JP2006043737A - はんだ材料供給方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成るはんだ材料を、液体中にはんだ粒子を均一に分散させた状態でワーク上に供給する。
【解決手段】 はんだ材料供給装置１０は、はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り液体中ではんだ粒子が沈降するはんだ材料Ｓを、供給手段１１、貯留手段１２、循環手段１３及び撹拌手段１４によってワークＷ上に供給するものである。そして、供給手段１１は、ワークＷ上にはんだ材料Ｓを供給するとともに、次のワークＷ上にはんだ材料Ｓを供給するまでの待ち時間に貯留手段１２にはんだ材料を供給する。貯留手段１２は、供給手段１１から供給されたはんだ材料Ｓを一時的に貯留する。循環手段１３は、貯留手段１２から供給手段１１へはんだ材料Ｓを循環させる。撹拌手段１４は、循環手段１３によって循環するはんだ材料Ｓを撹拌する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体基板、インターポーザ基板、プリント配線板等の上に突起状のはんだバンプを形成してＦＣ（flip chip）やＢＧＡ（ball grid array）を製造する際に好適な、はんだ材料供給方法及び装置に関する。

従来の一般的なはんだバンプの形成方法は、スクリーン印刷法やディスペンス法などを用いて基板のパッド電極上にはんだペーストを塗布し、このはんだペーストを加熱してリフローする、というものであった。

一方、特許文献１には、特殊なはんだ粉末とフラックスとの混合物からなるはんだペーストが記載されている。このはんだ粉末は、はんだ粒子を空気中で流動させることにより、はんだ粒子の表面に酸化膜を形成したものである。この強制的に形成した酸化膜は、リフロー時にフラックスの作用に抗して、はんだ粒子同士の合体を抑える働きをするという。そのため、このはんだペーストを基板上にベタ塗りしてリフローすると、パッド電極間ではんだブリッジが発生にくくなるので、パッド電極の高密度化及び微細化に適する、ということである。なお、パッド電極間のはんだブリッジは、はんだ粒子同士が合体して大きな塊となって、隣接するパッド電極の両方に接してしまうために起こる。

特開２０００−９４１７９号公報

しかしながら、従来のはんだバンプの形成方法には、次のような問題があった。

近年の更なる多電極化、高密度化及び微細化に対して、スクリーン印刷法やディスペンス法では対応できなくなりつつある。すなわち、スクリーン印刷法では、メタルマスクの開口を微細化する必要があるので、メタルマスクの機械的強度が低下したり、メタルマスクの開口からはんだペーストが抜け難くなったりする、という問題が生じてきた。ディスペンス法では、多数のパッド電極の上に一つずつはんだペーストを載せていくので、パッド電極が多くなるほど量産には向かなくなる。

一方、特許文献１のはんだペーストでは、はんだ粒子の酸化膜の膜厚を、精度良く形成しなければならなかった。なぜなら、厚すぎるとパッド電極にはんだが濡れなくなり、薄すぎるとはんだ粒子同士が合体してしまうからである。しかも、フラックスの状態や種類によってもフラックスの作用が変化するので、これらに合わせて酸化膜の膜厚を精度良く制御する必要があった。また、適切な膜厚の酸化膜を形成できなければ、パッド電極の高密度化及び微細化を達成できないことになる。したがって、特許文献１のはんだペーストでは、精密なマスクを不要とするベタ塗りが可能になるといっても、近年の高密度化及び微細化の要求に応えることは難しかった。

このような状況において、本発明者は、はんだバンプの高密度化及び微細化の要求に応えるべく、「はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成るはんだ材料」を発明した（未公開）。ただし、このはんだ材料には、液体中ではんだ粒子が沈降するため、液体中にはんだ粒子を均一に分散させた状態でワーク上に供給することが難しい、という問題があった。

そこで、本発明の目的は、はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成るはんだ材料を、液体中にはんだ粒子を均一に分散させた状態でワーク上に供給することができる、はんだ材料供給方法及び装置を提供することにある。

本発明に係るはんだ材料供給方法は、はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り液体中ではんだ粒子が沈降するはんだ材料を、はんだ材料供給工程及びはんだ材料循環工程を含む工程によってワーク上に供給するものである。そして、はんだ材料供給工程では、ワーク上にはんだ材料を供給する。一方、はんだ材料循環工程では、次のワーク上にはんだ材料を供給するまでの待ち時間に、はんだ材料をワーク以外に供給し当該はんだ材料を撹拌しつつ再びワーク上に供給するために循環させる。

本発明で用いるはんだ材料は、何もしないで放置しておくと、時間とともにはんだ粒子が液体中で沈降してしまう。その状態ではんだ材料をワーク上に供給すると、液体中のはんだ粒子の割合が不均一となり、例えばはんだバンプを形成する場合にはんだパンプの大きさが不揃いになったりはんだブリッジが発生したりする。そこで、本発明では、はんだ材料をワーク上に供給してから次のワーク上に供給するまでの待ち時間も、はんだ材料を供給し、撹拌し、かつ循環させる。これにより、はんだ材料をワーク上に供給する時は、常に、液体中にはんだ粒子が均一に分散した状態となる。

