(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属小滴の製造方法において、次の諸段階：
（ａ）波長λの放射に対して実質的に透過性の基板を形成し、この基板の一方の面に、島状部のアレイに区画した金属層を設ける段階と、
（ｂ）前記基板を通して前記島状部に波長λのレーザー光を当て、これにより前記島状部を迅速に融解させ、融解小滴の形態で基板から脱離させる段階と
を有することを特徴とする金属小滴の製造方法。
【請求項２】
前記金属層が、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を含む請求の範囲１記載の方法。
【請求項３】
前記金属層の厚さが５〜５０μｍであり、前記各島状部の幅が２５〜１５０μｍである請求の範囲１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記レーザー光が、イットリウム−アルミニウム−ガーネットレーザー、２倍周波数イットリウム−アルミニウム−ガーネットレーザー、Ａｒ−イオンレーザー、ダイオード励起固体レーザー及び２倍周波数ダイオード励起固体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。
【請求項５】
前記基板がガラス又は石英を含むものである請求の範囲１，２，３又は４記載の方法。
【請求項６】
脱離した前記融解小滴は、固化する前に目標基板を捕らえる請求の範囲１，２，３，４又は５記載の方法。
【請求項７】
前記目標基板が電気的構成部材の電気接点端子である請求の範囲６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、金属小滴を製造し移送する方法に関するものである。
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、これらの方法では、基板に金属層を設け、金属層を複数の金属領域に区画し、次いで炉内で金属を融解させるのに充分な温度で加熱し、金属層をビーズ状にして分離した金属小滴とする。次いで冷却する際に、生成した金属マイクロビーズ（固化した小滴）をスクレーピング又はブラッ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１〜５０μｍ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には、小型の表面実装可能な電気的構成部材及び集積回路上の接続バンプを形成することがある。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に個々のマイクロビーズを正確に位置決めし、その後位置決めしたマイクロビーズを目標領域に固定すること（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、又は商業的な魅力がなくなる程失敗する率が高いものである。
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ッシングによる）基板からのマイクロビーズの摩擦的除去は冗長で、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てしまうおそれがある。
本発明の目的の一つは、金属小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を、金属小滴のアレイ全体を一纏めにして同時に生産するのではなく、個々の金属小滴を連続的に生産するものとすることにある。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いものとすることにある。また、本発明の目的の一つは、前述の方法において、小滴を担持する基板からの小滴を取外すのに摩擦的手段の使用を伴わないようにすることにある。さらに、本発明の目的の一つは、この新規な方法が、良好に画定された目標領域上への個々の小滴の正確な配置及び当該領域への固定と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の放射に対して実質的に透過性の基板を形成し、この基板の一方の面に、島状部のアレイに区画した金属層を設ける段階と、
（ｂ）基板を通して島状部に波長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、融解小滴の形態で基板から脱離させる段階と
を有することを特徴とする金属小滴の製造方法により達成される。
本発明の方法は、次の多数の特徴により従来技術から区別される。
−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、一つづつ小滴に転化される。
−レーザー光による加熱工程が強力であるため、小滴と基板との間に蒸気が急速に生成される結果、或る島状部から生成された小滴は、基板から強制的に脱離される。従って、基板から小滴を摩擦除去する必要がない。
−小滴が、比較的高速（通常約０．５ｍ／ｓの大きさ）で充分規定された方向に脱離するので、このことは、個々の融解小滴を予め定めた目標領域に正確に向ける（射出する）のに利用することができる。従って、本発明方法は金属小滴の製造と配置を効率的に組み合わせることができる。
本発明方法においては、段階（ａ）を例えば、基板の一方の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規則的な「グリッド」の形状となるようにし、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が後に残るようにする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（シード層）を島状にパターン化し、次いでこれ等の島状部をガルバニック作用により厚くする。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、金属物質を基板の面上にスパッター処理、噴霧処理又はブラシッング処理する。
島状部自体は円形、方形、三角形、六角形等の多くの（好ましくは点対称の）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（所要の小滴の容積に応じて）約２５〜１５０μｍであるが、本発明方法ではより小さい又は大きい島状部を使用することもできる。好ましい島状部の幅は約５０〜１００μｍである。簡明化の為、こゝでの島状部の「幅」と語は、島状部の周囲を囲み得る最小の円の直径として定義する。典型的な用途では、金属層（島状部）の厚さは約５〜５０μｍであるが、この場合も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に注意されたい。
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向けられたレーザー光の一部が孔を通過して目標領域を予熱し、生成した小滴はこの領域に向けて「射出」される。
使用するレーザーは例えば、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）レーザー〔λ＝１０６０ｎｍ〕、２倍周波数ＹＡＧレーザー〔λ＝５３０ｎｍ〕、Ａｒ−イオンレーザー〔λ＝４８８ｎｍ及び５１４ｎｍ〕及び（２倍周波数）ダイオード励起固体レーザー〔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（焦点面で）略同じ幅のスポットに収束するものとするのが好ましい。
