金属被覆粒子の製造装置
【課題】本発明は、表面に導電性を有する基材粒子と前記基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置において、金属被覆層の厚みが均一でかつ欠陥の少ない金属被覆層を有する金属被覆粒子を製造可能な金属被覆粒子の製造装置を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明は、表面に導電性を有する基材粒子と基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置であって、多数個の前記基材粒子を含む粒子群と金属被覆層を形成するためのメッキ液とを収容可能な通路が形成された容器と、粒子群に含まれる粒子相互の接触を保ちつつ通路の中を一方向に粒子群を流動させる流動部と、通路を流動する粒子群に通電可能に配置された第１の電極と、通路の底面から上方に向け突起した状態で配置され通路を流動する粒子群と交わる攪拌部材と、を有する金属被覆粒子の製造装置である。
【解決手段】本発明は、表面に導電性を有する基材粒子と基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置であって、多数個の前記基材粒子を含む粒子群と金属被覆層を形成するためのメッキ液とを収容可能な通路が形成された容器と、粒子群に含まれる粒子相互の接触を保ちつつ通路の中を一方向に粒子群を流動させる流動部と、通路を流動する粒子群に通電可能に配置された第１の電極と、通路の底面から上方に向け突起した状態で配置され通路を流動する粒子群と交わる攪拌部材と、を有する金属被覆粒子の製造装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に導電性を有する基材粒子と前記基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記金属被覆粒子の一例として、Ｃｕを主体としたコアボールとその表面に被覆された半田被覆層とを有するＣｕコアボールがある。なお、従来技術の問題点を明らかにするために、Ｃｕコアボールを例として金属被覆粒子の製造技術を説明するが、本発明はＣｕコアボールに限定されない。
【０００３】
近年の多ピッチ化・狭ピッチ化による高密度実装の進むＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｌｌａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌ Ｐａｃｋａｇｅ）などの半導体パッケージでは、入出力端子用バンプとして小径のＣｕコアボールが適用されている。Ｃｕコアボールは、そのコアボールがリフロー時に溶融しないため、半導体素子と基板との間に一定の距離を維持でき、半導体素子の起動・停止により生じる熱サイクル負荷等に対する接続信頼性を確保することができる。
【０００４】
Ｃｕコアボール製造技術として、メッキ液が流通可能な多数の開口を有するバレル内にコアボールを収納し、バレルをメッキ浴に配置し自転させることで半田を被覆するバレル電気メッキ法が周知である。しかしながら、特に直径が５００μｍ以下の小径のＣｕコアボールを製造する場合には、バレル内でコアボール同士が凝集して、バレルの自転にともなうコアボールの転動によるコアボールの攪拌が不十分となり、コアボール表面へのメッキ液の流通が不均一となる。その結果、半田被覆層の厚みが部分的に不均一となり、歩留まりが低下するという問題が生じていた。
【０００５】
このバレル式電気メッキ法の問題を解消する技術の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１には、充分かつ均一なメッキ層を短時間で得るため、「上端が開放した下開き椀形の樹脂ドームの外周部下面と、樹脂底板の外周部上面の間に被めっき物が回転中に押付けられるコンタクトリングと、処理液が流通飛散するポーラスリングを一体に結合してセルを形成し、上記セルを相対回転不能に支持しコンタクトリングと通電する導電ロータリープレートの中央部下面に垂直な導電駆動シャフトの上端を固定し、上記シャフトにコンタクトブラシを押圧してマイナス極に接続し、上記ドーム内に陽極バスケットを配置し、セルを覆うカバーを設けた」、小物の回転メッキ装置が記載されている。そして、かかる構成の回転メッキ装置によれば、セル内に収納された被メッキ物は、セルの回転により生ずる遠心力の作用によりコンタクトリングに強制的に押し付けられ、セルの回転と、停止又は減速を繰り返すことにより均一に混合され、被メッキ物の表面におけるメッキ液の更新も活発となり、均一な厚みのメッキ層を形成することができると記載されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の回転メッキ装置は工業生産上効率の面での問題がある。すなわち、この回転メッキ装置は、被メッキ物を攪拌してその表面にメッキ液を充分に流通させるために、セルの回転、停止又は減速を繰り返す必要がある。そして、被メッキ物への実際のメッキ処理は、セルが回転し遠心力でコンタクトリングに被メッキ物が接触している間にのみ行われ、停止又は減速している間は行われないため、メッキ処理時間に比して全体の製造時間が長くなるという生産効率の面での問題がある。さらに、半導体パッケージに使用される直径が５００μｍ以下の小径のＣｕコアボールの場合には、セル内でコアボールの凝集が生じやすく、この凝集を解くためにセルの回転、停止又は減速を頻繁に繰り返す必要があり、更にメッキ効率が低下する可能性がある。
【０００７】
また、バレル電気メッキ法の問題を解消する技術の他の例が特許文献２に記載されている。特許文献２には、均一でかつ完全にコートさえた粒子基材材料を提供するため、「粒子をコーティングするための装置であって、（ａ）コートされる粒子と電解液とを収容するための無孔の容器と、（ｂ）前記容器内に流動床を作り出すためのデバイスであって、操作が及ぶように該容器と結合されたデバイスとを有する、粒子をコーティングするための装置」であって、「上記容器が円形であり、かつ電解液を通して電流を通じさせるためのデバイスを有し、さらに上記円形の容器が凹状となった環状部分を有する粒子通路を含み、上記凹状となった環状部分が、一連の、傾斜し段のついたセグメントを含むものである」、コーティング装置が記載されている。かかるコーティング装置は、要すると下記の作用を奏すると記載されている。すなわち、円形容器に結合されたデバイスは機械的攪拌を円形容器に与え、円形容器の中心軸の周りの回転運動を収容された粒子に与え流動床を作り出す。この流動床は凹状の環状通路に沿い移動し、その移動の過程において電解液を通して電流を通じさせるためのデバイスにより個々の粒子はコートされる。さらに、流動床は、環状通路に配置された一連の傾斜し段のついたセグメントを連続的に昇り、傾斜し段のついたセグメント上にあがってきたトップエッジを越えて、隣接した次のセグメントの最も低い部分へ落下する。この流動床の落下の過程により、それに含まれる個々の粒子は攪拌され、コーティング中の粒子の凝集を抑制され、電解液が充分に粒子の表面へ流通する。
【０００８】
しかしながら、かかる特許文献２のコーティング装置は、Ｃｕコアボールの半田被覆層に生じる欠陥の抑制という観点からは不十分であった。すなわち、流動床に含まれるコアボールを攪拌して凝集を防止するため、図３（ａ）においてセグメントの鉛直方向断面図に示すように、矢示する流動方向に流動する流動床を傾斜し段８２のついたセグメント８１ａのトップエッジから矢印方向に落下させて次セグメント８１ｂに衝突させると、それまで流動床の中で接触状態であったコアボール９１が急な衝突により離れ、離間状態となる。この離間状態から接触状態に戻る過程において、メッキのため一定の電圧が負荷されているコアボール９１同士の間に微弱ながらスパーク（異常放電）Ｄが生じ、このスパークＤのために半田被覆層が酸化して変色したり微小な空孔（ボイド）が生じたりする可能性がある。かかる欠陥を半田被覆層に含むＣｕコアボールを用いて接続端子用バンプを形成した場合、上記のような熱サイクル負荷に対する耐久性が低下したり、欠陥から腐食する恐れがある。なお、上記離間を防止するために段８２の高さを低くすると、今度はコアボールの攪拌効果が低下し、凝集したコアボール９１同士を分離することが出来なくなる。
【０００９】
さらに、上記従来技術においては、直径が５００μｍ以下と微小なコアボールにメッキを施す場合には、充分に攪拌してコアボール同士の凝集を回避するため、コアボールを収容する容器や通路の容量に対しおおよそ１０％以下の量のコアボールしか処理することができず、工業生産上生産効率の点で満足できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２３９７９９号公報