また、はんだ材料供給工程の前にワークを所定位置に配置するワーク配置工程を有し、はんだ材料供給工程の後にワークを所定位置から取出すワーク取出し工程を有する、としてもよい。これは、ワークを搬送するいわゆる枚葉式であり、ロボットによる自動化に適する。

本発明に係るはんだ材料供給装置は、本発明に係るはんだ材料供給方法を使用した装置である。すなわち、本発明に係るはんだ材料供給装置は、はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り液体中ではんだ粒子が沈降するはんだ材料を、供給手段、貯留手段、循環手段及び撹拌手段を含む手段によってワーク上に供給するものである。そして、供給手段は、ワーク上にはんだ材料を供給するとともに、次のワーク上にはんだ材料を供給するまでの待ち時間に貯留手段にはんだ材料を供給する。貯留手段は、供給手段から供給されたはんだ材料を一時的に貯留する。循環手段は、貯留手段から供給手段へはんだ材料を循環させる。撹拌手段は、循環手段によって循環するはんだ材料を撹拌する。

はんだ材料をワーク上に供給してから次のワーク上に供給するまでの待ち時間において、供給手段ははんだ材料を貯留手段に供給する。この時、循環手段は貯留手段から供給手段へはんだ材料を循環させ、撹拌手段は循環するはんだ材料を撹拌する。これにより、はんだ材料をワーク上に供給する時は、常に、液体中にはんだ粒子が均一に分散した状態となる。

供給手段は、一軸偏心ねじポンプとしてもよい。一軸偏心ねじポンプは、雄ねじ形ロータを雌ねじ形ステータ内に回動自在に嵌挿して偏心回転させることにより、はんだ材料を移送する。一軸偏心ねじポンプによれば、切れ目の無い無限のピストン運動によって、高精度かつ無脈動の定量吐出が可能となる。

撹拌手段は、スタティックミキサとしてもよい。スタティックミキサは、はんだ材料が通過するときにはんだ材料の流路に変化を与えることにより、液体中にはんだ粒子を均一に分散させる。スタティックミキサによれば、駆動手段を必要とせずにはんだ材料を撹拌することが可能となることにより、構成が簡素化されるとともに、駆動軸と軸受けとの間にはんだ粒子が挟まれるおそれもない。例えば、駆動軸に連結された羽根車を用いてはんだ材料を撹拌する駆動手段を用いれば、駆動軸と軸受けとの間にはんだ粒子が挟まれることにより、はんだ粒子が変形したり駆動手段が故障したりする不具合が起きやすい。なお、はんだ粒子の変形は、はんだバンプの品質に悪影響を与える。これに対し、スタティックミキサは、駆動軸や軸受けに相当するものが無いので、はんだ粒子の挟み込みに起因するはんだ粒子の変形や故障のおそれが無い。

本発明に係るはんだ材料供給装置は、次のようなフィルタを更に備えてもよい。このフィルタは、循環手段によって循環するはんだ材料を通過させることにより、液体中のはんだ粒子を分散及び分級させる。このフィルタによれば、混入した異物や凝集又は変形したはんだ粒子をはんだ材料から除去することにより、高品質のはんだバンプの形成が可能となるとともに、はんだ材料の流路での詰まりも防止される。

本発明に係るはんだ材料供給方法及び装置によれば、はんだ材料をワーク上に供給してから次のワーク上に供給するまでの待ち時間も、はんだ材料を供給し、撹拌し、かつ循環させることにより、常に液体中にはんだ粒子が均一に分散した状態で、はんだ材料をワーク上に供給できる。これにより、高品質のはんだバンプを形成できる。

供給手段を一軸偏心ねじポンプとした場合は、切れ目の無い無限のピストン運動によって、はんだ材料を高精度かつ無脈動で定量吐出できるので、より高品質のはんだバンプを形成できる。

撹拌手段をスタティックミキサとした場合は、駆動手段を必要とせずにはんだ材料を撹拌できることにより、構成を簡素化できるとともに、駆動軸と軸受けとの間にはんだ粒子が挟まれる不都合も回避できる。

フィルタを更に備えた場合は、混入した異物や凝集又は変形したはんだ粒子をはんだ材料から除去できることにより、より高品質のはんだバンプを形成できるとともに、はんだ材料の流路での詰まりも防止できる。

