KR100767617B1 - 복합 반응성 멀티층 포일 - Google Patents

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마이클 레이스
오마르 크니오
헤르덴 데이비드 밴
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존스 홉킨스 유니버시티
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Abstract

반응성 포일과 그 용도들은, 예를 들어, 점화, 결합 및 추진시에 국부적인 열원으로써 제공된다. 개선된 반응성 포일(14)은 양호하게는, 발열 및 자가-전달 반응에서 서로 반응하는 재료들로부터 선택된 교호층(16,18)으로 구성된 독립 멀티층 포일 구조체이다. 반응시에, 상기 포일은 예를 들어, 결합층들에 적용되거나 또는 결합되는 벌크 재료들에 직접 적용될 수 있는 매우 국부적인 열 에너지를 공급한다. 이 포일 열원은 주위환경(즉, 공기, 진공, 물 등)에서 실질적으로 실온에서 신속한 접착이 이루어지게 할 수 있다. 만약, 결합 재료가 사용된다면, 포일 반응은 결합 재료를 용융시키기에 충분한 열을 공급한다. 만약, 결합 재료가 사용되지 않는다면, 포일 반응은 적어도 두 벌크 재료들에 직접 열을 공급하여, 각 벌크 부분을 용융시키고, 상기 벌크 부분은 냉각시에 강한 접착을 형성한다. 또한, 포일(14)은 이 포일을 통한 결합 재료의 압출이 접착을 개선시킬 수 있는 개방부들과 함께 설계될 수 있다.
포일, 결합 재료, 접착방법, 열원, 교호층

Description

복합 반응성 멀티층 포일{A composite reactive multilayer foils}
도 1은 반응하는 동안의 예시적인 멀티층 반응 포일을 도시한 도면.
도 2는 예시적인 접착 적용상황의 독립 요소들을 도시한 도면.
도 3은 초기 접착 적용상황을 도시한 도면.
도 4는 예시적인 천공된 반응 포일을 도시한 도면.
도 5는 포일의 구멍을 통한 접착 재료의 유동을 도시한 도면.
도 6은 냉간 롤링에 의해서 반응성 포일을 형성하는 공정을 도시한 도면.
도 7은 마이크로래미네이트 포일(microlaminate foil)과 나노래미네이트 포일(nanolaminate foil)의 세트로 구성된 복합 반응성 포일의 개략적인 횡단면도.
도 8은 반도체 또는 마이크로 전자장치를 기판에 접착하기 위하여 반응성 포일을 사용하는 공정을 도시한 도면.
도 9a와 도 9b는 일부 영역들이 전도성 영역을 형성하고 다른 비전도성 영역들을 형성하도록 반응하는 패턴화된 반응성 포일을 도시한 도면.
본 발명은 복합 반응성 멀티층 포일, 특히 국부적인 열원으로 사용하기에 유용한 독립 멀티층 포일에 관한 것이다.
반응성 멀티층 코팅은 평면 영역에서 조절된 양의 강한 열을 발생시키는 것을 필요로 하는 폭넓은 적용상황에 유용하다. 이러한 구조들은 종래에는 적당한 여기상태(excitation)에서 정밀하게 조절된 양의 열을 발생시키는 층들에 의해서 커버된 영역을 가로질러 확산되는 발열 화학반응을 경험하는 일련의 기판 지지 코팅을 포함한다. 본 출원인은 용접, 솔더링 또는 납땜(brazing)을 위한 열원으로써 주로 상기 반응성 코팅에 대해서 기술하지만, 상기 코팅들은 추진 및 점화와 같은 조절된 국부적인 열 발생을 필요로 하는 다른 적용상황에서도 사용될 수 있다.
재료들을 접착 또는 결합하는 많은 방법에서, 열원이 필요하다. 이 열원은 결합되는 구조의 외부 또는 내부에 있을 수 있다. 외부에 있을 때, 열은 노(furnace)와 같은 장치로부터 발생될 수 있다. 이러한 열원을 포함하는 공정은 부피가 큰 재료와 접착 재료를 포함하는 접착되는 전체 유닛을 접착재료를 용융시키기에 충분히 높은 온도로 가열하는 단계를 필요로 한다. 이러한 방법은 접착하는 부피가 큰 재료가 공정에 필요한 높은 온도에 종종 예민하거나 민감하게 반응하므로 문제가 발생한다. 또한, 상기 높은 온도는 접착되는 재료를 손상시킬 수 있다.
외부 열원과 연관된 문제점들을 해소하기 위하여, 내부 열원들이 사용된다. 이 내부 열원들은 반응성 분말 또는 전기 와이어의 형태를 취한다. 반응성 분말이 사용될 때, 최종 화합물 또는 합금을 형성하기 위하여 자가 전달 반응(self-propagating reaction)으로 발열반응하는 금속 또는 화합물들의 혼합물이 사용된다. 이러한 공정은 1960년대 초기에 자가 전달 분말이 개발되었기 때문에 존재하여 왔으며, 스포닝(spawning)은 자가 전달 고온 합성(Self-Propagating High-Temperature Synthesis;SHS)으로 공지되어 있다. 그러나, 자가 전달 고온 합성 반응은 자가 전달을 위한 실질적인 예열공정과 속도를 제어하는 공정이 필요하며 에너지가 방출되는 방식이 종종 실행하기 어렵다. 결과적으로, 접착공정은 일정하지 않거나 또는 불충분하다.
반응성 분말 접착공정과 관련된 문제점들과 대처하기 위하여, 유사한 발열반응을 할 수 있는 재료로 구성된 멀티층 구조체들이 개발되었다. 이러한 구조체들은 더욱 제어가능하며 발열반응이 일정할 수 있게 한다. 상기 자가 전달 고온 합성 반응과 같은 배후의 기본적인 구동력은 원자 결합 에너지에서 감소된 에너지이다. 일련의 반응성 재료[포일(foil)로 공지됨]의 층을 갖는 구조체들이 점화될 때, 불연속 층(distinct layer)들이 원자 결합하므로 열이 발생한다. 이 열은 포일의 인접 영역들을 점화하며, 그에 의해서, 모든 재료가 반응할 때까지 구조체의 전체 길이를 이동하며 열을 발생시킬 수 있게 반응한다. 비록, 접착 기술이 진보하여도, 여전히 문제점들이 상존한다. 예를 들어, 제기된 주요 어려움들은 많은 재료들이 연속적으로 접착될 수 없다는 것이다. 추가로, 열원으로써 반응성 포일을 사용하는 방법들은 결과적으로 반응할 때 포일을 기판으로부터 분리하고 그에 의해서 접착력을 약화시킨다. 따라서, 개선된 반응성 멀티층 포일에 대한 필요성 이 존재한다.
반응성 포일과 그 용도들은, 예를 들어, 점화, 결합 및 추진시에 국부적인 열원으로써 제공된다. 개선된 반응성 포일은 양호하게는, 발열 및 자가 전달 반응에서 서로 반응하는 재료들로부터 선택된 교호층으로 구성된 독립 멀티층 포일 구조체이다. 반응시에, 상기 포일은 예를 들어, 결합층들에 적용되거나 또는 결합되는 벌크 재료들에 직접 적용될 수 있는 매우 국부적인 열 에너지를 공급한다. 이 포일 열원은 실질적인 실온의 주위환경(즉, 공기, 진공, 물 등)에서 신속한 접착이 이루어지게 할 수 있다. 만약, 결합 재료가 사용된다면, 포일 반응은 결합 재료를 용융시키기에 충분한 열을 공급한다. 만약, 결합 재료가 사용되지 않는다면, 포일 반응은 적어도 두 벌크 재료들에 직접 열을 공급하여, 각 벌크 부분을 용융시키고, 상기 벌크 부분은 냉각시에 강한 접착을 형성한다. 또한, 포일은 이 포일을 통한 결합 재료의 압출이 접착을 개선시킬 수 있게 하는 개방부들과 함께 설계될 수 있다.
상기 도면들은 본 발명의 개념을 도시하는 것을 목적으로 하며 축적되지 않았다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 양호한 실시예와 적용상황에 대해서 하기에 기술한다. 본 발명의 정신 및 범주 내에서는 다른 실시예를 실현할 수 있고 조직적 또는 구조적으로 변경할 수 있다. 비록 본원에 공개된 실시예는 독립, 자가 전달 반응성 포일 구조로 사용되는, 특히 부피가 큰 재질의 결합 또는 접착에 대해서 기술되지만, 본 발명은 강한 국부적인 열원을 필요로 하는 다른 용도 또는 적용상황에 대해서도 구체화될 수 있다는 것은 명백하다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른, 멀티층의 반응성 구조체(일반적으로, 본원에서는 "포일"로 기술됨)는 둘 이상(동일한 또는 상이한)의 재질을 함께 접착시키기 위한 프로세스와 같이 넓은 적용상황에서 국부적인 열원으로써 제공된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반응성 멀티층 포일(14)은 각 재료(A,B)의 교호층(alternating layer;16,18)으로 구성된다. 이 교호층(16,18)들은 규소 화합물(즉, Rh/Si, Ni/Si 및 Zr/Si 등), 알루미늄 화합물(즉, Ni/Al, Ti/Al, Monel/Al 및 Zr/Al 등), 붕소 화합물(즉, Ti/B), 탄소화합물(즉, Ti/C), 테르밋(thermite) 반응 화합물(즉, Al/Fe2O3 또는 Al/Cu2O), 합금, 금속 유리 및 합성물(즉, 금속 세라믹)을 포함하고, 자극(stimulus)에 반응하여, 인접 원자들(화학 결합이 변화되는)을 혼합하는 임의의 재료일 수 있다.
반응성 포일의 제조에 사용되는 재료(A/B)들은 양호하게는 화학적으로 구분된다. 양호한 실시예에서, 교호층(16,18)들은 전이 금속(즉, Ti,Ni 등) 및 가벼운 원소(즉, B,Al 등) 사이에서 교호한다. 양호하게는, 원소들의 쌍(A/B)은, 본원에서 전체적으로 참고로 합체된 1997년의 박막 프로세스 기술 서적인 티.피 웨이(T.P.Weihs)의 "멀티층에서의 자가 전달 반응"에 기재된 바와 같이, 높은 단열 반응 온도 및 큰 네거티브 생성열(negative heat of formation)을 가지고 반응하는 안정한 화합물을 형성하도록 반응하는 방식에 기초하여 선택된다. 양호한 실시예에서, 반응성 포일의 적어도 하나의 층은 Al이거나 또는 Al을 함유한다.
멀티층 포일(14)이 예를 들어, 한 단부에서 자극(즉, 불꽃, 에너지 펄스 등)에 노출될 때, 재료(A,B)로부터의 인접 원자들은 영역(30)에 도시된 바와 같이, 혼합된다. 이 혼합으로 유발된 화학 결합의 변화는 원자 결합 에너지가 감소하며, 그에 따라서 발열 화학 반응에서 열이 발생한다. A-A 결합[즉, 교호층(16)]을 갖는 층과 B-B 결합[즉, 교호층(18)]을 갖는 층들이 A-B 결합을 위해서 상호치환되어서, 각 층에 저장된 화학 에너지를 감소시키고 열을 발생시킬 때, 화학 결합에서 변화가 일어난다. 도 1은 상세하게 도시하며, 상기 발생된 열은 포일(14)을 통해서[반응 섹션(30)으로부터 반응 영역(32)을 통해서 비반응 섹션(34)의 방향으로] 확산되어서 비반응 층들을 추가로 혼합하는 공정을 개시한다. 결과적으로, 자가 유지/자가 전달 고온 합성 반응(SHS 반응)은 포일(14)을 통해서 이루어진다. 충분히 크고 신속한 열이 발생하는 상태에서, 반응은 통상적으로 1m/s 보다 큰 속도에서 전체 포일(14)을 가로질러 전달된다. 반응은 주위 환경으로부터 추가 원자(예를 들어, 연소의 경우에 산소)들을 필요로 하지 않기 때문에, 반응은 포일(14)이 자가 저장 에너지원이 되게 할 수 있으며, 상기 자가 저장 에너지원은 열과 빛을 빠르게 분출하여서 1400K 이상의 온도에 도달하고 국부적인 109 K/s가열 속도에 도달할 수 있다. 이 에너지는 열을 신속하고 국부적으로 생산하는 것을 필요로 하는 적용상황(즉, 접착, 점화 등)에 특히 유용하다.
반응이 도 1에 도시된 바와 같이, 멀티층 포일(14)을 가로질러서 전달될 때, 통상적으로 반응 영역(32)의 트레일링 에지(trailing edge)에서 반응 온도가 최대로 된다. 이것은 반응의 최종 온도로 고려될 수 있으며, 상기 최종 온도는 반응 열(△Hrx)과 환경 또는 주위 재료에서 손실된 열(△Henv) 및 샘플의 평균 열 용량(Cp) 및 샘플의 질량 M에 의하여 결정될 수 있다. 최종 온도를 결정하는 다른 인자는 반응 온도가 최종 생성물의 용융점을 초과하는 지의 여부이다. 만약, 용융점이 초과된다면, 일부 열은 고체에서 액체 생성물의 상 변화(state transformation) 시에 흡수된다. 반응의 최종 온도는 하기 공식[To은 처음 온도, △Hm은 용융 엔탈피(enthalpy), Tm은 생성물의 용융 온도이고, 주위 환경 또는 재료와는 반응하지 않는다]을 사용하여서, 최종 생성물의 용융이 발생하는 지에 따라서 결정될 수 있다.
만약, 최종 생성물의 용융이 발생되지 않는다면,
Figure 112007034668468-pat00001
만약, 고체 및 액체의 최종 생성물의 두 상태 영역이 있다면,
Figure 112007034668468-pat00002
만약, 최종 생성물이 완전히 용융된다면,
Figure 112007034668468-pat00003
이다.
포일(14)의 길이에 따른 반응의 전달 속도는 포일 반응열과 복잡하게 연관된다. 반응이 전달될 수 있는 속도는 원자들이 그 층(도 1)에 대해서 직각으로 얼마만큼 신속하게 확산되는 가와 열이 포일(14)의 길이를 따라서 얼마나 신속하게 전도되는 가에 따라서 좌우된다. 전달 속도는 멀티층 포일에서 불연속 층들의 두께와 강한 함수 관계에 있다. 불연속 교호층(16,18)의 두께가 감소함에 따라서, 확산 거리는 더욱 짧아지고 원자들은 더욱 신속하게 혼합된다. 열은 높은 속도로 방출되고 그에 따라서 반응은 포일 구조를 통해서 더 빠르게 이동한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 반응성 멀티층 포일(14)은 물리적인 증기 증착(PVD) 방법으로 제조될 수 있다. 마그네트론 스퍼터링 기술은, 예를 들어, 기판 상에[도 1에서 층(35)으로써 띠줄의 형태로 도시된] 교호층(16,18)으로써 재료(A/B)를 증착시키기 위하여 사용될 수 있다. 기판(35)은 재료(A/B)를 교호층(16,18) 안으로 적층하는 것을 실행하기 위하여 당기술에서 널리 공지된 방식으로 두 스퍼터 총(sputter gun)에 대해서 회전할 수 있다.
기판(35)은 독립 포일로써 반응성 포일(14)의 제조공정을 용이하게 하는 제 거가능한 층이라는 것을 표시하기 위하여 띠줄 형태로 도시된다. 기판(35)은 증착 공정 동안 기판 상에 포일 층들을 유지하기에 충분하지만, 포일이 다음 증착 공정에서 기판으로부터 제거되기에도 충분할 수 있는, 너무 강하지 않은 접착력을 제공하는 특성을 갖는 임의의 기판(즉, 규소, 유리 또는 다른 하부층)일 수 있다. 이 기판은 릴리스 재료 또는 접착 재료를 미세한 조정의 접착 특성으로 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
양호하게는, 추가 습식 층(즉, 주석)이 필요한 접착력을 제공하기 위하여 제 1 교호층(16,18)의 포일과 기판(35) 사이의 중간층으로써 사용될 수 있다. 비습식 층을 사용할 때, 기판 상에 증착되는 제 1 층으로써 적당한 재료를 선택하면, 필요한 접착력의 요구조건을 충족시킬 수 있다는 것을 보장한다. Al/Monel을 재료(A/B)로 사용하는 반응성 포일이, 예를 들어, 습식층 없이 제조될 때, 제 1 층이 기판 상에 증착된 Al인 상태에서 양호한 반응성 포일이 Si와 같은 기판 상에 증착된다. Al은 증착되는 동안 Si에 충분히 접착되지만, 포일이 형성된 후에는 기판에서 벗겨질 수 있으므로, 상기 경우에 양호하게는, Al이 제 1 층으로 선택된다.
제조된 포일(14)은 서로 교대로 적층된 수백 내지 수천의 교호층(16,18)을 가질 수 있다. 불연속 교호층(16,18)은 양호하게는, 1 내지 1000 nm 범위에 있는 두께를 가진다. 양호한 실시예에서, 포일(14)의 전체 두께는 10㎛ 내지 1cm 범위에 있을 수 있다.
다른 제조 방법은 복합 증착의 기하학적 형태로(codeposition geometry) 재료를 증착하는 것이다. 이 방법을 사용할 때, 양 재료의 소스는 한 기판 상으로 지향되고 각 재료 소스로부터의 원자 플럭스(atomic flux)는 교호층(16,18)을 증착시키도록 스퍼터링된다. 다른 방법은 전체적으로 스퍼터링을 제거하고 물리적으로 구분되는 원자 플럭스를 갖는 두 재료 소스에 대해서 기판을 회전시키는 것이다. 이 방법에 있어서, 소스에 걸쳐 각각 통과할 때, 양호하게는, 개별적인 층을 발생시킨다.
양호하게는, 증착되는 동안 발생할 수 있는 A/B의 원자 혼합의 정도는 최소로 되어야 한다. 이것은 특히 교호층(16,18)이 스퍼터 증착될 때, 냉각된 기판 상으로 멀티층을 증착시킴으로써 달성될 수 있다. 어느 정도의 혼합을 피할 수 있는 범위까지, 예비 반응된 재료(20)의 상대적으로 얇은 영역(교호하는 비반응성 층과 비교할 때)이 형성된다. 이러한 예비 반응된 영역(20)은 그럼에도 불구하고 포일(14)에서 추가 및 동시 반응을 방지하도록 작용한다는 점에서 도움이 된다.
다른 실시예에서, 멀티층의 반응성 포일은 층을 이룬 합성물을 반복적으로 롤링하는 것과 같은 기계가공 기술을 사용하여 제조될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 양호한 반응성 포일(14)은 특히 발열원으로써 사용하기 위한 독립적인 멀티층의 반응성 포일이다. 독립 포일은 "벌크(bulk)" 샘플과 같이 처리될 수 있으므로 박막 보다 특성화하기에 용이하다. 반응성 포일(14)을 독립적으로 제조하는 것은 그 사용가능한 용도를 넓히는 것이다. 이러한 반응성 포일은 임의의 특정 적용상황과 연관된 것이 아니므로, 자가 전달 국소 열원을 필요로 하는 임의의 목적을 위해서 대량으로 제조될 수 있다. 그 제조는 반응성 멀티층 포일에 의하여 코팅되는 진공 챔버 안으로 크고 섬세한 품목들을 배치함으 로써, 제한되거나 또는 방해를 받지 않는다. 또한, 독립 포일들은 원하지 않는 곳에서 기판이 최소로 되도록 기판에 대한 열 흡수를 허용한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른 독립 포일들은 다양한 적용상황에서 사용하기에 적합할 수 있다. 예를 들어, 독립 포일들은 단일 생성품을 형성하도록 재료들의 몸체들(본원에서는 "벌크 재료"로 기술됨)을 함께 결합하기 위하여 사용될 수 있다. 독립 포일들은 벌크 재료들을 결합하기 위하여 접착, 솔더링, 납땜, 용접 또는 다른 적용상황에서 사용될 수 있다. 통상적인 결합 적용상황은 도 3에 도시되며, 도 3에서 둘 이상의 벌크 재료들(10)이 함께 접착된다. 벌크 재료들(10)은 세라믹, 금속성 유리, 금속/합금, 중합체, 합성물, 반도체 및 다른 형태의 재료일 수 있다.
도 3에 도시된 특수한 결합 적용상황에서, 결합 재료(12)는 벌크 재료(10)를 함께 결합하는데 사용된다. 결합 재료(12)들은 벌크 재료(10)를 함께 결합하도록 용융되는 재료의 임의의 층(또는 합성층)일 수 있다. 결합 재료(12)는 금속성 유리, 금속/합금, 기능적으로 향상된 층, Ni-B 막, 솔더, 납땜, 자가 전달 납땜, 이러한 재료들의 조합체 또는 다른 결합 재료들로 구성된 독립 시트의 형태일 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른, 반응성 포일(14)은 샌드위치와 같은 구조를 형성하기 위하여 결합 재료(12) 사이에 배치된다. 그에 따라 형성된 "샌드위치"와 같은 반응성 포일은 양호하게는, 벌크 재료(10)가 함께 결합되는 위치(단부 포인트, 결합부, 상호교차부 등)에서 벌크 재료(10)들 사이에 위치한다.
다른 방안으로, 반응성 포일(14)은 결합 재료(12)로 미리 코팅된 벌크 재료(10)들 사이에 배치된다.
다른 방안으로써, 반응성 포일(14)은 대략 샌드위치형과 같은 구조체를 형성하기 위하여 결합 재료(12)들 사이에 위치한다. 그에 따라 형성된 "샌드위치"와 같은 반응성 포일은 양호하게는, 벌크 재료(10)들이 함께 결합되는 위치(단부 포인트, 결합부, 상호교차부 등)에서 벌크 재료(10)들 사이에 위치한다.
결합 프로세스는 벌크 재료(10), 결합 재료(12) 및 반응성 포일(14)의 상대 위치들을 유지하도록 힘을 적용하는 것을 포함한다[도 3의 바이스(vice;11)에 의해서 상징적으로 도시된 바와 같이]. 다른 실시예에서, 결합 재료(12)는 반응성 포일(14)과 함께 화합물로써 가압된다.
일단, 결합 프로세스의 요소들이 배치되면, 자가 전달 고온 합성 반응을 개시하도록, 자극[가벼운 매치(15)로 도시됨]이, 예를 들어, 반응성 포일(14)의 한 단부에 적용된다. 반응성 포일(14) 내의 원자들의 혼합은 반응성 포일(14)의 전체 길이를 따라서 결합 재료(12)들을 용융시키기에 충분히 강하면서 신속하게 열을 발생시킨다. 이 상태에서, 결합 재료(12)들은 벌크 재료(10)를 함께 결합하기에 충분하다. 그후에 대략, 결합 재료(10)들은 주위 온도(즉, 실온)로 복귀하고 적용된 힘[바이스(11)로써 도해적으로 도시된]으로부터 제거될 수 있다.
결합 재료(12)와 반응성 포일(14)로 구성된 복합 구조체는 반응성 포일(14)의 증착[즉, 증기 증착]을 통해서 결합 재료(12)의 하나의 층 위에 형성될 수 있다. 결합 재료의 다른 층은 증기 증착 또는 힘을 적용하는 것(즉, 냉간 롤링)을 통하여 반응성 포일(14)과 접착된다.
양호하게는, 습식/접착 층은 반응성 포일(14), 벌크 재료(10) 또는 양자 모두에 대해서 표면을 적시는 것을 촉진하기 위하여 부가될 수 있다. 습식/접착 층은 결합 재료의 균일한 확산이 벌크 재료들의 일정한 접착을 보장하도록 허용한다. 습식/접착 층은 결합 재료(즉, 납땜), Ti, Sn, 금속성 유리 등의 얇은 층일 수 있다. Ag-Sn, Ag-Cu-Ti, Cu-Ti, Au-Sn, 및 Ni-B와 같은 상업용 합금들도 사용될 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예들은 전체 두께가 증가한 독립 반응성 포일(14)로써 사용하기에 유용하다. 상기 반응성 포일(14)의 전체 두께는 포일을 형성하기 위해서 사용된 교호층(16,18)들의 두께 및 수에 따라서 좌우된다. 10㎛ 이하의 포일은 자체적으로 휘어지는 경향이 있으므로 처리하기가 매우 어렵다. 100㎛의 포일은 강직성이므로 용이하게 처리된다. 더 두꺼운 포일은 자가 전달 반응이 포일에서 소멸될 가능성을 최소화한다. 반응성 포일을 사용하는 결합 적용상황에서, 포일이 열을 발생시키는 속도와 열이 형성될 결합부와 주위 납땜층 안으로 전도되는 속도 사이에서 중요한 균형을 이룬다. 만약, 열이 발생하는 것 보다 더 빠르게 전도된다면, 반응은 소멸되고 결합부는 형성될 수 없다. 더 두꺼운 포일에는 열을 발생시키는 부피는 더 크지만, 열이 손실되는 표면적이 동일하므로, 포일이 두꺼울 수록 반응을 소멸시키기가 더욱 어렵다.
더 두꺼운 포일은 더 낮은 반응 온도에서 사용될 수 있으므로, 일반적으로 더욱 안정한 포일로 안내된다. 높은 형성 반응 온도를 갖는 포일들은 일반적으로, 불안정해서 다루기가 어려우므로 사용하기에 위험하고 어렵다. 다루기 어려운 포일들은, 예를 들어, 쉽게 파괴되어서 (탄성 변형 에너지의 방출 및 마찰을 통해서) 포일을 점화시키는 국부적인 열점을 발생시킨다. (즉, 특정 결합 사이즈에 대해서) 상기 다루기 힘든 포일들을 절삭하는 것은 포일들이 절삭공정 동안 더욱 사용불가능한 파편들로 부서지는 경향이 있거나 또는 연소되므로, 실행하기가 매우 어렵다. 독립적인 두꺼운 포일은 공지된 프로세스들에서 장애를 나타내는 밀도 문제점(densification problem)과 열 쇼크와 연관된 문제점들을 극복하는 장점을 제공한다. 양자의 현상은 포일 크기의 빠른 변화들과 관계 있다. 반응할 때, 포일들은 빠르게 가열되고 자신을 억제하는 기판을 초과하여 팽창하려고 한다. 이것은 열 쇼크를 유발하고 기판 상에 증착된 포일들이 분리됨으로써, 일정하지 않고 비효율적인 접착을 유발한다. 반응이 진행될 때, 포일들은 화학 결합에서의 변화로 인하여 포일들이 밀집한다. 이러한 밀집은 기판으로부터 분리되게 하고 또한 일정하지 않으면서 비효율적인 접착을 유발할 수 있다. 본 발명의 양호한 실시예에 따라서 독립 포일을 제조함으로써, 분리되지 않으며, 포일은 용이하게 조작되고 처리되므로, 반응 포일은 매우 다양한 적용상황에서도 이용될 수 있다.
양호한 실시예에 따라서, 더 두꺼운 반응성 포일들은 50㎛ 내지 1cm의 두께를 가진다. 비록, 많은 다른 시스템들이 두꺼운 독립 반응성 포일들을 제조하기 위해서 사용될 수 있지만, 사용된 시스템에 대한 제조 조건들을 선택할 때의 독특한 프로세스(unique process)는 주의 깊게 선택되어야 한다. 스퍼터링 가스와 기판 온도와 같은 증착 조건들은 이 조건들이 시스템에서 발전됨에 따라서 응력이 포 일의 막에서 충분히 낮아지도록 양호하게 선택된다. 막의 응력은 얇은 층으로 갈라지기(delamination) 위한 구동력을 갖는 그 두께 비율에 맞추어지기 때문에, 응력과 두께의 곱은 1000 N/m 미만에서 유지되어야 한다. 제조 프로세스 동안에 막에서 종종 응력이 발생한다. 막이 두꺼워짐에 따라서, 막은 더 얇은 막 보다 그 기판을 박리하거나 또는 기판에 크랙이 생성되게 하므로, 그에 의해서 최종 포일을 제조하는 것을 저해한다. 막의 응력을 특징화하고 이 응력을 최소로 하는 조건들을 선택함으로써, 제조 프로세스는 포일의 이른 박리현상 또는 기판의 크랙 현상없이 종료될 수 있다.
다른 실시예에서, 반응성 포일의 개방부들은 포일 구조에서 의도적으로 설계된다. 이들 개방부들은 결합 적용상황을 용이하게 하고 개선하는 특수한 용도에 사용된다.
포일은, 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 포일 구조를 관통하는 하나 이상의 개방부 또는 천공부(22)를 갖도록 처음에 제조될 수 있다. 양호하게는, 개방부들은 포일 영역을 가로지르는 직사각형 배열과 같은 주기적인 패턴으로 형성된다. 개방부를 생성하기 위해서는 임의의 공지된 방법도 사용할 수 있다. 예를 들어, 패턴화된 구멍을 갖는 제거가능한 기판 상에 포일(14)을 스퍼터 증착하는 것이 사용될 수 있다. 개방부들은 포일(14)을 기판 상에 증착하고, 포토레지스트를 포일 상에 증착하며, 포토레지스트를 포토리소그래피로 패터닝하고, 그 후에 패턴화된 구멍을 통해서 하부 포일을 에칭함으로써 형성될 수 있다. 다른 예시적인 기술은 포일(14)에 구멍을 물리적으로 펀칭하는 공정을 포함한다. 양호하게는, 개방부 들은 10 내지 10,000 마이크로미터 범위의 유효 직경을 가진다. (비원형 개방부의 유효 직경은 동일 영역의 원형 개방부의 직경이다.)
도 4에 도시된 바와 같이, 포일(14)의 개방부들은 임의의 환경에 있는 결합 재료(12) 또는 벌크 재료(10)가 포일(14)의 발열반응에 의해서 가열되어 용융될 때, 상기 천공부(22)를 통해서 [화살표(26)로 도시된 바와 같이] 압출될 수 있게 한다. 상기 압출시에, 한층의 결합 재료(12) 또는 벌크 재료(10)는 독립 포일(14)의 대향 측부 상의 다른 층의 결합 재료(12) 또는 벌크 재료(10)와 접촉하여 결합된다. 패턴화된 천공부(22)는 반응성 포일(14)에 대한 벌크 재료(10)의 개선된 접착과 서로에 대한 강하고 더욱 일정한 접착을 허용한다.
도 5는 반응 포일(52)에서 개방부(51)를 통해서 압출되는 은 솔더(50)로써 접착된 두 구리 몸체(53,54)를 도시하는 현미경 사진이다.
본 발명의 하나 이상의 실시예를 사용하는, 많은 다른 적용상황들은 더욱 효과적으로 그리고 효율적으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 금속성 유리의 벌크 재료가 결합될 수 있으며, 여기서, 최종 생성물은 금속성 유리만으로 제조된 단일 구조이고, 접착되고 반응되지 않은 포일층을 포함한다. 역사적으로 접착시에 많은 어려움을 나타내는 매우 다른 화학 조성, 열 특성 및 다른 물리적인 특성을 갖는 벌크 재료들을 지금은 결합할 수 있다. 반도체 또는 마이크로전자 장치는 회로 보드 또는 다른 구조들에 접착될 수 있으며, 동시에 장치들과 복잡하게 연관된 다중 도선이 제조될 수 있다. 반도체와 마이크로전자 장치들은 밀폐식으로 밀봉될 수 있다.
상기 결합 적용상황들은 본 발명에 의해서 솔더링, 납땜 및 용접과 같은 적용상황과 일반적으로 연관된 열 손상에 대한 잠재적인 가능성을 피하거나 또는 적어도 최소가 되게 한다는 점에서 개선된다.
또한, 본 발명의 실시예들을 사용함으로써, 결합되는 벌크 재료들은 독립될 수 있다. 이것은 벌크 재료들을 실제로 결합하기 전에, 개별 벌크 기판들은 이 기판 위에 직접 증착되는 임의의 납땜층을 필요로 하지 않는다는 것을 의미한다. 또한, 벌크 기판은 반응성 포일의 임의의 예비접착 또는 다른 예비 처리를 필요로 하지 않는다. 관련된 벌크 재료들은 생성되는 강하고 영구적인 결합부에 대한 접착 시에 독립 납땜층 또는 독립 반응성 포일에 견고하고 단순하게 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예는 금속성 유리인 적어도 하나의 벌크를 결합할 수 있다. 납땜은 결합 프로세스의 벌크와 연관될 필요가 없다. 이것은 반응성 포일이 반응시에 금속성 유리와 직접 접착하도록 설계될 수 있기 때문이다. 이 결합 프로세스를 달성하기 위하여, 반응성 포일은 금속성 유리를 형성하도록 자체적으로 반응할 수 있다.
본 발명의 실시예는 벌크 재료가 마이크로칩 또는 반도체 장치를 포함할 때, 우수한 접착력을 나타낼 수 있다. 반도체 장치를 회로 보드와 같은 기판에 접착할 때, 장치의 손상에 대한 잠재적인 가능성은 고려해야 할 인자이다. 상기 반도체 장치를 기판에 결합하기 위하여 독립 반응성 포일을 사용함으로써, 인접 요소 또는 장치를 손상시킬 수 있는 작은 열이 발생한다. 반도체 장치는 더욱 자유롭고 용이하게 기판 상에 위치할 수 있다. 상술한 바와 같이, Ni/Al 또는 Monel/Al과 같은 특성 포일 합성물이 사용될 수 있다. 이러한 합성물의 포일은 과거의 것 보다 처리하기가 더욱 용이할 뿐 아니라, Ni,Cu 및 Al을 조합하면, 독립 포일이 높은 열과 전기 전도성을 갖게 할 수 있다.
