(57)【要約】【課題】【解決手段】デバイスを製造する方法は、少なくとも一のウェブベース製造段階中と少なくとも一のシートベース製造段階中に複数の非接合プロセスを実行する段階と含む。これらのプロセスは、複数のモジュールによって実行されてもよい。モジュールは、独立に制御され且つ／又は監視されてもよい。モジュールは、交換可能でもよい。一個以上のモジュールが、材料を受け取り且つ／又はその材料を別のモジュールに渡してもよい。製造されたデバイスは、層状デバイス、スマートカード、センサ、アクチュエータ、生体外診断デバイス、マイクロ流体デバイス、又は層状製品である。デバイスを製造する装置は、少なくとも一のウェブベース製造構成要素と少なくとも一のシートベース製造構成要素を含む。少なくとも一のウェブベース製造構成要素と少なくとも一のシートベース製造構成要素は、複数の非接合プロセスを実行するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスを製造する方法であって、
少なくとも一のウェブベース製造段階と少なくとも一のシートベース製造段階を実行する段階を含み、
複数の非接合プロセスが、
（ａ）少なくとも一のウェブベース製造段階内で実行されるか又は複数のウェブベース製造段階に亘って実行され、且つ、
（ｂ）少なくとも一のシートベース製造段階内で実行されるか又は複数のシートベース製造段階に亘って実行される方法。
【請求項２】
プロセスは複数のモジュールによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各モジュールを個々に制御する段階を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
製造するデバイスの製造履歴と特性に応じて複数のモジュールから一のモジュールを選択する段階を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
複数のモジュールは交換可能である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
一個以上のモジュールは、材料を受け取り且つ／又は別のモジュールに渡すように構成された、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
デバイスは、層状デバイス、スマートカード、センサ、アクチュエータ、生体外診断デバイス、層状デバイス、又はマイクロ流体デバイスのうちの一以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも一のモジュールを制御システムで制御する段階を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
プロセスの少なくとも幾つかを分散制御システム及び／又は分散監視システムの対象にする段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
生産ライン上でデバイスを組み立て且つ／又は保管する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
デバイスの構成要素をその識別に従って導く段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
構成要素にコードを付与する段階を更に含み、コードは構成要素の識別を提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
構成要素を導く段階は、構成要素の識別に従って構成要素を他の構成要素に追加し且つ／又は他の構成要素から構成要素を除去する段階を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも一のモジュールは、ウェブベースプロセスを実行するように構成され、少なくとも一の他のモジュールは、シートベースプロセスを実行するように構成された、請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
デバイスは、
ポリマー、木材、紙、シリコン、セラミック及び／又は金属を含む複数の材料及び／又は、
複数の形状及び／又は厚さの材料及び／又は、
予形成された構成要素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
デバイス又はその構成要素は、少なくとも一のモジュールを複数回通る、請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
デバイス又はその構成要素は、モジュールによって形成された生産ラインに沿って複数の方向に移動してもよい、請求項２に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも一のバッファリングステーションでバッファ在庫をバッファリングする段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
バッファリングステーションからバッファ在庫をプロセスに入れる段階を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
バッファ在庫をプロセスからバッファリングステーションに出す段階を更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
複数の生産アームを提供する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも一の生産アームは、複数のプロセスを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
デバイスは診断デバイスである、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
診断デバイスはマイクロ流体デバイスである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