通常、選択したレーザーの放射力Ｐiは、（スポットの寸法を５０〜１００μｍと仮定して）約１００Ｗ程度の大きさとすべきである。然し、最終的に用いる放射力は、各島状部への照射時間ｔiに依っても異なる。例えば、ｔiを１ｍｓ程度の大きさとするのであれば、Ｐiは約５０Ｗとすべきであるが、ｔiを０．１ｍｓ程度の大きさとするのであれば、Ｐi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、或いはポリカーボネート等の比較的高融点の有機ポリマーを含むものとすることができる。基板の厚さは通常１ｍｍ程度の大きさであるが、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。複合積層構造とする場合には、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，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を含むものである。これ等の金属は比較的良好な熱及び電気伝導体であり、回路用途においては（ハンダ及びコネクター材料として）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「射出された」小滴は、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、このような小滴は、粘性（ガス状）媒質中に脱離させることにより、減速することができる。
本発明方法を用いて得られる金属小滴の半径ｒは、島状部の容積がほぼ４πｒ3/３に等しいので、あらかじめ島状部の大きさを適当に選択することにより、選定できることに注意すべきである。
例えば後述の実施例３に記すような構成部材の実装への用途以外にも、本発明方法には他の多くの重要な用途がある。これ等の用途には例えば、次のようなものがある。
−二つの表面を相互に対して正確に規定された微視的な離間距離Ｓをもって固定しなければならない場合の正確な隔離（スタンドオフ）用途。本発明方法を用いて、直径Ｓの複数の金属小滴（ボール）を、一方の面に射出することができる。次いで、他方の面をこれ等のボールに対して押圧して、接着、クランプ、又は他の手段で所定場所に固定する。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以上の小滴を射出することにより、このような小滴の重量が、対象物に補正的な機械的モーメントを加えることになり、対象物のバランスを正しくすることができる。
本発明及びその付随する利点を、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。
各種な図面中の相応する特徴部分は、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の一方の面１ａ上には、金属層３が設けられており、この金属層は、相互に単離された島状部５のアレイに区画ている。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、（基板１から遠去かる方向に）順次に、厚さ２μｍのＴｉ核生成層と、厚さ１５μｍの金層とを有しており、島状部の全体厚さｔは１７μｍである。さらに、島状部の幅ｗは１００μｍであり、相互に５０μｍ離して配置されている。
金属小滴９を形成し移動させる為、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、レーザー光７は、ＹＡＧレーザー（λ＝１０６０ｎｍ）から発生させた、パルス−長さが０．１〜１ｍｓで１パルス当りのエネルギーが１〜１０ｍＪ程度のレーザー光とする。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小滴（ボール）９の形状をとる。前述の蒸気の生成により、約０．２〜０．４ｍｓの時間内に、この小滴９は面１ａから０．５〜１ｍ／ｓ程度の初速で脱離する。このような脱離は基板面１ａの方向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が明らかであることに注意すべきである。
図２は「キャリア」基板１に近接して、面１ａから距離ｄの位置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、目標基板２１は（図示せぬ）金の薄膜（１μｍ以下）により被覆されたＡｌ2Ｏ3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。
目標基板２１は既に本発明方法を用いて島状部５’から得られた小滴９を有している。この小滴の直径は約７０μｍである。小滴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、小滴９は目標基板２１に衝突時に依然として融解状態にある為、小滴９は目標基板２１に付着する。
島状部５から発生する小滴９が（当初）脱離する方向は、衝突するレーザー光７の円柱の軸線１１に沿った方向となることに注意すべきである。
実施例２
この実施例は、目標基板２１が（図示せぬ）捕集容器に置き換えられており、この捕集容器がキャリア基板１から遥かに大きな距離ｄ（例えば、ｄ＝約５〜１０ｍｍ）に配置されていることを除いて実施例１と同じでものである。この場合、キャリャー基板１から「射出された」小滴９は、捕集容器に到達するまでに冷却し固化する。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の方法に戻って、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ッシングにより除去し、次いで補修容器内に集めることができる。
実施例３
図３〜５はハウジング３１内に積層回路３７を実装する種々の方法を図示する。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点端子（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（集積回路パッケージ）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、内部接続トラックに接点端子３３が接続されており、これらトラックが接点板３５のアレイに向かってテーパを付けられておりこのアレイで終端していることを示す。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。
集積回路３７（チップ）は、前述のアレイ間に位置する。この集積回路３７は対向両端部に沿って接点板３９のアレイを有し、接点板３９のアレイは（図示せぬ）接続トラックにより回路３７の種々の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、接点板３９は金の微細導線により接点板３５に接続されている。このため、特殊な精密機械を使用して比較的短調な時間の掛ゝる微妙な処理を行うことが必要となる。
図４と図５は、本発明による方法を用いた接点板３９を接点板３５と接続する代案的方法に関するものである。
図４は集積回路３７の斜視図である。ここに図示するように、各接点板３９には本発明方法を用いて金属ボール（小滴）９が設けられている。この目的のために、各ボール９は図１と図２に示す処理を用いて接点板３９上に「射出」される（この場合、図１と図２に示す目標基板２１は、集積回路３７と見做されるべきである）。
Ｌ2≒Ｌ1として接点板３９の相互間離間距離を接点板３５の相互間離間距離に略等しくすることにより、リフローハンダ付け処理を用いて図５の空のハウジング３１内に集積回路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が相応する接点板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は融解して接点板３５に付着する。これ等のボールは冷却すると、接点板３５と板接点３９との間を電気的に接触するようになる。
【図面の簡単な説明】
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の基板を、それに近接して存在する目標基板とともに示した断面図である。
図３は集積回路を有するハウジングであって、ハウジングの接点パッドと集積回路との間の接続を従来技術により行なっているものの平面図及び部分内部図である。
図４は本発明方法を用いて金属ボールを設けた接点パッドを有する集積回路の斜視図である。
図５は図４の集積回路を内部に実装し得るようになっているハウジングの平面図及び部分内部図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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