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CN1486215A - 形成多个球粒的方法以及多个球粒 - Google Patents

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CN1486215A
CN1486215A CNA018218733A CN01821873A CN1486215A CN 1486215 A CN1486215 A CN 1486215A CN A018218733 A CNA018218733 A CN A018218733A CN 01821873 A CN01821873 A CN 01821873A CN 1486215 A CN1486215 A CN 1486215A
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C·埃迪
��˹��ŵ��
D·B·凯诺
��Ŧ��
C·L·帕菲纽克
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Honeywell International Inc
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Abstract

本发明涉及一种形成多个球粒的方法。提供一个通道(16)，所述通道终止于一个孔(18)。液体流过该通道并且通过所述孔排出以形成液滴(22)。接着，液滴通过一种流体而冷却并且使所述液滴凝固成多个球粒(23)。至少收集其中一些球粒。在被冷却成所收集的球粒的液滴成形过程中，液体的压力保持在一个数值的约±10％的范围内。本发明还提供多个直径小于约0.05英寸并且数量至少为几百的球粒，其特征在于，至少95％的球粒在球粒的平均直径的±1.3％的范围内。

Description

形成多个球粒的方法以及多个球粒
技术领域
本发明涉及形成多个球粒的方法，本发明还涉及多个球粒。
背景技术
许多应用都需要形成在直径、球形和表面性质方面均匀的多个球粒，这样的应用例如包括：用于柱填充材料的玻璃珠和/或陶瓷珠的形成；铅珠、铋珠、钨珠或者用于射鸟的钢珠的形成；以及用于半导体加工领域中的焊珠(或者焊球粒)的形成。
用于半导体加工领域中的焊珠的形成可能是特别困难的，这是由于对这样的焊珠的均匀性要求特别高。例如，一种使用焊珠的示例性半导体加工应用是所谓的球栅阵列工艺，其中焊珠被传送到半导体器件(或者封装件)，接着焊珠熔化以形成与该器件相关的导电互连。通过使焊珠在其中具有多个凹痕的模板上滚动接着摇动模板去除多余的焊珠，同时使焊珠保留在凹痕中，从而使焊珠形成所需的阵列。如果焊珠不是完全均匀的，其中一些焊珠将以与其他一些焊珠不同的方式滚动，从而使一些凹痕没有被充填和/或一些多余的焊珠没有完全从模板滚动掉。最后，使在摇动后留在模板上的焊珠上升(通常利用真空装置)并且被转疑到半导体衬底，焊珠将在其上形成由模板中的凹痕图案所限定的图案。但是，如果在摇动后多余的焊珠留在模板上，或者如果模板中的一些凹痕没有被充填，那么转印到半导体衬底上的焊珠图案将是错误的，可能会导致与半导体衬底相关联的器件出现故障。所述球栅阵列工艺是在半导体器件的芯片级封装过程中有关导电互连件形成的一个重要工艺，例如可与倒装晶片应用相关联。另外，可在大于芯片级的封装形成过程中使用球栅阵列工艺。
已经提出了几种用于形成多个小球粒的方法，包括对原材料冲压、切割和/或轧制形成球粒的方法。但是，需要一种能够形成多个均匀的球粒的改进方法。
发明内容
在一个方面，本发明包括一种形成多个球粒的方法。提供一个通道，所述通道终止于一个孔。液体流过该通道并且通过所述孔排出以形成液滴。接着，液滴通过一种冷却流体并且使所述液滴凝固成多个球粒。至少收集其中一些球粒。在被冷却成所收集的球粒的液滴成形过程中，液体的压力保持在一个数值的约±10％的范围内。在特定的实施例中，在被冷却成所收集的球粒的液滴成形过程中，使液体的压力稳定在约±3％的范围内，例如，在被冷却成所收集的球粒的液滴成形过程中，可使液体的压力稳定在约±0.05％的范围内。
在另一个方面，本发明包括多个直径小于约0.05英寸并且数量至少为几百的球粒，其特征在于，至少95％的球粒在球粒的平均直径的约±1.2％的范围内。
附图说明
下面将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。