デバイスは折り畳み式デバイスであり、必要に応じて折り畳み式マイクロ流体デバイスである、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
様々な製造段階で、各段階で必要とされるプロセスの特徴により、少なくとも一のウェブベースプロセスと少なくとも一のシートプロセスを使用する段階を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
非接合プロセスのうちの一は、複数の層上にパターンを加工することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
加工のために一以上の犠牲層を使用することを更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
加工は、両側である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
構造を複製するためにエンボス加工が少なくとも一の他のプロセスと組み合わされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
少なくとも一の他のプロセスは、切り抜きを使用することを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも一の他のプロセスは、アンダーカットを使用することを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
少なくとも一の他のプロセスは、レーザ加工を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
非接合プロセスのうちの一は光学位置合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
光学位置合わせは回折光学素子を使用することを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
光学位置合わせは干渉パターンを使用することを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
干渉パターンはモアレパターンである、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
非接合プロセスのうちの一は少なくとも一の導体要素をデバイスに組み込むことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３９】
導体要素は熱及び／又は電気を導く、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
デバイスはスマートカードを含み、非接合プロセスのうちの一は、スマートカードキャリアモジュールを少なくとも部分的に覆うように電極を位置決めすることを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
導体要素は熱箔押しによって組み込まれる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
導体要素は相互拡散によって組み込まれる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
導体要素は印刷によって組み込まれる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
導体要素は、スタンピングによって組み込まれる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
接合された複数の非導電材料層上に多層回路が形成される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
非導電体層を介して導電材料の一部分をスタンピングする段階を含む、相互接続及び／又はビアを形成するプロセスを更に含む、請求項１から４５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４７】
基板上に第１の導電体層を形成する段階と、第１の導電体層上に一以上の非導電材料を追加する段階と、非導電材料を選択的に除去する段階と、選択的に除去された非導電材料の領域と少なくとも部分的に重なるように非導電材料上に第２の導電体層を形成する段階とを含む、相互接続及び／又はビアを形成するプロセスを更に含む、請求項１から４６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４８】
非接合プロセスのうちの一は少なくとも一の導波路をデバイスに組み込む段階を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４９】
導波路は表面被覆によって組み込まれる、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
導波路は少なくとも一の予形成された構造を埋めることによって組み込まれる、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
導波路は少なくとも一の予形成された構成要素を挿入することにより組み込まれる、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
接合プロセスを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５３】
接合プロセスは少なくとも一の構造層を使用して構造変形を減少させる段階を含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
接合プロセスは機械式連結することを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
接合プロセスはウェブ又はシートの表面を改質することを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
多層積層段階を含む、請求項１から５５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５７】