図１は、本発明に係るはんだ材料供給装置の一実施形態を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。

本実施形態のはんだ材料供給装置１０は、はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り液体中ではんだ粒子が沈降するはんだ材料Ｓを、供給手段１１、貯留手段１２、循環手段１３及び撹拌手段１４によってワークＷ上に供給するものである。そして、供給手段１１は、ワークＷ上にはんだ材料Ｓを供給するとともに、次のワークＷ上にはんだ材料Ｓを供給するまでの待ち時間に貯留手段１２にはんだ材料を供給する。貯留手段１２は、供給手段１１から供給されたはんだ材料Ｓを一時的に貯留する。循環手段１３は、貯留手段１２から供給手段１１へはんだ材料Ｓを循環させる。撹拌手段１４は、循環手段１３によって循環するはんだ材料Ｓを撹拌する。

換言すると、はんだ材料供給装置１０の動作は、はんだ材料供給工程とはんだ材料循環工程とに分けられる。はんだ材料供給工程では、ワークＷ上にはんだ材料Ｓを供給する。一方、はんだ材料循環工程では、次のワークＷ上にはんだ材料Ｓを供給するまでの待ち時間に、はんだ材料ＳをワークＷ以外に供給し当該はんだ材料Ｓを撹拌しつつ再びワークＷ上に供給するために循環させる。

次に、はんだ材料供給装置１０の作用について説明する。はんだ材料Ｓは、何もしないで放置しておくと、時間とともにはんだ粒子が液体中で沈降してしまう。その状態ではんだ材料ＳをワークＷ上に供給すると、液体中のはんだ粒子の割合が不均一となり、例えばはんだバンプを形成する場合にはんだパンプの大きさが不揃いになったりはんだブリッジが発生したりする。そこで、本実施形態では、はんだ材料ＳをワークＷ上に供給してから次のワークＷ上に供給するまでの待ち時間も、はんだ材料Ｓを供給し、撹拌し、かつ循環させる。これにより、はんだ材料ＳをワークＷ上に供給する時は、常に、液体中にはんだ粒子が均一に分散した状態となる。

はんだ材料供給装置１０によれば、はんだ材料ＳをワークＷ上に供給してから次のワークＷ上に供給するまでの待ち時間も、はんだ材料Ｓを供給し、撹拌し、かつ循環させることにより、常に液体中にはんだ粒子が均一に分散した状態で、はんだ材料ＳをワークＷ上に供給できる。これにより、高品質のはんだバンプを形成できる。

次に、本実施形態で使用するはんだ材料Ｓについて説明する。図２は、はんだ材料Ｓを用いたはんだバンプ形成方法の一例を代表的に示す断面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、図２は、基板上にはんだ材料を塗布した状態であり、上下方向は左右方向よりも拡大して示している。

はんだ材料Ｓは、多数のはんだ粒子Ｓ１と脂肪酸エステルからなる液体Ｓ２との混合物からなり、パッド電極２２にはんだバンプを形成するために用いられる。そして、液体Ｓ２は、常温の状態で基板２０に滴下すると自重で広がって均一な厚みになる粘度と、はんだ粒子Ｓ１の融点以上に加熱された状態ではんだ粒子Ｓ１によるはんだ濡れをパッド電極２２に引き起こすフラックス作用とを有する。はんだ粒子Ｓ１は、液体Ｓ２とともに基板２０に滴下した際に液体Ｓ２とともに広がって均一に分散する、混合比及び粒径を有する。

また、はんだ粒子Ｓ１は表面に自然酸化膜（図示せず）のみを有する。液体Ｓ２は、脂肪酸エステルであるので、有機酸の一種である遊離脂肪酸を元々含んでいる。遊離脂肪酸は、はんだ粒子Ｓ１の融点以上に加熱された状態で、はんだ粒子Ｓ１同士の合体を抑制しつつ、はんだ粒子Ｓ１とパッド電極２２とのはんだ付けを促進するとともに、パッド電極上２２に形成されたはんだ皮膜とはんだ粒子Ｓ１との合体を促進する作用を有する。

液体Ｓ２に含まれる有機酸は、必要に応じて添加しても良い。つまり、はんだ粒子Ｓ１の酸化度合いや分量に応じて、液体Ｓ２の有機酸含有量を調整する。例えば、多量のはんだバンプを形成する場合は、はんだ粒子Ｓ１も多量になるので、全てのはんだ粒子Ｓ１の酸化膜を還元するのに十分な有機酸を含有する必要がある。一方、バンプ形成に使用される以上の過剰なはんだ粒子Ｓ１を加える場合は、有機酸の含有量を少なくして液体Ｓ２の活性力を落とすことにより、はんだ粉末粒度分布でいうところの微細な側のはんだ粒子Ｓ１を溶かさないようにして、比較的大きなはんだ粒子Ｓ１のみで最適なバンプ形成を行うことも可能である。この際、溶けずに残った微細なはんだ粒子Ｓ１は、はんだ粒子Ｓ１同士の合体を防ぐことにより、パッド電極２２のショートを低減させる効果も持つ。