图1是根据本发明方法所采样的能够形成多个均匀球粒的设备的局部截面示意图。
图2是可用于图1中所示设备中的喷嘴的截面图，其中示出了形成球粒形液滴的操作状态。
图3示出了在本发明的球粒成形的过程中可形成的几种不同类型的颗粒。
图4是用于本发明的方法中的能够从由球粒成形设备所形成的颗粒中选拣所需球粒的球粒选拣设备的一个示意图。
图5是图4中所示选拣设备的底端的视图。
图6A和图6B是表示利用本发明方法生产的球粒的均匀性(图6A)和利用现有技术方法示出的市售的球粒的均匀性(图6B)的图表。
具体实施方式
本发明包括形成多个均匀球粒的方法。在一个方面，本发明基于这样一种认识，即，可通过使液体材料的液滴凝固来形成均匀的球粒，只要液滴本身是均匀的并且在凝固过程中保持均匀即可。因此，本发明包括这样的方法，即，形成均匀液滴流，接着使液滴得到冷却以形成多个均匀的球粒。
参见图1对本发明的一个实施例进行描述，其中示出了可用于形成多个均匀球粒的设备10。参照垂直轴线“Y”和水平轴线“X”对设备10进行描述。
设备10包括装有液体14的被提升的容器12。其中以截面图的形式示出了容器12的侧面以可看到容器12内的液体14。容器12可包括多种流体密封的材料中的任何一种，例如金属或者塑料。液体14包括一种熔融材料，并且例如可包括熔融金属、熔融塑料或者熔融玻璃。在一个特定的实施例中，设备10用于形成一种焊料，而液体14为一种包括锡、铅、铜和银中的一种或者多种的熔融混合物。该混合物主要由锡、铅、铜和银中的一种或者多种构成，或者由锡、铅、铜和银中的一种或者多种构成。一种示例性焊料为主要包括锡和铅的混合物，其中锡的浓度为约63％(用重量表示)。另一种示例性焊料组合物包括锡、铜和银。
容器12被配置成能够使材料14保持在材料熔点以上的温度下。例如，如果材料14包括锡和铅的焊料组合物，它的熔点温度为约180℃。因此，容器12最好被保持在180℃以上的温度下以使焊料保持熔融状态，优选的操作温度在约250℃至270℃之间。通过使温度保持在远大于材料14熔点的温度，可使材料的粘性保持较低以提高材料的流动性。
容器12沿着垂直轴线“Y”被提升到地面上方以为熔融材料14提供压头。容器12升高的距离例如约在10英尺至50英尺之间，通常约为30英尺。容器12被支撑结构(未示出)支撑。尽管所示的容器12形状为矩形，但是应该理解的是，容器12可采用多种几何形状。但是，希望容器12使大部分熔融材料14保持一种具有大的表面积的较薄的层的形式。例如，容器12可使熔融材料14保持约为一种1英寸厚并且表面积约为8平方英尺的液体形式。大的表面积允许大量的材料流入到容器12中或者从容器12中流出时不会明显地改变容器12内的材料14的高度。容器12内的材料14的高度最后确定流经设备10的材料压力，并且因此，与具有相同量的材料14和较小的表面积所产生的压力波动相比，由容器12提供的大表面积可减小设备10内的压力波动。容器12内的材料14的高度波动可保持在小于±10％，或者在特定的实施例中，约小于±3％。在设备10的操作过程中，容器12内的材料14的高度波动最好小于±0.05％，即，在设备10的操作过程中，设备10内的液体14的压力被稳定在约±0.05％内。
可用多种方法中的任何一种将熔融材料14设置在容器12内。一种方法是，设置位于容器12上方并且与之相邻的预热容器60，接着在预热腔60内熔化固体材料并且在设备10的操作过程中使熔融材料滴流到容器12中。例如，如果设备10用于形成焊料，那么可在预热器60内设置焊料实心棒材并且使之熔化以提供熔融材料14。
流体通道16从容器12向下延伸并且终止于孔或者喷嘴18。流体通道16例如可包括管，这里所用的术语“管”包含管状体和更常规的“管道”。如果通道16包括管，它可具有约1/4至1/2英寸的直径。该管最好包括导热材料，例如金属。另外，该管最好覆有绝热材料并且与加热器接合以便在设备10的操作过程中使该管保持在恒定的温度下。管16的适合温度是高于材料14的熔点的温度。如果材料14采用约在180℃熔化的焊料，那么管16的适合温度例如可约为250℃。沿着通道16设置多个阀20并且可用于对流经通道16的流体进行控制。
液体材料14以微扰动的形式从喷嘴18排出，微扰动分裂形成液滴22(图2中示出了微扰动)。应该注意的是，图1中所示的图没有按照比例绘制，所示的液滴22相对于设备10不成比例地大以简化对设备10的操作的描述。实际上，液滴22的直径可小于0.05英寸。液滴22在一对充有电荷的板之间通过以使液滴22带有电荷。所述电荷可是净正电荷或者净负电荷。无论带正电或者带负电，最好所有液滴22都带有性质相同的电荷以使液滴相互之间排斥，从而能够减轻液滴之间的碰撞。带有电荷的板24与能够为该板提供电荷的电源26电连接。在板24之间的示例性电压可约在0至20千伏之间，优选的电压在0.9至1.2千伏之间。