一以上のウェブベースプロセスからの材料が、同じ部品、構成要素、又はデバイスの同じ側に接合される、請求項１から５６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５８】
多層積層段階を含む、請求項１から５７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５９】
一以上のウェブベースプロセスからの材料が、同じ部品、構成要素又はデバイスの同じ側に接合された、請求項１から５８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６０】
少なくとも一のウェブベース製造段階と少なくとも一のシートベース製造段階を含む多層デバイスを製造する方法あって、一以上のプロセスが、図形印刷でもなく最終的な部品分離のためのデバイスの切断でもない場合にウェブベース段階で実行される、多層デバイスを製造する方法。
【請求項６１】
マイクロ流体デバイスを製造する方法であって、
少なくとも一のウェブベース製造段階の間と少なくとも一のシートベース製造段階の間に少なくとも一の非接合及び非最終分離プロセスを実行する段階を含む方法。
【請求項６２】
少なくとも一の非接合及び非最終分離プロセスは一のモジュールによって実行される、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
請求項２から６０で請求された要素のうちの任意の一以上を更に含む、請求項６１又は６２に記載の方法。
【請求項６４】
デバイスを製造する装置であって、
少なくとも一のウェブベース製造構成要素と、
少なくとも一のシートベース製造構成要素とを含み、少なくとも一のウェブベース製造構成要素と少なくとも一のシートベース製造構成要素は複数の非接合プロセスを実行するように構成された装置。
【請求項６５】
デバイスは層状デバイス、スマートカード、センサ、アクチュエータ、生体外診断デバイス、及び／又はマイクロ流体デバイスのうちの１種を含む、請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
デバイスは層状製品である、請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
マイクロ流体デバイスを製造する装置であって、
少なくとも一のウェブベース製造構成要素と、
少なくとも一のシートベース製造構成要素とを含み、少なくとも一のウェブベース製造構成要素と少なくとも一のシートベース製造構成要素は、複数の非接合プロセスを実行するように構成された装置。
【請求項６８】
少なくとも一のウェブベース構成要素と少なくとも一のシートベース構成要素は、モジュールを含む、請求項６７に記載の装置。
【請求項６９】
デバイスは折り畳み式マイクロ流体デバイスである、請求項６７に記載の装置。
【請求項７０】
デバイスを製造するためのウェブベース製造モジュールであって、
ウェブを移送するように構成されたリールと、
デバイスの様相と関連してウェブに製造プロセスを実行するリール・ツー・リール動作手段と、
少なくとも一のシート処理モジュールとのウェブの相互作用を可能にする相互作用手段とを含むウェブベース製造モジュール。
【請求項７１】
デバイスを製造するためのシート処理モジュールであって、
デバイスの様相と関連してシートに製造プロセスを実行するシート操作手段と、
少なくとも一のリール・ツー・リール処理モジュールとシートの相互作用を可能にするための相互作用手段とを含むシート処理モジュール。
【請求項７２】
構造を複製するためにエンボス加工が少なくとも一の他のプロセスと組み合わされた、多層デバイスを製造する方法。
【請求項７３】
少なくとも一の他のプロセスは、切り抜きを使用することを含む、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
少なくとも一の他のプロセスはアンダーカットを使用することを含む、請求項７２に記載の方法。
【請求項７５】
少なくとも一の他のプロセスはレーザ加工を含む、請求項７２に記載の方法。
【請求項７６】
構成要素の光学位置合わせを含む、多層デバイスを製造する方法。
【請求項７７】
光学位置合わせは回折光学素子を使用することを含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
光学位置合わせは干渉パターンを使用することを含む、請求項７６に記載の方法。
【請求項７９】
干渉パターンはモアレパターンである、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
少なくとも一の導体要素をデバイスに組み込む段階を含み、導体要素はスタンピングによって組み込まれる、多層デバイスを製造する方法。
【請求項８１】
少なくとも一の導体要素をデバイスに組み込む段階を含み、接合された非導電材料の複数の層上に多層回路が形成される、多層デバイスを製造する方法。
【請求項８２】
非導電体層を介して導電材料の一部分をスタンピングする段階を含む、デバイス上の導体要素間に相互接続及び／又はビアを形成する方法。
【請求項８３】
基板上に第１の導電体層を形成する段階と、第１の導電体層上に一以上の非導電材料を追加する段階と、非導電材料を選択的に除去する段階と、選択的に除去された非導電材料の領域と少なくとも部分的に重なるように非導電材料上に第２の導電体層を形成する段階とを含む、デバイス上の導体要素間に相互接続及び／又はビアを形成する方法。
【請求項８４】
スマートカードキャリアモジュールを少なくとも部分的に覆うように電極を位置決めする段階を含むスマートカードを製造する方法。
【請求項８５】
マイクロ流体デバイスを製造する方法であって、
デバイスの構成要素をその識別に従って導く段階を含む方法。
【請求項８６】
構成要素にコードを付与する段階を更に含み、コードは構成要素の識別を提供する、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
構成要素を導く段階は、識別に応じて構成要素を他の構成要素に追加し且つ／又は他の構成要素から構成要素を除去することを含む、請求項８５に記載の方法。
