JP4198259B2 - 金属材料の転移方法及びその装置 - Google Patents

金属材料の転移方法及びその装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4198259B2
JP4198259B2 JP04932499A JP4932499A JP4198259B2 JP 4198259 B2 JP4198259 B2 JP 4198259B2 JP 04932499 A JP04932499 A JP 04932499A JP 4932499 A JP4932499 A JP 4932499A JP 4198259 B2 JP4198259 B2 JP 4198259B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal material
wire
pore
gas flow
molten
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP04932499A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2000248353A (ja
Inventor
勝美 山口
Original Assignee
勝美 山口
キャリオ技研株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 勝美 山口, キャリオ技研株式会社 filed Critical 勝美 山口
Priority to JP04932499A priority Critical patent/JP4198259B2/ja
Priority to US09/513,241 priority patent/US6337455B1/en
Publication of JP2000248353A publication Critical patent/JP2000248353A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4198259B2 publication Critical patent/JP4198259B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D23/00—Casting processes not provided for in groups B22D1/00 - B22D21/00
    • B22D23/003—Moulding by spraying metal on a surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131—Wire arc spraying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • B22F2009/0848—Melting process before atomisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/4501—Shape
    • H01L2224/45012—Cross-sectional shape
    • H01L2224/45015—Cross-sectional shape being circular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/78268—Discharge electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/783—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/78301—Capillary
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/786—Means for supplying the connector to be connected in the bonding apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/85009—Pre-treatment of the connector or the bonding area
    • H01L2224/8503—Reshaping, e.g. forming the ball or the wedge of the wire connector
    • H01L2224/85035—Reshaping, e.g. forming the ball or the wedge of the wire connector by heating means, e.g. "free-air-ball"
    • H01L2224/85045—Reshaping, e.g. forming the ball or the wedge of the wire connector by heating means, e.g. "free-air-ball" using a corona discharge, e.g. electronic flame off [EFO]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/851—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector the connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01015—Phosphorus [P]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01023—Vanadium [V]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01028—Nickel [Ni]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01074—Tungsten [W]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に金やニッケル等の１０００℃を越える高融点の金属にも用いることができる金属材料の転移方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、複雑なマイクロ形状を作り出す造形方法が数多く存在するが、いずれの方法も造形のみを視点においたものが多く、金属の持つ機能を集積するような造形方法はほとんど存在しない。
