており、液体貯蔵槽3から液体11を流通させる。ノズル経路20と架台経路30が連通して液体11を流通可能である。液体貯蔵槽3に貯蔵された液体11は、ノズル架台2に配設された架台経路30を通過し、さらにノズル内に有するノズル経路20を通過し、最終的にノズル下方の液体流出口22から流出する。   The nozzle 1 has a nozzle path 20, and the nozzle path 20 is connected to a liquid outlet 22 below the nozzle and allows the liquid 11 to flow. The nozzle gantry 2 has a gantry path 30, and the gantry path 30 is connected to the nozzle from the liquid storage tank 3, and the liquid 11 is circulated from the liquid storage tank 3. The nozzle path 20 and the gantry path 30 communicate with each other to allow the liquid 11 to flow. The liquid 11 stored in the liquid storage tank 3 passes through the gantry path 30 disposed in the nozzle gantry 2, further passes through the nozzle path 20 included in the nozzle, and finally from the liquid outlet 22 below the nozzle. leak.

ノズル経路20と架台経路30は、経路から液体が漏洩しないように相互に連通する必要がある。本発明で好ましくは、ノズル経路20の液体流出口22と反対側の端部である液体流入口21はノズル1とノズル架台2との摺動面7に開口し、架台経路30はノズル架台2内に配設されてノズル1とノズル架台2との摺動面7に液体流出口32を開口するとよい。ノズル1とノズル架台2の摺動面7において、ノズル経路20の液体流入口21と架台経路30の液体流出口32が対面する。これにより、ノズル経路20と架台経路30を連通することができる。また、ノズル1とノズル架台2の摺動面7にOリングなどのシール部材8を配設することにより、ノズル1とノズル架台2の摺動面7を密封し、これによりノズル経路20と架台経路30の連通部分からの液体漏洩を防止することができる。   The nozzle path 20 and the gantry path 30 need to communicate with each other so that liquid does not leak from the path. Preferably, in the present invention, the liquid inlet 21, which is the end of the nozzle path 20 opposite to the liquid outlet 22, opens in the sliding surface 7 between the nozzle 1 and the nozzle gantry 2, and the gantry path 30 is the nozzle gantry 2. The liquid outlet 32 may be opened on the sliding surface 7 between the nozzle 1 and the nozzle mount 2. On the sliding surface 7 of the nozzle 1 and the nozzle gantry 2, the liquid inlet 21 of the nozzle path 20 and the liquid outlet 32 of the gantry path 30 face each other. Thereby, the nozzle path | route 20 and the mount path | route 30 can be connected. Further, by providing a seal member 8 such as an O-ring on the sliding surface 7 of the nozzle 1 and the nozzle gantry 2, the sliding surface 7 of the nozzle 1 and the nozzle gantry 2 is hermetically sealed, thereby the nozzle path 20 and the gantry. Liquid leakage from the communicating portion of the path 30 can be prevented.