【請求項８８】
請求項１から８７のいずれか１項に記載の方法又は装置により製造されたデバイス。
【請求項８９】
基板応力を減少させる少なくとも一の応力除去構造を含む多層デバイス。
【請求項９０】
構造は複数の隣り合ったデバイス内の応力を除去する、請求項８９に記載のデバイス。
【請求項９１】
構造はデバイス内の応力を除去する、請求項８９に記載のデバイス。
【請求項９２】
構造は、製造中、移送中又は使用中に応力を除去する、請求項８９から９１のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９３】
デバイスはマイクロ流体デバイスである、請求項８９から９２のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９４】
デバイスは、少なくとも一の折り畳まれた要素を含み、少なくとも一の折り目の両側で形状部が位置合わせされる、多層又は多構成要素デバイス。
【請求項９５】
デバイスはマイクロ流体デバイスである、請求項９４に記載のデバイス。
【請求項９６】
デバイスは電子回路を含む、請求項９４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、適切に変形され、変更され又は塗付適用されてなる材料の一以上の層を有する複雑な層状材料及びデバイスの製造に関する。より詳細には、本発明は、そのような材料及びデバイスを低コストで、種々の量において、且つ同時に様々な程度の手動又は自動制御下で、高度な可変性と精密な複雑さで製造する方法に関する。更に、本発明は、同じ製造設備を使用して異なる機能と複雑さの層状材料及びデバイスを効率的に製造することができる方法に関する。また、本発明の分野は、センチメートルからナノメートルまで種々の制御されたサイズの製造形状部（manufactured features）を有する複雑な高分子材料及びデバイスの効率的な製造に拡張される。
【０００２】
本願は、２００６年１月２５日に出願された米国出願第６０／７６１，７４６号に対する優先権を主張するものであり、この出願の内容全体を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。また、本願は、２００６年６月７日に出願された米国特許出願第６０／８１１，４３６号に対する優先権を主張するものであり、この出願の内容全体を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。本願は、また、２００６年６月７日に出願されたオーストラリア国出願第２００６９０３１００号に対する優先権を主張するものであり、この出願の内容全体を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。また、本願は、２００６年１月２４日に出願されたオーストラリア国出願第２００６９００３４５号に対する優先権を主張するものであり、この出願の内容全体を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
【背景技術】
【０００３】
以下の記述では、特定の構造及び／又は方法について述べる。しかしながら、下の記述は、そのような構造及び／又は方法が先行技術を構成すると自認したものと解釈されるべきではない。出願人は、そのような構造及び／又方法が先行技術ではないことを実証する権利を留保することをここに明記する。
【０００４】
多くの産業が層状材料に注目し、そのような複合材料によって提供される高い材料特性及び機能を利用するようになってきた。単純な例は、鋼が提供する強度に対して塗料が提供する耐候性である。複雑な例は、エッチングされ切断された適切な材料からなる平面シートの層を接合すること等によって作成できる微小流体チャネルやマイクロチャンバである。別の複雑な例は、これまで単層材料又は二層材料で可能であったよりも複雑な回路を可能にする多層プリント回路基板の生産である。別の例は、傷み易い布地へ支持層を接合することにより手触りと視覚的魅力を犠牲にすることなく耐久性を向上させるものである。層状多機能デバイスの一例は、グラフィックス機能、電子回路機能、磁気機能及び触覚機能を有する多数の層が一個の多層デバイスに組み込まれた「スマート（SMART）」カードである。
【０００５】
そのような複合層状材料の生産性を高め製造コストを削減する新しい方法の開発に多くの努力が注がれてきた。時が経つにつれて、２つの基本的なプロセス工学の流れが生じた。一方の方法は、個別のデバイスに的を絞り、層又はラミネートの複雑さ及び／又は機能に合わせてプロセスを合理化した。他方の方法は、長い層状シート（このシートから改質後に個別のデバイスが切り取られる）の大量生産に的を絞った。。
【０００６】
これらの方法にはそれぞれ利点がある。最初の方法は、複雑な材料及びデバイスを製造することができるが高コストである。他の方法は、材料とデバイスをより低いコストで作成できるが、複雑さの低下を伴う。
【０００７】
これらの方法には他にも欠陥や障害があり生産上の妥協が強いられるため、複雑な層状デバイスを低コストで大量生産するという目標の達成が妨げられている。プロセスを組み合わせて上記目的を達成しようとする試みがなされたが、成功にはばらつきがあり限定的であった。
【０００８】
特に１９４０年代以降、ポリマーは、消費財としてのデバイスを製造するための金属の安価な代替材料として使用されてきており、１９９０年代始めから半ばまで計装用の複合材料及びデバイスを大量生産するために使用されてきた。ポリマーは主に低コストの大量生産で使用されるので、この論考は、ポリマーの使用に関係するが、他の材料（金属、金属酸化物、金属箔、セラミック、ガラス等）及びこれら材料やその組合わせで作成される薄膜や厚膜の表面被覆の使用にも同じように適用される。
【０００９】
前述の２種の主要な汎用プロセス方法と同様に、前世紀の後半に開発された表面形状製造技術を更に２種のカテゴリに分類することができる。
【００１０】
