JPH11513201A - 金属液滴を製造し移送する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 次の諸段階：（ａ）波長λの放射線に実質的に透過性である基板１を形成し、基板１の一表面１ａに島状部５のアレイに区画された金属層３を有するものとする段階と、（ｂ）基板１を通して島状部上に波長λのレーザー光７を当て、これにより島状部５を迅速に融解させ、島状部５を融解液滴９の形状で基板１から脱着させる段階とを有する金属液滴の製造方法。本発明方法の好ましい一実施例においては、融解液滴９を固化前に目標基板上に「射掛け」る。

Description

【発明の詳細な説明】 金属液滴を製造し移送する方法 このような方法は米国特許第５３６６１４０号と同第５４８６４２７号により 既知であり、その場合基板に金属層を設け、金属層を金属領域に区画し、次いで 炉内で金属が融解し金属層がビーズ状になって分離した金属液滴となるのに充分 な温度で加熱する。次いで冷却する場合、生成する金属マイクロビーズ（固化し た液滴）をスクレーピング又はブラシングにより基板から除去し、容器内に捕集 して、後の使用に備えることができる。マイクロビーズの代表的な直径は１〜５ ０μｍ程度である。 このようなマイクロビーズの重要な可能な用途の一つは、積層回路と小型表面 実装可能な電気的構成部材の上の接続バンプの創造にある。然し、このような用 途における大きな難問題は、そのような微小構成部材の末端上の個々のマイクロ ビーズの正確な位置決めであり、それに続く位置決めしたマイクロビーズの目標 領域への固定（例えば、保持−融解−冷却工程を用いる）である。実際に、この 仕事は冗長で時間が掛ゝってコストが嵩むか、又はフォールアウト率が高くなり 工業的に魅力がなくなる。 この既知方法の大きな欠点の一つは、工程段階が比較的多い（基板の製造、炉 内加熱、冷却、マイクロビーズの機械的除去と捕集、最終用途へのマイクロビー ズの設置）ことである。また、（スクレーピング又はブラシングによる）基板か らのマイクロビーズの摩擦的除去は冗長で、マイクロビーズを容易に損傷し易く 、特にマイクロビーズが軟質金属（例えばＰｂ−Ｓｎ合金等）のときはマイクロ ビーズを容易に損傷し易い。 本発明の目的の一つは、金属液滴の代案的製造方法を提供するにある。特に、 本発明の目的の一つは、そのような製造方法が、液滴の全アレイの一纏めの同時 生産よりも、個々の液滴の連続生産を可能にすることにある。さらに、本発明の 目的の一つは、この新規な方法を既知の方法よりも工程段階を少なくすることに ある。また、本発明の目的の一つは、前述の方法において、液滴を担持する基板 からの液滴の開放が摩擦手段の使用を残すべきでないことにある。さらに、本発 明の目的の一つは、この新規な方法が充分に規定された目標領域上への個々の液 滴の正確な配置と固定を両立できるものとすることである。 これ等の目的とその他の目的は、本発明においては次の諸段階： （ａ）波長λの放射線に実質的に透過性の基板を形成し、基板の一表面に島状部 のアレイに区画された金属層を有するものとする段階と、 （ｂ）基板を通して島状部上に波長λのレーザー光を当て、これにより島状部を 迅速に融解させ、島状部を融解液滴の形状で基板から脱着させる段階と、 を有することを特徴とする金属液滴の製造方法において達成される。 本発明の方法は、次の多数の見地で従来技術から直ちに区別される。 −島状部が炉内で集合的に加熱される代りにレーザー光により個別に加熱される ので、島状部が一纏めではなく、一つづつの液滴となって転化される。 −レーザー光による加熱工程は著しく強烈なので、或る与えられた島状部から生 成した液滴は、液滴と基板との間の迅速な蒸気生成の結果、基板から強制的に脱 着される。従って、基板から液滴を摩擦除去する必要がない。 −液滴の脱着は比較的高速（通常約０．５ｍ／ｓの大きさ）で充分限定された方 向に生ずるので、個々の液滴を予め定めた目標領域に正確に狙う（射る）ように 開発できる。従って、本発明方法は金属液滴の製造と配置を効率的に結合するこ とができる。 本発明方法においては、段階（ａ）を例えば、基板の一表面を均一な金属層に より無電解被覆し、次いでこの金属層上に食刻マスクを形成して非マスク領域が 正規の「グリッド」の形状を呈するようにし、次いでこのグリッドを食刻除去し てグリッドにより包囲されていた島状部を後に残す、ことにより実施することが できる。或いは又そして好ましくは、前述のマスク−食刻技術を用いて、薄い無 電解堆積した核形成層（種子層）のパターンを島状部内に設け、次いでこれ等の 島状部を動電気的に厚くする。このような核形成層に用いるのに好適な物質は、 例えばＶ，Ｃｒ及びＴｉである。さらに他の代案においては、最終島状部に相応 する開口を有するマスク板を通して、金属物質を基板の一面上にスパッター、噴 霧又はブラシ掛けする。 島状部自体は（好ましくは点対称的に）円、方形、三角、六角等の多くの形状 とすることができるが、本発明者等は八角形の島状部を用いて特に好首尾な結果 を得た。通常、島状部の幅（直径）の大きさは（所要の液滴の容積に応じて異な るが）約２５〜１５０μｍであるが、本発明方法は通常よりも小さい又は大きい 島状部の使用を可能とする。好ましい島状部の幅は約５０〜１００μｍである。 簡明化の為、こゝで島状部の「幅」との語は、島状部の周界を囲み得る最小円の 直径として規定する。典型的な用例では、金属層（島状部）の厚さは約５〜５０ μｍであるが、またもや大きな又は小さな厚さが許容される。基板上の全ての島 状部が同一の形状、寸法、厚さ又は組成を有する必要がないことは、明確に注意 されるべきである。 所要に応じて、島状部は（中央の）孔を有することができ、その場合にはこの ような島状部上に当てられるレーザー光の一部分が孔を通過し、生成する液滴を 「射掛け」ようとする目標領域を予熱する。 使用するレーザー光は例えば、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（Ｙ ＡＧ）レーザー〔λ＝１０６０ｎｍ〕、周波数二倍ＹＡＧレーザー〔λ＝５３０ ｎｍ〕、Ａｒ−イオンレーザー〔λ＝４８８ｎｍ及び５１４ｎｍ〕及び（周波数 二倍）ダイオードポンプしたソリッドステートレーザー〔例えばλ＝５３２ｎｍ 〕から成る群から、選択することができる。そのようなレーザー光は連続的でも パルス状であっても良く、照射される島状部と略々同じ幅（フォーカル プレー ン内で）のスポットに収束することが好ましい。 通常、選択したレーザー光の光強度Ｐ_iは、（スポットの寸法を５０〜１００ μｍと仮定して）約１００Ｗの大きさとすべきである。然し、最終的に用いる光 強度は、各島状部の照射時間ｔ_iに依っても異なる。例えば、ｔ_iが１ｍｓの大き さであれば、Ｐ_iは約５０Ｗとすべきであるが、ｔ_iが０．１ｍｓの大きさであれ ば、Ｐ_iは約２００Ｗとすべきである。 使用する基板は例えば、ガラス又は石英製とするか、又はポリカーボネート等 の比較的高融点の有機ポリマーとすることができる。基板の厚さは通常１ｍｍの 大きさであるが、他の厚さも本発明方法では許容される。 金属層は所望ならば又は必要に応じて、純粋な金属（例えば、Ａｕ又はＣｕ） 製とするか、又は合金（例えば、Ｐｂ−Ｓｎ又はＡｇ−Ｐｔ）とするか、又は複 合積層構造とすることができる。最後の場合には、金属層は例えば、付着増進層 （例えば、Ｔａ）、核形成層（例えば、Ｖ）、ヒートシンク層又は吸収層（例え ば、Ｎｉ）及びキャッピング層（例えば、Ａｌ−Ｃｕ）を有することができる。 本発明方法の好適な一実施例においては、金属層はＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐ ｔ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ及びこれ等の合金から成る群から選択した金属 から成る。これ等の金属は比較的良好な熱及び電気伝導体であり、回路用に（ハ ンダ及びコネクター材として）広く用いられている。 所望に応じて、本発明方法を用いて基板から「射られた」液滴は、重力場又は 静電界を用いて加速又は減速することができる。また、このような液滴は、粘性 （ガス状）媒質中に脱着することにより、減速することができる。 本発明方法を用いて得られた金属液滴の半径ｒは、島状部の容積が本質的に４ πｒ³/３に等しいので、島状部の大きさを適当に選択することにより、前もって 選定できることに注意すべきである。 構成部材の実装における用途以外にも、例えば後述の実施例３に記すように、 本発明方法はその他に多くの重要な用途を有する。これ等は例えば、次のような 用途を含む。 −正確な隔離絶縁（スタンド−オフ）用途。これにより二表面を相互に対して正 確に規定された顕微鏡的な離間距離Ｓに固定しなければならない場合である。 本発明方法を用いると、直径Ｓの多数の金属液滴（ボール）を、一方の表面上に 射掛けることができる。次いで、第二の表面をこれ等のボールに対して押圧し、 接着し、クランプし、又は他の手段でその場所に固定する。この処理は例えば、 磁気ヘッドの実装に用いることができる。 −正確なバランス化用途。バランスが不適当な対象物（例えば、回転ビデオヘッ ド又はミニモーター）は、その表面上の特別な場所に１又は２以上の液滴を射掛 けることにより、バランスを正しくすることができる。その場合、このような液 滴の重量は、対象物に補正的な機械的モーメントを加える傾向がある。 本発明と付随する利点を、例示的な実施例と付属の図面により、さらに詳細に説 明する。 図面において、 図１は本発明方法の可能な実施態様の斜視図である。 図２は図１の主題の断面図であり、目標基板をも近接して示した図である。 図３は積層回路を有するハウジングの平面図と部分的内部図であり、ハウジン グの接触パッドと積層回路との間の連結は従来技術により行なっている図である 。 図４は本発明方法を用いて金属ボールを設けた接触パッドを有する積層回路の 斜視図である。 図５は図４の主題を内部に実装し得るハウジングの平面図と部分的内部図であ る。 種々な図中の相応する特色は、同じ参照番号で示してある。実施例１ 図１及び２は本発明方法の可能な実施態様を示し、図１は斜視図であり、図２ は断面図である。 透明な基板１の一表面１ａ上に、相互に単離された島状部５のアレイに区画さ れた金属層３を設けてある。こゝで示すように、島状部５は方形であるが、円、 三角又は他の多角形等の他の形状をとることもできる。特定の一実施例では、 −基板１はソーダガラスから成り、厚さは１ｍｍである。 −島状部は層状構造であり、厚さ２μｍのＴｉ核生成層と、（基板１から次第に 遠去かる）厚さ１５μｍの金層とを順次に有し、かくて島状部の全体厚さｔは１ ７μｍである。さらに、島状部の幅ｗは１００μｍであり、相互間は５０μｍ分 離して配置されている。 金属液滴９を創造し移送する為、レーザー光７を基板の「裏」面１ｂを介して 島状部５上に収束させる。特別な一実施例においては、ＹＡＧレーザーからパル ス−長さ０．１〜１ｍｓで１パルス当りのエネルギーが１〜１０ｍＪのレーザー 光７（λ＝１０６０ｎｍ）を誘導する。このようにして島状部５を照射すると、 島状部５の温度が急速に上昇し（通常約１０００〜２０００℃の大きさの値にな り）、これに付随して島状部５と基板１の面１ａとの間に（爆発性）蒸気が生成 する。温度が上昇する結果、島状部５は融解し、融解物は表面張力により液滴（ ボール）９の形状をとる。前述の生成した蒸気は、約０．２〜０．４ｍｓの時間 内に、この液滴９を面１ａから０．５〜１ｍｓの大きさの初速で脱着する。この ような脱着は基板面１ａの方位に拘わらず起ること、即ち例えば重力の助けを必 要としないこと、に明確に注意すべきである。 図２は「キャリャー」基板１に近接して、面１ａから或る距離ｄに配置された 目標基板２１を示す。この特別な実施例において、距離ｄは２５０μｍの大きさ であり、基板２１は（図示せぬ）金の薄膜（約１μｍ）により被覆されたＡｌ₂ Ｏ₃から成っている。キャリャー基板１と目標基板２１との間の空間は、室温の 空気により満たされているが、他のガス状媒質又は真空もかゝる用途に好適であ る。 基板２１は既に本発明方法を用いて島状部５’から誘成された液滴９を有して いる。この液滴の直径は約７０μｍである。液滴９は基板２１に比較的高速で衝 突するが、疑似球形状を保持している。ｄの値が比較的小さいので、液滴９は目 標基板２１に衝突時に依然として融解している為、液滴９は目標基板２１に付着 する。 島状部５から発生する液滴９の当初脱着の方向は、衝突するレーザー光７の円 筒状軸線１１に沿っていることに注意すべきである。実施例２ この実施例では実施例１と同様にして実施するが、目標基板２１は（図示せぬ ）捕集容器により代用し、捕集容器をキャリャー基板１から遥かに大きな距離ｄ （例えば、ｄ＝約５〜１０ｍｍ）に配置する。