【特許文献２】特表２０００−５０９４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の第1の目的は、上記従来技術の問題点を解消するものであり、表面に導電性を有する基材粒子と前記基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置において、金属被覆層の厚みが均一でかつ欠陥の少ない金属被覆層を有する金属被覆粒子を製造可能な金属被覆粒子の製造装置を提供することを目的としている。さらに、本発明の第２の目的は、特に微小な基材粒子に効率的に金属被覆層を形成可能な金属被覆粒子の製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の金属被覆粒子の製造装置の一態様は、表面に導電性を有する基材粒子と基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置であって、多数個の前記基材粒子を含む粒子群と金属被覆層を形成するためのメッキ液とを収容可能な通路が形成された容器と、粒子群に含まれる粒子相互の接触を保ちつつ通路の中を一方向に粒子群を流動させる流動部と、通路を流動する粒子群に通電可能に配置された第１の電極と、通路の底面から上方に向け突起した状態で配置され通路を流動する粒子群と交わる攪拌部材と、を有する金属被覆粒子の製造装置である。
【００１３】
かかる金属被覆粒子の製造装置によれば、下記の作用・効果を奏することができる。すなわち、多数個の基材粒子を含む粒子群は、所望の金属被覆層を形成すべきメッキ液とともに容器の通路の中に収納される。なお、粒子群は基材粒子のみで構成されず、例えば基材粒子の攪拌を促進するため攪拌促進体としての導電性又は非導電性のダミー粒子を含んでいてもよい。
【００１４】
上記のように容器の通路に収納された粒子群は、流動部により、それに含まれる粒子相互の接触を保ちつつ通路の中を一方向に流動する。この流動部は、具体的には例えばメッキ液の流れや機械的押出により形成することができるが、機械的に粒子群を流動させる手段、具体的には振動を容器に付与して粒子群を流動させる構成とすることが装置の簡素化の観点から望ましい。
【００１５】
そして、メッキ液の中を流動部により一方向に流動せしめられた粒子群は、それに接するカソード電極である第１の電極と、例えば第１の電極と対向配置されたアノード電極との間でメッキ処理され、所望の金属被覆層が基材粒子の表面に被覆される。
【００１６】
ここで、攪拌部材は、前記通路の底面から上方に向け突起した状態で配置され前記通路を流動する粒子群と交わるよう構成されているので、流動している粒子群は攪拌部材に触れ、堰きとめられる。その結果、攪拌部材に触れた粒子群の流動方向が変化すると同時に、その部分に含まれる粒子が攪拌されて凝集を防止するとともに、メッキ液が粒子の表面に充分に流通し、金属被覆層の均一な生成が促進される。さらに、攪拌部材は、上記のように配置されているので、粒子群に含まれる粒子を上下方向に急激に攪拌せず、主に通路の幅方向と粒子群の流動方向、言い換えれば通路の底面に対し平行な水平面内において緩やかに粒子を攪拌する。したがって、通路を流動する粒子群は、その粒子相互の接触状態を維持したまま攪拌され、粒子の離間・接触によるスパーク（異常放電）の発生が低減され、金属被覆層の欠陥の発生が抑制される。その結果、金属被覆層の厚みが均一でかつ欠陥の少ない金属被覆層を有する金属被覆粒子を製造可能な金属被覆粒子の製造装置を提供するという本発明の第１目的を達成することができる。
【００１７】
なお、上記態様の攪拌部材を、通路の底面と相対する位置に配置した支持部材から下方に突起した状態で配置され通路を流動する粒子群の一部と交わる攪拌部材に替えた場合でも、基本的には上記と同様な作用・効果を期待することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記説明のとおり、本発明に係る金属被覆粒子の製造装置によれば、従来技術の問題を解決し、金属被覆層の厚みが均一でかつ欠陥の少ない金属被覆層を有する金属被覆粒子を製造可能な金属被覆粒子の製造装置を提供するという本発明の第１目的を達成することができる。上記金属被覆粒子の製造装置の一態様の好ましい態様、および本発明の第２目的を達成するための構成は以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係わる第１態様のボール製造装置の正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】従来のメッキ装置によるボール群の流動状態と本発明のボール製造装置によるボール群の流動状態を説明する図である。
【図４】本発明に係わる第２態様のボール製造装置の正面図である。
【図５】図４の部分平面図である。
【図６】図４のボール製造装置のより好ましい態様を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る金属被覆粒子の製造装置をそのいくつかの実施態様に基づき図面を参照しつつ説明する。下記の実施態様では、金属被覆粒子としてＣｕを主体とした球形のコアボールの表面にＳｎを主体とした半田被覆層を被覆する半田被覆Ｃｕコアボール製造装置（以下ボール製造装置という。）を例として説明するが、本発明はこれに限定されることなく例えば無電解メッキでニッケル等の導電性を有する金属層を表面に形成した樹脂又はセラミックス粒子その他表面に導電性を有する基材粒子の表面に金属被覆層を電気メッキ法で形成する場合に適用することができる。また、コアボールのように球状の基材粒子のみならず、例えば長軸と短軸を有する針状の基材粒子や形状的特徴のない不定形の基材粒子にも適用することができる。さらに、下記で説明する金属被覆粒子の製造装置の各構成要素は、単独に又は適宜組み合わせて使用することができる。
【００２１】
（第１実施態様）
まず、本発明に係るボール製造装置の第１実施態様について図１・２を参照して説明する。なお、図１において一部は図２のＢ−Ｂ断面図を示しており、図２において一部は図１のＡ−Ａ矢視図を示している。第１態様のボール製造装置１において、符号１１は上方開口の椀型の容器である。容器１１は、メッキ液に対し耐食性を有する非導電性の絶縁物である樹脂等で構成されており、中央に設けられた円柱状の突部１１２と、突部１１２と同芯に形成された円環凹状の通路１１１と、通路１１１の外周に円環状に設けられた外壁１１３とを有している。本態様の通路１１１の底面は外壁１１３から突部１１２へ向かいやや傾斜しているが、水平にしても問題はない。そして、この通路１１１には、多数のコアボール９１を含むボール群（粒子群）９と、さらにコアボール９１に半田被覆層を形成するためのメッキ液８が収容される。なお、メッキ液８はボール群９を浸漬可能な程度の量が通路１１１に収容されているが、常に新鮮なメッキ液８がコアボール９１に触れるよう、通路１１１の中のメッキ液８を循環するメッキ液循環系がボール製造装置１には組み込まれている。すなわち、図示しないメッキ液循環系は、メッキ処理で使用されたメッキ液８を通路１１１から排出する排出系と、一定量の新鮮なメッキ液を通路１１１に供給する供給系とを有する。
【００２２】
図において符号１２は、容器１１の底面に接続された流動部であり、本態様の流動部１２は容器１１に対し所定の周期で一定の力を作用する加振手段として構成されている。この加振手段で構成された流動部１２は、容器１１の通路１１１に収容されたボール群９を振動せしめ、ボール群９に含まれるコアボール９１の相互の接触を一定に保持しつつ、図２において矢印Ｃで示すように容器１１の軸芯を中心として反時計周りにボール群９を流動させる。このボール群９の流動速度・流動する姿その他流動の形態は、通路１１１の形状や姿勢、流動部１２の加振条件を適宜制御することに設定することができ、例えば流動方向についても図２と逆方向すなわち時計周りにボール群９を流動させることもできる。なお、以下同様であるが、本発明に係るボール製造装置は電気メッキ法を利用しコアボール９１の表面に半田被覆層を形成する構成であるので、通路１１１に収容されたコアボール９１同士の表面の接触状態が流動中において均一に維持されていることが好ましい。したがって、通路１１１の大きさは、収容すべきボール群９の量を前提としてコアボール９１が一定の接触状態を維持可能なよう設定する。
【００２３】
図において符号１４は、上記のように円周方向に通路１１１を流動するボール群９を攪拌する攪拌部材１４６を含む攪拌部である。攪拌部１４は、ベースプレート１３の上面に立設された４本の支柱１４１と、支柱１４１の上端に固定された支持板１４２とを含んでいる。図２の平面視に示すように、支持板１４２は容器１１を覆う大きさであり、容器１１の外壁１１３に沿いほぼ円形状に開口された開口部１４９がその中央に形成されている。さらに、支持板１４２には、上記開口部１４９の中心に向かい開口部１４９の縁から通路１１１まで突出した３箇所の突出部１４８が、１２０度の角度ピッチで割り出されて配置されている。
