專利名稱：使用燒蝕膜連接微尺寸器件的制作方法
技術領域：
本發明通常涉及微尺寸器件的領域并且具體地涉及向微尺寸器件提
供連接的過程，包括基于燒蝕膜(ablative film )的使用以彼此連接多個微 尺寸器件的過程。更具體地，本發明涉及用于向微尺寸器件提供流體連接、 電連接、光子連接、磁連接和機械連接的燒蝕裝置。
背景技術：
微尺寸器件例如包括如由Analog Device公司制造的用于檢測線加速 度和角加速度的微加速計和微陀螺、用以監測諸如一氧化碳或乙醇之類的 某些分子蒸汽的存在的化學敏感場效應晶體管、用于測量汽車系統中的壓 力的壓力傳感器或者諸如那些在蜂窩電話中被采用以檢測和再現音頻聲 音的微聲學傳感器、以及用于通過紅外線輻射來檢測目標存在的光學傳感
器。這些以及其它微尺寸器件對微系統技術(MST)的實踐者而言是熟知 的。該領域中還熟知的是在這種微尺寸器件的廉價封裝時遇到的困難，部 分原因在于它們的小尺寸要求精確定位連接并且還在于這些連接可以具 有許多不同的類型，例如電、機械或流體(蒸汽)。因為目標很小，所以 對于系統應用可以結合許多互聯的器件。另外，由于器件很小，所以必須 建立連接以便尤其在面對器件合集(collection)所工作的外部環境(諸如 溫度或濕度)的變化時不會例如因機械應力而擾亂其功能。
為連接微器件所采用的先前裝置已經包括了自動化引線接合設備的 使用、球柵陣列技術的使用、利用具有溫度匹配膨脹系數的材料對特殊封 裝的制作、以及在惰性或化學控制的氣氛中封裝密封器件的使用。盡管這 些技術提供了尖端的解決方案，但是例如在封裝如Texas Instruments公司 制造的微鏡器件(MMD)的情況下，眾所周知它們的實施也不是沒有代 價的。近來，較低成本的解決方案已經可用來在聚合物膜上安裝和連接微 尺寸器件陣列，例如那些使用在其上圖案化傳導線(conductive line )的膜 的解決方案，所述傳導線可以通過包括噴墨印制流體的許多技術來沉積。 這種流體可以是沉積時就是傳導電的或者可以在后續處理例如通過熱退 火之后變為傳導的。這些膜一般是柔性的，因此不大可能因機械應力而擾
5亂微尺寸器件的功能。
與本發明有關的 一種沉積傳導線的方式是通過沉積傳導流體來填充 聚合物膜中制成的溝道，例如通過激光燒蝕聚合物膜(在下文中成為燒蝕
膜)而制成的溝道。如MST領域中眾所周知的，微尺寸器件然后可以被 放置在傳導線附近；并且一般為電氣的連接可以使用各種技術來建立從而 一般確保電引線到器件或"管芯，，的可靠連接，所述各種技術包括引線接 合、倒裝接合、電鍍、以及沉積傳導材料(包括通過噴墨方式沉積傳導流 體)。
參照圖la，示出了現有技術燒蝕膜5的橫截面。該燒蝕膜5包括襯 底10， 一般為柔性聚合物，諸如聚酰胺或聚碳酸酯；以及一個或更多能量 吸收層20,其能夠通過暴露于強輻射而被全部或部分去除，換言之能夠例 如通過來自近IR激光器的輻射而被燒蝕。例如由M. Zaki Ali等人在美國 專利公開2005/0227182中揭露了能夠通過來自近IR激光器的輻射而被去 除的燒蝕膜合成物，該專利公開還考慮一旦燒蝕膜被燒蝕就將其用作光刻 掩模以用于柔印(flexogmphy)材料的后續逐圖像紫外曝光。美國 2005/0227182中描述的燒蝕膜可以含有用于除襯底或能量吸收層之外的 目的的附加層，例如用于疊層的釋放層和用于驅除液體的表面能控制層， 以便燒蝕膜一旦被燒蝕就可以用于各種目的。許多其它材料類型的聚合物 燒蝕膜和激光燒蝕處理在用于制造圖案和結構的激光燒蝕和激光處理的 領域中是眾所周知的。例如，Richard Stoltz的轉讓給Raydmnce公司的美 國專利7,115,514描述了一種使用波長短于近IR的短脈沖的激光燒蝕處 理，據描述用于燒蝕包括金屬和無機材料在內的各式各樣材料以及用于通 過燒蝕更改其表面。
參照圖lb，示出了更復雜結構的另一現有技術燒蝕膜5的橫截面。該 燒蝕膜5包括襯底10和多層30, —些層是能量吸收層。這些層能夠通過 暴露于強輻射而被全部或部分去除。其它層可以提供期望的顏色或表面屬 性(諸如疏水性)，或者可以包括釋放層以允許分離這些層，并且當鄰近 的底下或上覆能量吸收層吸收輻射時可以被去除(燒蝕)。
參照圖2a-2b,分別以橫截面和頂視圖示出了圖la的燒蝕膜5中的溝 道40的現有技術形成。該燒蝕膜5包括兩個能量吸收層20和襯底10，如 上所述。溝道40的基底50可以通過燒蝕處理進行更改，例如可以-使其表 面親水。在燒蝕膜的許多已知用途中，在通過燒蝕進行圖案化之后的是那些依 賴于被燒蝕的膜的表面屬性和幾何形狀來限制所沉積的流體，諸如含有諸 如金屬顆粒之類的傳導材料的流體的用途。這些流體一般通過諸如噴墨或 者浸入液槽而進行沉積，接著例如通過機械刮擦刀片來去除不在燒蝕溝道
中的過多流體。參照圖2c,以橫截面圖示了用于在燒蝕膜5中的被燒蝕的 溝道40中形成導電材料60的現有技術過程。例如，可以通過噴射(優選 通過噴墨印刷裝置)含有金屬先驅體(precursor)的液體到溝道40內然后 對該液體退火以形成導體60，來形成導體60。該導體60例如已由Dimatrix 公司和Cabot公司商業化。
導體在形成于聚合物膜中的溝道中的沉積還被用來例如通過在具有 圖案化于溝道中或膜表面上的導體的聚合物膜的頂表面上定位微尺寸器 件而將微尺寸器件電連接在一起，所述定位方式為機械放置或者可選的自 組裝(如由Alien Technologies公司實踐的)中的一個。以逼近方式將微尺 寸器件定位在導體附近，然后沉積一個或更多傳導金屬條，所述傳導金屬 條從(一個或多個)微尺寸器件延伸到(一個或多個)導體以建立電連接。
自對準定位的方法包括通過匹配內置于微尺寸器件和襯底兩者內的幾何 特征或者使用襯底上逐圖案沉積的吸引涂覆到微尺寸器件上的匹配化學 組分的化學組分進行對準，如Sharma等人的美國專利公開2006/0134799 和Sharma等人的美國專利公開2006/0057293中引用的。例如，發光二極 管陣列可以被如此形成用于顯示應用。
盡管這種現有技術能夠提供可用的互連器件陣列，但是放置微尺寸器 件的過程必須準確得足以考慮到成本經濟地提供連接，例如提供由傳導金 屬條制成的連接以建立電連接。這種準確度對于自對準過程而言通常很難 實現并且通過精確拾取與放置技術實現的成本很高。此外，如果該連接在 柔性襯底上意欲是魯棒的(robust)，則傳導條的沉積很昂貴、就可靠性 而言耗時并且也有問題。另外，這種技術通常不可應用于除電連接之外的 連接類型，例如流體、磁、光學的連接或者機械類型或混合類型的連接。
發明內容
本發明旨在克服上面闡述的一個或更多問題。簡而言之，根據本發明 的一個方面，本發明在于一種為微尺寸器件提供連接的方法，該方法包括 如下步驟提供具有至少頂表面的燒蝕基底材料；提供具有第一和第二表面以及具有至少在第一表面上的接合焊盤的管芯；放置該管芯，其中該管 芯的至少第 一表面接觸燒蝕基底材料的該至少頂表面；以及在靠近管芯的 燒蝕材料中燒蝕溝道。
本發明的有益效果
本發明具有將燒蝕材料的用途擴展到包括在其上具有微尺寸器件的 以下優點。
微尺寸器件的放置可以在對用于到器件或在器件之間的連接(包括機 械連接、光學連接、磁連接、流體連接或電連接)的初始布線的圖案化之前。
這些連接可以是上面類型的組合，與各個連接類型相比不用很大的過 程復雜度來實現。
寸器件的自對準連接所需的復雜口度。 ''' 、 、
微尺寸器件的位置和對準的記錄被包含在制造過程中。 通過回顧以下對優選實施例和所附權利要求書的詳細描述并且參照
附圖，將更清楚地理解和明白本發明的這些以及其它方面、目標、特征和優點。
圖la是現有技術燒蝕膜的橫截面； 圖lb是現有技術燒蝕膜的橫截面；
圖2a-2b分別以橫截面和頂視示了燒蝕膜中溝道的現有技術形
成；
圖2c以橫截面圖示了用于在燒蝕膜中的被燒蝕的溝道中形成導電材
料的現有技術過程；
圖2d以橫截面示意性圖示了本發明的燒蝕膜70的實施例；
圖3a-b示出了具有兩個接觸區的本發明的微尺寸器件的頂視圖和橫
截面圖3c示出了具有三個接觸區的微尺寸器件的頂視圖； 圖3d是圖3a-b的可選實施例，示出了具有兩個接觸的本發明的微尺 寸器件的頂視圖3e示出了具有部分從管芯的頂部延伸到其左邊緣上的接觸區(實圖4a示出了三個接觸區(虛線)頂面朝下放置在燒蝕膜的頂表面上 的微尺寸器件(管芯)的視圖4b示出了接觸區(虛線)頂面朝下放置在燒蝕膜的頂表面上的兩 個微尺寸器件(管芯)的視圖4c示出了包括通過對燒蝕膜的激光燒蝕而形成的延伸到接觸區的 溝道的圖4b的兩個管芯；
圖4d-4e圖示了用于以與管芯自對準的方式形成圖4c的溝道的過程；
圖5a-5b圖示了通過噴墨印刷裝置和通過流體(例如傳導墨)的滴管 或浸漬裝置沉積到圖4c的被燒蝕的溝道中，這是噴墨印刷領域和流體涂 布領域眾所周知的；
圖6a圖示了一種利用柔性刀片去除通過流體滴管裝置沉積的過多流 體的技術；
圖6b示出了如圖2d中的那樣但更為詳細的管芯、溝道和沉積流體的 橫截面圖7a-7c示出了對于其中到管芯的連接是光子連接的情況時如圖2d 中的那樣但更為詳細的管芯、溝道和沉積流體的一黃截面圖8a-8c示出了對于其中到管芯的連接是磁連接的情況時如圖2d中的 那樣但更為詳細的管芯、溝道和沉積流體的4黃截面圖9a-9c示出了對于其中到管芯的連接是流體連接的情況時的管芯、 溝道和沉積上覆層(overlayer)的橫截面圖10a-10f示出了對于其中到管芯的連接是流體連接的另一示例性情 況時的管芯、溝道和沉積上覆層的橫截面圖lla-llc示出了對于其中到管芯的連接是機械連接的另一示例性情 況時的管芯、溝道和溝道材料的橫截面圖12a-12b示出了對于其中到管芯的連接是遠程的即溝道中的材料接 近管芯的接觸區但沒有物理接觸的情況時的管芯、溝道和溝道材料的頂視 圖和橫截面圖；以及
圖13通過頂視示了到多種類型的微尺寸器件的多種類型的多個 連接，所述多種類型的多個連接包括電、光子、磁、機械和流體類型的連 接，所述多種類型的微尺寸器件包括生成電、光子、磁、機械和流體信號 并且對其做出響應的器件。
具體實施例方式
微尺寸的意指器件的對功能而言重要的特征在線性尺度上一般為l到 100微米且器件是在包括光刻曝光材料層以通過后續處理進行圖案化的過 程中制造的。微流體器件意指其主要功能是對流體材料(氣體和液體)或 與所分析的流體材料的性質有關的信息輸送、分析和分配的微尺寸器件， 諸如但不限于化學或生物材料以及其物理和化學屬性的傳感器。微流體微 器件也可以接收模擬或數字形式的包括電學或光學信息在內的信息并且 產生模擬或數字形式的流體信號作為輸出，所述流體信號諸如流體連接中 的化學成分的變化或壓力變化。微尺寸光子器件接收、處理和/或發送包括 光脈沖串的光學數據形式的信息或者包括波長光信號的模擬光輸入或輸 出，并且可以以各種方式對光激勵做出響應，所述各種方式包括電輸出和 機械輸出。光學微器件也可以接收包括電信息或機械信息在內的模擬或數 字形式的信息并且產生模擬或數字形式的光信號作為輸出。機械微尺寸器 件對;f莫擬或數字形式的包括準靜態的機械運動以及聲波和脈沖在內的機
械刺激敏感并且能夠產生這些機械刺激，并且可以以各種方式對機械激勵 做出響應，所述各種方式包括電輸出和光輸出。機械微器件也可以接收包 括電信息和光學信息在內的模擬或數字形式的信息并且產生模擬或數字 形式的機械或聲學信號作為輸出。磁微器件感測包括準靜態磁場以及時變 場在內的模擬或數字形式的磁性刺激并且可以以各種方式對磁性激勵做 出響應，所述各種方式包括產生電輸出和光輸出。磁微器件也可以接收包 括電信息和光學信息在內的模擬或數字形式的信息并且產生模擬或數字 形式的磁信號作為輸出。
參照圖2d,示出了本發明的燒蝕膜70的一個實施例。該燒蝕膜70 包括襯底80和兩個能量吸收層75，其中微尺寸器件(管芯)90已被定位 在燒蝕膜70的頂表面上并且自對準的溝道100通過激光燒蝕而靠近管芯 90的一個邊緣形成。如激光燒蝕領域中眾所周知的，在一個或更多能量吸 收層75中吸收的能量導致從能量吸收層中去除材料并且根據周圍層的化 學性質從相鄰層中去除材料。圖2d中的管芯90在面向燒蝕膜的一側上設 有一個或更多包括金屬接合焊盤110的接觸區。含有金屬先驅體的液體120 例如通過噴墨印刷裝置而已被噴射到溝道100中。金屬先驅體是一種其在 被干燥或退火時為電導體的流體，這在印刷電子學領域中是眾所周知的。
10圖2d中含有金屬先驅體的液體120填充溝道100并且流到鄰近溝道的部 分管芯90之下，從而當被退火時通過直接接觸金屬接合焊盤110來提供 到管芯90的電連4妻及機械連接。有利地，同時通過沉積流體到溝道100 中的過程而建立到管芯90的電連接。
參照圖3a-3b，示出了微尺寸器件90 (管芯)的頂視圖和橫截面圖。 微尺寸器件90包括由保護層135部分保護的兩個接觸區130 (對稱設置) 并且具有沿接觸區130的側面且在這些側面之間的凸起支撐結構140。如 將要描述的，向管芯90提供支撐結構140在建立到管芯90的各種類型的 連接方面是有利的。
參照圖3c，示出了具有由保護層135部分保護的三個接觸區130并且 具有分隔一些接觸區130的凸起支撐結構140的微尺寸器件90 (管芯)的 可選實施例的頂視圖。
參照圖3d，示出了具有由保護層135部分保護的兩個接觸區130 (非 對稱設置)并且具有分隔接觸區的凸起支撐結構140的微尺寸器件90 (管 芯)的可選實施例的頂視圖。保護層135不延伸到在部分接觸區130中的 管芯90的邊緣以便為后續沉積在管芯90邊緣附近的液體提供流到接觸區 130的更直接通路。
參照圖3e，示出了具有接觸區130的微尺寸器件90 (管芯)的可選 實施例的橫截面圖，所述接觸區130被設置成部分從管芯90的頂部在其 左邊緣上延伸以便為后續沉積在管芯90邊緣附近的液體提供流到接觸區 130的更直接通路。盡管圖3d圖示了到管芯90的電連接，但是如圖3d所 示的保護層135的位置和凸起支撐結構140的使用在為管芯90提供所有 類型的接觸方面是有用的。
參照圖4a，示出了三個接觸區130的頂面朝下放置在燒蝕膜70的頂 表面上的微尺寸器件90(管芯)的頂視圖。例如通過在加熱情況下壓入膜 70中或者通過將少量粘合劑(未示出)沉積到部分管芯90例如沉積到分 隔一些接觸區130的凸起支撐結構140 (在這個頂視圖中不可見，因為它 與襯底的頂表面相鄰)，已把管芯90輕微固定到燒蝕膜70。注意，管芯 90未被精確放置；即，相對燒蝕膜70的管芯90的角度以及管芯中心未被 精確地控制。
參照圖4b，示出了接觸區130的頂面朝下放置在燒蝕膜70的頂表面 上的兩個微尺寸器件90 (管芯)的視圖。例如通過在加熱情況下壓入膜
ii70中或者通過將少量粘合劑沉積到部分管芯90，已把管芯90輕微固定到 燒蝕膜70。注意，管芯90未被精確放置；即，相對燒蝕膜70及相對彼此 的管芯90的角度以及管芯中心未被精確地控制。
參照圖4c，示出了圖4b的兩個管芯90。優選地通過對燒蝕膜70的 激光燒蝕來形成延伸到接觸區130的溝道150。以使溝道方向與芯片方向 對準的方式形成溝道150，即在圖4c中溝道150垂直于最4妄近4妻觸區130 的芯片邊緣而形成，盡管芯片被定向為與燒蝕膜70的邊緣成一角度。
參照圖4d-4e，示出了用于以與管芯90自對準的方式形成圖4c的溝 道150的過程。注意，盡管圖4d-4e圖示了具有覆蓋襯底80的兩個能量吸 收層75的實施例，但是單個能量吸收層通常也是足夠的。輻射的掃描源 (例如激光束)燒蝕部分燒蝕膜70直至其到達管芯90的邊緣為止，在此 其能量被反射離開膜70,從而精確地在管芯邊緣處停止形成溝道150,而 不管管芯90的定向的角度和位置如何。如果需要，未精確放置的管芯90 的位置用照相機進行檢測并且存儲在存儲器文件中。這個文件在掃描能量 射束時被查詢并且用來控制掃描器以使射束朝管芯90上的期望位置(一 般為接觸焊盤的位置且一般垂直于最接近接觸區的芯片邊緣，盡管芯片可 被定向為與燒蝕膜70的邊緣成一角度。)移動。注意，管芯90主要由分 隔接觸區130的凸起支撐結構140支撐以便在接觸區130和燒蝕膜70的 頂表面之間存在 一 些空間。
參考圖5a-5b，圖示了通過噴墨印刷裝置和通過流體160例如傳導墨 160a (稍后示出)的滴管或浸漬裝置(dipping means )而沉積到圖4c的被 燒蝕的溝道150中，這是噴墨印刷領域和流體涂布領域中眾所周知的。圖 5a圖示了在該過程實際上正在發生時滴傳導流體160的過程，圖5b圖示 了已經由多個液滴沉積的被沉積傳導流體160的最終位置。如傳導流體領 域中眾所周知的，流體一般變硬以形成固體，也標記為161。在下文中， 圖中的陰影不區分流體和硬化的流體。
參照圖6a，圖示了一種利用柔性刀片170去除通過流體滴管裝置沉積 的過多流體161的技術。
參照圖6b，示出了如圖5a中的那樣^旦更為詳細的管芯90、溝道150 和沉積流體161的橫截面圖。依據本發明，流體161芯吸(wick )到部分 管芯90之下并且與管芯90的接觸區130物理接觸。這個實施例圖示了其 中到管芯90的連接是電連接的情況。例如，如薄膜材料領域中眾所周知的，如果流體含有金屬先驅體或者是導電聚合物材料，則電連接能夠由沉
積的流體161a形成。溝道150中的材料在退火后與4妄觸區130a電4妄觸。 如此形成的到微尺寸器件90的連接使得器件能夠發送和接收數字或^f莫擬 電信號形式的數據。傳導材料不必物理接觸接觸區130a,只要其被緊密設 置就行，這是介質電流檢測領域眾所周知的。圖6b中的接觸區130a可以 包括MST器件領域中眾所周知的電學響應元件，諸如電壓或電流源或者 電壓或電流檢測器。圖6b中的支撐性結構140輔助流體161a到接觸區的 芯吸，原因在于它確保在燒蝕膜的頂表面和保護涂層135之間以及在燒蝕 膜的頂表面和接觸區130a之間存在空間。圖6b中的支撐性結構140還由 于其與燒蝕膜的頂表面接觸而有助于防止流體161a芯吸到管芯右側的接 觸區130a。
參照圖7a-7c，示出了對于其中到管芯90的連接是光子連接的情況時 如圖5a中的那樣但更為詳細的管芯90、溝道150和沉積流體160的4黃截 面圖。在這種情況下，溝道150中沉積的材料160是光學透明的(由161b 表示)。依據本發明，流體161b芯吸到部分管芯90之下并且與管芯90 的接觸區130b物理接觸。在流體161b是光學透明材料例如諸如聚碳酸酯 或苯并氯己烷菠烯(benzo chlorohexal borene )的聚合物的情況下，溝道 150中的材料161b在硬化或退火后與管芯上的接觸區130b光學接觸。在 這種情況下，接觸區130b包括光學響應元件，例如由有機聚合物構成 的LED光源；或者光檢測器，例如由諸如ZnSe或摻雜硅半導體結的沉積 膜構成。如此形成的到微尺寸器件90的連接使得器件能夠發送和接收數 字或模擬光信號形式的數據。透光材料不必物理接觸接觸區130b，只要其 被緊密設置就行，因為光能夠經過透射材料和光傳感器之間的間隙行進。 圖7c中的支撐性結構140輔助流體161b芯吸到管芯左邊的接觸區，原因 在于它確保在燒蝕膜的頂表面和接觸區130b之間存在空間。圖7c中的支 撐性結構14 0另外由于其與燒蝕膜的頂表面接觸而防止流體芯吸到管芯右 側的4妄觸區130b。
注意，電接觸130a可以i殳置在管芯90的左部分上并且如上所揭露地 進行連接。
參照圖8a-8c，示出了對于其中到管芯90的連接是磁連接的情況時如 圖5a中的那樣^旦更為詳細的管芯90、溝道150和沉積流體161c的^黃截面 圖。在這種情況下，溝道150中沉積的材料161c是具有高磁導率的磁致
13激活材料(由161c表示)。依據本發明，流體161c芯吸到部分管芯90之下并且與管芯90的接觸區130c物理接觸，所述接觸區130c^皮示為一對用來傳導往返接觸區130c的磁場的溝道，該接觸區130c對施加的場是敏感的，例如接觸區130c可以是霍爾型磁場傳感器。在流體161c是磁致激活材料例如鐵或鐵合金的情況下，溝道150中的材料在硬化或退火后與管芯90上的接觸區130c磁連通。在這種情況下，接觸區130c包括磁響應電路，例如霍爾傳感器；或者磁場源，例如具有磁性部分的可移動機械換能器，這在MST器件領域中是眾所周知的。如此形成的到微尺寸器件90的連接使得器件能夠發送和接收數字或模擬磁信號形式的數據。磁致激活材料不必物理接觸接觸區130c,只要其與接觸區130c緊密設置就行，因為能夠經過材料和場傳感器之間的間隙來感測磁場。
參照圖9a-9c，示出了對于其中到管芯90的連接是流體連接的情況時的微尺寸器件或管芯90、溝道150和上覆共形疊層膜180的橫截面圖。注意，在圖中顏色不區分空的溝道150和用外部采樣的流體161d填充的溝道。在這種情況下，接觸區130d包括對溝道150中存在的流體161d的化學性質或流變響應的裝置，例如接觸區130d可以是化學敏感的場效應晶體管(CHEM-FET )(其表示為130d)，例如對外部采樣的流體160d (例如氣體或液體)的離子含量敏感；或者接觸區130d可以是傳導率檢測器、濕度檢測器、氣體傳感器或者分子特異性傳感器諸如MIP諧振器。接觸區130d還可以是內置于微器件本身內的流體開口 ，以將流體傳送到器件以用于生物分析或處理。在這種情況下，微器件可以包括用于吸取或分配溝道150中的外部采樣的流體161d的泵送裝置。外部采樣的流體160d可以包括液體或氣體。在這種情況的一個實施例中，在溝道150中沒有沉積材料，但是共形疊層膜180 (圖9c)被至少放置在已經形成溝道150之處的管芯90的那些部分上方以用作溝道的帽子。
注意，管芯90的左部分可以包括如上所述進行連接的電4妄觸130a。可選地(圖10a-10f)，可以在溝道150中力丈置犧牲材料，例如諸如蠟的相變液體可以沉積在溝道中并且通過冷卻進行硬化。依據本實施例，犧牲流體161e可以芯吸到部分管芯90之下并且與管芯90的4妄觸區130d物理接觸。然后可以例如通過浸漬或噴涂將流體密封劑涂布到整個燒蝕膜上或者至少涂布到具有管芯和溝道的部分上，隨后去除犧牲材料161e以形成用于外部采樣的流體161d的溝道150。例如可以通過化學溶解或通過
14加熱以汽化材料來去除犧牲材料161e (由161d表示)。依據任一過程，在燒蝕膜中形成與管芯90的(一個或多個)接觸區流體連通的流體溝道150。如此形成的到微尺寸器件的連接使得器件90能夠對化學內容例如溝道中已經存在的流體中的鹽的存在做出響應，或者對例如通過流體的壓力或介電常數所感測的自溝道引入和/或去除的流體^f故出響應。類似地如果流體是氣體，則傳感器可以檢測在溝道中擴散或循環的諸如乙烷的分子種類。
參照圖10a-10f，示出了對于其中到管芯90的連接是流體連接的另一示例性情況時的管芯90、溝道150和沉積上覆層的橫截面圖。在這種情況下，接觸區130是內置于微器件本身的末端內的流體開口而不是在器件表面上限定的開口或傳感器，以將流體傳送到器件以用于生物分析或處理。微器件可以包括用于吸取或分配溝道150中的流體的泵送裝置以及用于分析微器件中的流體的化學或生物屬性的數據分析裝置，這種流體功能在微型全分析系統領域中是眾所周知的。在圖10a-10c中，還包括在微器件的右邊準備了本質上是電氣的溝道連接，如結合圖6a-6c所討論的。事實上，本發明設想了使用到單個管芯和管芯90之間的多種類型的連接，包括電、光子、磁和流體類型的連接。在圖10a-10c中，如上所討論的，利用犧牲材料的流體沉積接著涂布密封層然后去除犧牲材料的過程來形成流體溝道。
參照圖lla-llc，示出了對于其中到管芯90的連接是機械連接的另一示例性情況時的管芯90、溝道150和溝道材料161f的對黃截面圖。在這種情況下，接觸區13Of是機械響應的因此能夠感測或產生溝道材料的靜態運動(應變)或者感測或產生振蕩運動，即聲波。許多微器件是MST技術領域中已知的，諸如壓電懸臂和靜電致動器，它們具備所有這些功能。在圖lla-llc中，還包括在微器件的右邊準備了本質上是電氣的溝道連接，如結合圖6a-6c所討論的。本發明設想了使用到多種類型管芯以及其之間的多種類型的連接，包括電、光子、磁、機械和流體類型的連接。
參照圖12a-12b，示出了對于其中到管芯90的連接是遠程的即溝道150中的材料接近管芯90的接觸區130但沒有物理接觸的情況時的管芯90、溝道150和溝道材料160的頂視圖和橫截面圖。如圖12b(其考慮流體160沉積在溝道150中的情況)所示，沒有出現流體160芯吸到管芯90之下。這可以通過選擇管芯90和流體160的表面以致界面表面張力低并且不利于芯吸來實現，例如水性流體通常不會芯吸到被聚四氟乙烯(Teflon)涂布的管芯之下。在這種情況下，接觸區130仍能夠感測或接收或發送電、光子、磁、機械和流體連接但靈敏度降低。許多微器件是MST領域中已知的，諸如磁檢測器和溫度傳感器，其能夠檢測比如說由圖12a的右側所描繪的電流流動所產生的微小場變化或者比如說由圖12a的左側所描繪的暖流體的流動所產生的微小溫度變化。
最后參照圖13,圖示了具有多個微尺寸器件的燒蝕膜70的頂視圖，所述微尺寸器件帶有多種類型的多個連接，包括電、光子、磁、機械和流體類型的連接。這種互連微尺寸器件陣列包括生成電、光子、磁、機械和流體信號并且對其做出響應的器件，所述器件陣列用作微系統，如MST領域中眾所周知的。如已經討論的且如圖13所示，本發明考慮建立到未被精確定位在燒蝕膜上的器件的連接。通過例如用數字照相機檢測微尺寸器件的位置、將這個信息存儲在存儲器文件中以及使用來自這種文件的信息以朝管芯上的期望位置(一般為接觸焊盤的位置)掃描聚焦輻射射束，能夠以自對準的方式用聚焦輻射(例如激光)來形成溝道150。部件列表
5 燒蝕膜
10 襯底
20 能量吸收層
30 多層
40溝道
50 基底
60 導體
70 燒蝕膜
75 能量吸收層
80 襯底
90 管芯
100 溝道
110金屬接合焊盤
120 液體
130 4妻觸區
130a傳導接觸
130b光學接觸
130c磁接觸
130d外部接觸
13Of機械接觸
135保護層
140凸起支撐結構
150 溝道
160 流體 160a傳導墨
160d外部采樣的流體
161 硬化液體(固體)
161 a傳導材#牛/沉積流體 161b光學連4妻 161c磁連接 161d外部連接161e犧牲連接 161f機械連接 170 柔性刀片 180共形疊層膜
權利要求
1、一種為微尺寸器件提供連接性的方法，該方法包括如下步驟(a)提供具有至少頂表面的燒蝕基底材料；(b)提供具有第一和第二表面以及具有至少在該第一表面上的接合焊盤的管芯；(c)放置該管芯，其中該管芯的該至少第一表面接觸所述燒蝕基底材料的至少頂表面；以及(d)在靠近管芯的燒蝕材料中燒蝕溝道
2、 根據權利要求1所述的方法，還包括在被燒蝕的溝道中放置材料以在其中提供連接材料的步驟。
3、 根據權利要求1所述的方法，還包括在被燒蝕的溝道中放置流體以通過芯吸流體來提供到部分管芯的接觸的步驟。
4、 根據權利要求1所述的方法，還包括微尺寸器件上的支撐結構以控制流體芯吸。
5、 根據權利要求1所述的方法，還包括如下步驟(a) 確定所放置的微器件的位置和存儲結果；以及(b) 使得燒蝕溝道與預先定位的微器件對準。
6、 根據權利要求2所述的方法，其中填充溝道的材料是流體。