はんだ粒子Ｓ１は液体Ｓ２中に均一に分散している必要があるので、はんだ材料Ｓは使用直前に撹拌しておくことが望ましい。はんだ粒子Ｓ１の材質は、錫鉛系はんだ又は鉛フリーはんだ等を使用する。隣接するパッド電極２２同士の周端間の最短距離ａよりも、はんだ粒子Ｓ１の直径ｂを小さくするとよい。この場合、隣接する二つのパッド電極２２上のはんだ皮膜にそれぞれ到達したはんだ粒子Ｓ１同士は、接触しないため合体してはんだブリッジを形成することがない。

はんだ材料Ｓは、パッド電極２２を有する基板２０上に、常温において自然落下により滴下させる。これだけで、基板２０上に均一な厚みのはんだ材料Ｓを塗布できる。つまり、スクリーン印刷を用いることなく、均一な膜厚のはんだ材料Ｓの塗布膜を基板２０上に形成することができる。塗布の均一性ははんだバンプのばらつきに影響を及ぼすため、できる限り均一に塗布する。その後、基板２０全体を均一に加熱することにより、はんだバンプの形成が可能となる。加熱は短時間ではんだ融点以上まで昇温する。短時間で昇温することにより、プロセス中での有機酸活性力の低下を抑えることができる。

次に、基板２０について説明する。基板２０はシリコンウエハである。基板２０の表面２１には、パッド電極２２が形成されている。パッド電極２２上には、はんだバンプが形成される。基板２０は、はんだバンプを介して、他の半導体チップや配線板に電気的及び機械的に接続される。パッド電極２２は、形状が例えば円であり、直径ｃが例えば４０μｍである。隣接するパッド電極２２の中心間の距離ｄは、例えば８０μｍである。はんだ粒子１４の直径ｂは、例えば３〜１５μｍである。

パッド電極２２は、基板２０上に形成されたアルミニウム電極２４と、アルミニウム電極２４上に形成されたニッケル層２５と、ニッケル層２５上に形成された金層２６とからなる。ニッケル層２５及び金層２６はＵＢＭ（under barrier metal又はunder bump metallurgy）層である。基板２０上のパッド電極２２以外の部分は、保護膜２７で覆われている。

次に、パッド電極２２の形成方法について説明する。まず、基板２０上にアルミニウム電極２４を形成し、アルミニウム電極２４以外の部分にポリイミド樹脂又はシリコン窒化膜によって保護膜２７を形成する。これらは、例えばフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて形成される。続いて、アルミニウム電極２４表面にジンケート処理を施した後に、無電解めっき法を用いてアルミニウム電極２４上にニッケル層２５及び金層２６を形成する。このＵＢＭ層を設ける理由は、アルミニウム電極２４にはんだ濡れ性を付与するためである。

はんだ粒子Ｓ１の材質としては、例えばＳｎ−Ｐｂ（融点１８３℃）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ（融点２１８℃）、Ｓｎ−Ａｇ（融点２２１℃）、Ｓｎ−Ｃｕ（融点２２７℃）等を使用する。

加熱手段４０は、例えばブロワと電熱ヒータとからなり、熱風４１を当てて基板２０側（下側）からはんだ材料Ｓを加熱する。

図３及び図４は、はんだ材料Ｓを用いたはんだバンプ形成方法の一例を工程順に示す断面図である。図３は滴下工程であり、図３［１］〜図３［３］の順に工程が進行する。図４は、リフロー工程であり、図４［１］〜図４［３］の順に工程が進行する。以下、これらの図面に基づき説明する。ただし、図２と同じ部分は同じ符号を付すことにより説明を省略する。

図３では、基板２０上のパッド電極２２の図示を略している。まず、図３［１］に示すように、受け容器３０に基板２０を入れる。そして、注ぎ容器３１中で必要に応じはんだ材料Ｓを撹拌した後、注ぎ口３２からはんだ材料Ｓを基板２０上に滴下させる。すると、はんだ材料Ｓが自重で広がって均一な厚みになる。このときは、常温でよく、しかも、はんだ材料Ｓの自然落下を利用できる。なお、印刷機や後述する吐出機を用いてはんだ材料Ｓを基板２０上に塗布してもよい。

なお、受け容器３０は、リフロー工程で基板２０とともに加熱するので、耐熱性があって熱伝導が良く、かつはんだ粒子Ｓ１によるはんだ濡れが生じない金属例えばアルミニウムからなる。また、受け容器３０は、平板状の基板２０を載置する平らな底面３３と、はんだ材料Ｓの横溢を防止する周壁３４とを有する。この場合は、受け容器３０の底面３３上に基板２０が密接するので、熱伝導が向上する。なお、図２及び図４では受け容器３０の図示を略している。

