HIGH-SPEED FABRICATION OF HIGHLY UNIFORM ULTRA-SMALL METALLIC MICROSPHERES

• Main Authors: SMITH, ROBERT, ORME-MARMERELIS, MELISSA
• Format: Patent
• Language: English; French
• Published: 18.04.2002
• Edition: 7
• Subjects: CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; CASTING; ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ELECTRICITY; MAKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS; PERFORMING OPERATIONS; POWDER METALLURGY; PRINTED CIRCUITS; TRANSPORTING; WORKING METALLIC POWDER

In a high-speed fabrication process for producing highly uniform ultra-small metallic micro-spheres, a molten metal (16) is passed through a small orifice (30), producing a stream of molten metal (32) therefrom. A series of molten metal droplets forms from the breakup of this capillary stream. Applied harmonic disturbances are used to control and generate satellite (35) and parent (37) droplets. Significantly, the satellite droplets formed are smaller than the orifice, allowing for the production of smaller metal balls and finer pitch conductive traces and ball grid arrays with larger orifices. The satellite droplets are separated from the parent droplets by electrostatic charging (40) and deflection or by aerodynamic or acoustic sorting. In one embodiment, the satellite droplets are cooled before being collected to avoid defects and achieve high uniformity of the resulting metal balls. In another embodiment, the satellite droplets are electrostatically charged on a droplet-by-droplet basis and are then deflected by, e.g., an electric field to predetermined locations on a substrate. The satellite droplets can be placed in individual locations on the substrate or can be overlapped to form conductive traces. L'invention concerne un procédé de fabrication haute vitesse servant à produire des microsphères métalliques à très petite échelle et hautement uniformes, dans lequel on fait passer un métal fondu à travers un petit orifice afin de produire un flux de métal fondu. Une série de gouttelettes de métal fondu se forment à partir de l'éclatement du système capillaire. Des perturbations harmoniques appliquées permettent de contrôler et de générer des gouttelettes satellites et des gouttelettes mères. Les gouttelettes satellites obtenues sont sensiblement plus petites que l'orifice, ce qui permet de produire des sphères métalliques plus petites et des traces conductrices présentant un pas plus fin et des grilles matricielles à billes ayant des orifices plus grands. Les gouttelettes satellites sont séparées des gouttelettes mères à l'aide d'une charge et d'une déviation électrostatiques ou par tri aérodynamique ou acoustique. Dans un mode de réalisation, les gouttelettes satellites sont refroidies avant d'être recueillies, afin d'éviter la formation de défauts et d'obtenir des sphères métalliques à uniformité élevée. Dans un autre mode de réalisation, les gouttelettes satellites sont chargées électrostatiquement gouttelette par gouttelette et sont déviées, par exemple, par un champ électrique, sur des emplacements prédéterminés situés sur un substrat. Les gouttelettes satellites peuvent être placées dans des emplacements individuels situés sur le substrat (par exemple, afin de former une grille matricielle à billes) ou se chevaucher les unes les autres afin de former des traces conductrices.