7、 根據權利要求2所述的方法，其中填充溝道的材料提供到管芯的一個或多個電連才妻。
8、 根據權利要求2所述的方法，其中填充溝道的材料是磁性材料。
9、 根據權利要求2所述的方法，其中填充溝道的材料傳送光。
10、 根據權利要求2所述的方法，其中填充溝道的材料響應于聲音或運動。
11、 根據權利要求1所述的方法，包括在微尺寸器件上提供結構以促進到所述器件的流體、電、光子和機械連接。
12、 一種用于連接在印刷板上安裝的微尺寸器件的方法，該方法包括如下步驟(a) 提供燒蝕印刷板；(b) 在印刷板上安裝至少第一和第二微尺寸器件，每個器件具有一個或更多電連接或光學連接；(c) 在每個微尺寸器件之間的印刷板中燒蝕微尺寸溝道；(d) 在該溝道中》文置導體或光學元件；以及(e )在所述第 一和第二微尺寸器件的電連接或光學連接之間連接導體或光學元件。
13、 根據權利要求12所述的方法，還包括在溝道或增強型溝道中放置可芯吸的物質以為電連接或光學連接提供高效連接。
14、 根據權利要求12所述的方法，還包括在溝道或增強型溝道中放置可固化的物質以穩定溝道中的電元件或光學元件。
15、 根據權利要求12所述的方法，還包括在溝道或增強型溝道中放置粘性物質以進一步穩定所述電元件或光學元件。
16、 根據權利要求12所述的方法，包括把電器件提供為第一和第二微尺寸器件的步驟。
17、 根據權利要求16所述的方法，包括把有源電器件提供為電器件的步驟。
18、 根據權利要求16所述的方法，包括把無源電器件提供為電器件的步驟。
19、 根據權利要求12所述的方法，還包括在燒蝕印刷板中具有隆起的部分以用于容納微尺寸器件的步驟。
20、 根據權利要求12所述的方法，還包括沿微尺寸器件的相對邊緣提供多個接合坪盤的步驟。
21、 根據權利要求12所述的方法，還包括在微尺寸器件或燒蝕印刷板上放置粘合劑以用于安裝的目的。
22、 根據權利要求12所述的方法，還包括在溝道中放置微流體器件的步驟。
23、 根據權利要求12所述的方法，還包括確定微尺寸器件的位置和存儲結果的步驟。
24、 根據權利要求23所述的方法，還包括根據存儲的結果放置一個或更多燒蝕溝道的步驟。
25、 一種設備，包括(a) 具有至少頂表面的燒蝕基底材料；(b) 管芯，該管芯的至少第一表面接觸所述燒蝕基底材料的至少第一表面；以及(C)在靠近管芯的燒蝕材料中設置的溝道。
26、 根據權利要求25所述的設備，還包括被燒蝕的溝道中的傳導的且可芯吸的流體以通過芯吸流體來提供到部分管芯的接觸。
27、 根據權利要求25所述的設備，其中溝道與預先定位的微器件對準。
28、 根據權利要求25所述的設備，其中傳導材料是流體。
29、 根據權利要求25所述的設備，其中傳導材料是電導體。
30、 根據權利要求25所述的設備，其中傳導材料是磁性材料。
31、 根據權利要求25所述的設備，其中傳導材料傳送光。
32、 根據權利要求25所述的設備，其中傳導材料響應于聲音或運動。
33、 根據權利要求25所述的設備，還包括微尺寸器件上的結構以促進到所述器件的流體、電、光子和機械連接。
全文摘要
一種為微尺寸器件提供連接性的方法，該方法包括如下步驟提供具有至少頂表面的燒蝕基底材料；提供具有第一和第二表面以及具有至少在第一表面上的接合焊盤的管芯；放置該管芯，其中該管芯的至少第一表面接觸所述燒蝕基底材料的該至少第一表面；以及在靠近管芯的燒蝕材料中燒蝕溝道。在溝道中放置一種提供到管芯的流體或電或光子或磁或機械連接的材料。
文檔編號B81C1/00GK101681851SQ200880012539
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月4日 優先權日2007年4月19日
發明者G·A·豪金斯, M·Z·阿利, P·A·斯托爾特, T·M·斯蒂芬尼 申請人:伊斯曼柯達公司