第１は、適切な材料で作成された層の表面に直接所望の形状パターンを作成する直接的機械加工方法を使用することである。そのような方法としては、マイクロミリング、レーザリソグラフィ及びビームスキャニング、プラズマエッチング、フォトレジストを使用する湿式化学紫外線リソグラフィ、ソフトリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、印刷ヘッド付着等が挙げられる。これらの技法のうち、レーザを利用する方法は、処理の容易さと、様々な材料に空間的に画定されたサブミクロンサイズの異方性形状を生成する能力のために最も進歩した。
【００１１】
第２の方法は、マスターテンプレートを使って所望のパターンを形成するプロセスを含む。このような形状再現プロセスとしては、ソフトリソグラフィ、エンボス加工、圧縮成形、熱成形、射出成形や反応射出成型が挙げられ、特に、ポリマーに使用するのに適しているが、これらの技法は、低融点金属やフリット等、他の材料にも使用される。
【００１２】
材料又はデバイス製造に対するこのような取り組みのほとんどは、２次元又は２1/2次元構造を作成することに限定されている。これらの手法のうち最も一般的なものは、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マイクロミリング、射出成形又は熱エンボス加工のうちの一種以上を使用するものであるが、これらは極めて限られた複雑さの形状部しか生成することができない。複雑な三次元ポリマー部品を製造するには、これらのマイクロ構造化方法は、一般に、幾つかの別々に作成された部品の組み立てを必要とする。しかしながら、これらは、微小部品を組み立てるときの位置合わせの問題を有する逐次製造プロセスであり、結果として処理能力が比較的低く関連製造コストが高い更なる労働集約的プロセスになる。
【００１３】
複雑なポリマー材料及びデバイスの製造に対する別の最近の取り組みは、薄い既製の層（薄膜）の幾つかを積み重ね、位置合わせし、接合することである。この層状化の手法によって、比較的単純な二次元製造技術（エンボス加工、ダイ打ち抜き、レーザ加工等）と、複雑な三次元材料又はデバイスを作成する確立された接合技術の使用が可能になる。そのような三次元設計手法は、特に、非特許文献１と非特許文献２によって説明されているようなリール・ツー・リール処理（reel-to-reel processing）を使用する大量生産に適している。
【００１４】
市場の圧力によって、大量生産方法の開発は、従来の固定式生産ライン手法から、市場要求に応えるために高速化と迅速化を提供するフレキシブルで反応性の高い製造システムに促された。この新しい製造手法は、一般に、個々のマシンのフレキシビリティ向上のため、或いは、個別部品が組み立てライン上で作成される場合は、様々な生産ラインモジュールの方向変更や再配列の際のフレキシビリティ向上のために適用されてきた。しかしながら、生産ラインが連続プロセスであるリール・ツー・リールシステムには困難な提案である。特許文献１は、ラインの再構築を可能にするモジュール式ウェブシステムについて述べているが、このシステムのフレキシビリティと作成されたデバイスの複雑さは、システムが使用されているときの原材料の供給が連続的であるため限定される。
【００１５】
今日まで、層状ポリマーデバイスの生産に関しては、バッチ式、逐次又は連続リール・ツー・リール処理技術だけが述べられてきた。
【００１６】
典型的なバッチプロセスでは、大量又は多数の製品が、単一バッチにおける連続した一連のプロセスによって製造される。マイクロ技術では、バッチ処理は、シリコンやガラス基板のデバイスの製造において極めて一般的である。一例は、集積回路の製造であり、そこでは、シリコンウェハが基板として使用され、基板内又はその表面上にゲートやトランジスタ等の電子部品を形成する数多くの連続したサブトラクティブ（除去）法及びアディティブ（付加）法によって処理される。これらの処理段階が完成した後、デバイスは分離されパッケージ化される。別のバッチ処理の例では、ポリマー銀行券が印刷原理を使用して印刷され、数十枚の銀行券を含むシート又はクーポンが同時に処理され、最終プロセス段階で切り離される。最新の方法は、この印刷原理を、ポリマー銀行券の表面への偽造防止用微小形状部のエンボス加工と組み合わせている。
【００１７】
しかしながら、このようなバッチ生産方法は、特に微小形状部を必要とするときにはかなり高価である。そのような方法により作成されるデバイスの主な産業的用途は、大規模な工業的、科学的及び行政系実験施設における高いスループットを目指す製品であり、この場合、構成要素を再使用することができ、従ってコストがデバイスの動作寿命全体に亘って償却される。小型化された層状生物分析デバイスの多くの潜在的用途では、特にポイントオブケア／ポイントオブユースのデバイス用の使い捨て部品では、そのような高い生産コストを正当化することができない。
【００１８】
ダイ打ち抜き、接合、ミリング、レーザ切断等の一連のプロセスによって複数の小型デバイスを形成するために、層状ポリマー系デバイスのバッチ式製造を使用することができまた使用されている。しかしながら、小型化の技術的問題と、そのようなデバイスを実世界のサンプル及び計測器と確実に接続する必要性があることによって、そのように作成された層状ポリマーデバイスは、一般に、シリコン又はガラス製の相当物より大きくなり、固有のパッケージング問題が生じる。更に、バッチ式プロセスは自動化が困難な可能性があり、作成した微小部品の保管、取り扱い、位置合わせ及び組み立て自体が商業的及び技術的課題となる。その結果、ポリマーバッチ式プロセスによって並列に低コストで製造できるデバイスの数が制限され、この方法は、少量生産にしか適さなくなる。
【００１９】
逐次的製造は、製造プロセスが一連の単一の加工物（又は、極めて少数の加工物）と相互作用する製造プロセスである。その例は、射出成形、熱エンボス加工、機械式ミリングである。産業界で広く使用されているこれらのプロセスはそれぞれ、高スループット用に最適化され、連続する個々のプロセスを連結する幾つかの自動化方法は従来の製品に適しているが、微細構造化デバイスの場合は、必然的に高度に自動化されたプロセスシーケンスのサイクルタイム、複雑さ、及びコストはすべて大幅に増える。競争の激しい産業環境における微小部品の保管、取り扱い、組み立て、及び位置合わせは、今だに技術的及び経済的課題である。従って、小規模から中規模の生産には逐次製造プロセスが最適である。