そこで、既に金属材料の機能を生かした三次元機能構造体の造形を行うメタルジェット方法を提案してきた（特開平１０−１５６５２４号公報、特開平１０−１９３０７９号公報、特開平１０−１９５６７６号公報、特開平１０−２２６８０３号公報）。
この方法は、溶融金属をドットとして噴出させ、コンピュータ制御で基板上を走査して二次元画像を描画させ、これを積層することにより任意の三次元構造体を制作するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これまで提案してきた方法は、溶融させた金属をノズルに導き、このノズル内の溶融金属を噴出させる方法であったために、使用してきた金属は、低融点の金属しか使用できず、機能材料として用いられる実用的な多くの高融点金属は適用することができなかった。
なぜなら、高融点材料を用いるためには、ノズルを含めた装置が高温状態に耐えられなければならない。通常、鉄の融点は、１５３５℃であり、この鉄を材料として使用する場合には、１５３５℃以上に加熱する装置が必要となる。ライターの火の温度がおよそ９００℃であり、ガス焜炉の火にしても同等である。大出力の電気炉では装置全体が溶けてしまう。
【０００４】
そこで本発明は、高融点の材料をドット毎に噴出させることができる金属材料の転移方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の金属材料の転移方法は、ガスと線材を送出する所定長さの細孔の開口部近傍に電極を配設し、前記線材を前記開口部から突出させた状態で前記電極との間で放電して該線材の端部を溶融させ、該溶融によって形成された溶融球を前記開口部から送出されるガス流で飛翔させることを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の金属材料の転移方法において、前記開口部の外周にガス流を発生させることを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載の金属材料の転移方法において、前記細孔に電界又は磁界を発生させることを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属材料の転移方法において、前記金属材料として、１０００℃を越える高融点の金属を用いることを特徴とする。
請求項５記載の本発明の金属材料の転移装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属材料の転移方法によって、金属材料を転移させることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態による金属材料の転移方法は、所定長さの細孔からガスと線材を送出させ、線材を開口部から突出させた状態で放電して溶融させ、表面張力で形成された溶融球を前記開口部から送出されるガス流で飛翔させるものである。本実施の形態によれば、放電によって形成される溶融球によって、開口部を閉塞しようとするが、細孔から噴出しているガス流によって、溶融球にガス流による抗力が加わり、溶融球を飛翔させることができる。従って、本実施の形態によれば、高温の溶融球をノズル等の転移装置に接触させることなく形成して飛翔させることができ、またガス流によってノズル等の転移装置や線材を冷却することもできる。
【０００７】
また、本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態における金属材料の転移方法において、細孔の開口部外周にガス流を発生させるものである。本実施の形態によれば、細孔の外周に発生させるガス流によって、溶融球の飛翔方向を規制することができ、目標とする位置に溶融球を誘導することができる。
【０００８】
また、本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態における金属材料の転移方法において、細孔に電界又は磁界を発生させるものである。本実施の形態によれば、細孔に発生させた電界又は磁界によって細孔内での線材の位置を規制することができ、溶融球の形成位置を一定にすることができるので、目標とする位置に溶融球を誘導することができる。
【０００９】
また、本発明の第４の実施の形態は、第１から第３の実施の形態における金属材料の転移方法において、１０００℃を越える高融点の金属材料を用いるものである。第１から第３の実施の形態によれば高融点の材料を用いることができ、本実施の形態によれば、実用的に用いられる高融点金属材料の機能を生かした構造体を造形することができる。
【００１０】
また、本発明の第５の実施の形態による金属材料の転移装置は、第１から第３の実施の形態における金属材料の転移方法によって、金属材料を転移させるものである。本実施の形態によれば、実用的に用いられる高融点金属材料の機能を生かした構造体を造形することができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の一実施例による金属材料の転移方法を説明する。
図１は同実施例に用いる転移装置の概念を示す構成図である。
同図に示すように、ノズル等を構成する転移装置本体１０は、線材２０及びガスを通すための所定長さの細孔１１と、細孔１１内にガスを供給するガス供給部１２と、細孔１１内に線材２０を供給する孔１３とを備えている。ここで細孔１１の開口部は外方向に向けて漸次拡大させていることが好ましい。また孔１３は、細孔１１の軸線と一致する位置に設けることが好ましい。またガス供給部１２から細孔１１までのガス流路は、細孔１１の開口部へ向けたガス流を生じやすいように、孔１３側から細孔１１の開口部側に向かう方向に設けることが好ましい。またガス供給部１２から供給するガスは、空気等でもよいが、不活性ガスを用いることで、金属の酸化を防止することができる。