【００２４】
３箇所の突出部１４８には、移動手段１４ａが設けられている。移動手段１４ａは、突出部１４８の中央に設けられた回転軸を有するプーリー１４３と、プーリー１４３の回転軸の下端に接続された非導電性の絶縁物である樹脂からなる支持部材１４５と、円環状の駆動ベルト１４７を介してプーリー１４３を回転させるモータ１４４とを有している。支持部材１４５は円板状であり、図１に示すように、その軸芯は容器１１の軸芯とほぼ平行となるよう配置され、さらにその底面は通路１１１の底面と対向するように配置されている。そして、支持部材１４５の外周縁には、その底面から下方に伸びた非導電性の絶縁物である樹脂からなる円柱状の攪拌部材１４６が、等角度ピッチで複数本配置されている。この攪拌部材１４６の長さは、通路１１１を流動するボール群９の中に先端部が挿入可能な長さである。このように攪拌部材１４６を配置することで、攪拌部材１４６は、通路１１１を流動するボール群９の一部と交わることとなる。さらに、攪拌部材１４６は、図２において矢印Ｄで示すように、プーリー１４３を介しモータ１４４で支持部材１４５が駆動されるとボール群９と交わりつつ通路１１１の底面に対しほぼ平行な水平面内で反時計周りに独立して回転する。なお、本実施態様の移動手段１４ａは攪拌部材１４６を回転駆動する形態としているが、通路１１１の幅方向又はボール群９の流動方向に適宜な経路で攪拌部材１４６が並進して移動するように構成してもよい。
【００２５】
図において符号１５は、カソード電極として機能する第１の電極１５４と、アノード電極として機能する第２の電極１５２を含む通電手段である。直流電源回路１５１の負極側に接続された第１の電極１５４は通路１１１を流動するボール群９の一部と接触してコアボール９１に対し通電可能なよう、通路１１１の底面に一部が露出するよう埋め込まれている。なお、ボール群９の一部に接するよう第１の電極１５４を配置した場合には、コアボール９１同士の接触抵抗により第１の電極１５４から離れた位置にあるコアボール９１電位の低下し、ボール群９の中におけるコアボール９１の位置により半田被覆層の厚みが不均一になる可能性がある。したがって、平面視で見たとき第１の電極１５４はボール群９が十分に接触する面積を有することが好ましく、例えば通路１１１の底面にリング状に形成しておくことが好ましい。このためには、例えば容器１１そのものが第1の電極１５４として機能するよう導電性の材料、例えばステンレススチールやチタンで形成してもよく、この場合には、通路１１１の側面に耐食性のある樹脂被覆を施して通路１１１の底面が第1の電極１５４として作用するようにすればよい。
【００２６】
直流電源回路１５１の正極側に接続された略扇形状の３個の第２の電極１５２は、図２に示すように、開口部１４９において突出部１４８と突出部１４８との間に等角度ピッチで配置されている。第２の電極１５２は、流動するボール群９と対峙する姿勢でメッキ液８に浸漬されるよう絶縁体で形成された電極支持部材１５３で支持されている。なお、第１の電極１５２及び第２の電極１５４はメッキ液８と反応しない材料で形成すればよく、例えばステンレススチール、チタン、白金メッキされたチタン等で構成することができる。
【００２７】
上記構成のボール製造装置１の動作について以下説明する。まず、ボール群９を形成するため通路１１１の大きさその他の条件で定まる所定数のコアボール９１と、メッキ液を準備し、通路１１１に収容する。コアボール９１は、メッキ工程に先立ち酸洗処理し表面を清浄化したものを使用し、更に必要に応じ表面に下地層としてニッケルメッキ層を形成したものを使用してもよい。半田メッキするためのメッキ液は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の液組成を有する大和化成製の商品名「ＤＡＩＮ ＴＩＮＳＩＬ ＳＢＢ ２」やローム＆ハース製の商品名「ＳＯＬＤＥＲＯＮ ＢＰ ＳＡＣ５０００」等に添加剤を添加して、例えばホウフッ化浴など周知のメッキ浴に適宜調整して使用することができる。また、ボール群９を構成する粒子はコアボール９１に限定されず、例えばボール群９の攪拌を促進するための攪拌促進体として、例えば半田や鋼を主体とした導電性ダミーボール、樹脂やセラミックス等を主体とした非導電性ダミーボールを適量加えてもよい。また、下記するように多数のコアボール９１からなるボール群９は流動部１２により流動化されるので、通路１１１の特定領域にコアボール９１は収容しておけばよい。その後、製造装置１を作動させる。
【００２８】
ボール製造装置１は、加振手段で構成された流動部１２により容器１１を振動させ、通路１１１に収容されたボール群９を図２に示す矢印Ｃ方向に流動させる。ボール群９は、図１に示すように、一定の厚みと幅を有する形態で突部１１２の周囲を旋回しつつメッキ液８に浸漬された状態で通路１１１の底面上を流動する。ここで、攪拌部材１４６は、通路１１１を流動するボール群９の一部と交わるように配置されているので、図３（ｂ）において攪拌部材１４６周囲の拡大平面図に示すように、ボール群９の流動の一部はこの複数の攪拌部材１４６で阻止され、ボール群９の流動の複数箇所で流れに乱れが発生する。すると、攪拌部材１４６に触れたボール群９に含まれるコアボール９１はその乱れで攪拌されるとともに、攪拌部材１４６との接触によりコアボール９１の相互の接触状態を維持しつつ矢印Ｒで示すように自転して位置ずれが生じる。その結果、コアボール９１の凝集が回避され、コアボール９１の間にメッキ液８が充分に流通する状態となる。そして、流動するボール群９は、起動された直流電源回路１５１の負極に接続された第１の電極１５４に触れ、正極に接続された第２の電極１５２から電流がメッキ液８に印加されているので、コアボール９１の間に充分に流通するメッキ液８の中の金属イオンがコアボール９１の表面に析出し、欠陥の生成が抑制された健全な半田被覆層が均一な厚みでコアボール９１の表面に形成される。
【００２９】
さらに、ボール製造装置１は、上記流動部１２を作動させてボール群９を流動させると同時に、攪拌部１４の移動手段１４ａを作動させる。移動手段１４ａは、モータ１４４を駆動させて駆動ベルト１４７を介し３個のプーリー１４３を回転させ、図２に示すように、３個の支持部材１４５それぞれを矢印Ｄ方向に回転させる。すると、支持部材１４５から下方に伸びた攪拌部材１４６は支持部材１４５の軸芯を中心に反時計周りに回転し、流動するボール群９に交わりつつ旋回するので、水平面内においてボール群９をくまなく攪拌することになる。その結果、従来のメッキ装置に対し通路１１１の容積に対して比較的多数個のコアボール９１を処理する場合でも、コアボール９１の間にメッキ液８が充分に流通する状態となり、欠陥の生成が抑制された健全な半田被覆層を比較的多量のコアボール９１に形成することができる。
【００３０】
なお、メッキの過程において加振手段で構成される流動部１２の加振条件を適宜制御してボール群９の流動方向を正逆切り替えたり、ボール群９の流動速度を例えばステップ状に変化させたりすることは、コアボール９１の攪拌を効果的に行う観点から有効である。また、同様な観点から、攪拌部材１４６の回転方向や回転速度を変化させたることも有効である。これにより、コアボール９１の間にメッキ液８が充分に流通させて半田被覆層における欠陥の生成を抑制でき、また比較的多量のコアボール９１をメッキ処理することができる。
【００３１】
（第２実施態様）
本発明に係わる金属被覆粒子の製造装置の第２実施態様について図４〜図６を参照して説明する。なお、第２態様の金属被覆粒子の製造装置も、Ｃｕを主体とした球形のコアボールの表面にＳｎを主体とした半田被覆層を被覆するボール製造装置であり、図４〜６において上記第１態様の金属被覆粒子の製造装置と同一の構成要素は同一符号を付しており、その構成及び動作については詳細な説明を省略する。
【００３２】
第２態様のボール製造装置において第１態様と相異する点は、第１に攪拌部材２４６が通路１１１の底面から上方に向け突起した状態で配置されていること、第２に攪拌部材２４６を振動させる加振手段２６を有する点である。以下、それぞれの構成について説明する。
【００３３】
まず、第２態様の攪拌部材２４６について説明する。図４に示すように、複数本の略円柱形状をなす攪拌部材２４６は、通路１１１の底面から上方に伸び突起する状態で容器１１に配置されており、その軸芯方向の長さは通路１１１の底面を流動するボール群９の厚みを超える長さである。そして、図５（ａ）に示すように、複数の攪拌部材２４６は、通路１１１の幅方向又はボール群の流動方向（矢印Ｃ）、すなわち通路１１１の底面に対しほぼ平行な水平面内において千鳥状に配置されており、これにより流動するボール群９１は全体的にくまなく攪拌される。