また、滴下工程の途中又は後に、基板２０を水平に回転させることによって、基板２０上のはんだ材料Ｓを均一な厚みにしてもよい。基板２０を水平に回転させるには、市販のスピンコート装置を用いればよい。

滴下工程の終了は、はんだ材料Ｓ中に基板２０が浸漬されるまで、はんだ材料Ｓを滴下するか否かによって二通りに分かれる。図３［２］は、はんだ材料Ｓ中に基板２０を浸漬しない場合である。この場合、基板２０上のはんだ材料Ｓの厚みｔ１は、はんだ材料Ｓの主に表面張力及び粘性によって決まる値である。一方、図３［３］は、はんだ材料Ｓ中に基板２０を浸漬する場合である。この場合、基板２０上のはんだ材料Ｓの厚みｔ２は、滴下するはんだ材料Ｓの量に応じた所望の値に設定できる。

以上の滴下工程によって、図２に示すように、複数のパッド電極２２が離間して設けられた基板２０上に、はんだ材料Ｓがベタ塗りによって載置されたことになる。このとき、複数のバンブ電極２２上及びこれらの間隙の保護膜２７上を含む面に、全体的にはんだ材料Ｓが載置される。はんだ材料Ｓは、ちょうどインクのような状態である。

続いて、リフロー工程で、基板２０及びはんだ材料Ｓの加熱が始まると、液体Ｓ２の粘性が低下する。すると、図４［１］に示すように、はんだ粒子Ｓ１は、液体Ｓ２よりも比重が大きいので、沈降してパッド電極２２上及び保護膜２７上に積み重なる。

続いて、図４［２］に示すように、はんだ材料Ｓがはんだ粒子Ｓ１の融点以上に加熱される。ここで、基板２０上のはんだ材料Ｓを基板２０側から加熱しているので、はんだ材料Ｓは表面になるほど温度が低く基板２０側になるほど温度が高くなる。すると、パッド電極２２に近い下方のはんだ粒子Ｓ１は、先に溶融し始め、溶融すればパッド電極２２に濡れ広がる。その時、パッド電極２２から遠い上方のはんだ粒子Ｓ１は、まだ十分に溶融していない。したがって、はんだ粒子Ｓ１同士で合体する機会を減少させることができるので、はんだブリッジの発生も抑制される。換言すると、リフロー工程では、最初にパッド電極２２をはんだ粒子Ｓ１の融点以上に加熱し、パッド電極２２に接触しているはんだ粒子Ｓ１を溶融して、パッド電極２２に濡れ広がったはんだ皮膜２３’を形成し、はんだ皮膜２３’に更にはんだ粒子Ｓ１を合体させる。

また、このとき、液体Ｓ２に含まれる有機酸の作用によって、次のような状態が引き起こされる。まず、はんだ粒子Ｓ１同士は合体が抑えられる。ただし、図４［２］では図示していないが、一部のはんだ粒子Ｓ１同士は合体して大きくなる。つまり、はんだ粒子Ｓ１同士は合体しても一定の大きさ以下であれば問題ない。一方、はんだ粒子Ｓ１は、パッド電極２０上に広がって界面に合金層を形成する。その結果、パッド電極２０上にはんだ皮膜２３’が形成され、はんだ皮膜２３’に更にはんだ粒子Ｓ１が合体する。すなわち、はんだ皮膜２３’は成長して、図４［３］に示すようなはんだバンプ２３となる。

なお、図４［３］において、はんだバンプ２３の形成に使用されなかったはんだ粒子Ｓ１は、残った液体Ｓ２とともに後工程で洗い落とされる。

また、リフロー工程では、はんだ材料Ｓにその表面側が低く基板２０側が高くなるような温度差を設けることにより、基板２０側に近いはんだ粒子Ｓ１から先に沈降させてもよい。はんだ材料Ｓの表面側が低くはんだ材料Ｓの基板２０側が高くなるような温度差を設けると、液体Ｓ２は温度が高いほど粘度が低下するので、パッド電極２２に近い下方のはんだ粒子Ｓ１は、先に沈降かつ溶融し始め、パッド電極２２に接触すると濡れ広がる。その時、パッド電極２２から遠い上方のはんだ粒子Ｓ１は、まだ十分に沈降かつ溶融していない。したがって、はんだ粒子Ｓ１同士で合体する機会をより減少させることができるので、はんだブリッジの発生もより抑制される。また、このような加熱状態は、例えば基板２０上のはんだ材料Ｓを基板２０側から加熱するとともにはんだ材料Ｓの表面側から加冷したり、液体Ｓ２の粘度の温度依存性とはんだ粒子Ｓ１の融点との関係を調整したりすることにより、実現される。