【００２０】
バッチ式及び逐次生産技術に対する有望な代替は、リール・ツー・リール（reel-to-reel）プロセス、即ちいわゆるウェブベースのプロセスである。これらは、一般にパッケージング及び印刷産業で使用される複合ポリマー積層体を組み合わせるための高スループット生産方法であり、最近、複雑な層状デバイスの製造に関連して記述されている。前述のメハルソとシュエーナマンらの文献を参照されたい。また、特許文献２と特許文献３を参照されたい。
【００２１】
本発明によるプロセスは、連続的な基材上に作成された個別のデバイスを含む、リールから連続的に供給されるフレキシブル層（フィルム）を利用する。製造されたデバイスは、次に、特許文献２及び特許文献３に記載された方法と同様にリール上で使用されてもよく、前述のメハルソによって記載されたように個別の部品に分割されてもよい。
【００２２】
そのようなウェブベース生産ラインは、高度に自動化され、従って極めて労働効率が高い傾向がある。そのような連続的な自動システムで処理する主な利点は、高いスループットを一般に比較的低コストで達成できることである。ウェブベース生産ラインの設備投資コストは、逐次生産のコストより高いが、１製品当たりの製造コストは、適切な大規模の生産ラインでは極めて低くなる。
【００２３】
そのようなリール・ツー・リール生産ラインの大きな欠点は、このラインが一般にプロセス変動に極めて弱いことである。ライン上のほんの一個のプロセス要素が、許容範囲から外れるか故障すると、生産ラインが連続的であるため、その箇所を通るすべての部品が影響を受け、生産が減少することになる。問題のある部品を修理するためにラインを止めると、生産運転全体が停止する。
【００２４】
ラインは一般に、特定の一製品に専用化されており、特に微小形状部を有するデバイスの厳しい精度要件に対応するときは、セットアップ時間とパラメータの最適化に大きな投資が必要になる。このセットアップ時間、ウェブシステムの長さ、及び摩耗や裂け又は構成要素の故障による位置合わせ不良の総合的な影響により、一般に、材料の浪費が多くなる。市販のシステムは一般にこの浪費を一定の割合の上乗せコストとして考慮し、製品の最終価格もこれに従って変化する。リール・ツー・リールシステムの別の欠点は、システム内で最も遅いプロセスが生産システム全体の速度を制限してしまうことである。
【００２５】
更に、リール・ツー・リールプロセスの基材は、リール取扱いシステムを許容するために柔軟でなければならない。例えば特許文献４を参照されたい。これにより、そのような生産ラインで使用される層の厚さと、組み合わせることができ更に取り扱うことができる層の数が制限される。これは、環境に対するより大きなインタフェース、より大きな流体容量、大きな取扱い構造、より高い構成要素強度、或いは多数の接合層を必要とする多くの層状材料の用途にとって問題となり、これらの特徴は全て、得られるデバイスを極めて剛性にし、従ってリール・ツー・リール生産方法の適応性を厳しく制限する。
【００２６】
リール・ツー・リール操作システムの別の欠点は、基材が、外側面にほとんど隆起のないほぼ平坦な形状のままでなければならないことである。また、この方法によって基材の厚さが制限されるので、このことは、外部装置への接続や内部液体貯蔵室の提供等の機能を提供するためにより大きな三次元形状の物体を必要とすることが多い製品に更なる設計制約を課す。
【００２７】
本明細書において、先行技術への言及は、先行技術が共通の一般知識の一部を構成するという自認でもなくまた如何なる形の示唆でもなく、従ってそのように解釈されるべきでない。
【非特許文献１】メハルソ（Mehalso）（The Microsystems Road in the USA," Mstnews, Volume 4/02, pp.6-8 (2002)）
【非特許文献２】シューネマン（Schuenemann）ら（Packaging of Disposable Chips for Bioanalytical Applications," IEEE Electronic Components & Technology Conference, Nevada, USA (2004)）
【特許文献１】米国特許第４，８０５，１１１号
【特許文献２】米国特許第６，８０３，０１９号
【特許文献３】米国特許第６，８７８，３４５号
【特許文献４】米国特許第６，８２７，９０６号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、利点を保持しながら前述の制限を克服し且つ欠陥と障害を除去又は大幅に削減する新しい方法を導入する。
【００２９】
本発明は、前述の様々なプロセスと新規なプロセスの革新的な組み合わせにより得られる複雑な層状材料及びデバイスを低コストで大量生産する方法に関し、これらのプロセスは、組み合わされたときに、利点を保持し且つ新しい利点を導入しながら現在のやり方の制限を実質的に克服する。本発明は、任意の基板材料と任意の後続の材料を使用する層状材料の生産に適用可能であるが、本発明の一実施形態は、少なくとも一の材料層とセンチメートルからナノメートルまでの機能形状部とを有する複雑なポリマーデバイスの生産に関する。本発明は、更に、非高分子材料をプロセスに導入することを可能にし且つそのような材料の高精度な配置を可能にして、複雑な統合機能を低コストに大量生産できるようにする。
【００３０】
本発明の一実施形態によれば、少なくとも一のウェブベース製造段階と少なくとも一のシートベース製造段階の実行を含むデバイス製造方法が提供される。更に他の実施形態では、少なくとも一のウェブベース製造段階と少なくとも一のシートベース製造段階の少なくとも一の実行を含むデバイス製造方法が提供され、ここで、複数の非接合プロセスは、（ａ）少なくとも一のウェブベース製造段階内又は複数のウェブベース製造段階に亘って、及び（ｂ）少なくとも一のシートベース製造段階内又は複数のシートベース製造段階に亘って実行される。この実施形態では、プロセス全体が、単一ウェブベース段階若しくはシートベース段階又はプロセス全体を構成する一組のウェブベース段階若しくは一組のシートベース段階の内の少なくとも一段階において複数の非接合段階を含む場合に、複数の非接合プロセスが、単一ウェブベース段階又は単一シートベース段階において実行されてもよく、一の非接合プロセスが、複数のウェブベース段階のそれぞれ又は複数のシートベース段階のそれぞれにおいて実行されてもよい。