線材２０は、供給部３０によって転移装置本体１０に供給される。この供給部３０は、例えばステッピングモータ等を用いて構成され、所定量づつ線材２０を供給することができるように構成されている。
電極４０は、タングステン等で構成され、細孔１１の近傍に配置されている。供給部３０と電極４０には、電源部５０から所定の電圧と電流が供給される。
【００１２】
次に、上記転移装置の動作について説明する。
線材２０は、図示のように、細孔１３を経由して細孔１１内を貫通し、細孔１１の先端から突出した状態に配設される。一方、ガス供給部１２からは、一定圧のガスが常に供給される。このガス供給部１２から転移装置本体１０内に供給されるガスは、細孔１１内に導入される。そして細孔１１内に導入されたガスは、細孔１１の開口部から高速のガス流となって噴出する。
なお、線材２０として、直径が３０μｍ程度のものを使用する場合には、線材２０を供給部３０から押し出しによって送り出す方法は困難である。これは、送り出しの力によって、線材２０が途中で座屈を生じてしまうためである。本実施例によれば、線材２０は、細孔１１内を流れるガス流によって生じるガス粘性抵抗により、細孔１１の先端側に向けた引っ張り力が作用する。従って、線材２０は細孔１１の先端から突出するように導かれる。
【００１３】
まず、図示のように線材２０を細孔１１の先端から所定長さ突出させた状態で、電源部５０から、供給部３０と電極４０に電圧を印加する。この電圧の印加によって、細孔１１から突出した線材２０の端部で放電が生じ、線材２０の端部は溶融し球状となる。そして、この球状となった溶融球は、細孔１１から高速で噴出されているガス流によって飛翔される。
溶融球が飛翔されると、供給部３０から所定量の線材２０が送り出される。線材２０は、上記説明のように、細孔１１の先端側に向けた引っ張り力が作用しているので、再び細孔１１の先端から所定量突出する。この状態で再度電源部５０によって電圧が印加される。
上記の動作を繰り返すことで、連続的に溶融球を飛翔させることができる。
【００１４】
次に、図２から図４を用いて溶融球が形成され飛翔するまでの動作について説明する。
まず、図２に示すように、細孔１１から線材２０が突出した状態で放電が行われる。
この放電によって、線材２０は、先端部から溶融し、細孔１１の先端に近い位置で溶融球を形成する。この状態を図３に示す。この状態では、溶融球は、細孔１１から噴出するガス流を受けることになる。従って、図４に示すように、溶融球は、線材２０から分離してガス流によって飛翔される。
【００１５】
次に放電方法について以下に説明する。
放電によって、使用金属を溶融させて溶融球を形成するためには、２つの工程で行うことが好ましい。はじめの工程で、大きな電圧値をきわめて短い時間発生させる。この短時間の高電圧によって放電のきっかけをつくる。ここで印加時間を長くすると放電エネルギーが大きくなってしまうだけでなく、金属材料を溶融する際に、材料の蒸発、飛散を引き起こしてしまう。その後の工程で、電圧値を低下させ、比較的低い電圧値を保つように制御する。
【００１６】
以下に実験例を示す。
放電の設定値として放電電流を５０ｍＡ、放電時間を１６ｍｓに設定し、両電極間の距離を２００μｍとした。また陽極に使用する材料を直径３０μｍの金線として、陰極電極としてタングステンを用いた。
上記の条件の下で、まず、約２０００Ｖの電圧を約４０μｓ印加し、次に残りの放電時間、電圧値を約３００Ｖに保持した。
上記の放電によって、金線の端部から、直径が約２００μｍの溶融球を飛翔させることができた。
【００１７】
なお、上記転移装置を用い、直径２５μｍのニッケル線を線材として使用した結果、直径３０μｍの金線の場合と同様に、放電によって溶融球を形成させ、ガス流によって飛翔させることができた。
【００１８】
次に本発明の他の実施例について説明する。図５及び図６はいずれも細孔部だけの概念を示す構成図である。これらの実施例はいずれも溶融球の飛翔を安定化させるための実施例である。
図５は、細孔１１の外周にガイド管６０を設けて、二重管構造にしたものである。そして、細孔１１とガイド管６０との間にもガス流を発生させている。
このように、細孔１１の外周にガス流を発生させることで、この新たなガス流によって、飛翔した溶融球の飛翔方向を規制することができ、溶融球の飛翔を安定化させることができる。
図６は、細孔１１の内周面に設けたメッキ層７０によって電界を発生させ、又は外周に設けたコイル８０によって磁界を発生させ、電界又は磁界によって、細孔１１内での線材２０の位置を中央に保持、溶融球の飛翔を安定化させるものである。
なお、上記実施例ではいずれも高融点金属材料を用いて説明したが、低融点の金属材料を用いることもできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高融点の材料を噴出させることができる金属材料の転移方法及びその装置を提供することができる。
本発明によれば、このように高融点金属材料を１ドット毎の粒状にして噴出することができるので、工業上各方面で応用ができる。例えば、一次元的な応用例としては、金や銅等の高融点金属材料によって金属球を形成し、この金属球を使ってロウ付けや配線を行うことができる。また、二次元的な応用としては、インクジェットプリンタと同様に文字を形成したり、また使用する金属材料の種類を変えることで色違いの絵を描くことも可能である。また、三次元的な応用としては、構造物の造形や、三次元的電気回路の製作、三次元傾斜機能材料の製造も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に用いる転移装置の概念を示す構成図
【図２】同実施例によって溶融球が形成され飛翔するまでの動作説明図
【図３】同実施例によって溶融球が形成され飛翔するまでの動作説明図
【図４】同実施例によって溶融球が形成され飛翔するまでの動作説明図
【図５】本発明の他の実施例による細孔部の概念を示す構成図
【図６】本発明の他の実施例による細孔部の概念を示す構成図
【符号の説明】
１０ 転移装置本体
１１ 細孔
１２ ガス供給管
２０ 線材
３０ 供給部
４０ 電極
６０ ガイド管
７０ コイル