【００３４】
なお、第２態様のボール製造装置２における第１の電極２５４は、上記説明した好ましい形状であるリング状である。また、図５（ａ）において２点鎖線で示すように、第２の電極１５２は、ボール群９の攪拌が行われる攪拌部材２４６の上方に位置するよう配置されている。これにより、ボール群９の攪拌処理とメッキ処理とが同時に行われるので、欠陥の生成が抑制された健全な半田被覆層が均一な厚みでコアボール９１の表面に形成される。
【００３５】
攪拌部材２４６の配置形態は上記に限定されることなく、例えば図５（ｂ）〜（ｄ）に示すように配置することができる。すなわち、図５（ｂ）に示す配置形態は、複数本の攪拌部材２４６を水平面内において並列させたパターンである。この配置形態によれば、ボール群９の流動方向において前段の攪拌部材２４６に触れ攪拌されたボール群９は、その後段の攪拌部材２４６に更に触れてコアボール９１の攪拌がより促進され、コアボール９１の凝集が防止されるとともにその自転がより助長される。
【００３６】
図５（ｃ）に示す配置形態は、複数本の攪拌部材２４６が不規則にランダムな位置に配置されたパターンである。この配置形態によれば、上記図５（ａ）及び（ｂ）で示した配置形態双方の利点を奏することができる。
【００３７】
図５（ｄ）に示す配置形態は、断面円形状の攪拌部材２４６ａに対し、攪拌部材２４６ａよりも断面積の大きな攪拌部材２４６ｂ、攪拌部材２４６ａとは異なる断面形状の攪拌部材２４６ｃ（例えば断面矩形状、断面三角形状、断面楕円形状）、柱状体ではなく板状体の攪拌部材２４６ｄを混在して配置した例である。かかる配置形態によれば、攪拌部材２４６ａ〜２４６ｄごとにそれぞれ異なる攪拌状態を発生させることができ、それらの相互作用によりボール群９を効果的にかつ確実に攪拌することができる。上記攪拌部材２４６ａ〜２４６ｄは混在させず各々単独に組み込むことができるが、ボール群９の滞留を防止して円滑に通路１１１を流動させるという観点から、攪拌部材２４６の通路１１１を流動するボール群９と交わり接触する部位のボール群９の流動方向に沿う断面視は、その流動方向に対して凹部のない閉図形であることが望ましい。
【００３８】
次に、攪拌部材２４６の加振手段２６について説明する。必要に応じて組み込まれる加振手段２６は、攪拌部材２４６の底部に接続されており、ボール群９に含まれるコアボール９１に攪拌部材２４６を介して比較的微小な振幅で振動を付与する。なお、攪拌部材２４６の加振手段２６から生じた振動が通路１１１に伝達されボール群９の流動状態に影響を及ぼさないよう、攪拌部材２４６は、防振ゴムなど防振部材を介して容器１１に固定されていることが好ましい。加振手段２６を設けることで、攪拌部材２４６に触れたボール群９に含まれるコアボール９１に振動が付与されてコアボール９１の攪拌が促進されるとともに、コアボール９１の自転が助長されコアボール９１相互の位置ずれが促進される。
【００３９】
上記第２態様のボール製造装置２のより好ましい態様について図６を参照して説明する。図６（ａ）に示す態様は、通路１１１を流動するボール群９と攪拌部材３４６ａ〜３４６ｃの表面との交わる角度がそれぞれ異なるように配置し、攪拌部材３４６ａ〜３４６ｃごとに突起する姿勢が異なるよう配置した態様である。具体的には、攪拌部材３４６ａが上方に向けほぼ鉛直に配置されているのに対して、攪拌部材３４６ｂは通路１１１の底面に対して角度θ１だけ外壁１１３の方向に傾いた状態で配置されており、攪拌部材３４６ｃは通路１１１の底面に対して角度θ２だけ突部１１２の方向に傾いた状態で配置されている。かかる態様の攪拌部材３４６ａ〜３４６ｃの配置形態によれば、攪拌部材３４６ａ〜３４６ｃごとにそれぞれ異なる攪拌状態を発生させることができ、それらの相互作用によりボール群９を効果的にかつ確実に攪拌することができる。
【００４０】
図６（ｂ）に示す態様は、攪拌部材４５６の通路１１１を流動するボール群９と交わり接触する部位にはボール群９に含まれるコアボール９１よりも大きな凹凸を有する攪拌面４４６ａが設けられている態様である。このような攪拌面４４６ａは、例えば、図６（ｂ）の右側に示すように、コアボール９１の直径を超える溝幅ｔ１のＵ字状溝を単数又は複数個攪拌部材４４６の側面に形成したり、同図の左側に示すように、コアボール９１が噛み込まれない程度の幅の谷ｔ２を有する凹凸を攪拌部材４４６の側面に形成することで具現することができる。このような攪拌面４４６ａを攪拌部材４４６に設けることにより、攪拌面４４６に触れたボール群９に含まれるコアボール９１の自転が助長されコアボール９１相互の位置ずれが促進される。
【符号の説明】
【００４１】
１（２） ボール製造装置
１１ 容器
１１１ 通路
１１２ 突部
１１３ 外壁
１２ 流動部
１３ ベース
１４ 攪拌部
１４ａ 移動手段
１４５ 支持部材
１４６（２４６、３４６、４４６） 攪拌部材
１５ 通電手段
１５１ 直流電源回路
１５２ 第２の電極
１５４ 第１の電極
２６ 攪拌部材の加振手段
８ メッキ液
９ ボール群
９１ コアボール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に導電性を有する基材粒子と前記基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記金属被覆粒子の一例として、Ｃｕを主体としたコアボールとその表面に被覆された半田被覆層とを有するＣｕコアボールがある。なお、従来技術の問題点を明らかにするために、Ｃｕコアボールを例として金属被覆粒子の製造技術を説明するが、本発明はＣｕコアボールに限定されない。
【０００３】
近年の多ピッチ化・狭ピッチ化による高密度実装の進むＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｌｌａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌ Ｐａｃｋａｇｅ）などの半導体パッケージでは、入出力端子用バンプとして小径のＣｕコアボールが適用されている。Ｃｕコアボールは、そのコアボールがリフロー時に溶融しないため、半導体素子と基板との間に一定の距離を維持でき、半導体素子の起動・停止により生じる熱サイクル負荷等に対する接続信頼性を確保することができる。
【０００４】
Ｃｕコアボール製造技術として、メッキ液が流通可能な多数の開口を有するバレル内にコアボールを収納し、バレルをメッキ浴に配置し自転させることで半田を被覆するバレル電気メッキ法が周知である。しかしながら、特に直径が５００μｍ以下の小径のＣｕコアボールを製造する場合には、バレル内でコアボール同士が凝集して、バレルの自転にともなうコアボールの転動によるコアボールの攪拌が不十分となり、コアボール表面へのメッキ液の流通が不均一となる。その結果、半田被覆層の厚みが部分的に不均一となり、歩留まりが低下するという問題が生じていた。
【０００５】
このバレル式電気メッキ法の問題を解消する技術の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１には、充分かつ均一なメッキ層を短時間で得るため、「上端が開放した下開き椀形の樹脂ドームの外周部下面と、樹脂底板の外周部上面の間に被めっき物が回転中に押付けられるコンタクトリングと、処理液が流通飛散するポーラスリングを一体に結合してセルを形成し、上記セルを相対回転不能に支持しコンタクトリングと通電する導電ロータリープレートの中央部下面に垂直な導電駆動シャフトの上端を固定し、上記シャフトにコンタクトブラシを押圧してマイナス極に接続し、上記ドーム内に陽極バスケットを配置し、セルを覆うカバーを設けた」、小物の回転メッキ装置が記載されている。そして、かかる構成の回転メッキ装置によれば、セル内に収納された被メッキ物は、セルの回転により生ずる遠心力の作用によりコンタクトリングに強制的に押し付けられ、セルの回転と、停止又は減速を繰り返すことにより均一に混合され、被メッキ物の表面におけるメッキ液の更新も活発となり、均一な厚みのメッキ層を形成することができると記載されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の回転メッキ装置は工業生産上効率の面での問題がある。すなわち、この回転メッキ装置は、被メッキ物を攪拌してその表面にメッキ液を充分に流通させるために、セルの回転、停止又は減速を繰り返す必要がある。そして、被メッキ物への実際のメッキ処理は、セルが回転し遠心力でコンタクトリングに被メッキ物が接触している間にのみ行われ、停止又は減速している間は行われないため、メッキ処理時間に比して全体の製造時間が長くなるという生産効率の面での問題がある。さらに、半導体パッケージに使用される直径が５００μｍ以下の小径のＣｕコアボールの場合には、セル内でコアボールの凝集が生じやすく、この凝集を解くためにセルの回転、停止又は減速を頻繁に繰り返す必要があり、更にメッキ効率が低下する可能性がある。
【０００７】
また、バレル電気メッキ法の問題を解消する技術の他の例が特許文献２に記載されている。特許文献２には、均一でかつ完全にコートさえた粒子基材材料を提供するため、「粒子をコーティングするための装置であって、（ａ）コートされる粒子と電解液とを収容するための無孔の容器と、（ｂ）前記容器内に流動床を作り出すためのデバイスであって、操作が及ぶように該容器と結合されたデバイスとを有する、粒子をコーティングするための装置」であって、「上記容器が円形であり、かつ電解液を通して電流を通じさせるためのデバイスを有し、さらに上記円形の容器が凹状となった環状部分を有する粒子通路を含み、上記凹状となった環状部分が、一連の、傾斜し段のついたセグメントを含むものである」、コーティング装置が記載されている。かかるコーティング装置は、要すると下記の作用を奏すると記載されている。すなわち、円形容器に結合されたデバイスは機械的攪拌を円形容器に与え、円形容器の中心軸の周りの回転運動を収容された粒子に与え流動床を作り出す。この流動床は凹状の環状通路に沿い移動し、その移動の過程において電解液を通して電流を通じさせるためのデバイスにより個々の粒子はコートされる。さらに、流動床は、環状通路に配置された一連の傾斜し段のついたセグメントを連続的に昇り、傾斜し段のついたセグメント上にあがってきたトップエッジを越えて、隣接した次のセグメントの最も低い部分へ落下する。この流動床の落下の過程により、それに含まれる個々の粒子は攪拌され、コーティング中の粒子の凝集を抑制され、電解液が充分に粒子の表面へ流通する。
【０００８】
しかしながら、かかる特許文献２のコーティング装置は、Ｃｕコアボールの半田被覆層に生じる欠陥の抑制という観点からは不十分であった。すなわち、流動床に含まれるコアボールを攪拌して凝集を防止するため、図３（ａ）においてセグメントの鉛直方向断面図に示すように、矢示する流動方向に流動する流動床を傾斜し段８２のついたセグメント８１ａのトップエッジから矢印方向に落下させて次セグメント８１ｂに衝突させると、それまで流動床の中で接触状態であったコアボール９１が急な衝突により離れ、離間状態となる。この離間状態から接触状態に戻る過程において、メッキのため一定の電圧が負荷されているコアボール９１同士の間に微弱ながらスパーク（異常放電）Ｄが生じ、このスパークＤのために半田被覆層が酸化して変色したり微小な空孔（ボイド）が生じたりする可能性がある。かかる欠陥を半田被覆層に含むＣｕコアボールを用いて接続端子用バンプを形成した場合、上記のような熱サイクル負荷に対する耐久性が低下したり、欠陥から腐食する恐れがある。なお、上記離間を防止するために段８２の高さを低くすると、今度はコアボールの攪拌効果が低下し、凝集したコアボール９１同士を分離することが出来なくなる。
【０００９】
さらに、上記従来技術においては、直径が５００μｍ以下と微小なコアボールにメッキを施す場合には、充分に攪拌してコアボール同士の凝集を回避するため、コアボールを収容する容器や通路の容量に対しおおよそ１０％以下の量のコアボールしか処理することができず、工業生産上生産効率の点で満足できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２３９７９９号公報
【特許文献２】特表２０００−５０９４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の第1の目的は、上記従来技術の問題点を解消するものであり、表面に導電性を有する基材粒子と前記基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置において、金属被覆層の厚みが均一でかつ欠陥の少ない金属被覆層を有する金属被覆粒子を製造可能な金属被覆粒子の製造装置を提供することを目的としている。さらに、本発明の第２の目的は、特に微小な基材粒子に効率的に金属被覆層を形成可能な金属被覆粒子の製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の金属被覆粒子の製造装置の一態様は、表面に導電性を有する基材粒子と基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置であって、多数個の前記基材粒子を含む粒子群と金属被覆層を形成するためのメッキ液とを収容可能な通路が形成された容器と、粒子群に含まれる粒子相互の接触を保ちつつ通路の中を一方向に粒子群を流動させる流動部と、通路を流動する粒子群に通電可能に配置された第１の電極と、通路の底面から上方に向け突起した状態で配置され通路を流動する粒子群と交わる攪拌部材と、を有する金属被覆粒子の製造装置である。
【００１３】
かかる金属被覆粒子の製造装置によれば、下記の作用・効果を奏することができる。すなわち、多数個の基材粒子を含む粒子群は、所望の金属被覆層を形成すべきメッキ液とともに容器の通路の中に収納される。なお、粒子群は基材粒子のみで構成されず、例えば基材粒子の攪拌を促進するため攪拌促進体としての導電性又は非導電性のダミー粒子を含んでいてもよい。
【００１４】
上記のように容器の通路に収納された粒子群は、流動部により、それに含まれる粒子相互の接触を保ちつつ通路の中を一方向に流動する。この流動部は、具体的には例えばメッキ液の流れや機械的押出により形成することができるが、機械的に粒子群を流動させる手段、具体的には振動を容器に付与して粒子群を流動させる構成とすることが装置の簡素化の観点から望ましい。
【００１５】
そして、メッキ液の中を流動部により一方向に流動せしめられた粒子群は、それに接するカソード電極である第１の電極と、例えば第１の電極と対向配置されたアノード電極との間でメッキ処理され、所望の金属被覆層が基材粒子の表面に被覆される。
【００１６】
ここで、攪拌部材は、前記通路の底面から上方に向け突起した状態で配置され前記通路を流動する粒子群と交わるよう構成されているので、流動している粒子群は攪拌部材に触れ、堰きとめられる。その結果、攪拌部材に触れた粒子群の流動方向が変化すると同時に、その部分に含まれる粒子が攪拌されて凝集を防止するとともに、メッキ液が粒子の表面に充分に流通し、金属被覆層の均一な生成が促進される。さらに、攪拌部材は、上記のように配置されているので、粒子群に含まれる粒子を上下方向に急激に攪拌せず、主に通路の幅方向と粒子群の流動方向、言い換えれば通路の底面に対し平行な水平面内において緩やかに粒子を攪拌する。したがって、通路を流動する粒子群は、その粒子相互の接触状態を維持したまま攪拌され、粒子の離間・接触によるスパーク（異常放電）の発生が低減され、金属被覆層の欠陥の発生が抑制される。その結果、金属被覆層の厚みが均一でかつ欠陥の少ない金属被覆層を有する金属被覆粒子を製造可能な金属被覆粒子の製造装置を提供するという本発明の第１目的を達成することができる。
【００１７】
なお、上記態様の攪拌部材を、通路の底面と相対する位置に配置した支持部材から下方に突起した状態で配置され通路を流動する粒子群の一部と交わる攪拌部材に替えた場合でも、基本的には上記と同様な作用・効果を期待することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記説明のとおり、本発明に係る金属被覆粒子の製造装置によれば、従来技術の問題を解決し、金属被覆層の厚みが均一でかつ欠陥の少ない金属被覆層を有する金属被覆粒子を製造可能な金属被覆粒子の製造装置を提供するという本発明の第１目的を達成することができる。上記金属被覆粒子の製造装置の一態様の好ましい態様、および本発明の第２目的を達成するための構成は以下で詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係わる第１態様のボール製造装置の正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】従来のメッキ装置によるボール群の流動状態と本発明のボール製造装置によるボール群の流動状態を説明する図である。
【図４】本発明に係わる第２態様のボール製造装置の正面図である。
【図５】図４の部分平面図である。