図1、図2に示す例では、円筒形のノズル1下方に液体流出口22が配置され、液体流出口22にはじまりノズルの軸芯に沿ってノズル経路20が形成され、ノズル経路20は途中でノズルの半径方向に向きを変え、ノズル1とノズル架台2との摺動面7に開口し、液体流入口21を形成している。一方、架台経路30については、ノズル架台1の内部に配設されており、架台経路30の一方の端部はノズル1とノズル架台2との摺動面7に開口して液体流出口32を形成する。ノズル1とノズル架台2の摺動面7において、ノズル経路20の液体流入口21と架台経路30の液体流出口32が対面しており、ノズル経路20と架台経路30とがこの位置で連通する。架台経路30の他方の端部は液体貯蔵槽3の底部に液体流入口31として開口し、液体貯蔵槽3に貯蔵した溶融ハンダを、架台経路30を経由して液体流出口32に導き、さらに連通するノズル経路20に流入し、最終的にノズル1の液体流出口22から溶融ハンダが流出する。ノズルの円筒形の外周の上方と下方にシール部材8としてOリングを配設しており、その結果、ノズル1とノズル架台2との摺動面7からの溶融ハンダの漏洩を防止することができる。ノズル経路20及び架台経路30内を流れる溶融ハンダの温度を一定に保持するため、そのまわりへ棒状のカートリッジヒータを挿入してノズル1とノズル架台2を加熱している。液体として溶融ハンダを用いる場合、温度が350℃程度となるため、シール部材には耐熱性が要求される。このような場合、シール部材8としてカーボンパッキン(カーボンシール)を用いると良い。   In the example shown in FIGS. 1 and 2, a liquid outlet 22 is disposed below the cylindrical nozzle 1, and a nozzle path 20 is formed along the axis of the nozzle starting from the liquid outlet 22. Then, the direction is changed in the radial direction of the nozzle, and the liquid inlet 21 is formed by opening the sliding surface 7 between the nozzle 1 and the nozzle mount 2. On the other hand, the gantry path 30 is disposed inside the nozzle gantry 1, and one end of the gantry path 30 opens on the sliding surface 7 between the nozzle 1 and the nozzle gantry 2 and opens the liquid outlet 32. Form. On the sliding surface 7 of the nozzle 1 and the nozzle gantry 2, the liquid inlet 21 of the nozzle path 20 and the liquid outlet 32 of the gantry path 30 face each other, and the nozzle path 20 and the gantry path 30 communicate at this position. . The other end of the gantry path 30 opens as a liquid inlet 31 at the bottom of the liquid storage tank 3, and the molten solder stored in the liquid storage tank 3 is led to the liquid outlet 32 via the gantry path 30. The molten solder flows into the communicating nozzle path 20 and finally flows out from the liquid outlet 22 of the nozzle 1. An O-ring is disposed as a seal member 8 above and below the outer circumference of the cylindrical shape of the nozzle. As a result, leakage of molten solder from the sliding surface 7 between the nozzle 1 and the nozzle mount 2 can be prevented. it can. In order to keep the temperature of the molten solder flowing in the nozzle path 20 and the gantry path 30 constant, a rod-like cartridge heater is inserted around the nozzle 1 and the nozzle gantry 2 to heat them. When using molten solder as the liquid, the temperature is about 350 ° C., and thus the seal member is required to have heat resistance. In such a case, a carbon packing (carbon seal) may be used as the seal member 8.

製造する微小粒の大きさは、ノズル1の液体流出口22の直径、液体流出口22からの液体の流出速度、そして付与する振動の振動数によって定まる。また、液体流出口22からの液体の流出速度は、液体貯蔵槽3内の液面と液体流出口22の間のヘッド差で調整することができる。直径100μmのハンダボールを製造する場合、ノズル1の液体流出口22の直径を53〜57μm程度、液体貯蔵槽3内の液面と液体流出口22の間のヘッド差を0.3〜0.4MPa程度とし、ノズル振動の振動数を3.0〜4.0kHzの範囲で選択すると良い。   The size of the fine particles to be produced is determined by the diameter of the liquid outlet 22 of the nozzle 1, the outflow speed of the liquid from the liquid outlet 22, and the vibration frequency to be applied. Further, the liquid outflow speed from the liquid outlet 22 can be adjusted by the head difference between the liquid level in the liquid storage tank 3 and the liquid outlet 22. When manufacturing a solder ball with a diameter of 100 μm, the diameter of the liquid outlet 22 of the nozzle 1 is about 53 to 57 μm, and the head difference between the liquid surface in the liquid storage tank 3 and the liquid outlet 22 is 0.3 to 0. It is good to set it as about 4 MPa and to select the frequency of nozzle vibration in the range of 3.0-4.0 kHz.

振動装置4として圧電素子を用いる場合、一般的に用いられる圧電素子であって厚さ方向に振動させる型であれば、4〜8枚の圧電素子を直列に重ねて振動装置4を構成することにより、ノズルに十分な振動エネルギーを付与することができる。   When a piezoelectric element is used as the vibration device 4, if the piezoelectric device is a generally used piezoelectric element that vibrates in the thickness direction, the vibration device 4 is configured by stacking 4 to 8 piezoelectric elements in series. Thus, sufficient vibration energy can be applied to the nozzle.