更に、リフロー工程では、液体Ｓ２の対流を利用してはんだ粒子Ｓ１をパッド電極２２へ供給するようにしてもよい。はんだ材料Ｓを基板２０側から加熱すると、液体Ｓ２に対流が発生し、これによりはんだ粒子Ｓ１が液体Ｓ２中を動く。そのため、パッド電極２２上に載置されなかったはんだ粒子Ｓ１もパッド電極２２上へ移動してはんだバンプ２３の一部になる。したがって、はんだ粒子Ｓ１が有効に利用される。

次に、図１のはんだ材料供給装置１０を更に具体化した一実施例について説明する。図５乃至図７は本実施例のはんだ材料供給装置５０を示す構成図であり、図５ははんだ材料供給工程であり、図６はワーク取出し工程であり、図７ははんだ材料循環工程である。以下、図１及び図５乃至図７に基づき説明する。

図１における供給手段１１は、図５における一軸偏心ねじポンプ６０である。以下同様に、貯留手段１２はメインタンク７０及びサブタンク７１であり、循環手段１３はマグネットポンプ８０であり、撹拌手段１４はスタティックミキサ９０である。また、はんだ材料供給装置５０には、フィルタ５１が付設されている。メインタンク７０とフィルタ５１とは配管５２で接続され、フィルタ５１とサブタンク７１とは配管５３で接続され、サブタンク７１とマグネットポンプ８０とは配管５４で接続され、マグネットポンプ８０とスタティックミキサ９０とは配管５５で接続され、スタティックミキサ９０と一軸偏心ねじポンプ６０とは配管５６で接続されている。

一軸偏心ねじポンプ６０は、ワークＷ上にはんだ材料Ｓを吐出するとともに、次のワークＷ上にはんだ材料Ｓを供給するまでの待ち時間にメインタンク７０及びサブタンク７１にはんだ材料を吐出する。メインタンク７０及びサブタンク７１は、一軸偏心ねじポンプ６０から吐出されたはんだ材料Ｓを一時的に貯留する。マグネットポンプ８０は、メインタンク７０及びサブタンク７１から一軸偏心ねじポンプ６０へはんだ材料Ｓを循環させる。スタティックミキサ９０は、マグネットポンプ８０によって循環するはんだ材料Ｓを撹拌する。フィルタ５１は、マグネットポンプ８０によって循環するはんだ材料Ｓを通過させることにより、液体中のはんだ粒子を分散及び分級させる。

図８ははんだ材料供給装置５０の動作を自動化した場合を示し、図８［１］は制御系のブロック図であり、図８［２］は制御のタイミングチャートである。以下、図５乃至図８に基づき、はんだ材料供給装置５０の動作を説明する。

図８［１］に示すように、はんだ材料供給装置５０の制御系は、制御手段１００が一軸偏心ねじポンプ６０、ねじポンプ移動手段１０１、ワーク搬送手段１０２及びマグネットポンプ９０を制御する構成である。制御手段１００は、例えばマイクロコンピュータ及びそのプログラムから成る。ねじポンプ移動手段１０１は、一軸偏心ねじポンプ６０を図６において上下方向及び左右方向に移動する例えば二軸ロボットである。ワーク搬送手段１０２は、ワークＷを取出し及び配置する例えば多関節ロボットである。

図８［２］に示すように、はんだ材料供給装置１０の動作は、はんだ材料供給工程Ａ→ワーク取出し工程Ｂ→はんだ材料循環工程Ｃ→ワーク配置工程Ｄで１サイクルとなる。この動作は、制御手段１００のコンピュータプログラムによって制御される。

まず、はんだ材料供給工程Ａでは、一軸偏心ねじポンプ６０がワークＷ上にはんだ材料Ｓを吐出する（図５）。このとき、一軸偏心ねじポンプ６０及びマグネットポンプ９０はオン（動作）し、ねじポンプ移動手段１０１及びワーク搬送手段１０２はオフ（停止）する。

続いて、ワーク取出し工程Ｂでは、はんだ材料Ｓが吐出されたワークＷが所定位置から取出される（図６）。このとき、一軸偏心ねじポンプ６０及びマグネットポンプ９０はオフし、ねじポンプ移動手段１０１及びワーク搬送手段１０２はオンする。

続いて、はんだ材料循環工程Ｃでは、次のワークＷ上にはんだ材料Ｓを供給するまでの待ち時間に、一軸偏心ねじポンプ６０がはんだ材料Ｓをメインタンク７０に吐出し続ける。すると、一軸偏心ねじポンプ６０からメインタンク７０に吐出されサブタンク７１に到達したはんだ材料Ｓを、スタティックミキサ９０で撹拌し、再び一軸偏心ねじポンプ６０へ戻るように、マグネットポンプ５４が循環させる。これにより、当該待ち時間においてはんだ粒子が液体中で沈降してしまうことを防止できるので、はんだ材料ＳをワークＷ上に供給する時は、常に、液体中にはんだ粒子が均一に分散した状態となる。はんだ材料循環工程Ｃでは、一軸偏心ねじポンプ６０及びマグネットポンプ９０はオンし、ねじポンプ移動手段１０１及びワーク搬送手段１０２はオフする。