【００３１】
幾つかの実施形態では、プロセスはモジュール式であり、プロセスは複数のモジュールによって実行され各モジュールが独立に制御されてもよい。「非接合段階」は、連続ラインからの部品とシート（又は、個別）ラインからの部品を接合（例えば、結合又は嵌合）しないプロセスを意味する。一例は、貼り合わせである。
【００３２】
幾つかのモジュール式実施形態は、複数のモジュールを含み、製造している製品の製造履歴と特徴によりこの複数のモジュールから特定のモジュールを選択することができる。モジュールは、また、必要に応じて交換可能でよく、材料を受け取ったり別の処理モジュールに渡したりすることができる。
【００３３】
本発明のこの実施形態による方法は、例えば、ａ）層状デバイス、ｂ）スマートカード、ｃ）センサ又はアクチュエータ、ｄ）電子デバイス、ｅ）体外診断デバイス、又はｆ）マイクロ流体デバイスのうちの１種以上を含むことができる種々様々なデバイスを製造することができる。
【００３４】
本発明の第１の実施形態による製造方法は、多くの利点を有する。例えば、この製造プロセスは、フレキシビリティを高めることにより生産方法の変更を単純化し、ライン取扱い性を改善し、無駄を減らす。
【００３５】
本発明のこの実施形態による方法は、更に、必要に応じて一のモジュール内にあってもよく複数のモジュール間にあってもよい制御システムを含むことができる。幾つかの実施形態では、各モジュールは、独立に制御される。更に、本発明による方法の少なくとも一部分は、分散制御システム又は分散監視システムの少なくとも一方の対象とすることができる。
【００３６】
本発明のプロセスにおける構成要素の経路指定、再経路指定又は誘導は、適切な技術又は装置によって行うことができる。一実施形態では、デバイスの少なくとも一部分が、生産ライン上で組み立てられ且つ／又は保管される。更に、幾つかの実施形態では、構成要素は、製造中にその識別に従って導かれる。従って、一実施形態では、構成要素にコードが付けられ（例えば、取り付け）、このコードは、構成要素の識別を提供する。更に、構成要素は、その識別に応じて他の構成要素に加えられてもよく、他の構成要素から除去されてもよい。
【００３７】
本発明の別の実施形態では、デバイスの一以上の様相を製造するために、少なくとも一のモジュールでリール・ツー・リールプロセスが使用され、少なくとも一の他のモジュールでシートベースプロセスが使用される方法が提供される。そのような実施形態は、広範囲のデバイスの製造に適している。例えば、この実施形態は、ａ）層状デバイス、ｂ）スマートカード、ｃ）センサ／アクチュエータ、ｄ）電子デバイス、ｅ）ＩＶＤデバイス、及びｆ）マイクロ流体デバイスのうちの少なくとも一を製造するのに適する。
【００３８】
本発明によるプロセスは、任意の適切な製品を作成するために使用されてもよい。一実施形態では、このプロセスは、層状製品を作成するために使用される。そのような層状製品は、任意の適切なタイプのものでよい。更に、このプロセスは、ポリマー、木材、紙、シリコン、セラミック、金属等の複数の材料、及び／又は複数の形状及び／又は厚さの材料、及び／又は予形成された構成要素を必要に応じて含む複雑な製品を製造するように適応されてもよい。
【００３９】
他の実施形態では、プロセスは、製造対象物であるデバイス又は構成要素が少なくとも一のモジュール又は機構を複数回通ることを可能にするようなものである。更に、製造対象物であるデバイス又は構成要素が、生産ラインに沿った複数の方向に移動してもよく、必要に応じて、生産プロセスの残りの部分と無関係に移動してもよい。
【００４０】
本発明による方法によって、折り畳み式デバイスを含む様々なタイプのデバイスを製造することができる。
【００４１】
また、本発明の方法は、更に、バッファ在庫を取り扱う少なくとも１個のバッファリングステーションを含むことができる。また、この方法は、複数の生産アームを含み、少なくとも一の生産アームは、複数のプロセスを含むことができる。
【００４２】
別の実施形態によれば、診断デバイスである積層デバイスが製造され、一実施形態では、この積層デバイスは、マイクロ流体デバイスである。このようにして、例えば折り畳み式マイクロ流体デバイスである折り畳み式デバイスを含む様々なタイプのデバイスを製造することができる。
【００４３】
機械加工プロセスは、また、本発明の一部分を構成し、一実施形態は、機械加工パターンが複数の層上に作成される多層処理を含む。機械加工が両面のときは、必要に応じて、機械加工に犠牲層が使用されてもよい。
【００４４】
他の実施形態では、構造複製を改善するためにエンボス加工が少なくとも一の他のプロセスと組み合わされる。例えば、そのプロセスは、切り抜き、アンダーカット、レーザ加工、又は他の適切なプロセスの使用を含む。
【００４５】
また、光学式位置合わせシステムは、本発明の一部分を構成し、回折光学素子、又はモアレパターン等の干渉パターンや他の適切な光学システムの使用を含むことができる。
【００４６】
本発明のプロセスの一部としてデバイスに導体要素が組み込まれてもよい。そのような導体要素は、熱又は電気を導くことができる。電極がデバイスに追加された一実施形態では、それらの電極は、スマートカードキャリアモジュールを少なくとも部分的に覆うように位置決めされる。導体要素は、例えば熱箔押し、相互拡散、印刷技術等の様々な技術と装置によって追加される。
【００４７】
他のプロセスは、必要に応じて、少なくとも一の導波路をデバイスに組み込むことがある。例えば、表面被覆、少なくとも一の予形成された構造の充填、少なくとも一の予形成された構成要素の挿入等、任意の適切な技術を使用することができる。
【００４８】
本発明と共に使用するのに適した接合プロセスには、構造の変形を最小にし又は回避する少なくとも一の構造層の使用、機械式連結方法、又は表面改質方法がある。
【００４９】
