JPH05198609A - 熱スプレー付着により形成された電子パッケージ及びスマート構造体及びその製造方法 - Google Patents

熱スプレー付着により形成された電子パッケージ及びスマート構造体及びその製造方法

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JPH05198609A
JPH05198609A JP4209509A JP20950992A JPH05198609A JP H05198609 A JPH05198609 A JP H05198609A JP 4209509 A JP4209509 A JP 4209509A JP 20950992 A JP20950992 A JP 20950992A JP H05198609 A JPH05198609 A JP H05198609A
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layer
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Fritz B Prinz
フリッツ・ビー・プリンツ
Lee E Weiss
リー・イー・ワイス
Daniel P Siewiorek
ダニエル・ピー・シーウィオレク
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 材料の僅かづつの累積により電子パッケージ
システム及びスマート構造物を作製する方法を提供する
こと及びこの方法によってアンダーカット及び不規則な
形状を有する物品を製造可能とすること。 【構成】 基材５６上に最初の層を付着することにより
累積プロセスが開始される。最初の層には端部４及び５
とこれら端部間の補助材料２と外側犠牲補助材料３とが
含まれ外側犠牲補助材料３が端部４及び５を画定するマ
スクを支持するための表面を提供する。外側犠牲補助材
料３は累積プロセスが完了した後、除去され補助材料２
の中央部分に隣り合って端部４及び５を形成する層が付
着される。熱パイプ８を構成する層が補助材料２に隣り
合って付着され熱パイプの上部に更に補助材料２が重ね
られ、これらの層をミリングして空間３９が創出され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子部品を収納し且つ
相互結合する電子／機械パッケージングシステム及びス
マート構造体並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】刺激を受けることによって電気的信号を創
出する電子部品を収納する、スマート構造物として知ら
れる多くの構造物がある。これらの電子部品は、歪みゲ
ージであり、スイッチであり、熱電対その他の電子的デ
バイスであり得る。従来、こうした電子部品はその周囲
構造の製造と同時にその場で作製されるのではなく、既
存の構造物に既に付設されており、周囲構造が後で構成
された。
【０００３】電子パッケージは、電子部品が他の材料に
よって包周されるまた別の構造物である。個別の集積回
路チップから相互接続されたチップアレイに至るまでの
多数の電子部品が保護容器内にパッケージ（実装）され
てきた。これら保護容器はしばしば、耐候性以上の高度
の特性を提供するべく設計される。そうした特性には、
電気−磁気的干渉からのシールド、熱冷却そして衝撃吸
収が含まれ得る。その内部に電子的デバイス及び素子を
配置する空洞部を有するスチロフォーム（発砲ポリスチ
レンの登録商標）のブロックが、今日一般に使用され
る。プラスチック封入が電子部品を保護状態でパッケー
ジングするためのまた別の手段である。
【０００４】多くの電子パッケージは永久に開放される
ことがないように設計されている。こうした電子パッケ
ージ内部では電子部品を内部で相互接続するための導体
が設けられる。パッケージの外部コネクターによって、
パッケージされた電子部品の使用が可能とされる。これ
らパッケージにはしばしばセンサーが設けられる。
【０００５】斯界では、先ず電子部品を形成し、それら
電子部品を基板上で相互接続してシステムと成し、そし
てこのシステムをハウジング内に配置し、次いでこのハ
ウジングを非電導性物質で充填するのがパッケージ製造
の慣例となっていた。これらの各段階は個別に実施さ
れ、最終組立てにおいて、基板及びシステムを収納した
ハウジング間の機械的接続が実施された。この製造方法
には、パッケージ密度、性能、信頼性そして形状におい
て制限があり、また幾つかの組立て段階が必要とされ
る。
【０００６】かつては、回路板は、回路基板に搭載した
電子部品を手作業で配線することによって作製された。
この製作方法は、作業速度が遅いのに加え、性能、信頼
性、形状そして寸法上の制限を有した。こうした問題の
多くは、回路板のための印刷プロセスによって解決され
た。印刷プロセスでは、１層以上の材料が基板上に付着
され、次いでエッチングによって回路その他の特性部が
形成された。しかしながら、この印刷プロセスは限定数
の材料のみに対して有効であり、幾つかの異なる材料を
単一層状態に形成するために使用することは出来ない。
【０００７】従来技術には、薄層をなして材料を少しづ
つ累積する、即ち盛り上げることによって目的物を創出
するための幾つかの他の方法もある。しかしながら、そ
うした技法は主として電気的部品以外のものに対して使
用されてきている。これらの技法には、ラミネーショ
ン、選択的レーザー焼結、弾道粒ビーム製造法、三次元
的印刷、ステレオリソグラフィーそしてニアネット熱ス
プレーが含まれる。
【０００８】ラミネーション（積層法）は、選択された
材料の層をカッティングし、次いでこれらの層を相互に
結着する簡単なプロセスと関与する。選択された材料層
は、創出されるべき物品を通しての断面に対応する形状
に予めカッティングされうる。別様には、標準形状の材
料を積み重ねそして相互に結合し、次いで組み立てられ
た構造物が所望の形状を創出するようにカッティング或
いは加工される。米国特許第４，７５２，３５２号に
は、積層物体を形成するためのコンピューター制御方式
の方法及び装置が提案される。この米国特許では、供給
ステーション、材料を積層のための複数の層に形成する
ためのワークステーション、前記層を順次積層して三次
元的物体と成すための組立ステーション、積層体を結合
して三次元的物体の形成を完成するためのステーション
並びに制御ステーションが設けられる。また前記米国特
許では、コンピューター化された制御装置の指示の下に
上昇され、積み重ねられそして結合された材料のロール
から積層体をカッティングする方法が記載される。各層
は接着材或いはろう接によって相互に結合される。これ
ら及びその他のラミネーション技術には重大な欠点があ
る。各層間の結合は臨界的であり、しかも製品の強度を
制約する。更には、ラミネーション技術は相互に結合さ
れ得る薄層状態に形成し得る材料に対してしか好適でな
い。
【０００９】レーザー焼結法では、レーザーは出発材料
を、この出発材料へのレーザーの適用態様に従う特定形
状に硬化させるために使用される。ステレオリソグラフ
ィーはもっと最近になって開発されたものであるが、類
似の技術であって、光硬化性液体ポリマーをレーザービ
ームを走査することによって選択的に凝固させることに
より、バットに入れた光硬化性液体ポリマーから直接プ
ラスチック原型を創出するものである。この方法の一例
は、欧州特許第３２２２５７号に記載される。これらの
２つの方法では、かなりの量の硬化性原材料が必要であ
る。いずれの方法におても、レーザーは所望の形状を達
成するために注意深く制御されねばならない。ある適用
例においては、レーザーは代表的に各断面を完全には硬
化させない。むしろレーザーは、断面の境界部を硬化さ
せ、次いで、内側構造部或いはハニカム部を硬化させる
ので、未硬化の流体がそこに捕捉されてしまう。そのた
め物品はその後、別の紫外線或いは熱処理の下で最終的
に硬化されねばならない。追加的な事後のプロセス、例
えば注意深いサンディング及びグラインディングが平滑
な、精密な表面を作製するために必要である。
【００１０】弾道粉末冶金法においては、粒状物のビー
ムが三次元座標系に於て三次元的物体の座標に差し向け
られる。粒状物が引きつけるところの物理的な源となる
種が必要である。この方法は、種から上方に粒状物を盛
り上げる、種に差し向けられる単一の粒状物のビームを
使用することができる。別様には、種の周囲環境或いは
別の座標に既にある粒状物を引き付けるエネルギービー
ムを使用し得る。そうしたシステムは米国特許第４６６
５４９２号に記載される。この方法は、同時に支持構造
部を創出することなくしてはアンダーカット部分を有す
る物体を作製するのに使用し得ない。一般に、この支持
構造部は、物体創造中に粒状物のビームを使用して創出
される。そうした支持構造部は、切削、研磨、或いは機
械加工によって除去しなければならない。更には、この
方法を使用して可能であるのはワックスを確実に付着さ
せることのみであった。その他の材料に対するこの方法
の有益性は確認されておらず、恐らくはこの方法を他の
材料に対して確立することは無理であろう。
【００１１】３次元印刷は、弾道粉末冶金法に類似のま
た別の技術である。この技術の一つの例は、インクジェ
ットプリンターが２次元の像を創るのと非常に類似の態
様で３次元の像を創出するように粒子の層を創り出す。
この技術は、熱衝撃或いはドロップ−オン−デマンド方
式での材料送給技術に依存している。熱衝撃技術は、ノ
ズル背後で直接小面積の流体を蒸発化せしめることによ
り一つの粒子を形成する。ドロップ−オン−デマンドノ
ズルは、ピエゾ電気素子を使用して、キャビティを絞
り、それによりノズルプレートを横切って一つの液滴を
強制送出する。両方の場合とも、材料は物品を盛り上げ
る態様で加工面に差し向けられる。この技術はある種の
材料に対してのみ使用できるだけである。
【００１２】３次元印刷のまた別の例は、一連の２次元
層を加工表面の上に粉末層を追加することにより創出す
る。粉末層は、部品が形成されるべき部位にバインダ物
質のインクジェット印刷により選択的に結合される。加
工表面はその後下げられそしてまた別の粉末層が散布さ
れそして選択的に結合される。部品が完全に印刷される
までこの層形成プロセスが繰り返される。熱処理に続い
て、未結合粉末が除去されそして仕上がり部品を残す。
この技術は、金属、セラミック及びプラスチックに対し
て提唱されたけれども、信頼性のあるバインダを適用す
ることのできる材料にのみ制限される。
【００１３】斯界では、基材上に金属の層をスプレーす
ることにより対象物を作製することを試みてきた。形成
された層が反る傾向がありそして基材から剥離する可能
性があった点で問題が起こった。従って、剥離剤乃至匹
敵する基材を用意しなければならない。
【００１４】上述した材料層を少しづつ累積する方法は
いずれもパッケージ電子部品或いはスマート構造物を作
製するのに好首尾に使用されなかった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】材料の僅かづつの累積
により電子パッケージシステム及びスマート構造物を作
製する方法に対する必要性が存在している。開発すべき
方法及び装置はアンダーカット及び不規則な形状を有す
る物品を製造することができねばならない。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、薄い層の少し
づつの材料累積により作製される電子／機械パーッケー
ジングシステム及びスマート構造物を提供する。本パー
ケージは大半を補助材料で取り囲まれた状態でその場で
適所に形成された選択された電子部品乃至素子を含んで
いる。この補助材料は、構造物の作製中そして可能なら
ば作製後も支持作用を提供する。大半の構造物におい
て、補助材料のすべて或いは一部はデバイスが形成され
た後除去される。別のシステムにおいて、補助材料の少
なくとも一部は構造上の支持或いは絶縁或いは両方を提
供するために然るべく残される。電子素子乃至部品の多
くは、薄い層の累積によりその場で形成される。電子部
品は金や銅のような導体、セラミック材料のような絶縁
体そして可能性としては半導体から作製することがで
き、これらはすべて熱スプレー付着（溶射）により被覆
される。スプレーされた材料の各々を一つの層内に適正
に位置決めするために層当り少なくとも一つのマスクが
用意される。大半の層に対して少なくとも２つのマスク
が必要とされる。第１のマスク或いはマスク組は、パッ
ケージ内に形成される対象物の一断面に相当する。第２
のマスク或いはマスク組は層内の単数乃至複数の補助材
料の位置を定義する。大半の層を形成するのに２種以上
の材料が付着される。これら層に対して、その層におけ
る部品を通しての断面を定義する少なくとも一つの主マ
スクと、第１マスクにより定義された断面に対する相補
的な模様を定義する少なくとも一つの補助マスク材が使
用される。もし１種以上の材料が部品を作製するのに使
用されるのなら、各材料に対して別々のマスクが使用さ
れるべきである。マスクは交互に加工表面上に置かれ、
適正な材料で溶射されそして取り除かれる。マスクの配
置、溶射及び取り除きは、単数乃至複数の主材料からな
る部品を単数乃至複数の補助材料で取り囲まれた状態で
含む層状化構造が累積されるように所定の順序に従って
行われる。層状化構造物の累積中、集積回路、導体、電
池或いは他の種素子乃至部品のような物品を配置するス
ペースを創出することができる。そうした配列が行われ
ると、追加層が物品の上に付着されて構造物を完成す
る。各層を通して材料の一様な分布を保証するためにこ
れら材料を所定のスプレーパターンに従ってスプレーす
ることが好ましい。
【００１７】
【実施例】図１には本発明の方法に従って製造され得る
電子／機械的パッケージシステム（以下、単に実装体と
称する）１が示される。この実装体は、端部４及び５間
の補助材料２の中央部分から成り立つ。この補助材料は
集積回路７と、熱パイプ８と、導体９とを含んでいる。
各部品を他のデバイス（図示せず）に接続するためのコ
ネクター６もまた設けられる。この具体例では端部４が
吸熱部として作用し、端部５が電気−磁気干渉シールド
を提供する。集積回路は熱パイプ８上に位置決めされ導
体９を介して相互に結合される。図１に示される実装体
を作製するために、図２にそのダイヤグラムが示される
デバイスを使用し得る。このデバイスにはロール形態を
有しロール１１に取付けたマスク材料１０が設けられ
る。このマスク材料１０は装置を通過して巻き取りロー
ル１２に至る。ステーション１３の位置に於てマスク材
料の下面にワックス或は接着材を塗布し得る。或はここ
で感圧紙を使用可能である。マスク材料は金属箔、紙、
強化紙その他好適な材料であり得る。薄いフィルム或は
上が使用される場合には、熱的噴霧によってマスク材料
の一部分が噴霧乱流によって周囲に移動される。従っ
て、マスク材料を基材に押し当てた状態で然るべく保持
するためにロールの裏側に、例えばステーション１３、
即ちワクサー１３を使用して”粘性”表面を塗布する必
要があり得る。
【００１８】別様には、マスク材料のために感圧紙を使
用し得る。本件出願人は、低融点合金を補助材料として
使用する鋼、銅或は金から成る物体を作製するためのマ
スク材料として紙を使用し得ることを見出した。マスク