最後に、ワーク配置工程Ｄでは、次のワークＷが所定位置に配置される（図７の二点鎖線）。このとき、一軸偏心ねじポンプ６０及びマグネットポンプ９０はオフし、ねじポンプ移動手段１０１及びワーク搬送手段１０２はオンする。

図９［１］は一軸偏心ねじポンプ６０の一例を示す断面図、図９［２］は図９［１］におけるIX−IX線断面図、図９［３］はスタティックミキサ９０の一例を示す断面図である。以下、図５乃至図７及び図９に基づき、はんだ材料供給装置５０の主な構成要素について説明する。

図５に示すように、一軸偏心ねじポンプ６０は、先端からノズル部６１、筒部６２、接続部６３及び駆動源６４を備える。接続部６３は、配管５６からはんだ材料Ｓを導入する。駆動源６４は、モータ、減速機等から成り、駆動軸６９（図９［１］）へ動力を伝達する。また、筒部６２は、図９［１］［２］に示すように、筒体６５に収容された雌ねじ形ステータ６６内に、雄ねじ形ロータ６７が回動自在に嵌挿されたものである。そして、雄ねじ形ロータ６７の基端は、偏心自在継手６８を介して駆動軸６９に連結されている。雌ねじ形ステータ６６は、どの断面も長円形を呈し、弾性材料から成る。雄ねじ形ロータ６７は、どの断面も円形を呈し、金属から成る。

雌ねじ形ステータ６６内に雄ねじ形ロータ６７を装着すると、両者の間に接線によって厳密にシールされた連続する螺旋状の空間６０ａが生ずる。この状態で、雄ねじ形ロータ６７を回転させると、雄ねじ形ロータ６７は雌ねじ形ステータ６６内を回転しながら往復運動をする。その結果、空間６０ａに満たされていたはんだ材料Ｓは、無限のピストン運動によって、吸込側から吐出側へ向かって、無脈動かつ定量で移送される。

このように、一軸偏心ねじポンプ６０は、雄ねじ形ロータ６７を雌ねじ形ステータ６６内に回動自在に嵌挿して偏心回転させることにより、はんだ材料Ｓを移送する。一軸偏心ねじポンプ６０によれば、切れ目の無い無限のピストン運動によって、高精度かつ無脈動の定量吐出が可能となる。なお、仮にはんだ粒子が雌ねじ形ステータ６６と雄ねじ形ロータ６７とに挟まれたとしても、雌ねじ形ステータ６６が弾性材料から成るので、はんだ粒子が変形するおそれは無い。

メインタンク７０は、図７に示すように、ねじポンプ挿入部７２とはんだ材料貯留部７３とを備える。ねじポンプ挿入部７２において、一軸偏心ねじポンプ６０が当接する箇所に、Ｏリング７３が設けられている。なお、サブタンク７１は、例えば単なる容器である。

フィルタ５１は、例えば一般的な金網である。フィルタ５１によれば、混入した異物や凝集又は変形したはんだ粒子をはんだ材料から除去することにより、高品質のはんだバンプの形成が可能となるとともに、はんだ材料Ｓの流路での詰まりも防止される。

マグネットポンプ８０は、図示しないが、ポンプハウジング内に設けた羽根車を、ポンプハウジング外から磁気力を利用して非接触状態で回転させることにより、はんだ材料Ｓを圧送するものである。一般のポンプは、ポンプハウジング内に設けた羽根車を、ポンプハウジング外から貫通させた動力伝達軸に連結し、この動力伝達軸を回転させる構造である。そのため、一般のポンプでは、動力伝達軸のシール部分から液洩れが起きやすい。これに対し、マグネットポンプ８０は、軸シールに相当するものが無いので、原理的に液洩れが起きない。また、液洩れが起きないということは、逆に外気がポンプ内に入り込まないということでもあるので、ポンプでの異物の混入等も防止できる。

スタティックミキサ９０は、図９［３］に示すように、複数の右エレメント９１と左エレメント９２とが交互かつ直列に筒体９３内に収容されたものであり、はんだ材料Ｓが通過するときにはんだ材料Ｓの流路に変化を与えることにより、液体中にはんだ粒子を均一に分散させる。右エレメント９１及び左エレメント９２は、長方形の板をそれぞれ逆方向に１８０度ねじったものである。そのため、スタティックミキサ９０は、右エレメント９１及び左エレメント９２の通過液体に対する分割・転換・反転の作用によって、はんだ材料Ｓを効果的に混合する。つまり、はんだ材料Ｓは、分割作用によって、一つのエレメントを通過するごとに二分割される。このとき、エレメント数をｎ、合計の分割数をＮとすれば、Ｎ＝２ⁿとなる。また、はんだ材料Ｓは、転換作用によって、エレメント内のねじれ面に沿って、筒体９３の中央部から壁面部へ又は壁面部から中央部へと並び替えられる。更に、はんだ材料Ｓは、反転作用によって、１エレメントごとに回転方向が替わるので、急激な慣性力の反転を受けて乱流攪拌される。したがって、スタティックミキサ９０によれば、駆動手段を必要とせずにはんだ材料Ｓを撹拌できるので、構成が簡素化されるとともに、駆動軸と軸受けとの間にはんだ粒子が挟まれるおそれもない。

本発明に係るはんだ材料供給装置の一実施形態を示すブロック図である。 本発明で使用されるはんだ材料による、はんだバンプ形成方法の一例を代表的に示す断面図である。 本発明で使用されるはんだ材料による、はんだバンプ形成方法の一例を示す断面図（滴下工程）であり、図３［１］〜図３［３］の順に工程が進行する。 本発明で使用されるはんだ材料による、はんだバンプ形成方法の一例を示す断面図（リフロー工程）であり、図４［１］〜図４［３］の順に工程が進行する。 図１のはんだ材料供給装置を更に具体化した一実施例を示す構成図（はんだ材料供給工程）である。 図１のはんだ材料供給装置を更に具体化した一実施例を示す構成図（ワーク取出し工程）である。 図１のはんだ材料供給装置を更に具体化した一実施例を示す構成図（はんだ材料循環工程）である。 図５乃至図７のはんだ材料供給装置の動作を自動化した場合を示し、図８［１］は制御系のブロック図であり、図８［２］は制御のタイミングチャートである。 図９［１］は一軸偏心ねじポンプの一例を示す断面図、図９［２］は図９［１］におけるIX−IX線断面図、図９［３］はスタティックミキサの一例を示す断面図である。

符号の説明

１０，５０ はんだ材料供給装置
１１ 供給手段
１２ 貯留手段
１３ 循環手段
１４ 撹拌手段
５１ フィルタ
６０ 一軸偏心ねじポンプ（供給手段）
７０ メインタンク（貯留手段）
７１ サブタンク（貯留手段）
８０ マグネットポンプ（循環手段）
９０ スタティックミキサ（撹拌手段）
Ｓ はんだ材料
Ｓ１ はんだ粒子
Ｓ２ 液体
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り前記液体中で前記はんだ粒子が沈降するはんだ材料を、はんだ材料供給工程及びはんだ材料循環工程を含む工程によってワーク上に供給する、はんだ材料供給方法であって、
   前記はんだ材料供給工程では、前記ワーク上に前記はんだ材料を供給し、
   前記はんだ材料循環工程では、次の前記ワーク上に前記はんだ材料を供給するまでの待ち時間に、前記はんだ材料を前記ワーク以外に供給し当該はんだ材料を撹拌しつつ再び前記ワーク上に供給するために循環させる、
   ことを特徴とするはんだ材料供給方法。
2. 前記はんだ材料供給工程の前に、前記ワークを所定位置に配置するワーク配置工程を有し、
   前記はんだ材料供給工程の後に、前記ワークを前記所定位置から取出すワーク取出し工程を有する、
   請求項１記載のはんだ材料供給方法。
   
3. はんだ粒子とフラックス作用を有する液体との混合物から成り前記液体中で前記はんだ粒子が沈降するはんだ材料を、供給手段、貯留手段、循環手段及び撹拌手段を含む手段によってワーク上に供給する、はんだ材料供給装置であって、
   前記供給手段は、前記ワーク上に前記はんだ材料を供給するとともに、次の前記ワーク上に前記はんだ材料を供給するまでの待ち時間に前記貯留手段に前記はんだ材料を供給し、
   前記貯留手段は、前記供給手段から供給された前記はんだ材料を一時的に貯留し、
   前記循環手段は、前記貯留手段から前記供給手段へ前記はんだ材料を循環させ、
   前記撹拌手段は、前記循環手段によって循環する前記はんだ材料を撹拌する、
   ことを特徴とするはんだ材料供給装置。
4. 前記供給手段は、雄ねじ形ロータを雌ねじ形ステータ内に回動自在に嵌挿して偏心回転させることにより前記はんだ材料を移送する一軸偏心ねじポンプから成る、
   請求項３記載のはんだ材料供給装置。
5. 前記撹拌手段は、前記はんだ材料が通過するときに当該はんだ材料の流路に変化を与えることにより前記液体中に前記はんだ粒子を均一に分散させるスタティックミキサから成る、
   請求項３又は４のいずれかに記載のはんだ材料供給装置。
6. 前記循環手段によって循環する前記はんだ材料を通過させることにより前記液体中の前記はんだ粒子を分散及び分級させるフィルタを、
   更に備えた請求項３乃至５のいずれかに記載のはんだ材料供給装置。

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