液滴22被排出到腔室30中。腔室30例如可包括金属管道系统。以局部剖视图的形式示出腔室3的一侧，从而可看到在腔室内移动的液滴22。
在腔室30内提供一种流体以对液滴22进行冷却。这样的流体可包括液体或者气体，例如可仅包括空气。或者，流体可包括通过多个输入口34压入到腔室30中的气体32。气体32最好不与液滴22的材料反应，例如可包括氮气、氩气、二氧化碳和/或一氧化碳。最好，气体32内不存在双原子氧(O2)，这是由于双原子氧可能中断液滴22的形成。相信双原子氧会影响从孔18喷出的材料的表面张力。无论什么原因使双原子氧对液滴22的形成造成影响，腔室30内的双原子氧的浓度最好小于200ppm，在一些情况下小于100ppm。
流入到腔室30中的气体32可处于环境温度下，或者可被冷却以增强对腔室30内的液滴22的冷却效果。例如，气体可包括温度在-52℃至25℃之间的氮气。气体32在腔室30中的流速例如可约为每小时750标准立方英尺。优选的流速可根据腔室30的气密性改变。如果腔室30的气密性极好，可减小氮气在腔室30中的流速。气体32在腔室30内具有两个主要目的。一个目的是在腔室30内提供正压力以使空气中的氧不能进入腔室30和中断液滴的形成，另一个目的是提供流经腔室30的冷却流。
气体32通过每一个端口34的流速可是不同的。例如，最好在孔18附近具有较低的冷却剂气体流速以便在液滴形成过程中避免过度冷却，并且在液滴形成下游具有较高的冷却剂气体流速。可利用阀(未示出)调节气体32通过各个端口34的相对流速。
腔室30终止于凝固液滴22以球粒23的形式排出的开口端40。由于材料14初始以液滴22的形式设置在腔室30内，并且以球粒23的形式从腔室30中排出；材料14在能够使材料14从液态转变为固态的腔室30内进行转变。最好，腔室30内在材料处于液态的位置处的含氧量小于200ppm，但是腔室30内在材料14已经凝固成球粒23的位置下游的位置处氧浓度可提高。
球粒23以一定速度从腔室30内排出。这样的速度是由液滴22在腔室30内的初始速度、液滴22的轨迹相对于水平轴线“X”的角度和腔室30的端部40相对于地面的位置(即，端部40沿着垂直轴线“Y”的位移)。最好，端部40在地面上方约6英尺处。这样的距离可使适合的能量保留在球粒23内以便在没有为球粒输入额外的能量的情况下可使球粒滚过一个或者多个选拣操作。
球粒23初始被收集在腔室30的一个末端处的着陆装置42，接着从着陆装置滚动到或者弹离着陆装置到选拣和/或收集设备46、48、50和52。着陆装置42最好由较软的材料构成，例如膨胀泡沫聚氨酯。着陆装置42可降低球粒23的向下速度，并且可将球粒23引向设备46、48、50和52。在所示实施例中，着陆装置42采用限定腔室30的末端的管或者短袜形。
如上所述，球粒23在撞击着陆装置42的位置处的速度可是几个参数的函数。在这样的参数中的一个是在喷嘴18处的流体14的压力，该压力最终决定来自于喷嘴18的材料14的速度。这样的压力最好在80psi以上，例如可在约80至200psi之间。另外，在设备10的操作过程中，可控制该压力以使其稳定在±10％内，稳定在±3％内较好，最好稳定在约±0.05％内。另外，液滴22相对于水平轴线“X”排出的角度可影响球粒的速度。这样的角度最好在约20度至50度之间，一个示例性角度为30度。应该注意的是，液滴22向上排出到腔室30中。液滴22的向上方向能够使球粒23在端部40处的速度被控制和调节。相反，如果液滴22向下排出，那么速度将由空气阻力和重力确定，这是难以控制的。
孔18与地面之间的高度最好在约1英尺至6英尺之间，例如可在约2英尺至5英尺之间。
应该注意的是，腔室30的形状在开始相对于孔18较窄并且在靠近液滴22的路径顶部处较宽。腔室30的相对宽度尺寸可由液滴22和球粒23在腔室30内的路径变化确定。特别是，在孔18处，液滴沿着窄的流动路径紧密地排列。但是，在液滴到达它们行程的圆弧顶部的时刻时，它们不再沿着窄的路径排列。因此，腔室30被加宽以适应液滴和球粒可遵循的较宽路径，从而在液滴和气流在飞过腔室30的过程中使液滴和球粒不撞击腔室30的侧壁。换言之，腔室30在排出材料14的行程的圆弧顶部附近被加宽以适应液滴22和/或球粒23在圆弧顶部处的位置不确定性。