材料がレーザー１４の下方を通過するに従い、レーザー
によってマスクがカッティングされる。マスク材料１０
から切り離された部分１５は、移動するマスク材料から
のための表面１７上に落下する。マスク材料は作業台１
６を越えた位置へと連続的に移動しそこで停止する。作
業第は好ましくは、矢印Ｘ、Ｙ、Ｚで示されるような３
次元方向に移動可能とされる。図１２に示されるよう
に、マスク材料１０を作業台１６上に付着或は配置され
た基材５６を覆って正確に整合させるための基準マーカ
ー３５を切り出し得る。作業台１６はサーボ制御される
一組のｘ−ｙ−ｚ（及びおそらくはロータリー式の）ス
テージ上に座着される。このｘ−ｙ−ｚステージは光学
的検出システムと一体化され得る。前記光学的検出シス
テムは前記基準マーカーを検知してマスク材料を基材上
に正確に整合させる。ｚ−ステージが連続する層間に於
て各層の肉厚分を落下させる。マスク材料が作業台１６
の上方の所望の位置に到達すると取付けヘッド２０が、
供給源１８からの金、供給源１９からの銅或は供給源２
１からのセラミックの如き主たる材料をスプレーガン２
４に通すべく、またはセロ（Ｃｅｒｒｏ）メタルの如き
補助材料（”ＣＭＡＴＬ”）を付着スプレーガン２２を
通すべく差し向けるための様式に於て移動する。
【００１９】所望であれば、１つのスプレーガンを全て
の材料のために使用可能であり、或は別個のスプレーガ
ンを各々の材料のために使用可能である。これらのスプ
レーガンは予め決定されたパターンに於て移動される。
１つの好ましい運動のパターンが図１５に示される。マ
スクのシーケンスが作業台を覆って移動される。付着材
料及び補助材料の層２８が作業台上に付着される。各層
が完成すると、作業台１６が落下されそれにより次の層
の付着が可能とされる。付着期間中にスプレーガンを移
動させるのが好ましいが、スプレーガンを固定し作業台
１６を移動させることもまた可能である。好ましくは各
層間に、集積回路チップをそこに配置する空間を創出す
るためのミリングヘッド２９その他デバイスをも設け得
る。そうした空間は機械加工、レーザー消去、及び選択
部分を溶解除去するための加熱によって創出され得る。
集積回路チップ（Ｉ．Ｃ．）フィーダー２３が、これら
の集積回路チップをミリングされた空間内部に配置する
ために設けられる。
【００２０】斯界に於て、ある種の金属スプレープロセ
スではスプレーされた金属層内に残留応力が発生しそれ
が層を傾斜させそしておそらくは剥離させてしまうこと
が観察された。こうした残留応力を釈放させるために、
斯界ではそうした層に振動処理或はショットピーニング
処理を施している。ショットピーニング処理は層を覆っ
てショットが均一に適用される状況に於てのみ有効であ
る。本発明の方法では層はへん平であることから、この
技法を使用可能である。従って好ましくは、各層をショ
ットピーニング処理するためのショットピーナー２５が
設けられる。各層は作業台１６の移動を介して振動され
得る。誘導加熱、火炎加熱或はホットプレスによっても
また、残留応力を放出させ得る。従って、別様には表面
を選択的に加熱させるために各層を覆って移動する熱源
２７が設けられる。こうした熱源はホットプレス、火炎
ヒーター或は誘導ヒーターとなり得る。そうした加熱は
湾曲し不規則な表面ではないへん平な層に対してその適
用は容易である。
【００２１】図１に示される実装体を作製するために使
用される累積プロセスが図３から図１１に示される。こ
の累積プロセスは先ず、図３に示されるような基材５６
上に最初の層を付着することによって開始される。前記
最初の層には、端部４及び５と、これら端部間の補助材
料２と、外側犠牲補助材料３とが含まれる。この外側犠
牲補助材料３は基材５６に使用されると同一の材料とし
得、これが端部４及び５を画定するマスクを支持するた
めの表面を提供する。外側犠牲補助材料３は累積プロセ
スが完了した後、除去される。次いで、補助材料２の中
央部分に隣り合って端部４及び５を形成する層が付着さ
れる。好ましくは図４に示されるように、端部４及び補
助材料２から成る層を重ね合わせ層２８と成す。こうし
た重ね合わせにより結合状態が改善される。次ぎに熱パ
イプ８を構成する層が補助材料２に隣り合って付着され
る。熱パイプの上部に更に補助材料２が重ねられ、次い
でこれらの層をミリングして空間３９が創出される。次
いで、リードレスの集積回路７或は外部コネクター６を
空間３９に配置する。そして導体９及び補助材料２を図
１０に示されるように集積回路の上部に付着する。電子
部品の残余部分の形成及びその周辺部品の実装のために
図５から図９に示される段階が反復されそれにより、図
１１に示される構造体が形成される。最後に、図１１に
示される構造体から外側犠牲補助材料３が除去され図１
に示される実装体が完成される。
【００２２】補助材料は、形成される製品の一部に対す
る支持或は空間を提供することがその主たる目的であ
る。しばしば、この補助材料は製品が使用される以前に
取り外される。他の製品、例えば電子的実装体に於ては
補助材料は殆ど或は全く除去されない。かくして、ここ
で使用される如き補助材料は製品或は製品内部の電子部
品を形成するために付着される単数或は複数の材料を補
う犠牲的材料及び非犠牲的材料を共に含むものとして理
解されたい。一般的には少なくとも幾つかの補助材料が
除去されることから好ましくは、幾つかの補助材料の融
点は端部及び電気的部品を形成するために使用される材
料のそれよりも低くされる。そうすることにより、図１
１に示される構造物を、補助材料２及び外側犠牲補助材
料３が実装体から溶解除去され得る温度に加熱可能とな
る。補助材料２の溶融点が外側犠牲補助材料３よりも高
い場合は構造物は外側犠牲補助材料３のみを除去するた
めの温度に加熱可能とされる。別様には、幾つかのしか
しその全てでは無く補助材料２を除去するために、選択
的加熱技法を使用可能である。補助材料はミリング或は
エッチングの如きその他の方法によってもまた除去可能
である。物品、即ち実装体が高或は亜鉛で作製される場
合、概略華氏１５０度乃至３４０度（摂氏約６６度乃至
１７１度）の間の溶融温度を有する金属合金或はポリマ
ーが好適な補助材料となることを見出した。そうした合
金はペンシルバニア州ベレフォンテのＣｅｒｒｏ Ｍｅ
ｔａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社によって製造される。
【００２３】各層が少なくとも２つの材料から成り立つ
ことから、各層当り少なくとも１つのマスクは”アイラ
ンド”部（即ち主たるロールと結合されない部分）を必
要とし得る。このアイランド部は物理的には具現化し得
ない。例えば、仮に断面が円形である場合は前記支持域
には円形アイランド形状の枠部分が必要となる。この状
況を取り扱うために、２つのマスク及び２つのスプレー
シーケンスを使用して図１２に示される”アイランド”
部を形成し得る。かくして、主たる形状の特定の層が孔
部分を有する場合、少なくとも４つのマスク材料３２が
必要である。即ち補助材料（例えばセロメタル）を構成
する２つのマスク及び主たる材料を形成するための２つ
のマスクである。前述の方策を使用することにより、２
つのマスクを使用して形成し連続部分の境界間にスプレ
ー付着の継ぎ目が創出され得る。これは全体強度並びに
その疲労特性上有害であり得る。この問題を最小化する
ために、マスキング作業はそうした継ぎ目が連続する層
間に於て整合せず交差するよう計画されるべきである。
例えば、図１２には円筒の２つの層のためのマスクが示
される。ここでは２つのマスク対のための対応する縁部
３３及び３４が、縁部３３が縁部３４に対して直角とな
るように位置決めされている。
【００２４】円形のアイランド部を創出するための他の
方法が図１３に示される。先ず段階１に於て作業台１６
がマスク材料１０の下方に位置決めされ、円形マスク３
６がカッティングされる。この円形マスク３６は段階２
に示されるように作業台１６上に残される。次いで段階
３に於て、作業台１６がマスク材料１０及びから遠方に
移動されそしてカット３７がカッティングされる。カッ
ト３７はドーナツ型のマスク材料を創出し、段階４で示
されるマスク形状を残して落下される。次いで段階５に
於て作業台１６が、円形マスク３６がマスク材料１０の
下方に来るように移動されそれにより、スプレーされる
べき円形領域４０が画定される。この段階でマスク材料
を覆ってスプレー作業が為され得る。別様には、マスク
４２を形成するための境界４１をカッティングし、マス
ク３６及び４２を載置した作業台を段階６で示されるよ
うなスプレーのための別の位置に移動させ得る。
【００２５】図１に示される実装体を作製するための別
態様の装置が図１４に示される。この具体例では、カッ
ティングしないマスク材料１０を作業台１６上に付着さ
れたブロックから成る基材を覆って先ず前進させ、次い
で基材４８上でマスクを直接カッティングすることによ
り、”アイランド”部によってもたらされる問題が回避
される。レーザーカッティングの浸入深さは基材を歪め
ることが無いよう注意深く制御されるべきである。マス
ク材料の裏側は基材に”アイランド”部が接着するよ
う”粘性”でなければならない。この具体例では、吸引
デバイス２６或はグリッパー（図示せず）のような追加
的機構が、マスク材料１０からのカッティング部分４５
をスプレープロセスに先立って除去しまた各部分へのス
プレー後にロールから切り離されたマスク部分を除去す
るために必要となる。同一のマスク材料１０が供給ロー
ル１１から巻き取りロール１２へと移動される。
【００２６】マスク材料の裏側にワックス或は接着材が
再度塗布される。電子部品及びコネクターが作製される
ところの、単数或は複数の主たる材料の層が補助材料と
共に作業台１６上に付着される。しかしながらこの配列
構成では取付けヘッド２０は付着スプレーガン２２及び
２４のみならず、マスク材料をカッティングするために
使用されるレーザー１４そして吸引デバイス２６を含
む。これらの要素は図１４に於て取付けヘッド２０の個
別に可動のセグメントに取付けられた状態で示されてい
る。従って、選択されたスプレーヘッド組み合わせのた
めに或は各々のスプレーヘッドのための個別の取付けヘ
ッドを設け得ることを理解されたい。図１４に示される
装置ではマスク材料１０は作業台１６を覆って供給され
る。取付けヘッド２０はレーザー１４が作業台１６の上
方に位置決めされるように移動される。次いで取付けヘ
ッドはスプレーされるべき断面領域に対応するマスク材
料部分を切り離すべくレーザーを差し向けるために移動
される。次ぎに取付けヘッド２０は、切り離され吸引デ
バイス２６に付設されたマスク材料部分を廃棄し得るよ
う移動される。取付けヘッドは適宜の付着スプレーガン
２２或は２４をマスク材料を覆って移動させそれによ
り、主たる材料或は補助材料の何れかが作業台上のマス
ク材料１０を覆ってスプレー可能とされる。追加的に、
レーザー１４及び付着スプレーガン２２及び２４を共通
の作業台の内外に移動させるための適宜の機構（図示せ
ず）が必要となる。しかしながら、基材下方の精密ｘ−
ｙ整合源はこの第２の方策では必要は無い。本プロセス
は全ての種々の層が実装体を作製するために付着される
まで、順次継続される。次いで、付着材料４８のブロッ
クが図１１に示される構造物におけると同一の様式に於
て取り扱われる。
【００２７】各層に対し、付着するべき主たる材料（例
えば鋼）の形状を画定するための一連のマスクと、補助
材料から成る支持構造物の形状を画定するためにの他の
一連のマスクが必要とされる。付着厚を均一化させるた
めに、スプレー付着はマスクの境界内部に均一に為され
ねばならない。これまでに記載されたマスク製造／スプ
レー方法では、各層のために均一で、一定で且つ反復性
のある厚さで材料を確実に付着させるためにスプレー付
着を極めて厳密に制御する必要がある。また、各層のた
めの補助材料及び主たる材料のマスクは付着された支持
構造物及び主たる材料間の境界に完全な境界を保証する
ために正確に整合されるべきである。この欠点は各層
を、その付着後に正確な厚さに”仕上げ”るためのミリ
ング或は研削工具４９を提供することによって緩和され
得る。これにより、主たる材料のマスクのみが必要とさ
れる。先ず、主たる材料のためのマスクが、先に議論さ
れた手段の任意のものからカッティングされ、主たる材
料にスプレー吹き付けが為され、このマスクが除去さ
れ、スプレーされた主たる材料に隣り合う領域を充填す
るのみならず主たる材料の上部を覆う層全体を覆って補
助材料が直接スプレーされる。スプレー作業はマスクな
しで為され得るが、好ましくはマスクを使用して、図１
４に於てマスク縁部５４が為す如く実装体の境界が画定
される。
【００２８】次いでミリングヘッド或は研削工具４９
（或はそれらの組み合わせ）が、前記層を覆って通過さ
れ補助材料の、主たる材料を覆う部分を除去しそれによ
り全来そうを正確な厚さにトリミングする。ミリングさ
れた表面は、そこに付着されるべき次の層を確実に結着
させるために十分な粗さを有している。次いで、最終ブ
ロックの材料が創出されるまで、各層に対しこのプロセ
スが反復される。ある適用例に於ては、一定の層の主た
る材料を、補助材料を適用する以前にミリングし、次い
で補助材料を付着した後に層全体をミリングするのが望
ましい。
【００２９】従来からの熱スプレー源、即ちスプレーヘ
ッドは代表的には概略ガウス分布を創出する。均一な分
布を創出する一つの方法は、適宜に離間された多数のガ
ウス分布スプレーパターンを使用することである。標準
偏差の１．５倍以下しか離間されない同一のガウス分布
の合計が、最初のガウス分布の中心軸と最後のガウス分
布の中心軸との間を通る、図１６で線４６を通る平面内
に概略均一な分布を創出する。概略均一の分布はまた、
線４６を通る平面と平行な類似長さの全ての平面に於て
もまた生じる。この均一の分布は多くのガウス分布源の
個々に於て生じる。
【００３０】かくして、図１５に示されるような単一の
スプレーヘッドを使用してスプレーの多くパスさせるこ
とによって均一な分布を達成可能である。この場合、ス
プレーヘッド４２は同心円３０によって示されるスプレ
ーパターンを創出する。このスプレーパターンの標準偏
差はσである。スプレーヘッドは行路３１に沿って移動
される。全てのパスは平行とされるべきでありまた好ま
しくは標準偏差の１．５倍以下しか離間されないように
すべきである。ガウス分布でのスプレーパターンの境界
はマスク形状４１を越えてマスク材料１０の上方に伸延
されるべきである。別様には、均一な分布は、図１５に
示される一組のスプレーヘッド４２を使用して、矢印４
３によって示される単一のパスに於てスプレーすること
によって達成され得る。最大のマスク境界の限界をカバ
ーするために十分なスプレーヘッド４２が設けられる。
多数のスプレーヘッドを使用する方法は、単一のスプレ
ーヘッドを使用する方法に比較してサイクル時間が早ま
ると共に精度がより向上され得る。
【００３１】図１７に示されるようなＩ型梁５０もまた
作製可能である。このＩ型梁５０は幾つかの層５１を有
する。これらの層の、図１８に層５２として示される如
き幾つかの層は、図２に例示される様式での適宜の材料
の付着を通して歪みゲージ５３及びインシュレーター５
４を構成する。主たる材料がＩ型梁３０、歪みゲージ５
３及びインシュレーター５４を構成する状態に於てその
周囲に補助材料（図示せず）を付着させたことにより、
複雑な形状及びアンダーカット部分を具備する図１７に
示されるＩ型梁５０のような部品を創造可能である。補
助材料がＩ型梁の上部をその形成中に支持する。以上本
発明を具体例を参照して説明したが、本発明の内で多く
の変更を成し得ることを理解されたい。
【００３２】
【発明の効果】材料の僅かづつの累積により電子パッケ
ージシステム及びスマート構造物を作製する方法が提供
されまたこの方法によってアンダーカット及び不規則な
形状を有する物品を製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の集積電子実装体の現在好ましい具体例
の部分破除した斜視図である。
【図２】図１に示されるような３次元物体を作製するた
めの本発明の現在好ましい具体例のダイヤグラムであ
る。
【図３】基材上に付着された、図１に示される集積電子
実装体の最初の層の断面図である。
【図４】図３に示される層の一部分の部分拡大図であ
る。
【図５】図１の集積電子実装体における熱パイプを含む
層の断面図である。
【図６】ミリングの前後における熱パイプの頂部上の補
助材料の層を示す断面図である。
【図７】ミリングの前後における熱パイプの頂部上の補
助材料の層を示す断面図である。
【図８】リードの無い集積及び外部接続回路をミリング
したスぺーサー内に配置した後の、図７と類似の断面図
である。
【図９】導体を含む集積回路の頂部に付着した層を示す
断面図である。
【図１０】導体を含む集積回路の頂部に付着した層を示
す断面図である。
【図１１】外側の補助材料を除去する以前における、図
１の完成された実装体の断面図である。
【図１２】異なるマスクを形成するためにカッティング
されたマスク材料のストリップの平面図である。
【図１３】マスク材料をカッティングするための交互の
シーケンスを示すダイヤグラムである。
【図１４】本発明の装置の第２の好ましい具体例のダイ
ヤグラムである。
【図１５】本発明の方法を実施するための単一のスプレ
ーガンを使用しての熱噴霧パターンを示すダイヤグラム
である。
【図１６】複合噴霧源を使用しての複合噴霧パターンを
示すダイヤグラムである。
【図１７】高性能Ｉ型梁の斜視図である。
【図１８】図１７に示される高性能構造から除去した層
の斜視図であり、そこに形成されたセンサーが示され
る。
【符号の説明】
１：電子／機械的実装体システム ２：補助材料 ３：犠牲補助材料 ４：端部 ５：端部 ６：コネクター ７：集積回路 ８：熱パイプ ９：導体 １０：マスク材料 １２：巻き取りロール １４：レーザー １６：作業台 ２０：取付けヘッド ２４：プラズマガン ２５：ショットピーナー ２６：吸引デバイス ２７：熱源 ２８：付着材料及び補助材料の層 ２９：ミリングヘッド ３２：マスク材料 ３５：基準マーカー ３６：円形マスク ３９：空間 ４０：円形領域 ４１：境界 ４２：マスク４２を形成するため ４８：基材 ５６：基材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 592170248 ダニエル・ピー・シーウィオレク アメリカ合衆国15217ペンシルベニア州ピ ツバーグ、ベルロック・ストリート1259 (72)発明者 フリッツ・ビー・プリンツ アメリカ合衆国15217ペンシルベニア州ピ ツバーグ、ノーサンバランド・ストリート 5801 (72)発明者 リー・イー・ワイス アメリカ合衆国15217ペンシルベニア州ピ ツバーグ、ダーリントン・ロード6558 (72)発明者 ダニエル・ピー・シーウィオレク アメリカ合衆国15217ペンシルベニア州ピ ツバーグ、ベルロック・ストリート1259

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 集積電子パッケージ及びスマート構造体
    を作製するための方法であって、 （ａ）第１のマスク組にして、各マスクが創出されるべ
    き電子パッケージ及びスマート構造体の一方を通しての
    一断面の少なくとも一部に相当する第１のマスク組を、
    電子パッケージ及びスマート構造体の少なくとも一方を
    通りそして電子パッケージ及びスマート構造体の少なく
    とも一方を通る中心線に対して直交する平行断面毎に第
    １マスク組における少なくとも一つのマスクが存在する
    ように創出する段階と、 （ｂ）第２のマスク組にして、各マスクが前記第１マス
    ク組からの少なくとも一つのマスクに対応しそして該第
    １マスク組からの少なくとも一つの対応するマスクによ
    り形成される断面に対する補足断面を形成する第２のマ
    スク組を創出する段階と、 （ｃ）基材及び該基材上に付着された層の一つに第１マ
    スク組からのマスク及び第２マスク組からのマスクを所
    定の順序で配置する段階と、 （ｄ）各マスクを基材或いは層上に配置した後各マスク
    上に主材料及び補助材料をスプレーし、それにより少な
    くとも一つの電子部品を形成する段階と、 （ｅ）スプレー後マスクを除去する段階と、 （ｆ）層の累積を継続して構造体を完成する段階と を包含する集積電子パッケージ及びスマート構造体作製
    方法。
  2. 【請求項２】 選択された付着層の一部を除去して少な
    くとも一つの予備作製部品の収容のためのスペースを創
    出する段階と、該スペースに少なくとも一つの予備作製
    部品を配置する段階とを更に含む請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 選択された付着層の一部を機械加工、ミ
    リング、レーザ除去及び加熱の一つにより除去する請求
    項２の方法。
  4. 【請求項４】 予備作製部品が集積回路チップ、電池、
    電源及びコネクタの一つである請求項２の方法。
  5. 【請求項５】 補助材料の少なくとも一部を除去する段
    階を更に含む請求項１の方法。
  6. 【請求項６】 補助材料が少なくとも一つの付着材料の
    融点より低い融点を有する請求項１の方法。
  7. 【請求項７】 補助材料が６５〜１７１℃（１５０〜３
    ４０°Ｆ）の範囲の融点を有する金属合金及びワックス
    の１種である請求項６の方法。
  8. 【請求項８】 付着材料が金属、セラミック、プラスチ
    ック及びその複合材料の１種である請求項１の方法。
  9. 【請求項９】 マスクが箔、プラスチック、紙及び感圧
    紙の１種である請求項１の方法。
  10. 【請求項１０】 少なくとも一つのセンサが選択された
    主材料の付着を通して構造体の選択された層に形成され
    る請求項１の方法。
  11. 【請求項１１】 センサが歪ゲージ、容量性スイッチ及
    び熱電対の一つである請求項１０の方法。
  12. 【請求項１２】 隣り合う層が隣接しそして異なった材
    料間でのインターロックを形成するように付着される請
    求項１の方法。
  13. 【請求項１３】 第１のマスク組からの複数のマスク対
    がパッケージを通しての複数の断面の少なくとも一部を
    形成し、そして各マスク対が単一の断面を形成する請求
    項１の方法。
  14. 【請求項１４】 各マスク対におけるマスクが対応する
    縁辺を有しそして複数のマスク対が各マスク対に対する
    対応する縁辺が次のマスク対の対応する縁辺を通る直線
    に沿って置かれないような態様で位置決めされる請求項
    １３の方法。
  15. 【請求項１５】 マスクがマスク材料の連続ロールから
    切り出される請求項１の方法。
  16. 【請求項１６】 マスク材料から切除された部分を吸引
    装置で除去する段階を更に含む請求項１５の方法。
  17. 【請求項１７】 少なくとも２種の異なった材料が主材
    料として使用される請求項１の方法。
  18. 【請求項１８】 マスクを配置するに先立ってマスクの
    少なくとも一部に粘稠性の物質を塗布する段階を更に含
    む請求項１の方法。
  19. 【請求項１９】 主材料及び補助材料の少なくとも１種
    が加工表面上方を所定の行路に従って移動するスプレー
    源を使用して被覆される請求項１の方法。
  20. 【請求項２０】 スプレー源が標準偏差を有するおおよ
    そガウス分布を有する熱スプレーパターンを創出しそし
    て行路がスプレーガンのパスが標準偏差の１．５倍以下
    しか離されないようなものである請求項１９の方法。
  21. 【請求項２１】 付着材料及び補助材料の少なくとも１
    種が複数の離間した熱スプレー源を通して被覆される請
    求項１の方法。
  22. 【請求項２２】 熱スプレー源が標準偏差を有するおお
    よそガウス分布を有するスプレーパターンを創出し、そ
    の場合スプレー源が標準偏差の１．５倍以下しか離間さ
    れない平行な行路に位置付けられそして移動される請求
    項２１の方法。
  23. 【請求項２３】 スプレーにより付着された材料の少な
    くとも一部をショットピーニング、誘導加熱、火炎加
    熱、振動及びホットプレスの少なくとも一つにより処理
    する段階を更に含む請求項１の方法。
  24. 【請求項２４】 少なくとも一つの層を選択された厚さ
    に機械加工する段階を更に含む請求項１の方法。
  25. 【請求項２５】 少なくとも一つの主材料と隣り合う補
    助材料のスプレー付着層により形成された少なくとも一
    つの電子部品を備えるスマート構造体。
  26. 【請求項２６】 付着層内に少なくとも一つの予備作製
    部品を配置してなる請求項２５の集積電子パッケージ。
  27. 【請求項２７】 少なくとも一つの電子部品がストレイ
    ンゲージ、容量性スイッチ及び熱電対の一つである請求
    項２５のスマート構造体。
JP4209509A 1991-07-15 1992-07-15 熱スプレー付着により形成された電子パッケージ及びスマート構造体及びその製造方法 Pending JPH05198609A (ja)

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