Claims (5)

  1. ガスと線材を送出する所定長さの細孔の開口部近傍に電極を配設し、前記線材を前記開口部から突出させた状態で前記電極との間で放電して該線材の端部を溶融させ、該溶融によって形成された溶融球を前記開口部から送出されるガス流で飛翔させることを特徴とする金属材料の転移方法。
  2. 前記開口部の外周にガス流を発生させることを特徴とする請求項１に記載の金属材料の転移方法。
  3. 前記細孔に電界又は磁界を発生させることを特徴とする請求項１に記載の金属材料の転移方法。
  4. 前記金属材料として、１０００℃を越える高融点の金属を用いることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属材料の転移方法。
  5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の金属材料の転移方法によって、金属材料を転移させることを特徴とする金属材料の転移装置。
JP04932499A 1999-02-26 1999-02-26 金属材料の転移方法及びその装置 Expired - Fee Related JP4198259B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04932499A JP4198259B2 (ja) 1999-02-26 1999-02-26 金属材料の転移方法及びその装置
US09/513,241 US6337455B1 (en) 1999-02-26 2000-02-25 Process and apparatus for transforming metal material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04932499A JP4198259B2 (ja) 1999-02-26 1999-02-26 金属材料の転移方法及びその装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000248353A JP2000248353A (ja) 2000-09-12
JP4198259B2 true JP4198259B2 (ja) 2008-12-17

Family

ID=12827814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04932499A Expired - Fee Related JP4198259B2 (ja) 1999-02-26 1999-02-26 金属材料の転移方法及びその装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6337455B1 (ja)
JP (1) JP4198259B2 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6610959B2 (en) * 2001-04-26 2003-08-26 Regents Of The University Of Minnesota Single-wire arc spray apparatus and methods of using same
JP3784404B1 (ja) * 2004-11-24 2006-06-14 株式会社神戸製鋼所 溶射ノズル装置およびそれを用いた溶射装置
US7582843B2 (en) * 2005-09-13 2009-09-01 Ford Global Technologies, Llc Method for producing a variable flow of melted material and articles therefrom
US9162313B2 (en) * 2010-12-23 2015-10-20 Lincoln Global, Inc. Wire feeder wire drive design
US9862050B2 (en) 2012-04-03 2018-01-09 Lincoln Global, Inc. Auto steering in a weld joint
US10239145B2 (en) * 2012-04-03 2019-03-26 Lincoln Global, Inc. Synchronized magnetic arc steering and welding
US10086465B2 (en) 2013-03-15 2018-10-02 Lincoln Global, Inc. Tandem hot-wire systems
US10035211B2 (en) 2013-03-15 2018-07-31 Lincoln Global, Inc. Tandem hot-wire systems
US10464168B2 (en) 2014-01-24 2019-11-05 Lincoln Global, Inc. Method and system for additive manufacturing using high energy source and hot-wire
CN105522264B (zh) * 2016-01-06 2018-11-13 江苏烁石焊接科技有限公司 一种利用氮弧和氮化物3d打印高氮钢制品的装置
US11027362B2 (en) 2017-12-19 2021-06-08 Lincoln Global, Inc. Systems and methods providing location feedback for additive manufacturing