접착이 반도체 장치와 같은 벌크 재료에 적용될 때, 반응성 포일은 합성 패터닝 특성을 가질 수 있다. 실시예들은 최종 반응 포일에서 교호하는 인접 전기 절연 및 전기 전도 영역들을 제조할 수 있으며, 그에 의해서 많은 도선들이 접착되어서 단일 반응으로 전기 차단될 수 있게 한다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 반응성 포일을 사용하는 결합 작업을 실행하는 데 있어서 에너지는 작게 필요하다. 결합 재료로써 기능적으로 향상된 층들은 그 복합 재료들의 선택을 통해서 용융 온도들을 제어할 수 있다. 그 용융 온도가 제어될 수 있으므로, 예를 들어, 기능적으로 향상된 층들이 사용될 수 있다. 결합 재료로써 사용된 Ni-B 막들은 용융 온도가 상대적으로 낮은 온도에서 시작되어서 B가 Ni에서 확산될 때 상승하여, 상대적으로 높은 용융점을 갖는 최종 재료가 얻어지는 저온 용융을 허용한다. 포일 반응에서 에너지가 작게 소모되므로, 접착되는 전체 구조에 인가된 전체 열은 감소되고, 그에 의해서 포일 반응으로 인하여 접착되는 재료들에 가해지는 손상을 최소로 줄인다.
다른 실시예에서, 반응성 멀티층 포일 내에서 반응성 멀티층 납땜의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, Ti, Zr 또는 Hf 합금들의 반응성 층들과 Al의 반응성 층들을 포함하는 포일에서, Cu 또는 Ni 합금을 함유하는 하나 이상의 반응성 납땜을 포함할 수 있다. 반응성 멀티층 납땜은 반응성 포일에 의해서 제공된 에너지 이외에, 층들이 혼합되어서 결합 재료를 형성할 때 에너지원을 제공한다. 반응성 멀티층 포일과 반응성 멀티층 납땜을 조합하면, 포일없이 자가 전달될 수 없는 반응성 납땜을 사용할 수 있다.
보기들
본 발명은 하기 특정 보기들을 고려하면 더욱 명확하게 이해할 수 있다.:
보기 1
Al과 Ni의 반응성 포일들은 함께 적층된 Ni 및 Al의 5㎛ 의 많은 시트들을 냉간 롤링함으로써 형성된다. 도 6은 롤러(62A,62B)들 사이의 스택(61)의 통로에 의해서 포일(60)을 제조하는 것을 개략적으로 도시한다. 시트들은 층들이 원하는 두께로 감소될 때까지 여러번 냉간 롤링될 수 있다.
보기2
균일 두께의 멀티층들을 포함하는 포일들을 사용하는 대신에, 나노래미네이트(nanolaminate)의 반응성 멀티층들이 반응성 마이크로래미네이트(microlaminate) 포일 상에 증착되는 복합 포일이 사용된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 반응성 포일(71) 내의 층(70)의 일부 섹션들은 나노스케일이고, 다른 섹션(72)은 아주 얇은 두께의 층이다. 상술한 바와 같이, 나노래미네이트는 용이하게 반응하며, 일단 반응이 시작되면 주위 납땜층 또는 벌크 요소들을 용융시킴으로써 소멸되지 않고 포일의 길이를 따라서 자가 전달된다. 따라서, 나노래미네이트는 마이크로래미네이트에 대한 점화기로써 고려될 수 있다. 마이크로 스케일 층을 갖는 섹션(72)은 실 온에서 자가 전달 반응을 유지할 수 없지만, 인접 나노래미네이트 섹션(70)에 의해서 가열될 때, 상기 반응을 유지한다. 포일은 Al 및 Ni의 교호층들을 포함할 수 있다.
보기3
상기 복합 포일을 제조할 때, Al 및 Ni의 시트들은 마이크로래미네이트 섹션을 형성하도록 롤링되고 그 후에 나노래미네이트 포일이 상기 마이크로래미네이트 구조의 양 측부 상에 증기 증착된다. 증착되는 동안 교호층 사이에서 수용할 수 없는 혼합을 유발하거나 또는 포일을 점화시키지 않고 매우 높은 속도로 증착되는 마이크로래미네이트 층들을 갖는 충분한 합성물의 증기 증착을 통해서 제조공정이 실행될 수 있다.
보기4
금속성 유리를 형성하도록 반응하는 상술한 반응성 포일과 유사한 반응성 멀티층 납땜이 형성된다. 이 멀티층 납땜은 교호층들의 반응시에 열을 발산한다. 양호한 유리 형성체로 공지된 반응물을 주의 깊게 선택함으로써, 납땜은 반응할 때 상업적인 용도의 것과 유사하고 상술한 포일과도 유사한 무정질의 최종 생성물을 형성한다. 반응 납땜 층들에 의해서 발생된 열은 결합에 필요한 반응성 포일의 양을 감소시킨다.
보기5
포일(14)의 일부 합성물들은 무정질 합금(금속성 유리)을 형성하도록 반응할 수 있다. 이 포일들은 Ni 또는 Cu를 함유하는 합금, Ti, Zr 또는 Hf를 함유하는 합금 및 Al을 함유하는 합금의 층들의 조합일 수 있고 금속 유리를 형성하도록 반응할 수 있다. 상기 포일들을 사용할 때, 일부 특성들이 얻어질 수 있다. 금속성 유리는 양호한 습식 특성을 가진다. 납땜층은 벌크 금속성 유리를 결합하기 위하여 포일을 사용할 때 배제될 수 있고, 이러한 환경에서 일단 포일이 반응하여 금속성 유리와 결합된다면, 단일 벌크 금속성 유리가 제조될 수 있다.
보기6
반도체 또는 마이크로전자 장치가 반응성 멀티층 포일을 사용함으로써, 인쇄 회로보드와 같은 기판에 결합된다. 도 8은 반응성 포일(80)이 솔더층(81A,81B) 사이에서 샌드위치되고 장치(83)에 대한 접촉 도선(82)과 보드의 접촉면(84) 사이에서 샌드위치되는 결합 구성을 개략적으로 도시한다.
보기7
패턴화된 반응성 포일은 일부 섹션들이 반응하여 전기 전도성 영역들을 형성하고 다른 섹션들은 반응하여 비전도성 영역들을 형성하도록 설계된다.
도 9A와 도 9B는 개념을 개략적으로 도시한다. 도 9A는 반응전의 포일(90)을 도시한다. 도 9B는 반응 후를 도시한다. Al 및 Ni의 교호층들을 포함하는 영역(91)은 반응하여 전도성 영역(95)을 형성한다. 영역(92)은 반응하여 비전도성 영역을 형성하는 교호층 또는 SiO2 또는 규소 질화물과 같은 절연체를 포함한다.
사용중에 있어서, 반응 후에 영역(95)들을 통해서 전기적으로 접속되도록 포일(90) 위와 아래의 접촉부들 사이에서 영역(91)들이 레지스터(register)되는 것이 예상된다.
본 발명의 한 형태는 발열반응할 수 있는 복수의 교호층으로 구성되는 반응성 멀티층 포일의 제조방법이라는 것을 알 수 있다. 이 방법은 기판을 제공하는 단계와, 멀티층 포일을 형성하기 위하여 상기 기판 상에 교호층을 증기증착하는 단계와 상기 멀티층 포일을 상기 기판으로부터 분리시키는 단계들을 포함한다. 양호하게는, 기판은 증착층에 대해서 증착하는 동안 층들을 유지하기에 충분하지만 증착 후에 멀티층이 제거될 수 있을 만큼의 접착력을 가진다. 보기로써, 층들은 실리콘 기판과 접착하는 증착된 하나 이상의 알루미늄 층을 포함할 수 있다. 다른 방안으로는, 기판은 적당한 수준의 접착력을 달성하기 위해서 릴리스 재료(release material) 또는 접착 재료의 코팅을 포함할 수 있다.
기판으로부터 멀티층 포일을 분리시키는 한 접근 방안은 증착후에 포일로부터 에칭되거나 또는 박리될 수 있는 희생층(sacrificial layer)을 기판에 제공하는 (또는 전체 기판에 희생층을 제조하는) 것이다. 희생층에 대한 예시적인 재료는 구리, 황동 및 포토레지스트를 포함한다.
층들을 증기증착하는 것은 양호하게는, 마그네트론 스퍼터링 또는 전자빔 증착과 같은 물리적인 증기 증착에 의한 것이 양호하다. 양호하게는, 기판은 증착된 층에서 에너지 손실과 응력을 감소시키고, 교호층의 혼합을 감소시키기 위하여 증기증착 동안 냉각된다. 양호하게는, 층들은 50㎛ 내지 1cm 범위의 두께를 가지는 멀티층을 형성시키도록 증착된다. 10㎛ 내지 1cm 범위의 두께를 가지도록 제조된 포일은 독립 포일로써 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 제 1 몸체를 제 2 몸체에 접착하는 방법이며, 이 방법은 독립 반응성 멀티층 포일을 제공하는 단계와, 상기 몸체들을 포일에 대해서 함께 가압하는 단계 및 상기 반응성 포일들을 점화시키는 단계들을 포함한다. 점화된 포일은 몸체들을 함께 결합하기 위하여 연관된 용융가능한 층(결합 재료)을 용융시키거나 또는 몸체들의 재료들을 용융시킬 수 있다. 다른 방안으로, 층들의 반응 생성물들은 결합 재료 자체일 수 있다. 한 몸체 또는 양 몸체들은 반도체 또는 마이크로전자 장치일 수 있다. 이 방법은 특히 1㎛/m/℃ 이상 만큼 차이나는 열팽창 계수를 가지는 몸체들을 결합시키기 위한 것이 양호하다.
다른 실시예에서, 반응성 멀티층 포일은 포일의 두께를 관통한 복수의 개방부들을 포함한다. 개방부들은 양호하게는, 포일 영역에 대해서 주기적으로 형성된다. 이 개방부들은 채워지지 않은 상태로 남겨지거나 또는 반응성 포일이 점화될 때, 가열공정에서 변화되거나 또는 반응할 수 있는 용융가능한 재료 또는 추진제(propellant) 또는 다른 재료로 채워질 수 있다.
이와 같이 구멍난 포일들은 증착되는 멀티층 포일의 두께와 비교가능하거나 또는 이 두께 보다 큰 두께의 입자들 또는 범프(bump), 복수의 예비형성된 개방부들을 포함하는 면을 갖는 기판을 제공하고, 반응성 멀티층 포일을 증착시키며 그에 따라서 구멍난 멀티층 포일을 기판으로부터 분리시킴으로써 제조될 수 있다.
다른 방안으로, 반응성 멀티층 포일은 기판 상에 증착되고, 제거가능한 마스크 층에 의해서 패턴되며 복수의 구멍들을 형성하도록 에칭될 수 있다. 구멍난 포일은 기판으로부터 제거될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 연속 포일이 형성 될 수 있고 구멍들은 기계 프레스동작으로 연속 포일에서 형성될 수 있다.
구멍난 포일들은 접착에서 중요 용도를 가진다. 복수의 개방부들에 의해서 천공된 반응성 포일은 제 1 몸체와 제 2 몸체 사이에 놓여진다. 만약, 몸체 재료가 포일에 의해서 용융가능하지 않다면, 불연속적인 용융가능한 층 또는 용융가능한 결합 재료의 코팅은 몸체들 사이에 놓여진다. 이 몸체들은 포일에 대해서 함께 가압되고 포일은 점화되어서 결합 재료를 용융시킨다. 용융된 재료는 몸체들을 결합시키기 위하여 포일의 개방부 내에서 그리고 포일의 개방부를 통해서 유동한다. 이러한 접근방안은 개방부들을 통한 연성 보강 브릿지(bridge)를 가지는 특성 조인트를 제조한다. 하나 또는 양 몸체들이 반도체 또는 마이크로전자 장치이거나 또는 장치들이 특히 1㎛/m/℃ 이상 만큼 차이나는 열팽창 계수를 가지는 것이 양호하다.
제 3 유형의 새로운 반응성 포일은 포일의 불연속적인 층들이 양호한 결과를 얻기 위하여, 포일의 전체 두께를 가로질러 이동할 때, 두께가 상이하거나 또는 조성이 다른 복합 반응성 멀티층 포일이다. 한 예시적인 복합 반응성 멀티층 포일은 복수의 더 얇은 반응성 층(즉, 1 내지 1000 nm)들을 갖는 제 2 섹션 상에 적층된 복수의 상대적으로 두꺼운 즉, 1㎛ 내지 10㎛의 반응성 층들을 갖는 제 1 섹션을 포함한다. 더 얇은 반응성 층들을 갖는 섹션은 상대적으로 더 두꺼운 반응성 층들을 갖는 섹션 보다 더욱 빠르게 점화한다. 그러나, 더 얇은 섹션을 가로질러 점화가 확산될 때, 더 두꺼운 섹션을 점화시켜서 더욱 균일한 점화동작과 더 높은 열을 발생시킨다. 두께 방향으로 포일 조성을 변화시킴으로써 유사한 결과가 얻어질 수 있다. 조성을 변화시키면, 그 반응 생성물이 결합 재료를 제공하는 한 세트의 층들을 제공하고 제 1 세트를 점화시키기 위한 다른 세트의 추가 반응성 층들을 제공할 수 있다. 조성을 변화시키는 것은, 예를 들어, 당기술에 널리 공지된 기술에 따라서 증기 증착의 프로세스 변수를 변화시킴으로써 달성될 수 있다.
제 4 유형의 새로운 반응성 포일은 적어도 두 상이한 영역: 즉, 반응하여 전기 전도성 재료를 형성하는 하나 이상의 제 1 영역과 비전도성인 하나 이상의 제 2 영역으로 구성된 주요 표면 영역을 가진다. 이러한 포일들은 반도체 장치의 전기 접촉부들을 수용 접촉부들을 가지는 기판에 결합할 때에 특히 유용하다. 포일은 장치와 장치 접촉부들을 갖는 기판과, 기판의 접촉부들 및 레지스터시에 모든 포일의 제 1 영역들 사이에 놓여질 수 있다. 장치 및 기판은 그때 포일에 대해서 가압되고 포일은 각 접촉부들이 전도성으로 결합되고 다른 영역들이 비전도성으로 접착되는 상태에서 장치를 기판에 접착시키도록 점화된다.
본 발명의 양호한 실시예들에 대해서 기술되고 도시되었지만, 본 발명의 정신 또는 범주 내에서 본 발명의 실시예와 실행과정에 대해서 많은 변경이 이루어질 수 있음은 명백한 사실이다. 도시된 실시예들은 일반적으로 벌크 재료들을 결합하는 것에 대해서 기술되었지만, 솔더링, 납땜, 용접 또는 다른 공지된 기술을 통하여 함께 (영구적으로 또는 임시로) 결합되는 임의의 재료도 본 발명을 이용함으로써 함께 결합될 수 있다는 것은 자명한 사실이다. 금속성 유리(즉, 무정질 유리)와, 금속(즉, Cu) 및 합금(즉, 스테인레스 강)과 같은 재료들, 중합체, 세라믹(즉, SiC), 합성물, 반도체, 및 여러 조합된 많은 다른 것들도 가능하다. 본 발명을 이 용하여 재료들을 결합함으로써 얻어진 장점들의 직접적인 결과로써 얻어질 수 있는 범주는 SiC 외장(armor)을 Ti-Al-V 탱크 몸체들에 큰 규모로 접착하는 것에서 부터 또는 탄화물 코팅을 공구 비트(bit)에 접착하는 것에서부터 나노 또는 극소의 회로보드에 마이크로칩을 극소 접착하는 것까지의 범위에 있다.
양호한 실시예들의 반응성 포일에서 자가-유지 반응을 개시하도록 사용된 자극(stimulus)은 예리한 바늘로부터의 충격, 전기 소스로부터의 불꽃, 필라멘트로부터의 열, 레이저 등으로부터의 복사와 같은 임의의 에너지의 형태일 수 있다. 비록, 도시된 실시예는 실온에서 공기 주위에 제공된 것으로 기술되었지만, 본 발명은 진공, 아르곤, 물 등을 포함하는 다른 환경에서 실행될 수 있다는 것은 자명한 것이다.
특수한 실시예들의 양 데이터(즉, 반응 속도, 절정 온도, 가열 속도 등)는 반응의 요소들을 변화시킴으로써(즉, 재료들 A 또는 B의 조성, 층들의 두께, 포일의 전체 두께 또는 납땜 층의 조성/두께를 변화시킴으로써) 용이하게 변경될 수 있다는 것은 명백한 것이다.
비록, 본원에서 명확하게 도시된 실시예들은 반응성 포일 주위에서 샌드위치를 형성하는 두 시트의 형태의 재료들을 결합하는 것을 도시하였지만[예를 들어, 도 2와 도 3의 시트(12)와 포일(14)에 의하여 도시된 바와 같이], 벌크 요소들에 부착된 재료들을 결합하거나 또는 반응성 포일(14) 주위에 감싸여진 단일층을 포함하는 결합 재료의 임의의 수의 시트들이 사용될 수 있다는 것은 명백한 사실이다. 양호한 실시예에 따라서, 결합 재료의 층은 전혀 사용될 수 없다. 예를 들어, 금 속 유리의 벌크 재료, 금속 유리의 반응성 포일 또는 양자 모두가 재료를 결합하는 공정(즉, 납땜)을 사용하지 않고 결합 적용상황에서 사용될 수 있다.
또한, 비록 도시된 실시예들은 반응성 포일의 교호층으로써 단지 두 개의 다른 재료(A/B)를 사용하지만, 본 발명에 따라서 반응성 포일을 형성하기 위하여 임의의 수의 재료층들도 사용될 수 있다는 것은 명백한 것이다.
또한, 본원에 기재된 많은 양호한 실시예들(즉, 포일을 패터닝하는 것, 포일에서의 천공 등)은 독립 포일들을 특수하게 이용하지만, 상기 실시예들과 본 발명의 다른 형태들은 독립 포일들을 사용하지 않고 실행될 수 있다는 것은 명백한 사실이다. 또한, 비록, 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 전체 포일 구조는 관통되는 것이 양호하지만, 반응성 포일에서 의도적으로 설계된 개방부들은 포일에서의 많은 수의 층들을 통해서 관통될 수 있다는 것은 자명한 것이다. 도 4에서 원형 구멍인 천공부(22)로 도시되는 개방부들은 반응성 포일 상에서 하나 이상의 패턴화된 구조를 형성하는 임의의 단일 형태 또는 형태들의 조합체일 수 있다. 개방부들은 반응성 포일의 층들에 법선 방향으로 수직으로 형성되거나 또는 포일의 층들을 통해서 하나 이상의 각도로 형성될 수 있다.
따라서, 당기술에 숙련된 기술자는 본 발명의 정신 및 범주 내에서 많은 다양한 구성을 제조할 수 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 극복할 수 있는 개선된 반응성 멀티층 포일을 제공할 수 있다.

Claims (2)

  1. 반응성 층들의 하나 이상의 제 1 세트와;
    상기 제 1 세트와 열 접촉하는 반응성 층들의 하나 이상의 제 2 세트를 포함하며,
    상기 제 1 세트의 층들은 상기 제 2 세트의 층들 보다 상대적으로 큰 두께를 가지며, 그에 의해서, 상기 제 2 세트의 층들은 점화시에 상기 제 1 세트의 더 두꺼운 층들을 점화시키는 복합 반응성 멀티층 포일.
  2. 반응성 층들의 제 1 세트와;
    상기 제 1 세트와 열 접촉하는 반응성 층들의 제 2 세트를 포함하며,
    상기 제 1 세트의 층들은 상기 제 2 세트의 층들 보다 상대적으로 큰 반응성의 조성을 가지며, 그에 의해서, 상기 제 1 세트의 층들은 점화시에 상기 제 2 세트의 상대적으로 작은 반응성의 반응성 층들을 점화시키는 복합 반응성 멀티층 포일.
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