この場合、キャリャー基板１から 「射掛けられた」液滴９は、捕集容器に到達するときには冷却し固化している。 従って、このようにして個々の金属ボールを製造し捕集することができる。 或いは又、実施例１に戻って、このようなボールを目標基板２１からスクレー ピング又はブラシングにより除去し、次いで容器内に捕集することができる。実施例３ 図３〜５はハウジング３１内に積層回路３７を実装する種々の見地を図示する 。図３は従来技術の実装を示すが、図４と図５は本発明方法を利用する実装に関 する。 図３は、対向両端部に沿って金属接触端子（ピン）３３を有するプラスチック ス又はセラミックスのハウジング（チップ パッケージ）３１の平面図と部分的 内部図である。破断除去して示す内部図は、接触板３５のアレイに向かって傾斜 し同アレイで終る内部接続器トラックに端子３３が接続されていることを示す。 ハウジング３１の両側におけるアレイの離間距離はＬ₁である。 積層回路３７（チップ）は、前述のアレイ間に位置する。この積層回路３７は 対向両端部に沿って接触板３９のアレイを有し、接触板３９のアレイは（図示せ ぬ）接続器トラックにより回路３７の種々な部分に接続されている。回路３７の 両側におけるアレイの離間距離はＬ₂である。 図示する従来技術の実装において、板３９は金の微細導線により板３５に接続 されている。このことは、比較的冗長な時間の掛ゝる微妙な処理において特殊な 精密機械の使用を必要とする。 図４と図５は板３９を板３５と接続する代案的方法に関し、この場合には本発 明方法を用いる。 図４は積層回路３７の斜視図である。ここに図示するように、各板３９は本発 明方法を用いて金属ボール（液滴）９を設けられている。この目的の下に、各ボ ール９は図１と図２に示す処理を用いて板３９上に「射掛け」られている（この 場合、図１と図２に示す目標基板２１は、積層回路３７と見做されるべきである ）。 Ｌ₂≒Ｌ₁を確実に実現し、板３９の相互間離間距離を板３５の相互間離間距離 に略々等しくすることにより、今やリフローハンダ付け処理を用いて図５の空虚 なハウジング３１内に積層回路３７を実装することができる。この目的の下に、 図４の回路３７を逆にして図５のハウジング内に配置し、各ボール９が相応する 板３５の上に休止するようにする。次いで（例えば、赤外線灯から）熱を加える と、ボール９は融解して板３５に付着する。これ等のボールは冷却すると、板３ ５と板３９との間の電気的接触を形成する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビューレンス ヨゼフ ヨハネス コルネ リス オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 ホフィング ウィレム オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．金属液滴の製造方法において、次の諸段階： （ａ）波長λの放射線に実質的に透過性の基板を形成し、基板の一表面に島状 部のアレイに区画された金属層を有するものとする段階と、 （ｂ）基板を通して島状部上に波長λのレーザー光を当て、これにより島状部 を迅速に融解させ、島状部を融解液滴の形状で基板から脱着させる段階と、 を有することを特徴とする金属液滴の製造方法。 ２．金属層がＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｉ及び これ等の合金から成る群から選択した金属である請求の範囲１記載の方法。 ３．金属層の厚さが５〜５０μｍであり、各島状部の幅が２５〜１５０μｍであ る請求の範囲１又は２記載の方法。 ４．レーザー光がイットリウム−アルミニウム−ガーネットレーザー、周波数二 倍イットリウム−アルミニウム−ガーネットレーザー、Ａｒ−イオンレーザー、 ダイオードポンプしたソリッドステートレーザー及び周波数二倍ダイオードポン プしたソリッドステートレーザーから成る群から選択したものである請求の範囲 １，２又は３記載の方法。 ５．基板がガラス又は石英から成る請求の範囲１，２，３又は４記載の方法。 ６．脱着した融解液滴を固化前に目標基板上に捕らえる請求の範囲１，２，３， ４又は５記載の方法。 ７．目標基板が電気的構成部材の電気的接触端子である請求の範囲６記載の方法 。