从着陆装置42排出的球粒23通过多个选拣装置46、48和50，并且最终被收集在接收容器52中。尽管图中示出的装置46、48、50和52是相互垂直排列的，但是应该理解的是，这些装置中的一个或者多个可相互水平设置。例如可利用输送器在水平设置的装置之间输送球粒23。
选拣装置46、48和50是任意选择的，但是发现，通过选拣从腔室排出的材料可提高从腔室30获得的产品的均匀性。选拣装置46、48和50中的一个或者多个可包括筛。在本发明的一个示例性实施例中，选拣装置46将包括下面参照图4和图5描述的选拣斜管100，而选拣装置48和50将包括筛。最好，筛48和50中的一个将由大于从腔室30排出的大部分球粒23的直径的孔隙尺寸限定的，而另一个筛是由小于从腔室30排出的大部分球粒23的直径的孔隙尺寸限定的。因此，可利用筛将大部分球粒与大于大部分球粒的颗粒分离，以及将大部分球粒与小于大部分球粒的颗粒分离。尽管如图中所示，球粒正通过选拣装置48和50，但是应该理解的是，大部分球粒23实际上会在由小于大部分球粒的孔隙尺寸限定的筛上横过，因此，将从筛的一端排出，而不是通过筛。
液滴22最好形成在设备10内以使它们的尺寸基本上是均匀的，从而使被收集的球粒23彼此基本上是均匀的。通过使液体材料14的压力(最好还有温度)在设备10的操作过程中基本上保持恒定可获得基本上均匀的液滴22。因此，材料14的温度最好在最终凝固成收集的球粒的液滴22成形过程中保持在一个数值的±5％内，熔融材料14的压力最好在最终凝固成收集的球粒的液滴成形过程中保持在一个数值的±0.05％内。应该注意的是，材料14的压力将沿着通道16改变，从而在设备10的操作过程中存在多个压力值。但是，最好靠近孔18的特定压力值在设备10的操作过程中和均匀球粒23的收集过程中保持在±0.05％内。
除了靠近孔18的材料14的温度和压力以外，可影响液滴成形均匀性的另一个因素是腔室30内的温度控制的稳定性。气体32的流速最好在收集球粒的形成过程中保持不变以便在这样的收集球粒成形过程中能够在腔室30内保持稳定的温度。
可利用各种台架和其他支撑元件支撑图1中所示的所有结构，尽管这样的台架和支撑元件未在图1中示出，但是对于本领域普通技术人员是容易建造的。
球粒23的直径可由喷嘴18的开口宽度确定。在一个示例性应用中，如果使用设备10形成直径约为0.03英寸的焊料球粒，那么喷嘴18具有直径约为0.01775英寸的圆形开口。
参照图2对作为喷嘴设备70一种可用于本发明方法中的示例性喷嘴进行描述。该设备包括伸入到塞74中的管72。管72是通道16的延伸部分，并且例如可包括1/2英寸的金属管，诸如1/2英寸的不锈钢管。塞74包括靠近管72一端的第一部分76和接合在第一部分76内的第二部分78。塞74例如可包括接头套管型塞，并且第二部分78螺纹接合在第一部分76内。第二部分78包括延伸到其中的孔18。孔18可衬有一种硬质材料(未示出)。
喷嘴组件70还包括包围管72的压电材料80和包围压电材料80的导电材料82。导电材料82和管72与电源84电连接。在操作中，电源84激励压电材料80使材料14在管16内振动，最后当该材料通过孔18排出时，在材料14内形成液滴。
应该注意的是，所示的喷嘴组件是一种示例性组件，并且其他的喷嘴组件也可用于本发明的方法中。还应该注意的是，如果管16和材料14的温度保持在350℃以下，所示的组件才可能是有用的。特别是，由于压电材料80接触管16，该材料将暴露在管72的温度下。大多数压电材料在350℃或者高于350℃的温度下会失效。但是，如果需要使材料14和/或管72处于高于350℃的温度下，那么可对喷嘴设备70重新进行设计以利用绝热分隔装置将压电材料80与管72隔离。在美国专利US5,810,988和US 5,560,543中披露了利用绝热材料将压电材料与管隔离的喷嘴设备的示例性设计。
在操作中，材料14通过管72从孔18排出。同时，压电材料80被电激励以使一个波形被叠置在材料14上，从而影响被排出的材料14中的液滴成形。图2示出了液滴成形的一种示例性机构，并且特别示出了材料14在从孔18排出后开始形成球茎状区域90。这样的球茎状区域90最后分离成截然不同液滴91和93，液滴91远小于液滴93，并且每一个液滴93与液滴91是成对的。最后，成对的液滴93和91合并形成图1中所示的液滴22。
图2示出了在液滴从液流分离出的位置处与材料液流14相邻的带有电荷的板24。这样，板24可在液滴成形过程中早期阶段使液滴带电。在所示实施例中，板24被设置在相对于液流14的球茎状区域90仍然与原始液流相连因此在独立的液滴形成之前的位置处。应该理解的是，板24也可被设置在所示位置的下游，特别是可设置在独立的液滴已经形成的位置处。图2中所示的板24比图1中所示的小，这只是便于图示，图1和图2都不是按照比例绘制的。
图2示出了可与装有电子频闪放电管(strobe)并且用于监测液滴成形过程的高速摄像机接合的透镜96。这样的监测能够让人们调节与设备10(图1)相关的各个参数，例如频率、孔尺寸和/或温度；以使均匀液滴形成达到最佳。
通常喷嘴设备70和设备10的上游部分(图1)的均衡需要花费一定的时间。因此，最好在收集均匀球粒之前使设备10工作一段时间，例如至少15分钟。在均衡过程中所产生的任何球粒可被熔化并且以熔融材料14的形式重新提供给设备10。
即使图1中的设备10在球粒23成形之前被完全均衡，由该设备的腔室30排出的球粒流内仍然会有一些有缺陷的颗粒。图3示出了可从设备10中排出的几种颗粒类型。特别是，图3示出了所需尺寸的完美的球粒23。还示出了具有凹痕的颗粒190、包括孪生结构的颗粒192、大于所需尺寸的颗粒194、小于所需颗粒尺寸的颗粒196和具有扁平形状的颗粒198。颗粒190、192、194、196和198可在图10中所示的加工过程中通过各种机构形成。例如，如果颗粒23着陆在过硬的着陆装置42上或这着陆速度太高，那么可能形成颗粒190；如果两个靠近的硬化液滴在完全凝固之前相互接触，那么可能出现孪生结构192；如果两个或者多个液滴22在仍然处于完全液态下相互结合，那么可能出现较大的颗粒194；如果图2所示的工艺中的小液滴91在凝固之前没有与较大的液滴结合在一起，那么可能出现较小的颗粒196；以及如果液滴22在凝固之前撞击腔室30的侧壁，那么可能出现颗粒198。
参照图1所述的工艺形成很少的有缺陷的颗粒，从下面描述的图表6A中可以得到印证。但是，可能希望进一步对颗粒提纯以去除已经形成的很少的有缺陷的颗粒。因此，图中示出了各种选拣装置46、48和50以对从图1中所示的工艺所用的腔室30排出的颗粒进行选拣。选拣装置可包括常规的筛式选拣装置，或者至少一个选拣装置是采用选拣斜管100形式的如参照图4和图5所述的新型选拣装置。
斜管100是与水平轴线“X”成角度α倾斜的管。角度α可在0度至90度之间，最好约在5度和30度之间。管100在颗粒选拣过程中如箭头102所示转动。最好，以小于或者等于约110转/分钟(rpm)的速度转动，例如转速可在约10rpm至110rpm之间；通常的范围约为50rpm至80rpm之间。管100的内径例如可约在10英寸至12英寸之间。
在所示的操作中，颗粒23从着陆装置42(相对于图1中所示的视图在图4中以局部视图表示)落入到选拣斜管100的上端104中，接着经过斜管100从下端106排出。选拣斜管100的转动使颗粒23在从上端104移动到下端106的过程中沿着管的侧壁有效地经过了一个曲线形路径。特别是，侧壁是恒定转动的并且球粒23保持沿着管的底部。因此，球粒已经相对于转动的侧壁经过了一个曲线形路径以保持沿着管的底部。已发现，完美的球粒23将以能够使球粒保持沿着管的底部的第一速度沿着曲线形路径前进，非球形颗粒(例如，图3中的颗粒190、192和198)将以使非球形颗粒沿着管的侧面而非在底部处的不同速度通过路径。这些如图5中所示，其中所示的从管中排出的大部分颗粒在管的底部并且构成球粒，很少的非球形颗粒示出在管的侧面。提供真空装置110以从管的侧面抽吸非球形颗粒。应该注意的是，即使仅在管的一侧示出了非球形颗粒，但是这样的颗粒也会在管的另一侧。另外，应该注意的是，最好选择管的转动以使其以能够使球粒与非球形颗粒分离的速度转动。如果管转动过快，所有颗粒可能会沿着管的侧壁旋转并且不能有效地进行分离。另外，如果管转动过慢，所有颗粒可能会沿着管的底部驻留并且不能有效地进行分离。
图4和图5的选拣斜管100特别适于孪生结构192(图3)与球形结构之间的分离。如果仅使用筛进行分离，那么孪生结构192将以与球形结构23类似的方式动作。因此，利用常规的方法很难使孪生结构192与球形结构23分离。但是，本发明的选拣斜管提供了一种能够使孪生结构192与球形结构23有效分离的方法。
可利用本发明的工艺形成比现有技术方法所能够达到的更均匀的多个球粒。特别是，本发明的工艺可用于形成至少几百个球粒，甚至至少几百万个球粒或者更多，其中球粒的平均直径约为0.03英寸，并且其特征在于，至少95％的球粒在平均直径的约±0.0004英寸(即，2σ级，其中σ表示球粒的标准偏差)的范围内(即，在平均直径的约±1.3％的范围内)；在所示实施例中，至少95％的球粒在平均直径的±0.00035英寸的范围内(即，在平均直径的约±1.2％的范围内)。另外，本发明的工艺可用于形成多个球粒，其中平均直径约为0.03英寸，并且其特征在于，至少99.73％的球粒在平均直径的约±0.0006英寸(即，3σ级，其中σ表示球粒的标准偏差)的范围内(即，在平均直径的约±2％的范围内)；在所示实施例中，至少99.73％的球粒在平均直径的±0.00053英寸的范围内(即，在平均直径的约±1.8％的范围内)。
图6A示出了利用本发明所涉及的方法生产的球粒的统计分类。图6A中的分类的球粒对应于根据本发明方法形成的球粒的10个独立的复合组，一组被定义为在特定的一天获得的一组球粒，独立的组被定义为不同的日期获得的球粒组。这样，图6A中所示的图表显示了本发明方法的长期稳定性，另外还显示了可利用任何特定的组获得的紧密的尺寸分布。
应该注意的是，图6A中分类的球粒已经直接从腔室30中排出，还没有利用任何的选拣装置对其进行后续处理。因此，本发明的选拣方法与球粒成形方法结合能够获得比图6A中所示的更好的球粒分布。
图6B中示出了现有技术所涉及的球粒的统计分类，发现，球粒尺寸分布比根据本发明方法生产的球粒的宽许多。图6B的多个球粒的特征在于，至少95％的球粒在平均直径0.03英寸的±0.00049英寸的范围内(即，在平均直径的约±1.62％的范围内)；以及99.73％的球粒在平均直径的±0.00074英寸的范围内(即，在平均直径的约±2.45％的范围内)。图6B的球粒被认为是利用现有技术的方法生产的球粒的极好尺寸分布。但是，比较图6A和图6B，可以看出，本发明的方法生产的球粒的分布比现有技术方法生产球粒的分布更好。
在许多应用中需要球粒的紧密尺寸分布，例如包括使用焊料球粒的半导体加工工艺。例如，如果形成的焊料球粒具有更紧密尺寸分布，那么可使球栅技术在更紧密的参数内执行，能够使半导体器件的制造更均匀，能够减少由于球栅组件中存在的误差而导致的器件故障的百分比。
尽管图6A示出的球粒的直径约为0.03英寸，但是应该理解的是，本发明可用于形成各种直径的球粒。在特定实施例中，球粒的直径约小于或者等于0.05英寸。根据图6A中所示的图表，这样的球粒的特征在于，至少95％的球粒在多个球粒的平均直径的约±1.3％的范围内，或者在特定的实施例中，在平均直径的约±1.2％的范围内，并且球粒的数量为至少几百个，甚至至少几百万个。另外，至少99.73％的球粒在多个球粒的平均直径的约±2％的范围内，或者在特定的实施例中，在平均直径的约±1.8％的范围内。

Claims (47)

1.一种形成多个球粒的方法包括：
提供一个通道，所述通道终止于一个孔；
使液体流过该通道并且通过所述孔排出，排出的液体形成液滴；
使液滴通过一种流体以使之冷却并且使所述液滴凝固成多个球粒；
收集至少其中一些球粒；以及
在被冷却成所收集的球粒的液滴成形过程中，液体的压力保持在约±10％的范围内。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在被冷却成所收集的球粒的液滴成形过程中，使液体的压力稳定在约±3％的范围内。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在被冷却成所收集的球粒的液滴成形过程中，可使液体的压力稳定在约±0.05％的范围内。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在被冷却成所收集的球粒的液滴成形过程中，使液体的温度稳定在约±5％的范围内。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体包括一种熔融金属。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体包括主要由锡、铅、铜和银中的一种或者多种构成的熔融混合物。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体包括一种熔融玻璃。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体包括一种熔融塑料。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述孔是朝上的，并且所述液体的排出包括从所述孔向上排出液体。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体是一种气体。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体是一种气体但不包括O2，并且所述液体在从排出液体时到液滴已经凝固成球粒时暴露在一种主要由所述流体构成的环境下。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