【図６】図４のボール製造装置のより好ましい態様を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る金属被覆粒子の製造装置をそのいくつかの実施態様に基づき図面を参照しつつ説明する。下記の実施態様では、金属被覆粒子としてＣｕを主体とした球形のコアボールの表面にＳｎを主体とした半田被覆層を被覆する半田被覆Ｃｕコアボール製造装置（以下ボール製造装置という。）を例として説明するが、本発明はこれに限定されることなく例えば無電解メッキでニッケル等の導電性を有する金属層を表面に形成した樹脂又はセラミックス粒子その他表面に導電性を有する基材粒子の表面に金属被覆層を電気メッキ法で形成する場合に適用することができる。また、コアボールのように球状の基材粒子のみならず、例えば長軸と短軸を有する針状の基材粒子や形状的特徴のない不定形の基材粒子にも適用することができる。さらに、下記で説明する金属被覆粒子の製造装置の各構成要素は、単独に又は適宜組み合わせて使用することができる。
【００２１】
（第１実施態様）
まず、本発明に係るボール製造装置の第１実施態様について図１・２を参照して説明する。なお、図１において一部は図２のＢ−Ｂ断面図を示しており、図２において一部は図１のＡ−Ａ矢視図を示している。第１態様のボール製造装置１において、符号１１は上方開口の椀型の容器である。容器１１は、メッキ液に対し耐食性を有する非導電性の絶縁物である樹脂等で構成されており、中央に設けられた円柱状の突部１１２と、突部１１２と同芯に形成された円環凹状の通路１１１と、通路１１１の外周に円環状に設けられた外壁１１３とを有している。本態様の通路１１１の底面は外壁１１３から突部１１２へ向かいやや傾斜しているが、水平にしても問題はない。そして、この通路１１１には、多数のコアボール９１を含むボール群（粒子群）９と、さらにコアボール９１に半田被覆層を形成するためのメッキ液８が収容される。なお、メッキ液８はボール群９を浸漬可能な程度の量が通路１１１に収容されているが、常に新鮮なメッキ液８がコアボール９１に触れるよう、通路１１１の中のメッキ液８を循環するメッキ液循環系がボール製造装置１には組み込まれている。すなわち、図示しないメッキ液循環系は、メッキ処理で使用されたメッキ液８を通路１１１から排出する排出系と、一定量の新鮮なメッキ液を通路１１１に供給する供給系とを有する。
【００２２】
図において符号１２は、容器１１の底面に接続された流動部であり、本態様の流動部１２は容器１１に対し所定の周期で一定の力を作用する加振手段として構成されている。この加振手段で構成された流動部１２は、容器１１の通路１１１に収容されたボール群９を振動せしめ、ボール群９に含まれるコアボール９１の相互の接触を一定に保持しつつ、図２において矢印Ｃで示すように容器１１の軸芯を中心として反時計周りにボール群９を流動させる。このボール群９の流動速度・流動する姿その他流動の形態は、通路１１１の形状や姿勢、流動部１２の加振条件を適宜制御することに設定することができ、例えば流動方向についても図２と逆方向すなわち時計周りにボール群９を流動させることもできる。なお、以下同様であるが、本発明に係るボール製造装置は電気メッキ法を利用しコアボール９１の表面に半田被覆層を形成する構成であるので、通路１１１に収容されたコアボール９１同士の表面の接触状態が流動中において均一に維持されていることが好ましい。したがって、通路１１１の大きさは、収容すべきボール群９の量を前提としてコアボール９１が一定の接触状態を維持可能なよう設定する。
【００２３】
図において符号１４は、上記のように円周方向に通路１１１を流動するボール群９を攪拌する攪拌部材１４６を含む攪拌部である。攪拌部１４は、ベースプレート１３の上面に立設された４本の支柱１４１と、支柱１４１の上端に固定された支持板１４２とを含んでいる。図２の平面視に示すように、支持板１４２は容器１１を覆う大きさであり、容器１１の外壁１１３に沿いほぼ円形状に開口された開口部１４９がその中央に形成されている。さらに、支持板１４２には、上記開口部１４９の中心に向かい開口部１４９の縁から通路１１１まで突出した３箇所の突出部１４８が、１２０度の角度ピッチで割り出されて配置されている。
【００２４】
３箇所の突出部１４８には、移動手段１４ａが設けられている。移動手段１４ａは、突出部１４８の中央に設けられた回転軸を有するプーリー１４３と、プーリー１４３の回転軸の下端に接続された非導電性の絶縁物である樹脂からなる支持部材１４５と、円環状の駆動ベルト１４７を介してプーリー１４３を回転させるモータ１４４とを有している。支持部材１４５は円板状であり、図１に示すように、その軸芯は容器１１の軸芯とほぼ平行となるよう配置され、さらにその底面は通路１１１の底面と対向するように配置されている。そして、支持部材１４５の外周縁には、その底面から下方に伸びた非導電性の絶縁物である樹脂からなる円柱状の攪拌部材１４６が、等角度ピッチで複数本配置されている。この攪拌部材１４６の長さは、通路１１１を流動するボール群９の中に先端部が挿入可能な長さである。このように攪拌部材１４６を配置することで、攪拌部材１４６は、通路１１１を流動するボール群９の一部と交わることとなる。さらに、攪拌部材１４６は、図２において矢印Ｄで示すように、プーリー１４３を介しモータ１４４で支持部材１４５が駆動されるとボール群９と交わりつつ通路１１１の底面に対しほぼ平行な水平面内で反時計周りに独立して回転する。なお、本実施態様の移動手段１４ａは攪拌部材１４６を回転駆動する形態としているが、通路１１１の幅方向又はボール群９の流動方向に適宜な経路で攪拌部材１４６が並進して移動するように構成してもよい。
【００２５】
図において符号１５は、カソード電極として機能する第１の電極１５４と、アノード電極として機能する第２の電極１５２を含む通電手段である。直流電源回路１５１の負極側に接続された第１の電極１５４は通路１１１を流動するボール群９の一部と接触してコアボール９１に対し通電可能なよう、通路１１１の底面に一部が露出するよう埋め込まれている。なお、ボール群９の一部に接するよう第１の電極１５４を配置した場合には、コアボール９１同士の接触抵抗により第１の電極１５４から離れた位置にあるコアボール９１電位の低下し、ボール群９の中におけるコアボール９１の位置により半田被覆層の厚みが不均一になる可能性がある。したがって、平面視で見たとき第１の電極１５４はボール群９が十分に接触する面積を有することが好ましく、例えば通路１１１の底面にリング状に形成しておくことが好ましい。このためには、例えば容器１１そのものが第1の電極１５４として機能するよう導電性の材料、例えばステンレススチールやチタンで形成してもよく、この場合には、通路１１１の側面に耐食性のある樹脂被覆を施して通路１１１の底面が第1の電極１５４として作用するようにすればよい。
【００２６】
直流電源回路１５１の正極側に接続された略扇形状の３個の第２の電極１５２は、図２に示すように、開口部１４９において突出部１４８と突出部１４８との間に等角度ピッチで配置されている。第２の電極１５２は、流動するボール群９と対峙する姿勢でメッキ液８に浸漬されるよう絶縁体で形成された電極支持部材１５３で支持されている。なお、第１の電極１５２及び第２の電極１５４はメッキ液８と反応しない材料で形成すればよく、例えばステンレススチール、チタン、白金メッキされたチタン等で構成することができる。
【００２７】
上記構成のボール製造装置１の動作について以下説明する。まず、ボール群９を形成するため通路１１１の大きさその他の条件で定まる所定数のコアボール９１と、メッキ液を準備し、通路１１１に収容する。コアボール９１は、メッキ工程に先立ち酸洗処理し表面を清浄化したものを使用し、更に必要に応じ表面に下地層としてニッケルメッキ層を形成したものを使用してもよい。半田メッキするためのメッキ液は、例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の液組成を有する大和化成製の商品名「ＤＡＩＮ ＴＩＮＳＩＬ ＳＢＢ ２」やローム＆ハース製の商品名「ＳＯＬＤＥＲＯＮ ＢＰ ＳＡＣ５０００」等に添加剤を添加して、例えばホウフッ化浴など周知のメッキ浴に適宜調整して使用することができる。また、ボール群９を構成する粒子はコアボール９１に限定されず、例えばボール群９の攪拌を促進するための攪拌促進体として、例えば半田や鋼を主体とした導電性ダミーボール、樹脂やセラミックス等を主体とした非導電性ダミーボールを適量加えてもよい。また、下記するように多数のコアボール９１からなるボール群９は流動部１２により流動化されるので、通路１１１の特定領域にコアボール９１は収容しておけばよい。その後、製造装置１を作動させる。
【００２８】
ボール製造装置１は、加振手段で構成された流動部１２により容器１１を振動させ、通路１１１に収容されたボール群９を図２に示す矢印Ｃ方向に流動させる。ボール群９は、図１に示すように、一定の厚みと幅を有する形態で突部１１２の周囲を旋回しつつメッキ液８に浸漬された状態で通路１１１の底面上を流動する。ここで、攪拌部材１４６は、通路１１１を流動するボール群９の一部と交わるように配置されているので、図３（ｂ）において攪拌部材１４６周囲の拡大平面図に示すように、ボール群９の流動の一部はこの複数の攪拌部材１４６で阻止され、ボール群９の流動の複数箇所で流れに乱れが発生する。すると、攪拌部材１４６に触れたボール群９に含まれるコアボール９１はその乱れで攪拌されるとともに、攪拌部材１４６との接触によりコアボール９１の相互の接触状態を維持しつつ矢印Ｒで示すように自転して位置ずれが生じる。その結果、コアボール９１の凝集が回避され、コアボール９１の間にメッキ液８が充分に流通する状態となる。そして、流動するボール群９は、起動された直流電源回路１５１の負極に接続された第１の電極１５４に触れ、正極に接続された第２の電極１５２から電流がメッキ液８に印加されているので、コアボール９１の間に充分に流通するメッキ液８の中の金属イオンがコアボール９１の表面に析出し、欠陥の生成が抑制された健全な半田被覆層が均一な厚みでコアボール９１の表面に形成される。
【００２９】
さらに、ボール製造装置１は、上記流動部１２を作動させてボール群９を流動させると同時に、攪拌部１４の移動手段１４ａを作動させる。移動手段１４ａは、モータ１４４を駆動させて駆動ベルト１４７を介し３個のプーリー１４３を回転させ、図２に示すように、３個の支持部材１４５それぞれを矢印Ｄ方向に回転させる。すると、支持部材１４５から下方に伸びた攪拌部材１４６は支持部材１４５の軸芯を中心に反時計周りに回転し、流動するボール群９に交わりつつ旋回するので、水平面内においてボール群９をくまなく攪拌することになる。その結果、従来のメッキ装置に対し通路１１１の容積に対して比較的多数個のコアボール９１を処理する場合でも、コアボール９１の間にメッキ液８が充分に流通する状態となり、欠陥の生成が抑制された健全な半田被覆層を比較的多量のコアボール９１に形成することができる。
【００３０】
なお、メッキの過程において加振手段で構成される流動部１２の加振条件を適宜制御してボール群９の流動方向を正逆切り替えたり、ボール群９の流動速度を例えばステップ状に変化させたりすることは、コアボール９１の攪拌を効果的に行う観点から有効である。また、同様な観点から、攪拌部材１４６の回転方向や回転速度を変化させたることも有効である。これにより、コアボール９１の間にメッキ液８が充分に流通させて半田被覆層における欠陥の生成を抑制でき、また比較的多量のコアボール９１をメッキ処理することができる。
【００３１】
（第２実施態様）
本発明に係わる金属被覆粒子の製造装置の第２実施態様について図４〜図６を参照して説明する。なお、第２態様の金属被覆粒子の製造装置も、Ｃｕを主体とした球形のコアボールの表面にＳｎを主体とした半田被覆層を被覆するボール製造装置であり、図４〜６において上記第１態様の金属被覆粒子の製造装置と同一の構成要素は同一符号を付しており、その構成及び動作については詳細な説明を省略する。
【００３２】
第２態様のボール製造装置において第１態様と相異する点は、第１に攪拌部材２４６が通路１１１の底面から上方に向け突起した状態で配置されていること、第２に攪拌部材２４６を振動させる加振手段２６を有する点である。以下、それぞれの構成について説明する。
【００３３】
まず、第２態様の攪拌部材２４６について説明する。図４に示すように、複数本の略円柱形状をなす攪拌部材２４６は、通路１１１の底面から上方に伸び突起する状態で容器１１に配置されており、その軸芯方向の長さは通路１１１の底面を流動するボール群９の厚みを超える長さである。そして、図５（ａ）に示すように、複数の攪拌部材２４６は、通路１１１の幅方向又はボール群の流動方向（矢印Ｃ）、すなわち通路１１１の底面に対しほぼ平行な水平面内において千鳥状に配置されており、これにより流動するボール群９１は全体的にくまなく攪拌される。
【００３４】
なお、第２態様のボール製造装置２における第１の電極２５４は、上記説明した好ましい形状であるリング状である。また、図５（ａ）において２点鎖線で示すように、第２の電極１５２は、ボール群９の攪拌が行われる攪拌部材２４６の上方に位置するよう配置されている。これにより、ボール群９の攪拌処理とメッキ処理とが同時に行われるので、欠陥の生成が抑制された健全な半田被覆層が均一な厚みでコアボール９１の表面に形成される。
【００３５】
攪拌部材２４６の配置形態は上記に限定されることなく、例えば図５（ｂ）〜（ｄ）に示すように配置することができる。すなわち、図５（ｂ）に示す配置形態は、複数本の攪拌部材２４６を水平面内において並列させたパターンである。この配置形態によれば、ボール群９の流動方向において前段の攪拌部材２４６に触れ攪拌されたボール群９は、その後段の攪拌部材２４６に更に触れてコアボール９１の攪拌がより促進され、コアボール９１の凝集が防止されるとともにその自転がより助長される。
【００３６】
図５（ｃ）に示す配置形態は、複数本の攪拌部材２４６が不規則にランダムな位置に配置されたパターンである。この配置形態によれば、上記図５（ａ）及び（ｂ）で示した配置形態双方の利点を奏することができる。
【００３７】
図５（ｄ）に示す配置形態は、断面円形状の攪拌部材２４６ａに対し、攪拌部材２４６ａよりも断面積の大きな攪拌部材２４６ｂ、攪拌部材２４６ａとは異なる断面形状の攪拌部材２４６ｃ（例えば断面矩形状、断面三角形状、断面楕円形状）、柱状体ではなく板状体の攪拌部材２４６ｄを混在して配置した例である。かかる配置形態によれば、攪拌部材２４６ａ〜２４６ｄごとにそれぞれ異なる攪拌状態を発生させることができ、それらの相互作用によりボール群９を効果的にかつ確実に攪拌することができる。上記攪拌部材２４６ａ〜２４６ｄは混在させず各々単独に組み込むことができるが、ボール群９の滞留を防止して円滑に通路１１１を流動させるという観点から、攪拌部材２４６の通路１１１を流動するボール群９と交わり接触する部位のボール群９の流動方向に沿う断面視は、その流動方向に対して凹部のない閉図形であることが望ましい。
【００３８】
次に、攪拌部材２４６の加振手段２６について説明する。必要に応じて組み込まれる加振手段２６は、攪拌部材２４６の底部に接続されており、ボール群９に含まれるコアボール９１に攪拌部材２４６を介して比較的微小な振幅で振動を付与する。なお、攪拌部材２４６の加振手段２６から生じた振動が通路１１１に伝達されボール群９の流動状態に影響を及ぼさないよう、攪拌部材２４６は、防振ゴムなど防振部材を介して容器１１に固定されていることが好ましい。加振手段２６を設けることで、攪拌部材２４６に触れたボール群９に含まれるコアボール９１に振動が付与されてコアボール９１の攪拌が促進されるとともに、コアボール９１の自転が助長されコアボール９１相互の位置ずれが促進される。
【００３９】
上記第２態様のボール製造装置２のより好ましい態様について図６を参照して説明する。図６（ａ）に示す態様は、通路１１１を流動するボール群９と攪拌部材３４６ａ〜３４６ｃの表面との交わる角度がそれぞれ異なるように配置し、攪拌部材３４６ａ〜３４６ｃごとに突起する姿勢が異なるよう配置した態様である。具体的には、攪拌部材３４６ａが上方に向けほぼ鉛直に配置されているのに対して、攪拌部材３４６ｂは通路１１１の底面に対して角度θ１だけ外壁１１３の方向に傾いた状態で配置されており、攪拌部材３４６ｃは通路１１１の底面に対して角度θ２だけ突部１１２の方向に傾いた状態で配置されている。かかる態様の攪拌部材３４６ａ〜３４６ｃの配置形態によれば、攪拌部材３４６ａ〜３４６ｃごとにそれぞれ異なる攪拌状態を発生させることができ、それらの相互作用によりボール群９を効果的にかつ確実に攪拌することができる。
【００４０】
図６（ｂ）に示す態様は、攪拌部材４５６の通路１１１を流動するボール群９と交わり接触する部位にはボール群９に含まれるコアボール９１よりも大きな凹凸を有する攪拌面４４６ａが設けられている態様である。このような攪拌面４４６ａは、例えば、図６（ｂ）の右側に示すように、コアボール９１の直径を超える溝幅ｔ１のＵ字状溝を単数又は複数個攪拌部材４４６の側面に形成したり、同図の左側に示すように、コアボール９１が噛み込まれない程度の幅の谷ｔ２を有する凹凸を攪拌部材４４６の側面に形成することで具現することができる。このような攪拌面４４６ａを攪拌部材４４６に設けることにより、攪拌面４４６に触れたボール群９に含まれるコアボール９１の自転が助長されコアボール９１相互の位置ずれが促進される。
【符号の説明】
【００４１】
１（２） ボール製造装置
１１ 容器
１１１ 通路
１１２ 突部
１１３ 外壁
１２ 流動部
１３ ベース
１４ 攪拌部
１４ａ 移動手段
１４５ 支持部材
１４６（２４６、３４６、４４６） 攪拌部材
１５ 通電手段
１５１ 直流電源回路
１５２ 第２の電極
１５４ 第１の電極
２６ 攪拌部材の加振手段
８ メッキ液
９ ボール群
９１ コアボール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に導電性を有する基材粒子と前記基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置であって、多数個の前記基材粒子を含む粒子群と前記金属被覆層を形成するためのメッキ液とを収容可能な通路が形成された容器と、前記粒子群に含まれる粒子相互の接触を保ちつつ前記通路の中を一方向に前記粒子群を流動させる流動部と、前記通路を流動する粒子群に通電可能に配置された第１の電極と、前記通路の底面から上方に向け突起した状態で配置され前記通路を流動する粒子群と交わる攪拌部材と、を有する金属被覆粒子の製造装置。
【請求項２】
表面に導電性を有する基材粒子と前記基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置であって、多数個の前記基材粒子を含む粒子群と前記金属被覆層を形成するためのメッキ液とを収容可能な通路が形成された容器と、前記粒子群に含まれる粒子相互の接触を保ちつつ前記通路の中を一方向に前記粒子群を流動させる流動部と、前記通路を流動する粒子群に通電可能に配置された第１の電極と、前記通路の底面と相対する位置に配置した支持部材から下方に突起した状態で配置され前記通路を流動する粒子群と交わる攪拌部材と、を有する金属被覆粒子の製造装置。
【請求項３】
前記攪拌部材は柱状体である請求項１又は２のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項４】
前記攪拌部材は板状体である請求項１又は２のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項５】
前記通路の幅方向又は前記粒子群の流動方向において並列された複数の攪拌部材を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項６】
前記通路の幅方向又は前記粒子群の流動方向において千鳥状に配置された複数の攪拌部材を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項７】
前記通路の幅方向又は前記粒子群の流動方向においてランダムに配置された複数の攪拌部材を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項８】
前記粒子群の流動方向に沿う断面積又は断面形状が一の攪拌部材と他の攪拌部材とでは異なる請求項１乃至７のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項９】
一の攪拌部材と他の攪拌部材とでは突起する姿勢が異なる請求項１乃至８のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項１０】
前記通路を流動する粒子群と交わり接触する前記攪拌部材の部位には前記粒子群に含まれる粒子よりも大きな凹凸を有する攪拌面が設けられている請求項１乃至９のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項１１】
前記通路を流動する粒子群と交わり接触する前記攪拌部材の部位の前記粒子群の流動方向に沿う断面視は前記流動方向に対して凹部のない閉図形である請求項１乃至１０のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項１２】
前記流動部は前記容器に接続された加振手段を含む請求項１乃至１１のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項１３】
前記攪拌部材を振動させる加振手段を有する請求項１乃至１２のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項１４】
前記通路の幅方向又は前記粒子群の流動方向に前記攪拌部材を独立して移動させる移動手段を有する請求項１乃至１３のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項１】
表面に導電性を有する基材粒子と前記基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置であって、多数個の前記基材粒子を含む粒子群と前記金属被覆層を形成するためのメッキ液とを収容可能な通路が形成された容器と、前記粒子群に含まれる粒子相互の接触を保ちつつ前記通路の中を一方向に前記粒子群を流動させる流動部と、前記通路を流動する粒子群に通電可能に配置された第１の電極と、前記通路の底面から上方に向け突起した状態で配置され前記通路を流動する粒子群と交わる攪拌部材と、を有する金属被覆粒子の製造装置。
【請求項２】
表面に導電性を有する基材粒子と前記基材粒子の表面に被覆された金属被覆層とを有する金属被覆粒子の製造装置であって、多数個の前記基材粒子を含む粒子群と前記金属被覆層を形成するためのメッキ液とを収容可能な通路が形成された容器と、前記粒子群に含まれる粒子相互の接触を保ちつつ前記通路の中を一方向に前記粒子群を流動させる流動部と、前記通路を流動する粒子群に通電可能に配置された第１の電極と、前記通路の底面と相対する位置に配置した支持部材から下方に突起した状態で配置され前記通路を流動する粒子群と交わる攪拌部材と、を有する金属被覆粒子の製造装置。
【請求項３】
前記攪拌部材は柱状体である請求項１又は２のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項４】
前記攪拌部材は板状体である請求項１又は２のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項５】
前記通路の幅方向又は前記粒子群の流動方向において並列された複数の攪拌部材を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項６】
前記通路の幅方向又は前記粒子群の流動方向において千鳥状に配置された複数の攪拌部材を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項７】
前記通路の幅方向又は前記粒子群の流動方向においてランダムに配置された複数の攪拌部材を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項８】
前記粒子群の流動方向に沿う断面積又は断面形状が一の攪拌部材と他の攪拌部材とでは異なる請求項１乃至７のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項９】
一の攪拌部材と他の攪拌部材とでは突起する姿勢が異なる請求項１乃至８のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項１０】
前記通路を流動する粒子群と交わり接触する前記攪拌部材の部位には前記粒子群に含まれる粒子よりも大きな凹凸を有する攪拌面が設けられている請求項１乃至９のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項１１】
前記通路を流動する粒子群と交わり接触する前記攪拌部材の部位の前記粒子群の流動方向に沿う断面視は前記流動方向に対して凹部のない閉図形である請求項１乃至１０のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項１２】
前記流動部は前記容器に接続された加振手段を含む請求項１乃至１１のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項１３】
前記攪拌部材を振動させる加振手段を有する請求項１乃至１２のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【請求項１４】
前記通路の幅方向又は前記粒子群の流動方向に前記攪拌部材を独立して移動させる移動手段を有する請求項１乃至１３のいずれかに記載の金属被覆粒子の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２８５６６３（Ｐ２０１０−２８５６６３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４０９８０（Ｐ２００９−１４０９８０）
【出願日】平成２１年６月１２日（２００９．６．１２）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１２日（２００９．６．１２）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
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