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1136595A (en) * 1964-12-24 1968-12-11 Lincoln Electric Company Ltd Improvements in or relating to electric arc welding
US4970091A (en) * 1989-10-18 1990-11-13 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method for gas-metal arc deposition
US5281789A (en) * 1992-07-24 1994-01-25 Robert Merz Method and apparatus for depositing molten metal
US5616258A (en) * 1995-04-16 1997-04-01 Aerochem Research Laboratories Inc. Process and apparatus for micro-arc welding
US5707693A (en) * 1996-09-19 1998-01-13 Ingersoll-Rand Company Method and apparatus for thermal spraying cylindrical bores
US5796064A (en) * 1996-10-29 1998-08-18 Ingersoll-Rand Company Method and apparatus for dual coat thermal spraying cylindrical bores
JPH10156524A (ja) 1996-11-20 1998-06-16 Jiibetsuku Internatl Corp:Kk 三次元構造体の製造方法
JPH10195676A (ja) 1997-01-10 1998-07-28 Jiibetsuku Internatl Corp:Kk 三次元構造体の製造方法
JPH10226803A (ja) 1997-01-10 1998-08-25 Jiibetsuku Internatl Corp:Kk 三次元構造体
JPH10193079A (ja) 1997-01-10 1998-07-28 Jiibetsuku Internatl Corp:Kk 三次元構造体の製造装置
US6091043A (en) * 1999-03-19 2000-07-18 Ford Global Technologies, Inc. Depositing metal upon an article

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000248353A (ja) 2000-09-12
US6337455B1 (en) 2002-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4198259B2 (ja) 金属材料の転移方法及びその装置
CN110918996B (zh) 一种三维打印方法及三维打印设备
EP0282310B1 (en) High power extended arc plasma spray method and apparatus
CN111014677B (zh) 一种基于磁力搅拌的三维打印锻造方法
US9744763B2 (en) Method for jetting droplets of an electrically conductive fluid
CN109153251A (zh) 制造中金属的磁流体动力沉积
JP2004181973A (ja) 粒状物質の離散凝集物の生成方法および生成装置
JPH07107876B2 (ja) プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法
US20220250150A1 (en) Three-dimensional printing method
US4604306A (en) Abrasive blast and flame spray system with particle entry into accelerating stream at quiescent zone thereof
EP2792490B1 (en) Method for controlling the temperature of a jetting device
JP2006055708A (ja) プラズマ溶射装置
CN105598557B (zh) 一种基于脉冲电流的药芯焊丝水下湿法焊接方法
CN107971492B (zh) 一种用于三维打印的熔融原料生成方法
US8916794B2 (en) Metal jet apparatus and jet method
CN110860691A (zh) 等离子体炬熔融金属丝耗材沉积挤出3d打印喷头
JP3785419B2 (ja) 放電式金属ドット噴射装置および方法
CN108437634B (zh) 一种电磁打印喷头、电磁打印装置及打印方法
JP2003505599A (ja) 溶射装置
US20150299839A1 (en) Method for ejecting molten metals
JP4457369B1 (ja) はんだ付け装置、はんだ付け方法およびはんだ付け品の製造方法
KR102193319B1 (ko) 입자 크기에 따른 층분리 코팅이 가능한 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 장치의 제어 방법
US5432317A (en) Projected drop transfer welding process
Suslov et al. Formation of monodisperse refractory metal particles by impulse discharge
WO1995018521A1 (fr) Chalumeau a plasma

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060224

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060606

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080603

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080801

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080902

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20081001

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees