(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気バイア接続を形成する方法であって、
貫通する開口を有する第１の非導電性基材であって、前記開口を画定する前記第１の非導電性基材の内面が第１の導電材料の層を含む第１の非導電性基材を提供することと、
第２の導電材料から形成された又は第２の導電材料の層で被覆された突出部材が表面から延出した第２の非導電性基材を提供することと、
前記第１及び第２の導電材料の層の一方又は双方を、前記第１の導電材料の層と前記第２の導電材料の層の間に冷間圧接結合及び電気的接続を形成するのに有効な量だけ、局所的に変形させかつ剪断するべく、前記第２の非導電性基材の前記突出部材を圧縮して前記第１の非導電性基材の前記開口に入れることと
を含む方法。
【請求項２】
前記突出部材を圧縮することの前に、前記第２の非導電性基材の前記突出部材を、前記第１の非導電性基材の前記開口に対して整合させて前記開口に対して前記突出部材の一以上の重なりを与えることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記突出部材を圧縮することは、前記一以上の重なりによって作られる一以上の界面において前記突出部材を局所的に変形させかつ剪断することであって、前記突出部材の少なくとも一部を、前記第１の非導電性基材と前記第２の非導電性基材との間にある前記開口の外側の空間の中に塑性変形するのに有効な量だけ局所的に変形させかつ剪断することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の非導電性基材、前記第２の非導電性基材、又は前記第１及び第２の非導電性基材双方がケイ素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の導電材料、前記第２の導電材料、又は前記第１及び第２の導電材料双方が、金、インジウム、アルミニウム、銅、鉛、亜鉛、ニッケル、銀、パラジウム、カドミウム、チタン、タングステン、スズ、及びこれらの組み合わせを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記一以上の重なりは、１μｍから５０μｍの幅を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記突出部材は中実の円柱である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の非導電性基材は、前記第１及び第２の導電材料の層の一方又は双方の局所的な変形及び剪断を引き起こすのに十分なヤング率及び降伏応力を有するポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００４年１１月４日に出願された米国特許仮出願代６０／６２，５０５３号の恩典を主張するものである。この出願は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は一般に、部品を合わせて封止（ｓｅａｌｉｎｇ）するための方法及び装置の分野に関し、詳細には、装置及び／又は埋込み可能な医療装置の気密封止（ｈｅｒｍｅｔｉｃ ｓｅａｌｉｎｇ）方法に関する。
【０００３】
多くの応用では、２つ以上の部品を互いに接合し、結合し、又は他の方法で封止する必要がある。特に医療用の埋込み装置では、これらのシール（ｓｅａｌ）がしばしば、例えばリザーバ内容物の純度又は品質を保護するために、生物適合性かつ気密性でなければならない。
【０００４】
封止を必要とする装置の例が、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第５，７９７，８９８号、第６，５２７，７６２号、第６，４９１，６６６号及び第６，５５１，８３８号に記載されている。リザーバ内容物の制御された放出又は露出を提供するこれらの装置は、リザーバ内容物がその中に封じ込められた複数のリザーバを含む。リザーバは、放出するための医薬品製剤、露出させるためのセンサ、又はこれらの組合せを含むことができる。これらの装置を構築する際には、リザーバ及びリザーバ内容物を含み、又は装置の動作に関連した電子構成要素を含むことができる、２つ以上の基材又は他の部品を封止することがしばしば必要である。
【０００５】
さまざまな封止法が当技術分野では知られている。その例には、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第６，７３０，０７２号（ポリマーガスケット及びバックプレートの使用を記載している）及び米国特許第６，８２７，２５０号（高温レーザ又は抵抗性溶接、はんだ付け、超音波圧接、及び金属圧縮ガスケットを含む、マイクロリザーバを気密封止するためのさまざまな技法を記載している）、及び米国特許出願第２００５／００５０８５９Ａ１号に記載されているものなどが含まれる。これらの方法は、全ての封止応用に適し、又は全ての封止応用に対して理想的でもあるわけではない。
【０００６】
周囲条件下では、金属表面は、互いに合わせても一般に結合しない。金属表面は、金属結合形成の障壁となる表面酸化物、有機汚染物あるいはその両方で覆われているからである。しかし、その金属の降伏応力を上回る圧力で２つの金属平面を圧縮すると、それらの面を変形させることができ、この障壁を置換し、結合可能な清浄な金属を露出させることができる。しかし、互いに圧縮された２つの平面の金属の変形がかなり大きくても、実際の結合領域は、対合している表面積に比べて相当に小さい（Ｍｏｈａｍｅｄ＆Ｗａｓｈｂｕｒｎ、Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ、１９７５年９月、３０２ｓ〜３１０ｓページ、Ｗｅｌｄｉｎｇ＆Ｊｏｉｎｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ３．３７１Ｊ／１３．３９１Ｊ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｔ．Ｅａｇａｒ、ＭＩＴ）。この小結合領域特性は２つの現象に起因する。第１に、新しく露出した金属の表面部分は、平面の変形量の強力な関数でない。第２に、凹凸（ａｓｐｅｒｉｔｉｅｓ）が、表面の大部分が相互作用し結合することを妨げる。表面が完全に結合しないため、気密封止（ｈｅｒｍｅｔｉｃ ｓｅａｌ）の形成を妨げる漏れ経路が存在する可能性がある。
【０００７】
Ｆｅｒｇｕｓｏｎ他、「Ｃｏｎｔａｃｔ Ａｄｈｅｓｉｏｎ ｏｆ Ｔｈｉｎ Ｇｏｌｄ Ｆｉｌｍｓ ｏｎ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ Ｓｕｐｐｏｒｔｓ：Ｃｏｌｄ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｕｎｄｅｒ Ａｍｂｉｅｎｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｎｅｗ Ｓｅｒｅｉｓ、２５３（５０２１）：７７６〜７８（１９９１年８月１６日）は、コンプライアントポリマー（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒ）上の薄い金の金属面どうしを接触させることによる、周囲条件下での金−金結合を開示している。しかし、その結果は、結合していない汚染物の「島（ｉｓｌａｎｄ）」を有する結合界面である。これらの島は連続した漏れ経路を形成する可能性がある。
【０００８】
ある範囲の材料を用いて低温で気密封止を形成するための改良された封止法を提供することが望ましい。さらに、少なくとも２つの基材間の短い間隔の複数のリザーバを、比較的単純で費用効果の高いプロセスで、特に、信頼性の高い大規模生産向けのプロセスで、個別に気密封止することが望ましい。
【０００９】
（発明の概要）
一態様では、少なくとも２つの基材を合わせて気密封止するための冷間圧接法及び構造が提供される。これは、封止プロセスへの入熱なしで気密封止を有利に提供することができ、このことは、このような追加の熱が、結合領域に近接する装置、製剤又は材料に有害となる多くの応用において望ましい。
【００１０】
好ましい一実施形態では、この方法が、第１の金属を含む第１の接合面を含む少なくとも１つの第１のジョイント構造を有する第１の基材を提供すること、第２の金属を含む第２の接合面を含む少なくとも１つの第２のジョイント構造を有する第２の基材を提供すること、及び前記接合面を、一以上の界面で、前記接合面の前記第１の金属と前記第２の金属の間に金属−金属結合を形成するのに有効な量だけ、局所的に変形させ、剪断するために、前記少なくとも１つの第１のジョイント構造と前記少なくとも１つの第２のジョイント構造とを合わせて圧縮することを含む。一実施形態では、この方法がさらに、前記圧縮ステップの前に、前記少なくとも１つの第２のジョイント構造の上に前記少なくとも１つの第１のジョイント構造の一以上のオーバラップ部分を与えるように、前記少なくとも１つの第２のジョイント構造の上に前記少なくとも１つの第１のジョイント構造を整列させることを含み、前記一以上のオーバラップ部分が、前記圧縮ステップ中に、前記接合面の前記一以上の界面を形成する。好ましい実施形態では、前記一以上のオーバラップ部分が、表面汚染物を置換し、前記接合面間の密接を入熱なしに促進するのに有効である。特定の一実施形態では、前記少なくとも１つの第１のジョイント構造が少なくとも１つのタング構造を含み、前記少なくとも１つの第２のジョイント構造が少なくとも１つのグルーブ構造を含み、前記少なくとも１つの第１のジョイント構造と前記少なくとも１つの第２のジョイント構造とを合わせて圧縮する前記ステップが、前記少なくとも１つのタング構造を圧縮して前記少なくとも１つのグルーブ構造の中に少なくとも部分的に入れることを含む。一実施形態では、前記少なくとも１つのタング構造が、１ミクロンから１００ミクロンまでの範囲のタング高さ及び１ミクロンから１００ミクロンまでの範囲のタング幅を有し、前記少なくとも１つのグルーブ構造が、１ミクロンから１００ミクロンまでの範囲のグルーブ深さ及び１ミクロンから１００ミクロンまで範囲のグルーブ幅を有する。
【００１１】
構造材料のさまざまな組合せを使用することができる。例えば、前記第１の金属又は前記第２の金属あるいはその両方が金又は白金を含む。他の実施形態では、前記第１の金属又は前記第２の金属あるいはその両方が、金、インジウム、アルミニウム、銅、鉛、亜鉛、ニッケル、銀、パラジウム、カドミウム、チタン、タングステン、スズ及びこれらの組合せからなるグループから選択された金属を含む。前記第１の金属と前記第２の金属は異なる金属とすることができる。前記第１の基材又は前記第２の基材あるいはその両方は、ケイ素、ガラス、セラミック、ポリマー、金属及びこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含むことができる。前記第１のジョイント構造又は前記第２のジョイント構造あるいはその両方は、金属、セラミック、ガラス、ケイ素及びこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含むことができる。一実施形態では、前記第１のジョイント構造又は前記第２のジョイント構造あるいはその両方が、インジウム、アルミニウム、金、クロム、白金、銅、ニッケル、スズ、これらの合金、及びこれらの組合せを含む。
【００１２】
一実施形態では、前記少なくとも１つの第１のジョイント構造が、前もって形成された少なくとも１つの構造体を前記第１の基材に結合することによって形成される。前記第１の接合面は例えば、電気めっきプロセス、蒸着、化学蒸着プロセス、スパッタリング、電子ビーム蒸着又はウェットエッチングプロセスによって形成される。一実施形態では、前記第１のジョイント構造及び第１の接合面が、前記第１の基材の表面の少なくとも一部分を被覆する金属の層である。
【００１３】
一実施形態では、この方法がさらに、前記第１の基材と前記第２の基材の間に一以上のプリフォームを提供することを含み、前記少なくとも１つの第１のジョイント構造と前記少なくとも１つの第２のジョイント構造とを合わせて圧縮する前記ステップがさらに、前記基材又は前記接合面のプリフォーム界面で、前記一以上のプリフォームを変形させ、剪断することを含む。一実施形態では、前記プリフォームが、金属、ポリマー又は金属被覆されたポリマーを含む。
【００１４】
一実施形態では、この方法がさらに、前記一以上の界面で前記接合面を加熱することを含む。前記圧縮ステップと前記加熱ステップとは実質的に同時に実施することができる。一実施形態では、前記接合面の前記加熱がマイクロヒータを用いて実施される。
【００１５】
他の実施形態では、この封止方法がさらに、前記接合面の、前記一以上の界面に、超音波エネルギーを加えることを含む。
【００１６】
他の実施形態では、この封止方法がさらに、前記第１の基材と前記第２の基材とを合わせて締め付け、又ははんだ付けすることを含む。
【００１７】
この方法の好ましい一実施形態では、前記結合された基材が、その中に画定された少なくとも１つのキャビティを含む。一実施形態では、前記少なくとも第１の基材が、リザーバ内容物を含む別個の複数のリザーバを含み、前記リザーバがそれぞれ、互いから及び外部環境から気密封止される。一例では、前記リザーバ内容物がバイオセンサ又は他の２次装置を含む。他の例では、前記リザーバ内容物が薬物製剤を含む。他の例では、前記リザーバ内容物が、芳香又は香気化合物、染料又は他の着色剤、甘味料、あるいは矯味矯臭剤を含む。一実施形態では、前記第１の基材がキャビティを含み、前記第１のジョイント構造と前記第２のジョイント構造とが合わせて圧縮される前に前記キャビティの中に第３の基材が位置する。前記第３の基材は例えば、センサ、ＭＥＭＳ装置又はこれらの組合せを含む。
【００１８】
一実施形態では、この方法の前記変形ステップが真空で実施され、又は、大気中で実施された場合に起こるであろう前記ジョイント構造の酸化に比べて前記ジョイント構造の酸化を低減させるのに有効な不活性ガス雰囲気で実施される。
【００１９】
一実施形態では、少なくとも２つの基材を合わせて気密封止する方法が提供され、この方法は、金属の薄層で金属被覆された第１のコンプライアントポリマーを含む第１の接合面を含む少なくとも１つの第１のジョイント構造を有する第１の基材を提供するステップと、金属の薄層で金属被覆された第２のコンプライアントポリマーを含む第２の接合面を含む少なくとも１つの第２のジョイント構造を有する第２の基材を提供するステップと、前記接合面を、一以上の界面で、前記第１の接合面と前記第２の接合面の間に結合を形成するのに有効な量だけ、局所的に変形させるために、前記少なくとも１つの第１のジョイント構造と前記少なくとも１つの第２のジョイント構造とを合わせて圧縮するステップとを含む。一実施形態では、金属被覆された前記第１のポリマーの前記金属層又は金属被覆された前記第２のポリマーの前記金属層、あるいはその両方が、金、白金又はこれらの組合せを含む。
【００２０】
他の態様では、前面と背面とを有する第１の基材であって、第１の金属である第１の接合面を含む少なくとも１つの第１のジョイント構造を含む第１の基材と、第２の金属である第２の接合面を含む少なくとも１つの第２のジョイント構造を有する第２の基材と、前記第１の基材と前記第２の基材の間に形成された、前記第１の基材と前記第２の基材とを接合する気密封止であって、前記第１の接合面と前記第２の接合面とを一以上の界面で冷間圧接することによって作製された気密封止と、前記第１の基材と前記第２の基材の間の前記気密封止の内側に、外部環境から気密封止されるように画定された少なくとも１つの封じ込め空間とを含む封じ込め装置が提供される。一実施形態では、前記少なくとも１つの封じ込め空間が、前記少なくとも第１の基材の中に、前記前面と前記背面の間に配置された別個の複数のリザーバを含む。さまざまな実施形態では、前記少なくとも１つの封じ込め空間が、前記封じ込め空間の中に含まれるセンサ、ＭＥＭＳ装置、薬物製剤又はこれらの組合せを含む。好ましい一実施形態では、前記接合面が、入熱なしで形成された金属−金属結合によって互いに接合されている。一実施形態では、前記少なくとも１つの第１のジョイント構造と前記少なくとも１つの第２のジョイント構造とがタングアンドグルーブジョイントを含む。
【００２１】
さまざまな実施形態では、前記第１の金属又は前記第２の金属あるいはその両方の金属が、金、白金又はこれらの組合せを含み、前記基材が、ケイ素、金属、セラミック、ポリマー、ガラス及びこれらの組合せからなるグループから選択された材料を含む。一実施形態では、前記第１のジョイント構造と前記第２のジョイント構造の間でプリフォーム構造が変形している。他の実施形態では、前記第１のジョイント構造又は前記第２のジョイント構造がマイクロヒータを含む。任意選択で、前記マイクロヒータに隣接した中間層を提供することができる。一実施形態では、前記第１のジョイント構造又は前記第２のジョイント構造が、外部誘導ヒータを介して前記構造を加熱するのに有効な磁性材料を含む。
【００２２】
この装置はさらに、他の固定手段を含むことができ、例えば、前記基材を互いに接合するためのクランプを含むことができ、又は前記第１の基材と前記第２の基材とを合わせて固定するためにはんだ材料を使用することができる。
【００２３】
一実施形態では、前記第１の基材が、前記少なくとも１つの封じ込め空間と連通した別個の複数の開口をさらに含み、前記開口が、別個の複数のリザーバキャップによって閉じられている。一実施形態では、前記リザーバキャップが金属フィルムを含み、前記装置が、前記リザーバキャップを選択的に崩壊させる手段（例えば制御回路及び電源）を含む。
【００２４】
一態様では、気密封止されたリザーバ内に位置する内容物の制御された露出又は放出のための埋込み可能な医療装置が提供される。一実施形態では、この装置が、第１の基材と、前記第１の基材内に配置され、第１の開口と、前記第１の開口の遠位側にある第２の開口とを有する、別個の複数のリザーバと、前記リザーバ内に位置し、薬物又はバイオセンサを含むリザーバ内容物と、前記第１の開口を閉じる別個の複数のリザーバキャップと、前記リザーバキャップを選択的に崩壊させる手段と、第２の基材と、前記第２の開口を密閉する、冷間圧接によって作製されたハーメチックジョイントとを含む。一実施形態では、前記ハーメチックジョイントがタンク及びタングアンドグルーブ界面を含む。
【００２５】
他の態様では、電気バイア接続を形成する方法が提供され、この方法は、それを貫通する開口を有する第１の非導電性基材であって、前記開口を画定する前記第１の基材の内面が第１の導電材料の層を含む第１の非導電性基材を提供すること、第２の導電材料から形成され、又は第２の導電材料で覆われた突出部材がその表面から延出した第２の非導電性基材を提供すること、ならびに前記第１及び／又は第２の導電層を、前記第１の導電層と前記第２の導電層の間に結合及び電気的接続を形成するのに有効な量だけ、局所的に変形させ、剪断するために、前記第２の基材の前記突出部材を圧縮して前記第１の基材の前記開口に入れることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】冷間圧接プロセスによって形成された気密封止を提供するタングアンドグルーブジョイント構造設計を有するシールシステムの一実施形態の断面図である。
【図２】気密封止を提供するタングアンドグルーブジョイント構造設計を有する気密封止システムの他の実施形態の断面図である。左図は冷間圧接プロセス前の構造を示し、右図は冷間圧接プロセス後の形成されたシールを示す。
【図３】図２に示されたシール設計及び冷間圧接プロセスを使用して形成された気密封止の断面を示す走査電子顕微鏡写真である。
【図４】それぞれのジョイント構造に単一の冷間圧接剪断層を有するジョイント構造設計を有する気密封止システムの一実施形態の断面図である。
【図５】ジョイント構造間に冷間圧接することができる金属プリフォームを有する気密封止システムの一実施形態の断面図である。
【図６】ジョイント構造間に冷間圧接することができる金属プリフォームを有する気密封止システムの他の実施形態の断面図である。
【図７】ジョイント構造の基部の幾何形状の５つの異なる実施形態の平面図である。
【図８】気密封止を形成するために冷間圧接において使用することができるジョイント構造設計の６つの異なる実施形態の平面図及び断面図である。
【図９】図８に示されたジョイント構造設計のさまざまな組合せによって形成された気密封止システムの４つの実施形態の断面図である。
【図１０】タングアンドグルーブジョイント構造設計を有する気密封止システムの一実施形態の断面図及び拡大断面図である。
【図１１】ヒータとヒータ上の中間層とを有する気密封止システムの一実施形態の断面図である。
【図１２】基材材料を含むジョイント構造コア上のマイクロヒータとマイクロヒータ上の中間層とを含む、気密封止システムの一実施形態の断面図である。
【図１３】接合面材料と直接に接触したマイクロヒータを有する気密封止システムの一実施形態の断面図である。
【図１４】基材材料を含むジョイント構造コア上にあって、接合面材料と直接に接触したマイクロヒータを有する、気密封止システムの一実施形態の断面図である。
【図１５】ニチノールクランプを有する気密封止システムの一実施形態の透視図である。
【図１６】図１６Ａ〜Ｃは、はんだクランプを有する気密封止システムの一実施形態の断面図であり、組立てステップを示す図である。
【図１７】冷間圧接クランプ及び圧縮シール材料を有する気密封止システムの一実施形態の断面図である。
【図１８】タングアンドグルーブジョイント設計を用いた冷間圧接を使用してそれぞれ個別に気密封止されたリザーバのアレイを含む装置の一実施形態の断面図である。その中にリザーバが画定された装置のボディは、やはりタングアンドグルーブジョイント設計を用いた冷間圧接プロセスを使用して気密封止された２つの基材部分を含む。
【図１９】リザーバのアレイを含み、冷間圧接プロセスを使用してリザーバを個別に気密封止するためのジョイント設計を有する、装置の一実施形態の透視図である。
【図２０】金属接合面によってめっきされたさまざまなポリマージョイント構造を有する気密封止システムの３つの実施形態の断面図である。
【図２１】マルチリザーバ封じ込め装置の一実施形態の断面図であり、冷間圧接プロセスによるリザーバの気密封止を示す図である。
【図２２】圧縮結合力が加わらない中間基材を保護するために、結合された「サンドイッチ」構造を使用した、封止された構造の一実施形態の断面図である。
【図２３】本明細書に記載された冷間圧接によって電気バイア接続を形成するための結合前の諸部品の一実施形態の断面図である。
【図２４】図２４Ａ〜Ｂは、本明細書に記載された冷間圧接によって形成された電気ワイヤ接続の透視図である。図２４Ａは接続前の部品を示し、図２４Ｂは、接続されたアセンブリを示す。
【図２５】冷間圧接によって電気バイア接続を形成するための結合前の諸部品の一実施形態の透視断面図である。
【図２６】冷間圧接によって形成された電気バイア接続の一実施形態の透視図である。この図は、開口と歯の間の材料オーバラップを示している。
【図２７】図２７Ａ〜Ｂは、マイクロファブリケーションによって形成された冷間圧接用のシールフィーチャを有する２つのケイ素基材の走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
冷間圧接（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｃｏｌｄ ｗｅｌｄｉｎｇ）プロセスによって気密封止を形成する方法及び装置を開発した。有利には、このプロセス及びシール設計は、繊細な装置構成要素及び内容物を熱及び溶媒から保護しながら、装置部品を確実かつ効率的に互いに結合することを可能にする。この封止プロセスは、分子間拡散及び結合を促進するために、圧縮ステップ中に局所的に変形し、剪断される一以上のジョイントシール表面を備えた２つの基材を共に冷間圧接することを含む。有利には、金属封止面の剪断及び変形は、この面に存在する金属酸化物あるいは有機又は無機汚染物を実質的に浄化し、それによって、接合面間の金属−金属結合を促進し、したがって気密性（ｈｅｒｍｅｔｉｃｉｔｙ）を促進する原子的に清浄な金属面を提供する。すなわち、冷間圧接は、汚染物のない接合面、したがって結合障害のない接合面を形成する。好ましい冷間圧接プロセスでは、金属の降伏応力よりも大きい圧力によって、接合構造及び接合面が変形する。この金属変形は２つの目的を果たす。この金属変形は接合面間の密接を形成し、金属−金属結合が可能になるように、表面酸化物及び他の汚染物を置換する。冷間圧接によって金属−金属結合が形成される実施形態では、追加のクランプが不要な場合がある。
【００２８】
一態様では、少なくとも２つの基材を合わせて気密封止するための方法であって、第１の金属を含む第１の接合面を含む少なくとも１つの第１のジョイント構造を有する第１の基材を提供するステップと、第２の金属を含む第２の接合面を含む少なくとも１つの第２のジョイント構造を有する第２の基材を提供するステップと、これらの接合面を、一以上の界面で、接合面の第１の金属と第２の金属の間に金属−金属結合を形成するのに有効な量だけ、局所的に変形させ、剪断するために、前記少なくとも１つの第１のジョイント構造と前記少なくとも１つの第２のジョイント構造とを合わせて圧縮するステップとを含む方法が提供される。第１の金属と第２の金属は同じでも又は異なっていてもよい。これらは、同じ母材金属の異なる合金とすることができる。同じ金属である場合、第１の金属と第２の金属は、異なる構造形態、例えば結晶構造、結晶粒構造などを有することができる。適当な金属面材料の非限定的な例には、インジウム、アルミニウム、銅、鉛、亜鉛、ニッケル、銀、パラジウム、カドミウム、チタン、タングステン、スズ及びこれらの組合せが含まれる。金又は白金が好ましいことがある。第１の基材又は第２の基材あるいはその両方は、ケイ素、ガラス、セラミック、ポリマー、金属、及びこれらの組合せなど、さまざまな材料から形成することができる。基材材料の非限定的な例には、石英、ホウケイ酸ガラス、任意の形態の酸化アルミニウム、窒化ケイ素及びこれらの組合せが含まれる。基材と少なくとも１つのジョイント構造は、同じ材料又は異なる材料からなることができる。ジョイント構造は、当技術分野で知られているさまざまなプロセスによって基材内／上に形成することができる。プロセスの例は、基材の深い（ｄｅｅｐ）反応性イオンエッチング、ドリリング（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）（例えばレーザ）、ミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）、マイクロ機械加工（ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）、ＭＥＭｓプロセス又はＬＩＧＡ処理を含む。第１のジョイント構造又は第２のジョイント構造あるいはその両方は、金属、セラミック、ガラス、ケイ素及びこれらの組合せの中から選択された材料を含むことができる。可能なジョイント構造材料の例は、インジウム、アルミニウム、金、クロム、白金、銅、ニッケル、スズ、これらの合金、及びこれらの組合せなどの前述の金属面金属、ならびに任意の形態のアルミナ、石英、溶融シリカ、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素及びダイヤモンドなどである。ジョイント構造は基材と一体とし、又は基材に結合することができる。一実施形態では、ジョイント構造が、前もって形成された少なくとも１つの構造体をその基材に結合することによって形成される。この前もって形成された構造体は、例えば、電気めっき、化学蒸着、スパッタリング、ＭＥＭＳ処理、マイクロ機械加工、ＬＩＧＡ処理又は陽極結合によって形成することができる。このプリフォーム構造体は、例えば、熱圧縮、はんだ付け又は超音波圧接によって基材に取り付けることができる。ジョイント構造とその接合面は同じ材料又は異なる材料からなることができる。
【００２９】
一実施形態では、この方法がさらに、第１の基材と第２の基材の間に一以上の個別のプリフォームを提供することを含み、少なくとも１つの第１のジョイント構造と少なくとも１つの第２のジョイント構造とを合わせて圧縮するステップがさらに、基材又は接合面とのプリフォーム界面で、前記一以上のプリフォームを変形させ、剪断することを含む。このプリフォームは、例えば、ＬＩＧＡ処理、ＭＥＭＳ処理、ウェットエッチング、レーザマイクロ機械加工、スタンピング、カッティング又はマイクロキャスティング（ｍｉｃｒｏ−ｃａｓｔｉｎｇ）によって形成することができる。プリフォームは、金属、ポリマー又は金属被覆されたポリマーを含むことができる。
【００３０】
これらの方法及びシール設計の好ましい応用では、マイクロファブリケーションによって製作された装置構成要素、特に埋込み可能な医療装置を封止する際に、気密封止が使用される。好ましい一実施形態では、本発明の封止方法及びジョイント構造が、制御された放出のための薬物及び／又はバイオセンサなどのリザーバ内容物が充填された封じ込め（ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ）リザーバのアレイを個別に封止し、かつ／又は装置を動作させるための関連電子構成要素をパッケージングするための装置で使用される。
【００３１】
一態様では、これらの気密封止のうちの一以上のシールを含む装置が提供される。一実施形態では、この装置が、センサ又は薬物製剤をそれぞれが含む複数のリザーバを有する第１の基材（２つ以上のウェーハ又は基材部分を含むことができる）を含み、それぞれのリザーバが、装置の第１の表面に第１の開口を含む。この第１の開口は、リザーバ内容物の放出又は露出の時間及び／又は速度を制御するために選択的かつ能動的に崩壊させることができるリザーバキャップによって閉じられている。一実施形態では、リザーバがさらに、第１の開口の遠位側にある第２の開口を含む。この開口は、リザーバへのリザーバ内容物の充填後又は充填と同時に気密封止される。一般に、この封止は、本明細書に記載の一以上の気密封止法及びジョイント設計を使用して、第１の基材を第２の基材に結合することを含む。任意選択で、この装置はさらに、リザーバキャップの崩壊及び任意のリザーバベースセンサのための電力を供給し、これらを制御することに関連した電子構成要素を保護するために第１又は第２の基材の表面に気密結合させた、パッケージング構造を含む。このパッケージング構造及び気密封止は、電子構成要素及びリザーバ内容物を環境から保護する。本明細書で使用されるとき、用語「環境」は、装置の保管時、あるいは装置のｉｎ ｖｉｔｒｏ使用時又はｉｎ ｖｉｖｏ使用時に存在する埋込み部位の体液及び組織、空気、流体及び微粒子を含むリザーバの外部環境を指す。
【００３２】
本明細書で使用されるとき、用語「冷間圧接」は、一般に４０℃未満の周囲条件で、熱を加えることなく形成された分子間結合を意味する。
【００３３】
本明細書で使用されるとき、用語「気密封止」は、装置の耐用寿命の間、装置の一以上のコンパートメント、特に装置のリザーバへ、又はリザーバからの化学物質の望ましくない出入りを防ぐことを指す。本明細書の目的上、１×１０−９ａｔｍ＊ｃｃ／秒未満の速度でヘリウム（Ｈｅ）を透過させるシールを気密封止と呼ぶ。
【００３４】
本明細書で使用されるとき、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、そうでないと明示されない限り、開放された（ｏｐｅｎ）非限定的な用語であることが意図される。
【００３５】
（装置構成要素及び材料）