本発明においてノズル1を振動装置4によって振動させるに際し、ノズル架台2は振動しない。従って、ノズル架台2に配設された架台経路30も振動しない。振動するのはノズル1のみである。そのため、振動装置4からの振動エネルギーがすべてノズル1に伝わって液滴生成に十分に活かされることになる。その結果として、本発明を用いて液滴である微小粒12を生成すると、液滴サイズの不均一が発生せず、十分に均一なサイズの液滴を生成することができる。これに対し特許文献5に記載の方法では、振動ノズルヘッドに供給ラインが接続されており、振動ノズルヘッドを振動させると接続された供給ラインも振動する。このため振動発生器からの振動エネルギーが液滴生成に十分活かされず、液滴サイズに不均一が発生する。供給ラインに螺旋状部分を設けても同様である。   In the present invention, when the nozzle 1 is vibrated by the vibration device 4, the nozzle base 2 does not vibrate. Accordingly, the gantry path 30 disposed on the nozzle gantry 2 does not vibrate. Only the nozzle 1 vibrates. Therefore, all the vibration energy from the vibration device 4 is transmitted to the nozzle 1 and is fully utilized for droplet generation. As a result, when the microparticles 12 that are droplets are generated using the present invention, droplet size non-uniformity does not occur, and droplets with a sufficiently uniform size can be generated. On the other hand, in the method described in Patent Document 5, a supply line is connected to the vibrating nozzle head, and when the vibrating nozzle head is vibrated, the connected supply line also vibrates. For this reason, the vibration energy from the vibration generator is not fully utilized for droplet generation, and the droplet size is uneven. The same applies when a spiral portion is provided in the supply line.

また、特許文献3、4に記載のように、溶湯を充たした溶湯容器の底部に溶湯流出ノズルを有し、溶湯に振動を付与しつつノズルから溶湯を流出させつつ微小液滴を製造する方法においては、ノズル出口で溶湯が受ける振動は弱く、ノズルから流出する噴流を切るためのパワーが十分ではなく、液流が切断される上で振動パワーは補助的な役割しか果たせなかった。このため、切断後の液滴の体積が一定せず、均一な粒径を有する液滴を製造することができなかった。また、振動発生器を溶湯容器の頂部の上に設ける必要があるため、装置の全体高さが高くなるという欠点を有している。これに対し本発明においては、上述のとおり生成する液滴のサイズを十分に均一にすることができると同時に、振動発生器を溶湯容器の頂部の上に設ける必要がないので、装置の全体高さを低くすることができる。   In addition, as described in Patent Documents 3 and 4, a method of manufacturing a micro droplet while having a molten metal outflow nozzle at the bottom of a molten metal container filled with molten metal and causing the molten metal to flow out of the nozzle while applying vibration to the molten metal However, the vibration that the molten metal receives at the nozzle outlet is weak, and the power for cutting the jet flowing out from the nozzle is not sufficient, and the vibration power can only play an auxiliary role in cutting the liquid flow. For this reason, the volume of the droplet after cutting is not constant, and a droplet having a uniform particle size cannot be produced. Moreover, since it is necessary to provide a vibration generator on the top part of a molten metal container, it has the fault that the whole height of an apparatus becomes high. On the other hand, in the present invention, the size of the generated droplets can be made sufficiently uniform as described above, and at the same time, it is not necessary to provide a vibration generator on the top of the molten metal container. The thickness can be lowered.

図1、2に示す本発明の微小粒の製造装置を用い、直径100μmのハンダボールの製造を行った。振動装置4として圧電素子を6枚重ねたものを用いた。ノズル1としてステンレス鋼製で円筒形のノズルを用いた。ノズル1内のノズル経路20の直径は2mmである。振動装置4とノズル1の間に鋼製の連結棒5を連結した。ノズル1とノズル架台2の間のシール部材8としてカーボンを用いた。ノズル1の液体流出口22はダイヤモンド製であり、液体流出口22の直径を55μm、液体貯蔵槽3内の液面と液体流出口22の間のヘッド差を約0.4MPaとし、ノズル振動の振動数を約3.5kHzとした。   Solder balls having a diameter of 100 μm were manufactured using the apparatus for manufacturing fine particles of the present invention shown in FIGS. A vibrating device 4 in which six piezoelectric elements are stacked is used. As the nozzle 1, a stainless steel cylindrical nozzle was used. The diameter of the nozzle path 20 in the nozzle 1 is 2 mm. A steel connecting rod 5 was connected between the vibration device 4 and the nozzle 1. Carbon was used as the seal member 8 between the nozzle 1 and the nozzle mount 2. The liquid outlet 22 of the nozzle 1 is made of diamond, the diameter of the liquid outlet 22 is 55 μm, the head difference between the liquid level in the liquid storage tank 3 and the liquid outlet 22 is about 0.4 MPa, The frequency was about 3.5 kHz.

上記本発明の微小粒の製造装置を用いて球径100μm±5μmの規格のハンダボールを製造した結果、平均球径が99.7μm、最大球径が99.9μm、最小球径が99.3μmであり、球径の標準偏差が0.15μm、バラツキがCpkで10.05であった。   As a result of manufacturing a solder ball having a standard sphere diameter of 100 μm ± 5 μm using the fine particle manufacturing apparatus of the present invention, the average sphere diameter is 99.7 μm, the maximum sphere diameter is 99.9 μm, and the minimum sphere diameter is 99.3 μm. The standard deviation of the sphere diameter was 0.15 μm, and the variation was 10.05 in Cpk.

比較例として、図3に示す微小粒の製造装置を用いて同じくハンダボールを製造した。液体貯蔵槽41の底部に液体流出口44を有し、液体貯蔵槽41の上部に振動装置42を配置し、振動装置42から液体貯蔵槽41中の液体11に振動棒43を浸漬している。この振動棒43を振動装置42によって振動させることによって、液体流出口44から流出する液体を切断して液滴である微小粒12を製造する。振動装置42として圧電素子を4枚重ねたものを用いた。液体流出口44の直径を56μm、液体貯蔵槽41内の液面と液体流出口44の間のヘッド差を約0.1MPaとし、振動棒43の振動数を約2.0kHzとした。   As a comparative example, a solder ball was also manufactured using the apparatus for manufacturing fine particles shown in FIG. A liquid outlet 44 is provided at the bottom of the liquid storage tank 41, a vibration device 42 is disposed above the liquid storage tank 41, and the vibrating rod 43 is immersed in the liquid 11 in the liquid storage tank 41 from the vibration device 42. . By vibrating the vibrating bar 43 by the vibration device 42, the liquid flowing out from the liquid outlet 44 is cut to produce the microparticles 12 that are droplets. As the vibration device 42, four piezoelectric elements stacked one on another were used. The diameter of the liquid outlet 44 was 56 μm, the head difference between the liquid level in the liquid storage tank 41 and the liquid outlet 44 was about 0.1 MPa, and the vibration frequency of the vibrating rod 43 was about 2.0 kHz.

上記比較例の微小粒の製造装置を用いて球径100μm±5μmの規格のハンダボールを製造した結果、平均球径が100.9μm、最大球径が102.0μm、最小球径が100.1μmであり、球径の標準偏差が0.49μm、バラツキがCpkで2.81であった。   As a result of manufacturing a solder ball having a standard sphere diameter of 100 μm ± 5 μm using the microparticle manufacturing apparatus of the comparative example, the average sphere diameter is 100.9 μm, the maximum sphere diameter is 102.0 μm, and the minimum sphere diameter is 100.1 μm. The standard deviation of the sphere diameter was 0.49 μm, and the variation was 2.81 in Cpk.

図3に示す比較例は、振動装置42を液体貯蔵槽41の頂部に設置しているため、振動装置42から液体流出口44までの高さが500mmと背の高い装置となった。それに対し、図1、2に示す本発明例は、液体貯蔵槽3の頂部から液体流出口22までの高さを300mmに抑えることができ、コンパクトな装置とすることができた。   In the comparative example shown in FIG. 3, since the vibration device 42 is installed on the top of the liquid storage tank 41, the height from the vibration device 42 to the liquid outlet 44 is 500 mm, which is a tall device. On the other hand, in the example of the present invention shown in FIGS. 1 and 2, the height from the top of the liquid storage tank 3 to the liquid outlet 22 can be suppressed to 300 mm, and a compact apparatus can be obtained.

本発明の微小粒の製造装置の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the manufacturing apparatus of the microparticles of this invention. 本発明の微小粒の製造装置の一例を示す図であり、(a)は微小粒を製造する状況を示す全体断面図、(b)はノズル架台を示す部分断面図、(c)はノズルを示す断面図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing apparatus of the microparticles of this invention, (a) is whole sectional drawing which shows the condition which manufactures microparticles, (b) is a fragmentary sectional view which shows a nozzle mount, (c) is a nozzle. It is sectional drawing shown. 従来の微小粒の製造装置を示す図である。It is a figure which shows the conventional manufacturing apparatus of a microparticle.

符号の説明Explanation of symbols

1 ノズル
2 ノズル架台
3 液体貯蔵槽
4 振動装置
5 連結棒
6 ノズル保持部
7 摺動面
8 シール部材
11 液体
12 微小粒
20 ノズル経路
21 液体流入口
22 液体流出口
30 架台経路
31 液体流入口
32 液体流出口
41 液体貯蔵槽
42 振動装置
43 振動棒
44 液体流出口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nozzle 2 Nozzle mount 3 Liquid storage tank 4 Vibrating device 5 Connecting rod 6 Nozzle holding part 7 Sliding surface 8 Seal member 11 Liquid 12 Fine particle 20 Nozzle path 21 Liquid inlet 22 Liquid outlet 30 Mount path 31 Liquid inlet 32 Liquid outlet 41 Liquid storage tank 42 Vibrating device 43 Vibrating rod 44 Liquid outlet

Claims (6)

液体を下方に流出させるノズルと、前記ノズルを振動させる振動装置と、前記ノズルを摺動可能に保持するノズル架台と、液体貯蔵槽を有し、前記ノズルは液体流出口につながり液体を流通させるノズル経路を有し、前記ノズル架台は液体貯蔵槽から前記ノズルにつながり液体を流通させる架台経路を有し、前記ノズル経路と架台経路が連通して液体を流通可能であることを特徴とする微小粒の製造装置。   A nozzle for causing the liquid to flow downward; a vibration device for vibrating the nozzle; a nozzle base for slidably holding the nozzle; and a liquid storage tank, wherein the nozzle is connected to a liquid outlet and circulates the liquid. It has a nozzle path, the nozzle gantry has a gantry path that connects the liquid from the liquid storage tank to the nozzle and circulates the liquid, and the nozzle path and the gantry path communicate with each other to allow the liquid to circulate. Grain production equipment. 前記ノズルと振動装置を連結する連結棒を有していることを特徴とする請求項1に記載の微小粒の製造装置。   The apparatus for producing fine particles according to claim 1, further comprising a connecting rod that connects the nozzle and the vibration device. 前記ノズル経路の液体流出口と反対側の端部はノズルとノズル架台との摺動面に開口し、前記架台経路はノズル架台内に配設されてノズルとノズル架台との摺動面に開口することを特徴とする請求項1又は2に記載の微小粒の製造装置。   The end of the nozzle path opposite to the liquid outlet is opened in the sliding surface between the nozzle and the nozzle gantry, and the gantry path is disposed in the nozzle gantry and is opened in the sliding surface between the nozzle and the nozzle gantry. The apparatus for producing fine particles according to claim 1, wherein: 前記液体が溶融金属であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の微小粒の製造装置。   The apparatus for producing fine particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the liquid is a molten metal. 請求項1乃至3のいずれかに記載の微小粒の製造装置を用い、前記振動装置によって前記ノズルを振動させつつノズルの液体流出口から液体を流出させることにより、流出した液体を微小粒に分離することを特徴とする微小粒の製造方法。   Using the apparatus for producing fine particles according to any one of claims 1 to 3, the outflowing liquid is separated into fine particles by causing the liquid to flow out from the liquid outlet of the nozzle while vibrating the nozzle by the vibration device. A method for producing fine particles. 前記液体が溶融金属であり、分離した微小粒を凝固して微小金属球とすることを特徴とする請求項5に記載の微小粒の製造方法。   6. The method for producing fine particles according to claim 5, wherein the liquid is a molten metal, and the separated fine particles are solidified to form fine metal spheres.
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