提供一种选拣斜管，所述选拣斜管包括转动的管，所述管相对于水平方向形成在大于0度至小于90度之间的角度；
使所述至少一些球粒经过所述选拣斜管；以及
所述收集包括收集从所述选拣斜管排出的球粒。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述球粒从所述选拣斜管排出后，所述至少一些球粒通过至少一个筛。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在所述球粒从所述选拣斜管排出后，使所述至少一些球粒通过第一筛，并且在所述球粒从所述选拣斜管排出后，使所述球粒横过第二筛；所述第一筛和第二筛中的一个是由大于所述至少一些球粒的直径的孔隙尺寸确定的，所述第一筛和第二筛中的另一个是由小于所述至少一些球粒的直径的孔隙尺寸确定的。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述管相对于水平方向的角度在约5度至约30度之间。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述管的转速小于或者等于约110转/分钟。
17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述管的转速在约10转/分钟至小于或等于约110转/分钟之间。
18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述管的转速在约50转/分钟至小于或等于约80转/分钟之间。
19.如权利要求12所述的方法，其特征在于，非球形颗粒夹杂在所述至少其中一些球粒中，所述至少一些球粒从所述管的底部排出，当所述至少一些球粒从所述管的底部排出时，所述非球形颗粒在所述管的底部的上方沿着管的边缘排出，所述方法还包括：
朝向沿着所述管的边缘的非球形颗粒提供真空；以及
利用真空将非球形颗粒从所述管的边缘去除。
20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一些球粒在凝固后具有一定的速度，并且所述方法还包括：
提供选拣斜管，所述选拣斜管包括转动管；
通过使至少一些球粒撞击在着陆装置上来降低所述速度；
使所述至少一些球粒从所述着陆装置滚动到所述选拣斜管中；以及
其中，所述收集包括收集从所述选拣斜管排出的球粒。
21.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一些球粒包括至少几百个球粒，所述球粒的平均直径约为0.03英寸，并且其特征在于，至少95％的球粒在平均直径的约±0.0004英寸的范围内。
22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一些球粒包括至少几百个球粒，所述球粒的平均直径约为0.03英寸，并且其特征在于，至少99.73％的球粒在平均直径的±0.0006英寸的范围内。
23.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一些球粒包括至少几百个球粒，所述球粒的平均直径小于约0.05英寸，并且其特征在于，至少95％的球粒在球粒的平均直径的±1.3％的范围内。
24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一些球粒包括至少几百个球粒，所述球粒的平均直径小于约0.05英寸，并且其特征在于，至少99.73％的球粒在球粒的平均直径的±2％的范围内。
25.一种形成多个球粒的方法，包括：
提供一个通道，所述通道起始于一个升高的池并且终止于一个方向朝上的孔；
一种液体从所述池、向下通过所述通道并且向上通过所述孔流动，被排出的液体形成液滴；所述液滴采用一种在室温下是固体的材料的熔融形式；所述通道被加热到所述材料的熔点以上以使所述材料保持液态；
在液体从池流出的过程中使所述池内的液体的水平高度稳定保持在约±10％的范围内；
液滴通过一种流体以使液滴冷却并且凝固成多个球粒；以及
收集至少一些球粒。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，在液体从池流出的过程中使所述池内的液体的水平高度稳定保持在约±3％的范围内。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，在液体从池流出的过程中使所述池内的液体的水平高度稳定保持在约±0.05％的范围内。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述材料包括一种或者多种金属。
29.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述材料由一种或者多种金属构成。
30.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述材料主要包括一种或者多种金属。
31.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述材料主要包括锡、铅、铜和银中的一种或者多种。
32.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述材料包括玻璃。
33.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在半导体加工应用中利用所述球粒作为焊料球。
34.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述材料主要包括锡、铅、铜和银中的一种或者多种；并且所述方法还包括在半导体加工应用中利用所述球粒作为焊料球。
35.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述材料主要包括锡、铅、铜和银中的一种或者多种；并且所述方法还包括在球栅阵列中利用所述球粒作为焊料球。
36.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述至少一些球粒包括至少几百个球粒，所述球粒的平均直径约为0.03英寸，并且其特征在于，至少95％的球粒在平均直径的约±0.0004英寸的范围内。
37.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述至少一些球粒包括至少几百个球粒，所述球粒的平均直径约为0.03英寸，并且其特征在于，至少99.73％的球粒在平均直径的约±0.0006英寸的范围内。
38.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述至少一些球粒包括至少几百个球粒，所述球粒的平均直径小于约0.05英寸，并且其特征在于，至少95％的球粒在球粒的平均直径的约±1.3％的范围内。
39.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述至少一些球粒包括至少几百个球粒，所述球粒的平均直径小于约0.05英寸，并且其特征在于，至少99.73％的球粒在球粒的平均直径的约±2％的范围内。
40.数量至少几百个的多个球粒，所述球粒的平均直径约为0.03英寸，并且其特征在于，至少95％的球粒在平均直径的约±0.0004英寸的范围内。
41.如权利要求40所述的数量至少几百个的多个球粒，其特征在于，至少95％的球粒在平均直径的约±0.00035英寸的范围内。
42.如权利要求40所述的数量至少几百个的多个球粒，其特征在于，至少99.73％的球粒在平均直径的约±0.0006英寸的范围内。
43.如权利要求40所述的数量至少几百个的多个球粒，其特征在于，至少99.73％的球粒在平均直径的约±0.00053英寸的范围内。
44.数量至少几百个的多个球粒，所述球粒的平均直径小于约0.05英寸，并且其特征在于，至少95％的球粒在球粒的平均直径的约±1.3％的范围内。
45.如权利要求44所述的数量至少几百个的多个球粒，其特征在于，至少95％的球粒在球粒的平均直径的约±1.2％的范围内。
46.如权利要求44所述的数量至少几百个的多个球粒，其特征在于，至少99.73％的球粒在球粒的平均直径的约±2％的范围内。
47.如权利要求44所述的数量至少几百个的多个球粒，其特征在于，至少99.73％的球粒在球粒的平均直径的约±1.8％的范围内。
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