気密封止は、第１の接合面を有する少なくとも１つの第１のジョイント構造を有する第１の基材と、第２の接合面を有する少なくとも１つの第２のジョイント構造を有する第２の基材とを含み、これらの基材が、一以上の界面で冷間圧接によって結合されている。好ましい実施形態では、これらのシールが生物適合性であり、医療用インプラント向けに適している。一実施形態では、これらの２つの基材が、任意選択で、リザーバ、センサ、薬物及び電子回路のうちの一以上を含む。基材は、ケイ素、ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、ステンレス鋼、チタン、アルミナ、窒化ケイ素及び他の生物適合性セラミック、ならびに他の金属又はポリマーを含むことができる。一実施形態では、ケイ素基材が、近赤外（ＮＩＲ）から赤外（ＩＲ）スペクトルの範囲の光学プローブの使用を許す。基材材料を適当に選択することによって、可視、ＵＶ又は他の波長の光を使用した分光法が可能となることが理解される。さらに、基材は、冷間圧接中に高い剪断を引き起こす十分に高いヤング率及び降伏応力を有するポリマーを含むことができる。
【００３６】
それぞれの基材上のジョイント構造（「封止フィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）」とも呼ばれる）は、基材と同じ又は基材とは異なる材料を含むことができる。例えば、ジョイント構造が基材内にマイクロ機械加工される場合、ジョイント構造は基材材料からなる。ジョイント構造はあるいは、金属、金属合金、又は金属の組合せなど、基材とは異なる材料からなる基材に結合されたプリフォームである。他の実施形態では、ＬＩＧＡによって形成されたニッケルジョイント構造に金層を電気めっきし、次いで、この構造を、はんだ付け、鑞付又は熱圧縮結合を使用して、金属被覆された基材に結合することができる。ＬＩＧＡ構造は、ＬＩＧＡプロセスと両立する任意の金属又は金属合金からなることができる。他の実施形態では、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）製作を使用して、ガラス又はケイ素から、ジョイント構造プリフォームを形成することができる。
【００３７】
ジョイント構造は、金属であることが好ましく、任意選択で他の接合面に結合することができる接合面（「剪断層」又は「結合面」とも呼ばれる）を有する。後に詳述する代替実施形態では、接合面がコンプライアントポリマーである。適当に低い塑性変形応力を有する金属が接合面として使用される。当業者は、適当な塑性変形応力を、例えば特定のジョイント幾何形状及びジョイントを形成するために合理的に加えることができる力の量に基づいて決定することができる。さらに、表面酸化物を持たない金属、又は母材金属の硬度に比べて酸化物の硬度が相対的に高い金属は、接合面として使用するのに好ましい。Ｔｙｌｅｃｏｔｅ、「Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｗｅｌｄｉｎｇ」、Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｊ．（１９５４年３月）及びＭｏｈａｍｅｄ他、「Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｗｅｌｄｉｎｇ」、Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ、３０２〜１０ページ（１９７５年９月）を参照されたい。適当な金属（及びそれらの合金）の代表例は、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びカドミウム（Ｃｄ）を含む。生物適合性に関して好ましい接合面金属の代表例は金及び白金を含む。
【００３８】
第１の接合面は、第１の接合面とともに気密封止を形成する第２の接合面と同じ材料からなることができ、又はそうでなくてもよい。例えば、接合面は異なる属からなり、又は同じ母材金属の異なる合金からなることができる。例えば、第１の接合面を金、第２の接合面を白金とすることができる。一実施形態では、接合面が、異なる構造形態を有する同じ材料からなる。例えば、回復、再結晶化及び結晶粒成長の通常の焼きなまし機構によって降伏応力を低減させるために、第１の接合面を焼きなますことができ、一方で、結晶粒度が小さく、したがって降伏応力を増大させるような方法で、第２の接合面を堆積させることができる。
【００３９】
接合面は、ジョイント構造と同じ材料又はジョイント構造とは異なる材料を含むことができる。これは、ジョイントの製作方法におけるより大きな自由度、ならびに塑性変形の程度及び位置に関するより広い設計管理を可能にする。例えば、ケイ素基材上に正確なジョイント構造をマイクロ機械加工することができ、それらの構造上に、確立されたＭＥＭｓプロセスステップを使用してジョイント面材料を堆積させることができる。しかし、アルミナ基材内に正確なジョイント構造を形成することは困難なことがあり、代替材料及び代替製作方法が必要となることがある。一例として、アルミナ基材では、ジョイント構造を、接合面とは異なる機械特性（例えばより高い弾性及びより高い降伏応力）を有する堆積金属又は合金とすることができる。一実施形態では、ジョイント構造が、電気めっきされたニッケル、電気めっきされた金合金、電気めっきされたクロム構造又は電気めっきされた白金構造である。したがって、ジョイント構造は追加の処理を必要とせず、ジョイント構造と同じ材料を含む接合面を有することができ、あるいは、ジョイント構造は、ジョイント構造の材料とは異なる材料を含む接合面を形成するためにジョイント構造の表面に堆積させ、電気めっきし、又は形成した少なくとも１つの他の材料を有することができることを理解されたい。ジョイント構造は、単一の材料又は材料の組合せからなることができる。
【００４０】
（気密封止の形成方法）
気密封止は冷間圧接によって作られる。一実施形態では、金属である第１の接合面を含む少なくとも１つの第１のジョイント構造を有する第１の基材を提供し、金属である第２の接合面を含む少なくとも１つの第２のジョイント構造を有する第２の基材を提供し、これらの金属面を、一以上の界面で、この一以上の界面のこれらの接合面間に連続する金属−金属結合を形成するのに有効な量だけ、局所的に変形させ、剪断するために、少なくとも１つの第１のジョイント構造と少なくとも１つの第２のジョイント構造とを共に圧縮することによって、２つの基材を合わせて気密封止する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、結合プロセス中に気密封止ジョイントに超音波エネルギーが導入される。特定の作用機構に結び付けようというわけではないが、超音波エネルギーは、金属−金属相互拡散を引き起こすことにより、接合面から汚染物を浄化し、表面の凹凸を変形させて、結合界面を密接させることによって、気密封止を改良することができると考えられる。
【００４２】
結合機構が純粋な冷間圧接ではない他の実施形態では、熱パルス又は小さな温度上昇が、拡散を増大させ、金属の降伏応力を低下させることによって、金属結合を助けることができる。例えば、接合面の金属を局所的に加熱するために誘導加熱を使用することができる。装置内に他の金属が存在し、それらが非磁性である場合には、接合面の下に磁性材料を組み込むことによって接合金属を選択的に加熱することができる。磁性材料の代表例は、ニッケル、鉄、コバルト及びこれらの組合せを含む。あるいは、所与の周波数の磁場を選択的に結合するように、ジョイント構造の幾何形状を設計することもできる（Ｃａｏ他、「Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｌｏｃａｌｉｚｅｄ ｂｏｎｄｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｔｉｎｇ」、Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ、Ａｃｔｕａｔｏｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ、Ｈｉｌｔｏｎ Ｈｅａｄ Ｉｓｌａｎｄ、ＳＣ、２００２年６月２〜６日を参照されたい。）。
【００４３】
一般に、気密性結合を形成するときには、接合面の酸化及び汚染速度を最小化するフォーミングガス、窒素、真空又は他のいくつかの条件で、周囲環境を置き換えることができる。
【００４４】
（気密封止装置及びシステムの例示的な実施形態）
所与の負荷が加えれらる接合面に大きな局所圧力及び変形を効率的に発生させるように、ジョイント構造を設計した。図１〜６に、ジョイント構造を合わせて冷間圧接するために基材上の圧縮力を接合面上の剪断力に効率的に変換するジョイント構造を有する気密封止システムのいくつかの実施形態の断面図を示す。剪断力は、ジョイント構造が合わせられたときに、圧縮力によって変形する金属接合面のオーバラップ部分が存在するような、ジョイント構造間の締め代又はオーバラップ部分によって発生する。２つのオーバラップ構造の相対的な剪断は、凹凸を排除し、これらの面が相互作用し、結合することを可能にする。いくつかの実施形態では、それぞれのジョイント構造の締め代部分だけが実質的に変形する。他の実施形態では、それぞれのジョイント構造の半分を形成するために異なる材料及び異なる関連特性が使用されることにより、気密封止を形成する一対のジョイント構造のうちの一方のジョイント構造だけが実質的に変形する。
【００４５】
図１〜６に示すジョイント構造は、例えば従来のＭＥＭｓプロセスを使用して製作することができるが、それらの構造は、マクロスケールでも同様に機能するはずである。図１〜６は、それぞれの気密封止システム上の１セットのジョイント構造だけしか示していないが、他の実施形態は複数のジョイント構造セットを含むことができる。さらに、図１〜６のジョイント構造は長方形の断面を有するように表されているが、例えば幾何形状を画定するマイクロ機械加工上の限界に応じて、三角形、菱形、又は半球形のジョイント構造など、他の断面を使用することもできる。例えば、半球形のジョイント構造は、めっきモールドがない状態で、フォトリソグラフィによって画定されたシード層上にジョイント構造材料を電気めっきすることによって形成することができる。他の実施形態では、長方形のケイ素構造から丸い又は円形のジョイント構造を形成するために、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用することができる。他の実施形態では、ジョイント構造を電気めっきするためのモールドとして後に使用することができる菱形形状を形成するために、現像中にフォトレジストを過剰露光し、したがってフォトレジストをアンダーカットすることができる。より複雑なフィーチャ幾何形状を形成するために、複数のフォトレジスト層を使用することができる。
【００４６】
図１は、冷間圧接によって封止することができる「タングアンドグルーブ（ｔｏｎｇｕｅ ａｎｄ ｇｒｏｏｖｅ）」ジョイント構造設計を有する気密封止システム１０の一実施形態の断面図を示す。気密封止システム１０は、第１のジョイント構造１６を有する第１の基材１２を有する。第１のジョイント構造はそれぞれ第１の接合面１８を有する。第２の基材１４は、２つのジョイント構造要素２０ａ及び２０ｂを含む第２のジョイント構造を有する。第２のジョイント構造２０ａ／２０ｂはそれぞれ第２の接合面２２を有する。第１のジョイント構造１６は、第２のジョイント構造２０ａ／２０ｂによって形成された「グルーブ（ｇｒｏｏｖｅ）」の中に少なくとも部分的にはまる「タング（ｔｏｎｇｕｅ）」を形成する。封止面１８の両側間で測定したタングの幅は、第２のジョイント構造の接合層２２のグルーブの中の空間よりも大きい。したがって、第１のジョイント構造の接合層１８及び／又は第２のジョイント構造の接合面２２は、冷間圧接中にこれらの接合構造を合わせて圧縮すると変形して、接合面１８及び２２に、それぞれのジョイント構造の上部の角、及び側壁に沿った剪断を生じる。
【００４７】
第１の接合面１８と第２の接合面２２は同じ材料又は異なる材料からなることができる。図１は、接合面１８及び２２を形成する１つの材料層と、それぞれの接合構造１６及び２０ａ／２０ｂを形成する異なる１つの材料とを示している。別の実施形態では、機械特性又は冷間圧接結合特性を微調整するために、接合面及び／又は接合構造が、複数の材料層を含む。
【００４８】
図２は、冷間圧接を使用して気密封止を形成する前後の気密封止システム３０の他の実施形態の断面図を示す。気密封止システム３０は、第１の基材３２及び第２の基材３４を有する。第１の基材３２は、金属接合面３８ａ／３８ｂを有する第１のジョイント構造４０を有する。第１のジョイント構造４０は、第１の基材３２の中に形成されたグルーブ構造の形態をとる。第２の基材３４は、第２の基材とは異なる材料を含む第２のジョイント構造３６を有する。第２のジョイント構造３６は、第２のジョイント構造と同じ材料を含む金属接合面４２ａ／４２ｂを有する。この第２のジョイント構造３６は、第１のジョイント構造４０のグルーブ構造の中に部分的にはまることができるタング構造の形態をとる。
【００４９】
これらの２つの基材を１つに冷間圧接するために、第１の基材３２に圧縮結合力が加えられる。圧縮力が加えられると、第２のジョイント構造３６のタングが変形して、第１のジョイント構造４０のグルーブの中に入る。この変形は、第１のジョイント構造４０と第２のジョイント構造３６の間の締め代領域に加えられた力が、３６の降伏応力を超える圧力に達したときに起こる。この締め代ないしオーバラップ部分はさらに、接合面３８ａ／３８ｂと４２ａ／４２ｂが接する界面に剪断力を発生させる。この変形と剪断力の組合せが、接合面３８ａと４２ａ、及び接合面３８ｂと４２ｂの間に金属−金属結合を形成する。したがって、冷間圧接法を使用することによって有効な気密封止が形成される。例えば図３を参照されたい。
【００５０】
図２のジョイント構造間のオーバラップ部分は例示のために示されたものであり、オーバラップ部分は、図示されたものよりも小さくする、又は大きくすることができることを理解されたい。オーバラップ部分が大きいほど、接合層を変形させ、したがって気密性の結合を形成するのにより大きな圧縮力が必要となる。
【００５１】
さらに、接合面の局所変形は、ジョイント構造とジョイント面の両方の機械特性の関数であることを理解されたい。例えば、一実施形態では、純金タングを含むジョイント構造全体が、圧縮によって変形して、ケイ素グルーブジョイント構造の中へ入る。他の実施形態では、タングジョイント構造がケイ素で、接合面が金の場合、変形は、タングジョイント面の側面と角に局限される。
【００５２】
図４は、それぞれのジョイント構造に１つの冷間圧接剪断層を有する、気密封止システム５０の一実施形態の断面図を示す。気密封止システム５０は、第１の基材５２及び第２の基材５４を有する。この実施形態では、第１のジョイント面５８が第２のジョイント面６２と、片側でオーバラップする。ジョイント面５８と６２のオーバラップ部分が両側ではなく片側だけにあることによって、気密封止を形成するために必要なオーバラップ部分を低減させることができる。より小さな力で降伏応力に達成するため、オーバラップ部分の低減は、冷間圧接によって気密封止を形成するために必要な圧縮力の低減につながる。代替実施形態では、気密封止を形成するのに必要な剪断力をさらに低減させるために、ジョイント構造が、断面が三角形又は台形のジョイント構造の形態をとる。このジョイント設計の１つの欠点は、１つの封止周界（ｓｅａｌｉｎｇ ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）だけしか形成できないことであり、それに対して、対称設計（例えば図２）では、２つの封止周界を形成する機会がある。本明細書に記載されたタングとグルーブの組合せなどの単一のジョイント構造は一般に、２つの周界を有すると考えられる。封止周界は、全部ではないとしても一以上の封止周界が不完全となる又は途切れる可能性があるが、複数の封止周界は全体としてシールが気密性であり続ける「フェイルセーフ」な気密封止を提供する、望ましい冗長性を装置に有利に提供する。
【００５３】
冷間圧接を使用した気密封止システム７０の他の実施形態が図５に示されている。圧縮力が加えられる前の第１の基材７２及び第２の基材７４が示されている。第１の基材７２は、金属接合面７８を有する第１のジョイント構造７６ａ／７６ｂを有する。第１のジョイント構造７６ａ／７６ｂは、金属接合面８２を有する第２のジョイント構造８０ａ／８０ｂと整列している。ジョイント構造７６ａ／７６ｂと８０ａ／８０ｂはともにグルーブを形成しており、その中に金属プリフォーム８４が捕らえられている。冷間圧接中に第１の基材７２と第２の基材７４が互いに圧縮されると、プリフォーム８４は変形し、接合面７８及び８２に対して剪断されて、プリフォームと接合面の間に金属−金属結合を形成する。
【００５４】
プリフォーム８４は、ＬＩＧＡプロセス、ウェットエッチング又はレーザマイクロ機械加工を使用して形成することができる。プリフォーム８４の処理は、プロセスとプリフォームとして使用される材料との間の適合性に依存することを理解されたい。プリフォームの断面幾何形状は、使用される製造方法によって限定され得ることも理解されたい。例えば、ＬＩＧＡ技法では図５に示すような円形の断面図を形成することができないが、マイクロキャスティングプロセスではこのような断面が可能である。
【００５５】
図６は、２つのジョイント構造間に冷間圧接することができる金属プリフォームを有する、気密封止システム９０の他の実施形態の断面図を示す。気密封止システム９０は第１の基材９２及び第２の基材９４を有する。第１の基材９２は、第１の基材内に形成されたグルーブ構造を含む第１のジョイント構造９６を有する。第１のジョイント構造９６は第１の金属接合面９８を有する。第２の基材９４は、基材内に形成されたグルーブ構造及び第２の金属接合面１０２を含む第２のジョイント構造１００を有する。第１のジョイント構造９６と第２のジョイント構造１００の間に、金属プリフォーム１０４が捕らえられている。プリフォーム１０４は、図５のプリフォーム８４に関して先に説明した方法と同様の方法を使用して形成することができる。第１の基材９２と第２の基材９４が互いに圧縮されると、プリフォーム１０４は変形し、接合面９８及び１０２に対して剪断されて、プリフォームと接合面の間に、気密封止を完成させる金属−金属結合を形成する。
【００５６】
冷間圧接プロセスでは、プリフォーム、凸形フィーチャ（例えば「タング」又は「歯（ｔｏｏｔｈ）」）及びグルーブのさまざまな組合せを使用することができる。一実施形態では、１つの基材上のタングジョイント構造と、このタングジョイント構造の幅よりも広いグルーブ幅を有する別の基材上のグルーブジョイント構造とが、それら間のプリフォームを圧縮することによって互いに冷間圧接される。
【００５７】
プリフォームの断面幾何形状は、円形、環形、長方形又は他の適当な断面形とすることができる。
【００５８】
上記の全ての実施形態において、結合された基材間の距離を最小化することは望ましいかもしれない。この調整は、変形して基材間の空間に入る金属の量が最小化されるようにオーバラップ部分を最小化することによって達成することができる。さらに、変形した金属が占有する容積を基材の表面よりも下に提供するために、タングジョイント構造に隣接してグルーブを形成してもよい。あるいは、グルーブ構造が、２つの異なる幅、すなわち相対的に幅の広い開口と相対的に幅の狭い遠位端とを有し、相対的に幅の狭いグルーブによって剪断された金属が、相対的に幅の広いグルーブの開口の中へ流入するようにしてもよい。
【００５９】
図７は、冷間圧接を使用して気密封止を形成する目的に使用することができるジョイント構造の基部の幾何形状のさまざまな実施形態の上面図を示す。ジョイント構造の基部の適当な幾何形状には、円形１１０、楕円形１１２、まっすぐな側壁によって接続された半球１１４、面取りされた角を有する正方形１１６、及び六角形１１８がある。ジョイント構造の幾何形状の他の実施形態には、あらゆる多角形又は閉じた輪郭を形成する任意の経路が含まれる。ジョイント構造周界に沿った鋭い角に気密封止を形成することは難しいことがあるので、このような鋭い角は避けることが好ましい。
【００６０】
図８は、ＭＥＭｓプロセスを使用して製造することができるジョイント構造設計のさまざまな実施形態の上面図及び断面図を示す。これらの実施形態は、それぞれの基材上にジョイント構造を１セットだけしか有しないが、別の実施形態は、複数のジョイント構造セットの役目を果たす、境界を定める歯又はグルーブのアレイを含む。図８では「タング」及び「グルーブ」の幾何形状が、長方形断面であるように表されているが、断面幾何形状を画定するマイクロ機械加工上の限界に応じて、三角形、半球形などの他の断面幾何形状を使用することもできる。他の実施形態では、基材が、それぞれのリザーバが他のリザーバ及び外部環境から気密封止されていることが求められた、薬物内容物又はセンサのためのリザーバのアレイを含んでもよい。
【００６１】
ジョイント構造設計１２０及び１２８のジョイント構造１２４ａ／１２４ｂ及び１３２は、それぞれ１ステップ及び２ステップの深い反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）ならびにその後の金属接合面堆積ステップを使用して、それぞれケイ素基材１２２及び１３０の中に形成することができる。ジョイント構造１３２及び１２４ａ／１２４ｂはそれぞれ、タング及びグルーブのＭＥＭｓ相当物である。基材１３０への基材１２２の冷間圧接中に、ジョイント構造要素１２４ａと１２４ｂの間のグルーブの角が、ジョイント構造１３２（歯）の端部及びグルーブ要素１２４ａ及び１２４ｂの角に、局所的な高い応力を発生する。この高い応力は、金属界面に塑性変形及び剪断を引き起こし、その結果、接合面１２６と１３４の間の密接及び結合を形成する。
【００６２】
ジョイント構造設計の他の実施形態は、ジョイント構造を形成するためのミリングステップとプランジ放電加工（ＥＤＭ）ステップとの組合せと、必要ならばジョイント構造を金属被覆するためのめっきステップとを使用することによって、金属基材上に形成することができる。
【００６３】
ジョイント構造設計１３６は、インジウム、アルミニウム、金、又は銅などの低塑性変形応力金属でできたタングジョイント構造１４０を組み込む。ジョイント構造設計１３６は透明な基材１３８を有する。パイレックス基材、又はサファイア、他のガラスケミストリなどの同様に透明な基材は、気密封止された装置の内容物を光学的に精査することを可能にし、冷間圧接プロセス中のアライメント手順の改善を可能にする。基材１３８とは異なる材料からジョイント構造１４０を形成することは、基材自体の内部にフィーチャを形成する必要性を排除する。さらに、ジョイント構造設計１３６は、低い塑性変形応力を有する金属を使用することによって、ジョイント構造設計１２８よりも変形可能なジョイント構造１４０を形成する。したがって、ジョイント構造１４０は、そのより大きな変形能力によって、冷間圧接法によって形成される気密封止を改良することができる。
【００６４】
ジョイント構造設計１４２は、ジョイント構造設計１２８、１３６、１４８及び１５６のそれぞれのジョイント構造１３２、１４０、１５２及び１６０ａ／１６０ｂと同様のジョイント構造に冷間圧接される軟かい変形可能な金属接合面１４６を示す。ジョイント構造設計１４２は、冷間圧接中に、基材から突出したジョイント構造による大きな局所応力が、金属被覆された接合面１４６の中にグルーブを生じさせることを可能にする。接合面１４６として使用するのに適した金属の非限定的な一例は金である。ジョイント構造設計１４２の利点は、アライメントの問題が大幅に緩和されることである。しかし、平坦な接合面１４６は圧縮力を剪断変形に効率的に変換しないため、ジョイント構造設計１４２は、冷間圧接することが相当に難しいことがある。
【００６５】
ジョイント構造設計１４８は、いずれも基材１５０の材料ではない２種類以上の材料からなる混成ジョイント構造であるジョイント構造１５２を有する。ジョイント構造１５２は基材１５０の材料から形成されないため、ジョイント構造１５２の変形特性の変更は、基材１５０をマイクロ機械加工することなく達成することができる。さらに、ジョイント構造１５２は、ジョイント構造の剛性を高めるため、ニッケル、ニッケル合金又は他の高ヤング率及び高降伏応力材料からなることができる。ジョイント構造１５２には続いて、例えばインジウム又は金とすることができる接合面１５４をめっきするために、シード層がスパッタコーティングされる。
【００６６】
あるいは、ジョイント構造１５２は、接合面１５４と同じ材料の異なる合金からなることができる。一実施形態では、電気めっきプロセス中にめっき浴組成物を変更することによって、基材１５０上にジョイント構造１５２を堆積させるために使用した電気めっき堆積プロセスを使用して、異なる合金を接合面１５４として堆積させることができる。例えば、最初に硬い金合金をジョイント構造１５２としてめっきし、次いでより軟かい純金を接合面１５４としてめっきする。
【００６７】
ジョイント構造設計１５６は、基材１５８内に凹形フィーチャをマイクロ機械加工するには不都合な状況において、グルーブジョイント構造を形成することを可能にする。突出した２つの同心ジョイント構造要素１６０ａ／１６０ｂによってグルーブが画定され、このグルーブは、ジョイント構造設計１４８及びジョイント構造１５２に関して先に説明したプロセスと同様のプロセスを使用して製作することができる。
【００６８】
図９は、図８に示したジョイント構造設計のさまざまな組合せを含む、気密封止システムのさまざまな実施形態の断面図を示す。気密封止システム１７０は、ジョイント構造設計１２０とジョイント構造設計１２８の組合せを含む。気密封止システム１７２は、ジョイント構造設計１２０とジョイント構造設計１３６の組合せを含む。気密封止システム１７４は、ジョイント構造設計１４２とジョイント構造設計１２８の組合せを含む。気密封止システム１７６は、ジョイント構造設計１４２とジョイント構造設計１３６の組合せを含む。
【００６９】
（寸法）
図１０は、タングアンドグルーブジョイント構造設計を有する気密封止システム１８０の一実施形態の断面図及び拡大断面図を示す。ジョイント構造１８２ａ／１８２ｂ及び１８４は、深い反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によってケイ素基材内に形成される。ジョイント構造１８２ａ／１８２ｂ、１８４の幾何寸法は、グルーブの深さ１８６、グルーブの幅１８７、タングの幅１８８、及びタングの高さ１９０を含む。これらの幾何寸法は、約１ミクロンから約１００ミクロンまでの範囲にあることが好ましい。気密封止周界に沿った全ての点でジョイント面がオーバラップすることを保証するため、タング構造１８４及びグルーブ構造１８２ａ／１８２ｂは、ジョイント構造製作の公差及び組立て機器の正確さの公差を上回るオーバラップ部分（「締め代」とも呼ばれる）を形成するように製作される。好ましい実施形態では、このオーバラップ部分が約１ミクロンから約２０ミクロンまでの範囲にあり、かつタング幅１８８の１／４よりも小さい。
【００７０】
接合面がジョイント構造の材料とは異なる材料を含み、接合面を形成するために金属被覆が使用される実施形態では、金属被覆された接合面の厚さが約０．１μｍから約５０μｍである。約１μｍの金属厚さは、例えば蒸着によって形成することができる。これよりも大きな金属厚さは、例えば電気めっきプロセスによって形成することができる。
【００７１】
（パルス加熱を用いた熱圧着）
本発明のいくつかの実施形態では、気密封止を形成するために、熱圧着において選択的パルス加熱が使用される。選択的パルス加熱は、マイクロ抵抗ヒータによって提供することができる。マイクロ抵抗ヒータの例は、Ｌｉｎ他の米国特許第６，４３６，８５３号に記載されている。ヒータは、本明細書に記載の気密封止システムの任意の実施形態に組み込むことができる。中間層を有するヒータと中間層のないヒータの２つのグループのうちの一方に適当なヒータを配置することができる。
【００７２】
以下の３つ理由のうちの任意の組合せによって、ヒータは、ヒータと他の表面の間に中間層を必要とすることがある。（１）使用される材料の電気抵抗率及び必要とされる加熱量によっては、ヒータ材料を、接合面及び／又は基材から電気的に絶縁する必要がある場合がある。（２）ヒータと隣接する材料の熱膨張率（ＣＴＥ）の差が、気密封止に容認できない応力を潜在的に導入するほどに十分に大きい実施形態では、中間層が必要となることがある。加熱中に、これらの応力が、ヒータとヒータに隣接する材料との間の結合強度を上回る場合、又は、これらの応力が、気密封止のいずれかの材料の極限引張強度を上回る場合に、これらの応力は、例えばさまざまな界面の層間剥離、破裂又は亀裂として現れる。（３）加熱サイクルの繰返しによってヒータの電気特性が変化することを防ぐため、又は接着層の拡散を遅らせるための拡散障壁として中間層が必要となることがある。このように、中間層は、使用される特定の材料に応じて、電気的な分離のため、ＣＴＥの不一致のため、拡散障壁として、又はこれら３つの任意の組合せによって必要となることがある。
【００７３】
簡潔にするため、図１１〜１４には、ヒータと基材の間、又はヒータと材料界面の接着層との間の中間層は示されていない。ヒータと接合面の間の中間層だけが示されている。
【００７４】
図１１は、ヒータ２１８を有する気密封止システム２００の一実施形態の断面図を示す。ヒータ２１８は第２の基材２１２上に配置されている。ヒータ２１８の上面には中間層２２０が配置されている。接合面材料２２２は、ヒータ２１８によって中間層２２０の下から加熱される。気密封止は、第１の基材２１０が第２の基材２１２とともに接合され、ヒータ２１８によるパルス加熱に関連した材料の変形によって、接合面２１６と接合面材料２２２の間に金属−金属結合が形成されたときに形成される。
【００７５】
図１２は、ヒータ２３４を有する気密封止システム２３０の他の実施形態を示す。図１２では、第２の基材２３２の材料が、構造コア（ｃｏｒｅ）２３３、ヒータ２３４、中間層２３６及び接合面材料２３８を含むジョイント構造の構造コア２３３を構成する。対照的に、図１１は、ヒータ２１８及び中間層２２０がジョイント構造のコアを形成する一実施形態を示す。したがって、図１２の第２の基材２３２上のジョイント構造は、図１１の第２の基材２１２上のジョイント構造よりも堅固である。その結果、気密封止システム２３０では、熱圧着中に、接合面においてより局所的な変形が起こる可能性がある。ジョイント構造の堅固性の増大は、選択される特定の材料にも左右されることを理解されたい。
【００７６】
図１３は、接合面材料２４６と接触したヒータ２４４を有する気密封止システム２４０の一実施形態を示す。図１４は、接合面材料２５６と接触したヒータ２５４を有する気密封止システム２５０の他の実施形態を示す。図１４では、第２の基材２５２上のジョイント構造コアが基材材料を含み、図１３の第２の基材２４２上の基材材料を含まないジョイント構造よりも堅固なジョイント構造とすることができる。接合面材料２４６及び２５６は主として、下のヒータ２４４及び２５４によって加熱される。代替実施形態では、接合面に電流を流すことによって、接合面の材料が直接に加熱される。
【００７７】
図１１〜１４に示された実施形態は、第１の基材と第２基材とが異なる材料を含むことができることを理解されたい。さらに、第１の基材のジョイント構造は、第１の基材の接合面及び第２の基材の接合面と同じ材料を含み、又はこれらとは異なる材料を含むことができる。さらに、第１の基材上の接合面と第２の基材上の接合面とは、同じ材料又は異なる材料を含むことができる。第２の基材の接合面とヒータは同じ材料又は異なる材料を含むことができる。さらに、はんだ付けプロセスの場合と同様に、パルス加熱中に結合面が溶融してもよい。
【００７８】
（冷間圧接に必要な機械力の最小化）
基材を結合するために必要な機械力を最小化することによって、基材又は基材コーティングを傷つける危険性を低減させることができる。必要な機械力の最小化は、さまざまな方法によって達成することができる。これらの方法は、さまざまなジョイント構造設計、接合面材料の選択、接合面材料の処理手順及び冷間圧接プロセスパラメータを含む。
【００７９】
例えば、封止フィーチャ間の締め代ないしオーバラップ部分の総量は、ジョイント構造設計によって支配される。対合するジョイント構造間のオーバラップ部分ないし締め代を大きくすると、冷間圧接プロセス中により大きな体積の金属が変形するため、冷間圧接に必要な力が大きくなる。したがって、必要な力を最小化するためには、変形する金属の総量を最小化しなければならない。これは、接合面の剪断層又は界面を最小化し、さらにジョイント構造間の締め代の量を最小化することによって達成することができる。オーバラップ部分は、ジョイント構造の公差、表面粗さ及び組立て機器の正確さの公差よりもほんの少し大きいことが好ましいと言える。さらに、（図２に示すように）１つの剪断層だけを形成することによって、必要な力をかなり低減させることができる。
【００８０】
さらに、ジョイント構造の断面幾何形状のさまざまな組合せを使用することによって、特定の応用に対して気密封止を最適化することができる。例えば、台形グルーブジョイント構造と共に接合された長方形タングジョイント構造の組合せは、接合面が接する面積を小さくする。この実施形態では、長方形ジョイント構造の角だけが剪断を開始する。この局所剪断の初期面積は、長方形タングジョイント構造と長方形グルーブジョイント構造とが有する実施形態よりもはるかに小さい。したがって冷間圧接に必要な力は低減される。
【００８１】
他の実施形態では、長方形タングジョイント構造の１つの角だけが、傾斜台形グルーブジョイント構造との間で剪断力を開始する場合に、必要な力がさらに低減される。長方形タングの１つの角で塑性変形を開始させるのに必要な力は、長方形タングの２つの角に同じ圧力を発生させるのに必要な力の半分である。
【００８２】
ジョイント設計に加えて、接合面材料の組成及び関連する物理特性が、気密封止を形成するために必要な力に対して影響を及ぼすことができる。例えば、接合構造の材料は低い降伏応力を有することができ、このことは結果的に、材料を変形しやすくし、清浄な結合可能面を露出させやすくする。低い降伏応力を有する適当な接合面材料には、インジウム、アルミニウム、金及びスズが含まれるが、これらに限定されるわけではない。反対に、不純物は、結晶構造に歪みエネルギーを加え、又は転位移動度を妨害することで、ベース金属の降伏応力を増大させる働きをする。したがって、材料の純度を高めることによって降伏応力を低減させることができる。第２の材料を追加することによって融点が低下し、それによって周囲温度が融点により近くなるため、全体の降伏応力が低下するという例外も存在する。
【００８３】
冷間圧接に必要な力に影響を及ぼす他の物理特性は、接合面金属の酸化物の硬度である。酸化物の硬度と母材金属の硬度の比が大きい金属は、冷間圧接するために必要な変形が少なくてすむ。反対に、軟かい金属酸化物は母材金属と共に変形し、容易には破損せず、したがって冷間圧接結合に対する酸化物障壁を維持する。酸化物と母材金属の硬度の比が大きい金属にはインジウム及びアルミニウムが含まれるが、これらに限定されるわけではない。金及び白金は周囲条件下で酸化物を有しないため、酸化物と母材金属の硬度の比は、これらの金属を冷間圧接するのに必要な力の量にあまり影響を及ぼさない。しかし、金及び白金は、冷間圧接結合に対する障壁として機能する吸着有機汚染物層を有する。
【００８４】
さらに、接合面金属の結晶粒構造及び固有歪は降伏強さに影響を及ぼす。多結晶性金属では、降伏応力は、しばしば、降伏応力が結晶粒度の平方根分の１に比例するとするＨａｌｌ−Ｐｅｔｃｈの関係によって記述される。この関係が存在するのは、隣接する結晶粒の結晶学的滑り面が通常は整列しておらず、そのため、隣接する結晶粒の新しい滑り面を活動化させるためには追加の応力が必要となるためである。したがって、結晶粒の数を減らす（すなわち結晶粒度を増大させる）ことによって、降伏応力を低下させることができる。金属の焼なましは、結晶粒度を増大させ、金属内の固有歪みを小さくすることによって、降伏応力を低下させることができる。焼なましはさらに、電気めっきされた層に捕らえられた水素を脱離させるなど、他の有利な効果を有する。
【００８５】
最後に、結合プロセスが、気密封止を形成するために必要な力に影響を及ぼすことができる。さらに、変形の総量を最小化すると、接合面材料が発現する歪み硬化の量が低減する。例えば、変形の総量が低減されるため、ジョイント構造が短いほど、発現される歪み硬化は小さくなる。さらに、冷間圧接プロセス時間又は歪み速度も歪み硬化に影響することがある。結合時間はさらに、金属相互拡散の量に影響することがある。Ｔａｋａｈａｓｈｉ＆Ｍａｔｓｕｓａｋａ、「Ａｄｈｅｓｉｏｎａｌ ｂｏｎｄｉｎｇ ｏｆ ｆｉｎｅ ｇｏｌｄ ｗｉｒｅｓ ｔｏ ｍｅｔａｌ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」、Ｊ．Ａｄｈｅｓｉｏｎ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．、１７（３）：４３５〜５１ページ（２００３年）を参照されたい。
【００８６】
圧縮力を用いた封止では、基材材料によっては破損につながる恐れがある１つの基材上の片持ち梁型の力を回避するために、支持力と圧縮力とを調製することが望ましいことがある。一実施形態では、これは、圧縮力から保護される第１の基材を少なくとも２つの他の基材構造の中に挿入することによって達成され、これらの２つの他の基材構造は次いで、例えば本明細書に記載の冷間圧接によって合わせて封止される。好ましい一実施形態では、これらの２つの他の基材構造のうちの少なくとも一方が、第１の基材を抱え込み又は他の方法で保持するのに適したキャビティ又は凹みを含む。これらの少なくとも２つの他の基材構造は、これらの少なくとも２つの他の基材構造間に画定されたキャビティの中に第１の基材を閉じ込めるために、互いに圧縮することができるジョイント構造を有する。図２２は、このような封止方法の一実施形態を示す。封止された装置５００は、その上にバイオセンサ５０８が製作されたセンサ基材５０６を含む。センサ基材は、ベース基材５０２のキャビティ５０５の中に置かれている。リザーバキャップ／開口５１２を含む上基材５０４は、ジョイント構造５１０に適用された冷間圧接プロセスによってベース基材５０２に結合されている。他の実施形態では、第３の基材ないし「センサ」基材が、センサの代わりに別の２次装置をその上に有する。第３の基材は例えば、ジャイロスコープ、共振器などのＭＥＭＳ装置を含む。この装置は真空下で封止することができる。
【００８７】
（圧縮ガスケット法）
他の態様では、金属−金属結合なしに圧縮シールが形成される。この場合、気密性であり続けるために、部品が、永続的な接合力を必要とする。接合力は、さまざまな締付け機構によって加えることができる。一実施形態では、基材が整列するまで基材の周囲に動きばめを提供するニチノール又は他の形状記憶合金クランプを形成することができ、その後、ニチノールをその相転移点よりも高い温度まで加熱して、図１５に示されているようにニチノールが基材を締め付けるようにすることができる。この相転移温度は（形状記憶合金の組成を変更することによって）制御することができる。したがって、装置の組立ては相転移温度よりも低い温度で実施することができ、次いで、組み立てたアセンブリが相転移温度まで加熱され、締付け機構が作動させられる。
【００８８】
他の実施形態では、そのゼロ応力形状が接合基材よりもかなり小さい金属又はプラスチッククランプを弾性変形させて、気密封止システムの基材を装着することができる。クランプの間で接合基材が整列した後、クランプ上の全ての力を除去して、クランプが接合基材を締め付けるようにする。基材を締め付けるために、ねじ、リベット、はんだ、熱収縮ポリマー、向い合わせの磁石などを含む他の締結具を形成することもできる。このクランプは、永久に力を加えることができなければならず、同時に、接合対のこの追加のサイズを最小化するものでなければならない。
【００８９】
はんだクランプを有する気密封止システム２７０の一実施形態を図１６Ａ〜Ｃに示す。図１６Ａでは、気密封止システム２７０が、第２の基材２７４上に取り付けられ、めっきされ又はマイクロ機械加工された柱体２７６を含む。柱体２７６の上面にはんだ２７８がパターン形成されている。第２の基材２７４上の第２のジョイント構造２８０は、第１の基材２７２上のグルーブジョイント構造２８２とオーバラップするように整列されている。第１の基材２７２の上面には、金属を含むパッド２８４が堆積されている。ヒータ２８８を含むヒータプレート２８６は、柱体２７６の上面のはんだ２７８と整列し、第１の基材２７２上の金属パッド２８４の上にオーバラップしている。
【００９０】
図１６Ｂに示すように、ヒータプレート２８６は、第１の基材２７２と第２の基材２７４を共にプレスし、第１のジョイント構造２８０とオーバラップしたグルーブジョイント構造２８２との間にシールを形成する。ヒータプレート２８６がプレスすると、第１の基材２７２上の金属パッド２８４の上にはんだがリフローするようにはんだ２７８をリフローさせるために、ヒータ２８８にパルス電流が流される。はんだ２７８が固化した後、ヒータプレート２８６は除去することができる。図１６Ｃは、ヒータプレート２８６が除去され、はんだクランプ及び気密封止が形成された後の気密封止システム２７０を示す。
【００９１】
代替実施形態（図示せず）では、使用されるはんだに応じて、使用されるヒータ温度に耐え、はんだ２７８が結合しにくい表面として機能する材料で、ヒータプレート２８６がコーティングされる。このような実施形態では、はんだ２７８が固化した後に、はんだがヒータ２８８に結合することなく、ヒータプレート２８６を除去することができる。さらに、はんだクランプの所望の強度に応じて、金属パッド２８４上にリフローされるはんだ２７８の厚さを調整することができる。
【００９２】
本発明の冷間圧接封止フィーチャを使用して、圧縮気密封止用のクランプを形成することもできる。図１７は、タングアンドグルーブジョイント構造設計を使用して、２つの基材２９２と２９４の間に圧縮シール材料３０６を挟み付け、圧縮気密封止を形成する、気密封止システム２９０の一実施形態を示す。第１のジョイント構造２９６ａ／２９６ｂは、ジョイント構造設計のグルーブ部分を含む。ジョイント構造設計のタング部分は、第２の基材２９４上のヒータ３００、ヒータ上の中間層３０２、及び中間層上の接合面材料３０４を含む。圧縮シール材料３０６は円形断面を有し、基材の端部のタングアンドグルーブクランプ間の第２の基材２９４上に配置されている。第１の基材２９２のグルーブジョイント構造は次いで、熱圧着を使用して、第２の基材２９４のタングジョイント構造に接合され、基材間に圧縮シール材料を挟み付け、気密封止を形成する。熱を加えることなく冷間圧接クランプを形成するために、冷間圧接に関して記載した任意のフィーチャを使用することができることは明白である。冷間圧接クランプの主たる機能は２つの基材を共に締め付けることであって、シールを形成することではないため、冷間圧接クランプが閉じた幾何形状を有する必要はない。
【００９３】
他の実施形態（図示せず）では、第２の基材上のタングアンドグルーブクランプの外側の第２の基材の端部に、圧縮シール材料が配置される。しかし、圧縮シール材料の配置に応じて、基材材料上の応力は異なることを理解されたい。
【００９４】
応用によっては、上記の実施形態の任意の金属ジョイント構造及び接合面の代わりに、コンプライアントポリマーを使用することができる。コンプライアントポリマーを封止する封止機構は冷間圧接とは定義されないが、リザーバ又はキャビティを、シールを用いて、隣接するキャビティ又は外部汚染から分離する効果は同じである。コンプライアントポリマーは、シールを形成するのに、冷間圧接プロセスにおいて塑性変形を発生させるのに必要な圧力よりもかなり小さな圧力しか必要としない。水の透過が重大な問題である応用においては伝統的に、コンプライアントポリマーは、封止するための選択肢としては劣等であった。しかし、高分子化学の最近の進歩は、金属又はセラミック粒子を追加することで水の透過がかなり低下するように改良されたポリマーを形成した。例えば、炭素ナノ粒子の追加によって改良されたあるエポキシ樹脂は、従来のエポキシ樹脂よりも１桁小さい水透過率を有することが報告されている。コンプライアントポリマーシールは、低い圧縮力を使用してシールを提供するために、低ヤング率ポリマーの選択及び接触表面積の最小化を必要とする。さらに、境界を定めるジョイント構造の数を増大させることによって、シールを通した水の透過をかなり遅らせるように機能するポケットを形成することができる。
【００９５】
上記の実施形態及び例は、単一のジョイント構造設計を使用して実施し、あるいは、一以上の冗長ジョイント構造の漏れをもたらす可能性がある潜在的な製造欠陥を軽減するために、複数の冗長ジョイント構造を使用して実施することができる。さらに、複数の接合面は、シール経路長を長くするように働き、したがって、シールを形成するために必要な力を増大させるように働く。冗長ジョイント構造の数は、基材材料の強度、それらを冷間圧接するために必要な力、及びクランプフィーチャによって加えられる応力を含む冷間圧接プロセス後に基材に残る残留応力と釣り合いをとる必要がある。
【００９６】
（気密封止された装置及び方法の応用）
冷間圧接技法は、処理と製造可能性の両方に関していくつかの利点を有する。第１に、封止フィーチャは、標準ＭＥＭｓプロセスになじみやすく、ＭＥＭｓ装置にモノリシックに（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃａｌｌｙ）に組み込むことができる。第２に、短い間隔で配置されたリザーバのアレイを同時に封止することができる。実際に、ウェーハ−ウェーハ結合プロセスでは、装置のウェーハ全体を同時に封止することができる。互いに上下に重ねられた複数のウェーハを、内部ウェーハのそれぞれの表面に冷間圧接が実施されるように、順番に又は同時に結合することができる。さらに、封止フィーチャの下のフィードスルー（ｆｅｅｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ）を通すことによって、能動デバイスを受動デバイスと統合することができる。最後に、このプロセスは熱を含まないため、リザーバ容積の中に温度感受性材料をパッケージングすることができる。温度感受性材料は例えば、揮発性液体、有機化学物質、薬物、爆発性ガス、化学センサ及び敏感なエレクトロニクスを含む。
【００９７】
図１８に、気密封止された装置３１０のアレイを形成するために１つに冷間圧接された能動ウェーハと受動ウェーハの一実施形態を示す。気密封止された装置３１０のアレイは、同じウェーハ上のダイのアレイの一部として同時に冷間圧接された１つのダイを表す。第１の能動層３１２は、センサ３２０、金電気トレース層３２２、誘電層３１８、及びタングジョイント構造３２４を含む。能動層の基材と任意の電気トレース層の間の誘電体は、簡潔にするために省略されている。これらのタングジョイント構造３２４は金を含み、第１のタングジョイント構造が圧縮されてその中に入るグルーブジョイント構造を有する受動層３１４に冷間圧接される。受動層３１４は、第２のタングジョイント構造３２６を有する金属被覆層、及び第１の能動層３１２上のセンサ３２０と整列した開口を含む。第２のタングジョイント構造３２６は、第２の能動層３１６内のグルーブジョイント構造に冷間圧接される。第２の能動層は、第１の能動層上のセンサ３２０と整列した開口を含む。第２の能動層はさらに、リザーバキャップ３２８を有する金属被覆層を含む。したがって、図１８に示す気密封止された装置３１０のアレイは、気密封止によってセンサ３２０を、互いから及び環境から分離している。しかし、センサ３２０を環境に露出させるために、リザーバキャップ３２８は後に開くことができる。能動構成要素３２０に対する電気的接続は、基材材料及び製造限界に応じたバイアを使用して達成することができる。
【００９８】
図１９は、第１の能動層３３２、受動層３３４及び第２の能動層３３６を有するマルチリザーバ薬物送達チップの一実施形態の透視図を示す。層３３２上のジョイント構造を示すために分離されて示されている層３３２と３３４は、冷間圧接によって結合されている（結合される）。（層３３４と３３６は任意の特定の技法によって結合される必要はない。）
【００９９】
埋込み型医療用センサの一応用では、それぞれの基材上にコンプライアントポリマーのパターンが形成される。このポリマーのパターンは、モールディング（例えばＰＤＭＳソフトリソグラフィ）、フォトリソグラフィ（例えば光画定可能な（ｐｈｏｔｏ−ｄｅｆｉｎａｂｌｅ）シリコーン）、ステレオリソグラフィ（ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、選択的レーザシンタリング、インクジェットプリンティング、堆積及びリフロー、又はエッチング（例えばＯ２プラズマエッチング）など、従来のＭＥＭｓ技法を使用して形成することができる。あるいは、ポリマーは、反対側の基材の間にそれを配置する前にパターン形成し、金属被覆することができる。
【０１００】
図２０は、堆積された金属接合面３４８、３５２、３６８、３７２、３８３、３８８、３９２を有するさまざまなポリマージョイント構造３４６、３５０、３６６、３７０、３８２を有する気密封止システムのさまざまな実施形態を示す。この場合には、金属−金属結合が剪断変形によっては形成されず、Ｆｅｒｇｕｓｏｎ他に詳述されている機構によって形成される。気密封止システム３４０は、接触面積及び漏れ経路長を最大化する。気密封止システム３６０は、冷間圧接中に表面汚染物を置換するときの局所圧力を増大させるために、接触面積を最小化する。気密封止システム３８０は、基材上に製作されていないポリマープリフォーム３８２を含む。このプリフォームは金属被覆された表面３８３を含む。気密封止システム３８０は、金属被覆されたガスケットシールシステムとして特徴付けることができる。
【０１０１】
ある種の実施形態では、金属をポリマーと結合するプロセスにおいて、音響（例えば超音波）又はレーザエネルギーを使用することができる。この音響又はレーザエネルギーの応用は、ポリマー基材上に金属層／コーティングを結合し、あるいは金属基材上にポリマーコーティング／層を結合する方法に適用することができる。これらの実施形態のポリマー材料の例には、発泡ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）などのフルオロポリマー、又は液晶ポリマーなどが含まれる。一実施形態では、液晶ポリマー基材（例えばある種のハーメチックＬＣポリエステル）が、他の液晶ポリマー基材に結合され、又は、液晶ポリマー基材が金属被覆され、その金属被覆された表面が、他の液晶ポリマー基材又は他の金属被覆された表面に結合される。
【０１０２】
他の実施形態又は代替実施形態では、Ｃｏｈｎの米国特許出願公開第２００２／０１７９９２１Ａ１号に記載された封止コンセプトを、本明細書ならびに米国特許第５，７９７，８９８号、第６，５２７，７６２号、第６，４９１，６６６号及び第６，５５１，８３８号、米国特許出願公開第２００４／０１２１４８６Ａ１号、第２００４／０１２７９４２Ａ１号及び第２００４／０１０６９５３Ａ１号に記載された埋込み可能薬物送達又は分析物センシングの応用の気密封止で使用されるように適合させることができる。
【０１０３】
本明細書に記載された装置は、埋込み可能医療装置及び他の装置を含むさまざまな装置とともに使用し、又はこのようなさまざまな装置に組み込むことができる。装置の例には、薬物送達装置、診断及びセンシング装置が含まれ、そのうちのいくつかが、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第５，７９７，８９８号、第６，５５１，８３８号、第６，５２７，７６２号、米国特許出願公開第２００２／００９９３５９号、第２００３／００１０８０８号、第２００４／０１２１４８６号に記載されている。
【０１０４】
図２１は、開いたリザーバを冷間圧接を使用して封止する前後のマイクロチップ装置の一実施形態の断面図を示す。装置基材４０２は、リザーバ内容物４０６が充填されたリザーバ４０４を有する。リザーバ４０４は、基材４０２の前面４０１が、リザーバキャップ４０８によって閉じられている。基材４０２の背面は、それぞれのリザーバ４０４の両側に１つずつタングジョイント構造４１４を有する。装置基材４０２の背面４０３の開いたリザーバ４０４の上には、封止基材４１０が配置されている。封止基材４１０は、タングジョイント構造４１４と整列したグルーブジョイント構造４１２ａ／４１２ｂを有する。封止基材は、適当な材料を選択することによって、可視光から赤外光までの光波長に対して透明とすることができる。このようにすると、リザーバ内容物を光学的に精査することができる。２つの基材は次いで互いに接合され、タング及びグルーブジョイント構造４１４／４１２ａ及び４１２ｂにおける冷間圧接は、個々のリザーバ４０４を互いに分離し、かつ環境から分離する気密封止を形成する。
【０１０５】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載された気密封止された装置が、他の装置のサブコンポーネントである。例えば、気密封止された装置を、患者の生理状態を示すセンサ、患者の体に電気刺激を与える電極、ポンプ、カテーテル又はこれらの組合せをさらに含む埋込み可能な薬物送達装置の部分とすることができる。これらの装置のいくつかの例が、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００４／０１２７９４２Ａ１号及び第２００４／０１０６９５３Ａ１号、及び米国特許第６，４９１，６６６号に記載されている。
【０１０６】
（冷間圧接によって形成された電気バイア及びワイヤ接続）
他の態様では、本明細書に記載された冷間圧接技法が、非常に信頼性の高い、低抵抗電気的接続を加熱なしで形成するように適合される。一実施形態では、冷間圧接によって形成された結合構造が、機械的固定手段と連続導電経路とを同時に提供する。
【０１０７】
電気バイア接続６００の一実施形態を図２３に示す。第１の基材６１８の第１の表面６０４上の第１の金属層６０２を、第２の基材６０９の表面６０８上の第２の金属層６０６に電気的に接続する。第１の基材上のシールフィーチャ６１０の内側に堆積された金属は、第１の金属層６０２と第１の接合面６１２との間の電気的接触を形成する。第２の接合面６１４は、第２の金属層６０６上に歯６０５を電気めっきすることによって形成することができる。歯の幅は、金属被覆されたホールの幅よりも１〜５０μｍ大きい。基材６０４の内部のシール構造６１０の断面は長方形であるように示されているが、この断面は、堆積された材料の被覆範囲を最大化し、ジョイント内の残留応力を低減させるためにマイクロ機械加工又はＭＥＭｓプロセスを使用して製作することができる任意の形状をとることができる。接合面６１２と６１４が整列し、基材６１８と６０９が互いに圧縮されると、接合界面の剪断によって、両方の接合面上に清浄金属が露出し、冷間圧接結合が形成される。その結果生じる結合は、第１の金属層６０２と第２の金属層６０６の間の低抵抗の電気的接続を形成する。
【０１０８】
この技法は、特定の金属又は合金又は形状の電気めっきされたリッジ（ｒｉｄｇｅ）に限定されないことを理解されたい。めっき方向のリッジ断面は、長方形（図示）、半球形、三角形、台形とすることができ、本明細書に記載された冷間圧接ジョイントを形成するために適当な任意の形状とすることができる。本明細書に記載された任意の導電材料を、冷間圧接によってではなく弾性圧縮によって電気的接続を形成するための適当な機械及び電気特性を有する金属又は導電性ポリマーを含む接合材料として使用することを考慮することができる。第２の接合構造は、接合面の材料とは異なる材料又は接合面の材料と同じ材料のコアを有することができる。冷間圧接ジョイントを形成するための本明細書に記載された全ての封止フィーチャを、電気的接続を形成するために使用することができる。
【０１０９】
金属を堆積させ、金属をパターン形成し、基材を貫通するバイアを形成するために従来のＭＥＭＳプロセス及び／又はマイクロ機械加工を使用して、小さな領域の中に複数の電気的接続を形成することができる。本明細書に記載された電気的接続フィーチャを、シールフィーチャを有する基材上に含めて、２つの対向する基材が互いに圧縮されたときに、気密封止と同時に電気的接続が形成されるようにすることができる。
【０１１０】
他の実施形態では、第１のジョイント面６１２の堆積をより容易に収容するために、第１の接合面６１２上に傾斜した側壁を有することが有利である。さらに、材料の堆積を、第１の基材６０４の両面６１６及び６１８に実施することができる。これは、バイアホール６０７全体の適当な材料堆積を保証する１つの方法である。
【０１１１】
図２５及び２６も、冷間圧接によって形成された電気バイアの可能な実施形態を示している。
【０１１２】
電気ワイヤ接続７００の一実施形態を図２４Ａ〜Ｂに示す。導電性リード（ｌｅａｄ）７０２ａ、７０２ｂをそれぞれ、基材７０６上のトレース７０４ａ、７０４ｂに電気的に接続する。導電性リード７０２ａ、７０２ｂはそれぞれ、接合面の幅７０８ａ、７０８ｂよりも大きな直径を有し、シールフィーチャ７１０ａ、７１０ｂと整列され、その中にプレスされる。シールフィーチャ７１０ａ、７１０ｂは、基材７０６にトレンチをエッチングし、次いでそれらの中に金属層７０４ａ、７０４ｂを堆積させることによって形成することができる。これらのトレンチは一端がより幅が広く、これは、エポキシ、シリコーン、はんだ、又は他のポリマー材料を使用して導電性リード７０２ａ、７０２ｂの歪みを適切に軽減するための空間を提供する。この空間はさらに、導電性リードに対する冷間圧接を形成するためにより小さな面積のトレンチが使用されたとしても、リードが基材７０６の上面と平行に延びることを可能にする。
【０１１３】
リードは円形の断面を有するように示されているが、本明細書に記載された冷間圧接又は圧縮シールを形成するのに適した任意の断面を使用することができる。基材７１０ａ、７１０ｂの内部のシール構造７１０ａ、７１０ｂの断面は長方形であるように示されているが、この断面は、堆積された材料の被覆範囲を最大化し、ジョイント内の残留応力を低減させるためにマイクロ機械加工プロセス又はＭＥＭｓプロセスを使用して製作することができる任意の形状をとることができる。
【０１１４】
代替実施形態では、冷間圧接ではなく、プレスばめ又は摩擦ばめ（ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｆｉｔ ｃａｐｔｕｒｅ）を引き起こすために導電性リード及び／又は導電層７０４ａ、７０４ｂの弾性特性を使用して、電気的接続を形成することができる。導電性リードは、単一の材料から形成し、かつ／又は異なる材料の複数の層から形成し、かつ／又は電気絶縁層でコーティングすることができる。局所剪断は、絶縁層を十分に変形させて、その下の導電性リードを露出させ、冷間圧接又は圧縮電気的接続を形成することができる。
【０１１５】
代替実施形態では、前述のバイア又はワイヤ接続において、金属層の代わりに、銀含浸ポリマーなどの非金属導電材料が使用される。好ましい一実施形態では、構造材料が生物適合性でかつ生物安定性（ｂｉｏｓｔａｂｌｅ）である。
【０１１６】
（マルチキャップリザーバ装置の追加の詳細）
（基材及びリザーバ）
一実施形態では、封じ込め装置が、流体密（ｆｌｕｉｄ ｔｉｇｈｔ）封止又は気密封止されたリザーバ内容物を含んだ一以上のリザーバを含むボディ部分、すなわち基材を含む。本明細書で使用されるとき、用語「気密」は、ヘリウム、水蒸気及び他の気体を遮断するために有効なシール／封じ込めを指す。本明細書で使用されるとき、用語「流体密」は、気密性ではないが、液相中の溶解した物質（例えばグルコース）を遮断するために有効なシール／封じ込めを指す。基材は、その中にリザーバが形成された構造体（例えば装置の部分）であることができ、基材は例えば、エッチングされ、機械加工され又は成形されたリザーバを含む。
【０１１７】
好ましい実施形態では、リザーバが、別々であり、変形することができず、装置ボディの一以上の表面（又は領域）全体に広がるアレイとして配置される。本明細書で使用されるとき、用語「リザーバ」は、薬物製剤、又は２次装置、又はサブコンポーネントなどの正確な量の物質を貯蔵し、含み、放出し／露出させるのに適したウェル、キャビティ又はホールを意味する。多孔質材料の相互接続された細孔はリザーバではない。一実施形態では、装置が、ボディ部分の少なくとも１つの表面全体に広がる別個の位置に配置された複数のリザーバを含む。他の実施形態では、リザーバ基材部分ごとに１つのリザーバがあり、任意選択で、単一の装置内で２つ以上のリザーバ基材部分を共に使用することができる。
【０１１８】
リザーバは、当技術分野で知られている適当な任意の製作技法を使用して、構造ボディ部分の中に製作することができる。代表的な製作技法には、ＭＥＭＳ製作プロセス、マイクロファブリケーションプロセス、又は他のマイクロ機械加工プロセス、さまざまなドリリング技法（例えばレーザ、機械、及び超音波ドリリング）、及びＬＴＣＣ（低温共焼成（ｃｏ−ｆｉｒｅｄ）セラミック）などのビルドアップ又はラミネーション技法などがある。リザーバの表面の一以上の特性を変化させるため、任意選択でリザーバの表面を処理し、又はコーティングすることができる。このような特性の例は、親水性／疎水性、濡れ特性（表面エネルギー、接触角など）、表面粗さ、電荷、放出特性などである。当技術分野で知られているＭＥＭＳ法、マイクロモールディング（ｍｉｃｒｏｍｏｌｄｉｎｇ）、マイクロ機械加工、及びマイクロファブリケーション技法を使用して、さまざまな材料から基材／リザーバを製作することができる。リザーバを形成するために、当技術分野で知られている他の数多くの方法を使用することもできる。例えば米国特許第６，１２３，８６１号及び米国特許第６，８０８，５２２号を参照されたい。当技術分野で知られているさまざまなポリマー成形技法、例えば射出成形、熱圧縮成形、押出しなども使用することができる。
【０１１９】
さまざまな実施形態では、封じ込め装置のボディ部分が、ケイ素、金属、セラミック、ポリマー又はこれらの組合せを含む。適当な基材材料の例は、金属（例えばチタン、ステンレス鋼）、セラミック（例えばアルミナ、窒化ケイ素）、半導体（例えばケイ素）、ガラス（例えばパイレックス（商標）、ＢＰＳＧ）、ならびに分解性及び非分解性ポリマーなどである。流体密だけが必要とされる場合には、気密性のために一般に必要な金属又はセラミックからではなく、ポリマー材料から基材を形成することができる。
【０１２０】
一実施形態では、それぞれのリザーバが、気密性材料（例えば金属、ケイ素、ガラス、セラミック）から形成され（すなわち気密性材料内に画定され）、リザーバキャップによって気密封止される。基材材料は、生物適合性であり、患者への長期の埋込みに適していることが望ましい。好ましい一実施形態では、基材が、１種又は数種の気密性材料から形成される。使用前に、基材又は基材の部分を、気密性生体適合材料（例えば不活性セラミック、チタンなど）でコーティングし、カプセル化し、又は他の方法で封じ込めることができる。非気密性材料は、気密性材料の層で完全にコーティングすることができる。例えば、ポリマー基材は薄い金属コーティングを有することができる。基材材料が生物適合性でない場合には、使用前に、基材材料を、ポリ（エチレングリコール）、ポリテトラフルオロエチレン様材料、ダイヤモンド状炭素、炭化ケイ素、不活性セラミック、アルミナ、チタンなどの生体適合材料でコーティングし、カプセル化し、又は他の方法で封じ込めることができる。一実施形態では基材が気密性である。すなわち、（少なくともリザーバ装置の使用時間中は、）送達される分子及び周囲の気体又は流体（例えば水、血液、電解液又は他の溶液）に対して基材が不透過性である。
【０１２１】
基材は、ある範囲の形状又は表面形状に形成することができる。基材は例えば、平面又は曲面を有することができ、それらの面は、例えば取付け表面に沿うように成形することができる。さまざまな実施形態では、基材又は封じ込め装置が、平面チップ、円形又は楕円形の円板、細長い管、球又はワイヤの形態をとる。基材は柔軟であっても堅固であってもよい。さまざまな実施形態では、リザーバが、別々であり、変形することができず、埋込み可能医療装置の一以上の表面（又は領域）全体に広がるアレイとして配置される。
【０１２２】
基材は１種類の材料だけからなることができ、又は複合又はマルチラミネート材料とすることができ、すなわち、同じ又は異なる基材材料からなる互いに結合された複数の層からなることができる。基材部分は例えば、ケイ素又は他のマイクロ機械加工された基材、あるいはケイ素、ガラスなどのマイクロ機械加工された基材の組合せとすることができ、例えば、米国特許出願公開第２００５／０１４９０００号又は米国特許第６，５２７，７６２号に記載されているものとすることができる。他の実施形態では、基材が、互いに結合された複数のケイ素ウェーハを含む。他の実施形態では、基材が、低温共焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、又はアルミナなどの他のセラミックを含む。一実施形態では、ボディ部分がマイクロチップ装置の支持体である。一例では、この基材がケイ素から形成される。
【０１２３】
一実施形態では、結合される一方又は両方の基材が、一以上のガラスから形成され、このことは、封止された基材間、例えばキャビティ又はリザーバの中に封じ込められた物体又は物質を眺め又は調べることが望ましい実施形態において特に有用である。すなわち、基材は、流体密の窓の役目を果たすことができる。ガラスの代表例は、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、結晶ガラスなどである。
【０１２４】
基材の全厚及びリザーバの容積は、基材材料の複数のウェーハ又は層を結合し又は張り合わせることによって増大させることができる。装置の厚さは、それぞれのリザーバの容積に影響を及ぼす可能性があり、かつ／又は基材上に組み込むことができるリザーバの最大数に影響を及ぼす可能性がある。基材及びリザーバのサイズ及び数は、特定の応用、製造限界及び／又は装置の全体サイズの限界を、好ましくは低侵襲性の手技を使用した患者への埋込みに適当したものにするために必要なリザーバ内容物の量及び体積を収容するように選択することができる。
【０１２５】
平面センサを使用する埋込み可能センサ応用向けの好ましい一実施形態では、前述のとおり、基材が比較的薄いことが好ましい。
【０１２６】
基材は、１つ、２つ、３つ又は４つ以上のリザーバを有することができる。さまざまな実施形態では、基材全体に、数十、数百又は数千のリザーバが配列される。例えば、埋込み可能薬物送達装置の一実施形態は、２５０から７５０個のリザーバを含み、それぞれのリザーバは、放出するための１回量の薬物を含む。一センシング実施形態では、装置内のリザーバの数が、個々のセンサの動作寿命によって決定される。例えば、個々のセンサが体への露出後に３０日間機能し続ける１年用の埋込み可能グルコース監視装置は、少なくとも１２個のリザーバを含むであろう（リザーバあたり１センサと仮定）。他のセンサ実施形態では、センサ表面とリザーバ開口手段との間の距離が最小化され、好ましくは数ミクロンに迫る。この場合、リザーバの容積は主に、センサの表面積によって決定される。例えば、一般的な酵素グルコースセンサの電極は、４００μｍ×８００μｍの空間を占有し得る。
【０１２７】
一実施形態ではリザーバがマイクロリザーバである。「マイクロリザーバ」は、薬物製剤などの微量の物質を貯蔵、及び放出／露出させるのに適したリザーバである。一実施形態では、マイクロリザーバの容積が、５００μＬ以下（例えば２５０μＬ未満、１００μＬ未満、５０μＬ未満、２５μＬ未満、１０μＬ未満など）、かつ約１ｎＬ超（例えば５ｎＬ超、１０ｎＬ超、約２５ｎＬ超、約５０ｎＬ超、約１μＬ超など）である。用語「微量（ｍｉｃｒｏｑｕａｎｔｉｔｙ）」は１ｎＬから５００μＬの体積を指す。一実施形態では、微量が１ｎＬから１μＬである。他の実施形態では、微量が１０ｎＬから５００ｎＬである。他の実施形態では、微量が１μＬから５００μＬである。マイクロリザーバの形状及び寸法は、薬物（又はセンサ、あるいは他のリザーバ内容物）とマイクロリザーバの周囲表面との間の接触面積を最大化し又は最小化するように選択することができる。
【０１２８】
一実施形態では、リザーバが、厚さ２００ミクロンの基材の中に形成され、１．５ｍｍ×０．８３ｍｍの寸法を有し、約２５０ｎＬの容積を有する。これには、厚さ約２０から約５０ミクロンとすることができる支持構造によって占められる容積は含まれない。
【０１２９】
他の実施形態ではリザーバがマクロリザーバ（ｍａｃｒｏｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）である。「マクロリザーバ」は、微量よりも多量の物質を貯蔵、及び放出／露出させるのに適したリザーバである。一実施形態では、マクロリザーバの容積が、５００μＬ超（例えば６００μＬ超、７５０μＬ超、９００μＬ超、１ｍＬ超など）、かつ５ｍＬ未満（例えば４ｍＬ未満、３ｍＬ未満、２ｍＬ未満、１ｍＬ未満など）である。
【０１３０】
ミクロスケール又はマクロスケールの容積／量に限定されると明示されない限り、用語「リザーバ」は、両方のリザーバを包含することが意図される。
【０１３１】
一実施形態では、装置がマイクロチップ化学物質送達装置を含む。他の実施形態では、装置が、「マイクロチップ」とは呼べないかもしれない非ケイ素ベースの材料からなるポリマーチップ又は装置を含む。一実施形態では、装置が、浸透ポンプ、例えばＶＩＡＤＵＲ（商標）インプラント（Ｂａｙｅｒ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ社及びＡｌｚａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社）などの市販装置に含まれるＤＵＲＯＳ（商標）浸透ポンプテクノロジー（Ａｌｚａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社）を含む。
【０１３２】
（リザーバキャップ支持体）
リザーバキャップ支持体は、基材材料、構造材料、又はコーティング材料、あるいはこれらの組合せを含むことができる。基材材料を含むリザーバキャップ支持体は、リザーバと同じステップで形成することができる。前述のＭＥＭＳ法、マイクロファブリケーション、マイクロモールディング、及びマイクロ機械加工技法を使用して、さまざまな基材材料から基材／リザーバ及びリザーバキャップ支持体を製作することができる。構造材料を含むリザーバキャップ支持体も、基材上への堆積技法ならびにこれに続くＭＥＭＳ法、マイクロファブリケーション、マイクロモールディング及びマイクロ機械加工技法によって形成することができる。コーティング材料から形成されたリザーバキャップ支持体は、知られているコーティングプロセス及びテープマスキング、シャドウマスキング、選択的レーザ除去技法又は他の選択的方法を使用して形成することができる。
【０１３３】
１つのリザーバは、そのリザーバ内容物の上に、さまざまな形状のいくつかのリザーバキャップ支持体を有することができる。例えば、ある１つのリザーバキャップ支持体はリザーバの片側から反対側まで延び、他のリザーバキャップ支持体は、第１のリザーバキャップ支持体と交差し、リザーバの残りの２つの側にまたがって延びる。このような例では、リザーバの上に、４つのリザーバキャップを支持することができる。
【０１３４】
センサ応用（例えばグルコースセンサ）向けの一実施形態では、リザーバ（リザーバを１つだけ含み、又は２つの以上のリザーバを含むことができる装置のリザーバ）が、３つ以上のリザーバ開口及び対応するリザーバキャップを有する。
【０１３５】
この支持構造の寸法及び幾何形状は、特定の応用の特定の要件に応じて変更することができる。例えば、ある種の薬物製剤又は埋込み部位などの特定の薬物放出動態に関して、支持構造の厚さ、幅、及び断面形状（例えば正方形、長方形、三角形）を調整することができる。
【０１３６】
（リザーバ内容物）
リザーバ内容物は、その放出又は露出が望ましい選択された時点までリザーバの外部環境から分離する（例えば保護する）必要がある実質上任意の物体又は物質である。さまざまな実施形態では、リザーバ内容物が、（ある量の）化学分子、２次装置又はそれらの組合せを含む。
【０１３７】
触媒、又はセンサなどのある種のリザーバ内容物の固有の機能は、一般に、リザーバからの放出を必要とせず、むしろそれらの意図された機能は、例えば触媒反応又はセンシングは、リザーバキャップが開けられた後にリザーバ内容物がリザーバの外部環境へ露出された時に起こる。したがって、触媒分子又はセンシング構成要素は放出され、あるいは開いたリザーバの中に不動化された状態でとどまる可能性がある。装置からｉｎ ｖｉｖｏの部位に送達して、患者に対する治療効果を発揮させるために、薬物分子などの他のリザーバ内容物はしばしば、リザーバから放出される必要がある。しかし、ある種のｉｎ ｖｉｔｒｏ応用では、薬物分子がリザーバの中に保持される。
【０１３８】
いくつかの実施形態では、封止されたリザーバは、特定の応用における特定の分子（例えばヘリウム又は水）の最大許容輸送速度として一般に定義される気密性を、要求される。すなわち、リザーバが気密性とみなされるかどうかは、その応用の特定の要求に応じ、装置の異なる応用間で異なることができる。
【０１３９】
（化学分子）
リザーバ内容物は、実質上任意の天然又は合成の有機又は無機分子、あるいはそれらの混合物を含むことができる。それらの分子は、純粋な固体又は液体、ゲル又はヒドロゲル、溶液、乳濁液、スラリ、凍結乾燥粉末、あるいは懸濁液など、実質上任意の形態をとることができる。開かれたリザーバからの放出速度及び／又は時間を制御し又は向上させるために、関心の分子を他の物質と混合することができる。
【０１４０】
好ましい一実施形態では、リザーバ内容物が薬物製剤を含む。薬物製剤は薬物を含む組成物である。本明細書で使用されるとき、用語「薬物」は、任意の治療又は予防薬（例えば活性製薬成分（ａｃｔｉｖｅ ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔ）すなわちＡＰＩ）を含む。一実施形態では、特に、商業的及び医学的に有用な時間にわたって、例えば薬物の投与が必要となるまで薬物送達装置中で貯蔵される間、薬物の安定性を維持し又は延長するために、薬物が固体で提供される。固体薬物マトリックスは純粋な形態をとることができ、あるいはその中にその薬物が封じ込まれ、懸濁され、又は分散した、他の物質の固体粒子の形態をとることができる。一実施形態では薬物がタンパク質又はペプチドである。その例には、糖タンパク質、酵素（例えばタンパク分解酵素）、ホルモン又は他の類似抗体（例えば抗ＶＥＧＦ抗体、腫瘍壊死因子阻害因子）、サイトカイン（例えばα−、β−又はγ−インターフェロン）、インターロイキン（例えばＩＬ−２、ＩＬ−１０）、及び糖尿病／肥満症関連治療薬（例えばインスリン、エクセナチド（ｅｘｅｎａｔｉｄｅ）、ＰＹＹ、ＧＬＰ−１１及びその類似体）が含まれる。１つの装置内のリザーバは、単一の薬物又は２種類以上の薬物製剤の組合せを含むことができる。異なる製剤を共に貯蔵し、同じ一以上のリザーバから放出することができ、あるいはそれらをそれぞれに貯蔵し、異なるリザーバから放出することもできる。
【０１４１】
ｉｎ ｖｉｔｒｏ応用に関しては、化学分子は、幅広い範囲の任意の分子とすることができ、例えば分析化学又は医療診断の分野では、１種又は数種の少量（ミリグラムからナノグラム）の分子の制御された放出が要求される。分子は、ｐＨ緩衝剤、診断試薬、及びポリメラーゼ連鎖反応、又は他の核酸増幅手法などの複雑な反応の試薬として有効であることができる。他の実施形態では、放出される分子が、芳香剤又は香水、染料又は他の着色剤、甘味料又は他の濃縮矯味矯臭剤、あるいは他のさまざまな化合物である。他の実施形態では、リザーバが不動化された分子を含む。その例には、反応に関与することができる任意の化学種が含まれ、これには、試薬、触媒（例えば酵素、金属、及びゼオライト）、タンパク質（例えば抗体）、核酸、多糖、細胞、及びポリマー、ならびに診断薬として機能することができる有機又は無機分子が含まれる。
【０１４２】
放出させるための薬物又は他の分子は、放出速度を制御するために、マトリックス物質中に分散させることができる。このマトリックス物質は、その分解、溶解又は拡散特性が、化学分子の放出速度を制御する方法を提供することができる、米国特許第５，７９７，８９８号に記載されている「放出系」とすることができる。一実施形態では、リザーバ内の薬物製剤が、薬物と非薬物とからなる複数の層を含む。能動放出機構がリザーバ内容物を露出させた後、これらの複数の層は、非薬物の介在層によって、複数の薬物放出パルスを発生させる。このような戦略を、複雑な放出プロファイルを得るために使用することができる。参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００４／０２４７６７１Ａ１号も参照されたい。
【０１４３】
（２次装置）
本明細書で使用されるとき、用語「２次装置」は、特に明示されない限り、リザーバの中に位置することができる任意の装置又はその構成要素を含む。一実施形態では、２次装置がセンサ又はセンサのセンシング構成要素である。本明細書で使用されるとき、「センシング構成要素」は、ある部位の化学種もしくはイオン種、エネルギー又は１つもしくは複数の物理特性（例えばｐＨ、圧力）の、存在の有無又は変化を、測定し又は分析する際に利用される構成要素を含む。センサのタイプには、バイオセンサ、化学センサ、物理センサ又は光センサが含まれる。２次装置は米国特許第６，５５１，８３８号に詳細に記載されている。一実施形態ではセンサが圧力センサである。例えば米国特許第６，２２１，０２４及び６，２３７，３９８号、ならびに米国特許出願公開第２００４／００７３１３７号を参照されたい。センシング構成要素の例には、ある部位の薬物、化学物質、又はイオン種、エネルギー（又は光）、あるいは一以上の物理特性（例えばｐＨ、圧力）の存在の有無又は変化を測定し又は分析する際に利用される構成要素が含まれる。他の実施形態では、センサが、化学検出に使用されるセンサなどの片持ち梁型のセンサを含む。例えば、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００５／０００５６７６号を参照されたい。
【０１４４】
好ましい一実施形態では、患者（例えばヒト又は他の哺乳類）に埋め込むための装置が提供され、リザーバ内容物は、患者の生理状態を示す少なくとも１つのセンサを含む。センサは例えば、患者の血液、血漿、間質液、硝子体液又は他の体液中に存在するグルコース、尿素、カルシウム、又はホルモンの濃度を監視することができる。
【０１４５】
一実施形態では、結合された２つの基材が、一方又は両方の基材部分の中に画定することができる、ＭＥＭＳ装置を含む少なくとも１つのキャビティを含む。ＭＥＭＳ装置は第３の基材上に置くことができる。封止されたキャビティの中の空間は排気することができ、あるいは不活性ガス又はガス混合物（例えば窒素、ヘリウム）を含むことができる。ＭＥＭＳ装置は、圧力センサ、加速度計、ジャイロスコープ、共振器など、当技術分野で知られているものであることができる。他の実施形態では、結合された基材のうちの少なくとも一方がガラスから形成され、キャビティが光学センサを含み、又は光学的に調べることができる化合物を含む。
【０１４６】
マイクロチップ装置又は他の装置であり得る１次装置内に位置する２次装置を用いて得られたデータを受け取り、解析するためのいくつかのオプションが存在する。１次装置は、ローカルマイクロプロセッサ又はリモートコントロールによって制御することができる。バイオセンサ情報は、活動化の時間及びタイプを自動的に、又は人間の介入によって、あるいはこれらの組合せによって決定するためのコントローラへの入力を提供することができる。例えば、装置の動作は、オンボードの（すなわちパッケージ内の）マイクロプロセッサ又は状態機械によって制御することができる。装置からの出力信号は、必要ならば適当な回路による調整の後に、マイクロプロセッサによって取得される。この出力信号は、解析及び処理の後に、書込み可能なコンピュータメモリチップに記憶することができ、かつ／又は、マイクロチップから離れた位置へ（例えば無線で）送信することができる。電力は、電池によって局所的に、又は無線伝送によって遠隔位置から、マイクロチップシステムに供給することができる。例えば米国特許出願公開第２００２／００７２７８４号を参照されたい。
【０１４７】
一実施形態では、放出用の薬物分子及びセンサ／センシング構成要素を含むリザーバ内容物を有する装置が提供される。例えば、センサ又はセンシング構成要素はリザーバの中に位置することができ、あるいは装置基材に取り付けることができる。投与量及び頻度、放出時刻、有効放出速度、薬物又は薬物組合せの選択などを含む薬物放出変数を制御し又は変更するために、センサは、例えばマイクロプロセッサを介して、装置と動作可能に通信することができる。センサ又はセンシング構成要素は、ｉｎ ｖｉｖｏの埋込み部位でそれらの種又は特性を検出し（又は検出せず）、さらに、装置からの放出を制御するために使用されるマイクロプロセッサに信号を中継することができる。このような信号は、薬物の放出に関するフィードバックを提供することができ、かつ／又は薬物の放出を細かく制御することができる。他の実施形態では、装置が、患者の体内の信号を検出し、かつ／又は測定することができる一以上のバイオセンサを含む（バイオセンサは、使用する必要が生じるまでリザーバの中に封止しておくことができる）。一変形形態では、埋込み可能医療装置が、本明細書の記載のとおりに封止された、センサを含むリザーバを含み、センサからの信号が、装着型（すなわち外部）又は内部ポンプであることができる別個の薬物送達装置に（配線又は遠隔計器を含む任意の手段によって）伝送され、この信号は、薬物投与の制御に使用される。
【０１４８】
本明細書で使用されるとき、用語「バイオセンサ」は、関心の分析物の化学ポテンシャルを（例えば機械エネルギー又は熱エネルギーを電気信号に変換することによって）電気信号に変換するセンシング装置、ならびに電気信号を直接又は間接に測定する電極を含む。バイオセンサは例えば、さまざまなｉｎ ｖｉｖｏの位置の組織構造上の固有電気信号（ＥＫＧ、ＥＥＧ又は他の神経信号）、圧力、温度、ｐＨ、又は機械的負荷を測定することができる。バイオセンサからの電気信号は次いで、例えばマイクロプロセッサ／コントローラによって測定することができ、マイクロプロセッサ／コントローラは次いで、この情報を、リモートコントローラ又は他のローカルコントローラあるいはその両方に伝送することができる。例えば、このシステムを使用して、患者の生命徴候又は薬物濃度などのインプラント環境に関する情報を中継し又は記録することができる。
【０１４９】
好ましい一実施形態では、装置が、グルコースの監視及びインスリンの制御に使用される一以上のセンサを含む。センサからの情報を使用して、同じ装置からのインスリン放出又は別のインスリン送達装置（例えば、従来の外部着用型又は埋込み型のインスリンポンプ）からのインスリン放出を能動的に制御することができる。気密封止されたリザーバ装置は、グルコースセンサのアレイを格納した埋込み可能マルチリザーバ装置の形態で提供することができ、気密封止されたリザーバ装置は、患者がインスリンを（例えば注射によって）自身に手動で投与することができるグルコース計型の手持ち又は着用装置に、グルコースの示数を（有線又は無線で）伝送することができる。他の実施形態は、同様の方法で他の分析物を感知することができ、他の種類の薬物を送達することができる。
【０１５０】
（リザーバキャップ）
本明細書で使用されるとき、用語「リザーバキャップ」は、リザーバの内容物をリザーバの外部環境から分離するのに適した膜、薄いフィルム又は他の構造物を指すが、リザーバキャップは、リザーバを開いて、その内容物を露出させるために、選択された時刻に除去され又は崩壊するように意図される。好ましい一実施形態では、別個の１つのリザーバキャップがリザーバ開口の１つを完全に被覆する。他の実施形態では、別個の１つのリザーバキャップが、全てではないが２つ以上のリザーバ開口を被覆する。能動的に制御された好ましい装置では、リザーバキャップが、加えられた刺激（例えば電場又は電流、磁場、ｐＨ変化、あるいは熱、化学、電気化学、又は機械手段による刺激）に反応して、崩壊し又は透過性化することができる任意の材料を含む。適当なリザーバキャップ材料の例は、金、チタン、白金、スズ、銀、銅、亜鉛、合金、及び金−ケイ素、金−スズ共晶などの共晶材料などである。単一の装置の中に、受動又は能動障壁層の任意の組合せが存在することができる。
【０１５１】
一実施形態では、リザーバキャップが導電性であり、無孔である。好ましい一実施形態では、リザーバキャップが薄い金属フィルムの形態をとる。他の実施形態では、リザーバキャップが、白金／チタン／白金の多層／ラミネート構造など、複数の金属層からなる。例えば、最上層及び最下層は、リザーバキャップ上の接着層（一般にリザーバキャップの一部分にだけある）が、リザーバ開口のまわりの基材領域、リザーバキャップ支持体、及び誘電体オーバレイヤ（ｏｖｅｒｌａｙｅｒ）に接着／結合することを保証するように選択することができる。１つのケースでは、この構造が、チタン／白金／チタン／白金／チタンであり、最上層及び最下層が接着層の役目を果たし、白金層が、追加の安定性／生物安定性、及び主要な中心のチタン層に対する保護を提供する。これらの層の厚さは例えば、中心チタン層が約３００ｎｍ、白金層がそれぞれ約４０ｎｍ、接着チタン層が約１０から１５ｎｍである。
【０１５２】
（リザーバキャップを崩壊させ又は透過性化するための制御手段）
封じ込め装置は、例えば本明細書に記載されたリザーバ封止後の選択された時刻にリザーバキャップを崩壊させ、又は透過性化するために、リザーバの開口を容易にし、制御する制御手段を含む。この制御手段は、構造構成要素（一以上）と、電力を供給し、リザーバ内容物の放出又は露出が開始される時刻を制御する電子機構（例えば回路及び電源）とを含む。
【０１５３】
制御手段はさまざまな形態をとることができる。一実施形態では、リザーバキャップが、米国特許出願公開第２００４／０１２１４８６Ａ１号に記載された電熱アブレーションによって崩壊する金属フィルムを含むことができ、制御手段が、作動のために（例えばリザーバを開口するために）、電源（例えば電池、蓄積コンデンサ）から選択されたリザーバキャップに送達される電気エネルギーの制御及び送達に必要なハードウェア、電気構成要素、及びソフトウェアを含む。例えば、装置は、電気入力リード、電気出力リード、及びその間に接続されたリザーバキャップに、リザーバキャップを崩壊させるのに有効な量の電流を流すための電力源を含むことができる。マルチキャップリザーバシステムの制御手段への電力は、例えば米国特許出願公開第２００２／００７２７８４号に記載されているように、電池、コンデンサ、（バイオ）燃料電池によって局所的に、又は無線伝送によって遠隔位置から供給することができる。コンデンサは、オンボード電池によって局所的に、又は例えばＲＦ信号又は超音波によって遠隔位置から充電することができる。
【０１５４】
一実施形態では、制御手段が、入力源、マイクロプロセッサ、タイマ、デマルチプレクサ（又はマルチプレクサ）を含む。タイマ及び（デ）マルチプレクサ回路は設計し、製作中に基材の表面に直接に組み込むことができる。他の実施形態では、制御手段の構成要素のいくつかが、装置のリザーバ部分に接続し又は取り外すことができる別個の構成要素として提供される。例えば、コントローラ及び／又は電源を、マルチキャップリザーバ装置から物理的に離れた位置に配置することができ、同時に、マルチキャップリザーバ装置に動作可能に接続し、かつ／又はマルチキャップリザーバ装置と通信することができる。一実施形態では、マルチキャップリザーバシステムの動作が、オンボードの（例えば埋込み可能装置内の）マイクロプロセッサによって制御される。単純な状態機械は一般に、マイクロプロセッサよりも単純で、かつ／又はより小さく、かつ／又はより少ない電力を使用するため、他の実施形態では、単純な状態機械が使用される。
【０１５５】
他のリザーバの開口方法及び放出制御方法は、全て参照によって本明細書に組み込まれる、米国特許第５，７９７，８９８号、第６，５２７，７６２号及び第６，４９１，６６６号、米国特許出願公開第２００４／０１２１４８６号、２００２／０１０７４７０Ａ１号、２００２／００７２７８４Ａ１号、２００２／０１３８０６７Ａ１号、２００２／０１５１７７６Ａ１号、２００２／００９９３５９Ａ１号、２００２／０１８７２６０Ａ１号、及び２００３／００１０８０８Ａ１号、ＰＣＴ ＷＯ ２００４／０２２０３３Ａ２及びＰＣＴ ＷＯ ２００４／０２６２８１、米国特許第５，７９７，８９８号、６，１２３，８６１号及び６，５２７，７６２号に記載されている。
【０１５６】
（マルチキャップリザーバシステム／装置の使用）
本明細書に記載されたマルチキャップリザーバ放出／露出装置及びシステムは、さまざまな応用で使用することができる。好ましい応用は、薬物の制御された送達、バイオセンシング、又はこれらの組合せを含む。好ましい一実施形態では、マルチキャップリザーバシステムは埋込み可能な医療装置の一部分である。この埋込み可能医療装置はさまざまな形態をとることができ、さまざまな治療及び／又は診断応用において使用することができる。一実施形態では、リザーバが、長期間にわたって薬物製剤を貯蔵し、放出する。他の実施形態では、リザーバが、選択的に露出させるためのセンサを含み、リザーバは、必要に応じて（例えばセンサの汚損に応じて）又は所定のスケジュールに従って開かれる。例えば、リザーバは、圧力センサ、化学センサ、又は生物センサを含むことができる。特定の一実施形態では、リザーバが、リザーバ内の電極上に不動化され、一以上の浸透膜／半透膜で覆われたグルコースオキシダーゼを含むグルコースセンサを含む。酵素は、意図された使用時の前に環境（例えば体）に露出すると、その活性を失いかねないため、封止されたリザーバは、酵素が必要になるまで酵素を保護する役目を果たす。
【０１５７】
他の実施形態では、本明細書に記載されたマルチキャップリザーバシステム及び装置が、他のさまざまな装置に組み込まれる。例えば、気密封止されたリザーバを、米国特許出願公開第２００２／０１１１６０１号に記載されたカテーテル、電極などの他のタイプ及び設計の埋込み可能医療装置に一体化することができる。他の例では、気密封止されたリザーバを他の医療装置に組み込みことができ、この装置の中で、本発明の装置及びシステムは、例えば米国特許第６，４９１，６６６号に示されているように、キャリヤ流体中に薬物を放出し、キャリヤ流体は次いで所望の投与部位まで流れる。気密封止されたリザーバは、薬ポンプ、吸入器又は他の肺薬物送達装置に組み込むこともできる。
【０１５８】
本明細書に記載された封止された装置はさらに、数多くのｉｎ ｖｉｔｒｏ及び商業的診断応用を有する。この装置は、正確に計量された分子を送達することができ、したがって分析化学及び医療診断などのｉｎ ｖｉｔｒｏでの応用、ならびに細胞培養への諸因子の送達などの生物応用に対して有用である。他の非医療応用では、この装置が、芳香剤、染料又は他の有用な化学物質の放出を制御するために使用される。
【０１５９】
他の応用は、全て参照によって本明細書に組み込まれる、米国特許第５，７９７，８９８号、６，５２７，７６２号、６，４９１，６６６号及び６，５５１，８３８号、ならびに米国特許出願公開第２００２／０１８３７２１号、２００３／０１００８６５号、２００２／００９９３５９号、２００４／００８２９３７号、２００４／０１２７９４２号、２００４／０１２１４８６号、２００４／０１０６９１４号、及び２００４／０１０６９５３号に記載されている。
【０１６０】
本発明の実施形態は、以下の非限定的な実施例を参照することによってさらに理解することができる。
【実施例１】
【０１６１】
（タングアンドグルーブ気密封止）
タングアンドグルーブジョイント設計を使用して気密封止を形成した。このシールは冷間圧接プロセスによって形成した。図３にこのシールの走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）を示す。基材は、ケイ素（上）及びアルミナ（下）である。金属は金である（ケイ素上にはスパッタリングし、アルミナ上にはスパッタリングし次いで電気めっきした）。これらの部品を、ＦＣ−１５０フリップチップアライナ上で結合した。この装置は、ｘ、ｙ、ｚならびにピッチ、ロール、及びヨーの正確なアライメントを提供する機械である。これらの部品を整列させた後、ＦＣ−１５０によってこれらの部分を互いに圧縮し、冷間圧接結合を形成した。
【実施例２】
【０１６２】
（気密性に対するフィーチャサイズ及び金属厚さの変動の影響）
さまざまなフィーチャサイズ及び金属層厚を用いて、いくつかの異なるジョイント設計を製作した。これらのジョイントを冷間圧接し、封止されたジョイントの漏れを、部品の幾何形状に応じて染料浸透試験又はＨｅ漏れ検出器を使用して、試験した。下表１に示すように、試験範囲全体にわたって、シールの完全性は、フィーチャサイズ及び金の金属層厚から独立していることが分かった。漏れ検出器の下限未満の、すなわち５ｅ−１１ａｔｍ＊ｃｃ／秒未満の検出不能の漏れ量で漏れている可能性がある。
【表１】
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【実施例３】
【０１６３】
（シールフィーチャを個々に有するマイクロファブリケーションキャビティのアレイ）
相補的なキャビティ及び冷間圧接用のシールフィーチャを有する２つのケイ素基材を提供した。これらのシールフィーチャは、一方の基材上／中にマイクロファブリケーションによって形成されたリッジ、及びもう一方の基材上／中にマイクロファブリケーションによって形成された整合するグルーブを含む。それぞれのグルーブの内側及びそれぞれのリッジの内側に、浅い幅広のキャビティを形成した。図２７Ａ〜Ｂに、その結果得られた基材及びシールフィーチャを示す。
【０１６４】
本明細書で引用した文献は参照によって本明細書に組み込まれる。以上の詳細な説明から、当業者には、本明細書に記載された方法及び装置の修正及び変更が明らかである。このような修正及び変更は、添付の特許請求の範囲に含まれることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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