別の実施形態によれば、ウェブベース（リール・ツー・リール）プロセスとシートプロセスは、必要なプロセスの特徴に応じて異なる生産段階で使用される。この実施形態は、特に、特定タイプの製品の生産が、これらのプロセスのいずれか１種によってしか行うことができない段階を必要とするときに有用である。
【００５０】
別の実施形態では、複数のモジュールが提供され、そのモジュールのうちから、製造履歴と製造中の製品の性質に応じて特定のモジュールを選択することができる。別の実施形態では、必要に応じて交換可能な複数のモジュールがある。そのような交換は自動化されることが好ましい。
【００５１】
本発明によるリール・ツー・リールプロセスとシートプロセスにより製造される様相は、任意の適切なタイプのものでよい。例えば、そのような様相は、当該の製品のサイズ、形状、機能、追加構成要素、特徴等に関連する。
【００５２】
本発明の別の実施形態によれば、処理モジュールの一以上は、材料を受け取りそれを別の処理モジュールに渡すことができる。そのような処理モジュールは、任意の適切なタイプのものでよく、例えば、新しい材料を受け取り且つ材料の方向の変化に合わせて動作することができるシート又はリール・ツー・リール（供給）取扱い装置でよい。同様に、処理モジュールは、構造化、接合、印刷、付着、清浄化、表面処理、乾燥、検査等の一以上のプロセスを行うステーションでよい。
【００５３】
本発明によるモジュールの制御は、任意の適切な技術又は装置によるものでよい。例えば、そのようなモジュールは、独立に制御されてもよく、システム制御又は別のモジュールの制御下にあってもよい。また、そのようなモジュールは、例えば生産ラインに沿った様々な位置からのフィードバック制御システムを含むことができる。
【００５４】
本発明によるモジュール式プロセスには、次のような利点がある。
・部分的に完成された構成要素の除去と挿入を容易にして生産性と市場需要に対する適合性を高める。
・保守と問題解決をより容易且つ迅速に実行することができる。
・最小の生産の乱れでモジュールを容易に交換することができる。
・製品を少なくとも部分的に製造する能力を損なうことなくモジュールを遮断することができる。
・プロセスが更に最適化される。
・モジュール独立性とシステム設計の柔軟性により特定の顧客要件を満たしやすくなる。
・材料の浪費が少ない。
・全体の生産高が高い。
・複数の生産ライン全体にわたり負荷を共有し易くすることによって要求の変化に対応する能力が高まる。
・システムレベルとモジュールレベル両方での検査により品質管理レベルが向上する。
・モジュールの再現性によって、品質が改善され、開発及び実現コストが削減され、出荷が早まる。
【００５５】
本発明の別の実施形態は、プロセス全体にわたる分散監視及び制御システムを含む。この実施形態によれば、個々の製造段階は、自己制御され、出力材料を検査し合格又は不合格としてラベル付けし、その結果、後のコントローラ又は他の別のコントローラが、この情報を読み出し、それに従って材料を処理することができる。
【００５６】
本発明の特定の実施形態の利点は、部分的に完成された材料のバッファ在庫を識別（例えば、マシン識別）し、製品プロセスのレベル及び位置の記憶を執拗に計算することなく、この識別に従って半完成材料を後で正確に処理できることである。更に他の利点は、材料を手動で操作し処理し、生産ラインに戻し、認識しそれに従って処理できることである。従って、そのようなシステムは、材料がシステムに入ったときに材料を認識し適切に経路指定するので、専用の保管ラインと移送ラインを不要にする。この例は、整備後に入力ポイントに戻される部分的に完成されたウェブベースのリール装填式生産であり、既に完了した処理段階は、ウェブ製品を認識しそのウェブ製品がプロセスの次の段階を達するまでウェブ製品を無視し、それにより部分的に完成された製品に対応するための生産ラインに対する余計な変更が不要になる。別の例は、不合格になったシートベース材料の手作業の修理であり、この材料は、任意の段階で生産ラインに戻され、認識され、それに応じて次のプロセス段階に送られる。
【００５７】
本発明の別の実施形態によれば、少なくとも一のウェブベース製造段階の間と少なくとも一のシートベース製造段階の間に少なくとも一の非接合及び非最終分離プロセスの実行を含むマイクロ流体デバイスを製造する方法が提供される。そのように製造されたマイクロ流体デバイスは、例えば、折り畳み式マイクロ流体デバイスを含む。幾つかの実施形態では、プロセスはモジュール式である。「最終部分分離」は、構成要素又はデバイス組み立ての終わりにデバイス又は製造された構成要素が他の構成要素又は部品から分離される段階を意味する。
【００５８】
別の実施形態では、多層貼り合わせ段階を更に含むプロセスが提供され、即ち、一以上のウェブベースプロセスからの材料が、同一の部品、構成要素又はデバイスの同じ側に接合される。
【００５９】
別の実施形態では、少なくとも一のウェブベース製造段階と少なくとも一のシートベース製造段階を含む多層デバイスを製造する方法が提供され、この場合、一以上のプロセスが、図形印刷でもなく最終部分分離のためのデバイスの切断でもない場合に、その一以上のプロセスが一以上のウェブベース段階で実行される。
【００６０】
本発明の別の実施形態によれば、少なくとも一のウェブベース製造構成要素と少なくとも一のシートベース製造構成要素を含み、少なくとも一のウェブベース製造構成要素と少なくとも一のシートベース製造構成要素が、複数の非接合プロセスを実行するように構成されたデバイスを製造する装置が提供される。本発明のこの実施形態による装置は、種々様々なデバイスを製造するのに適している。幾つかの実施形態では、そのようなデバイスは、ａ）層状デバイス、ｂ）スマートカード、ｃ）センサ／アクチュエータ、ｄ）電子デバイス、ｅ）ＩＶＤデバイス、及びｆ）マイクロ流体デバイスのうちの少なくとも１種を製造するのに適している。更に、そのようなデバイスは、層状（多層）製品を製造するのに適している場合もある。
【００６１】
別の実施形態では、少なくとも一のウェブベース製造構成要素と少なくとも一のシートベース製造構成要素を含み、少なくとも一のウェブベース製造構成要素と少なくとも一のシートベース製造構成要素が、複数の非接合プロセスを実行するように構成された、マイクロ流体デバイスを製造する装置が提供される。
【００６２】
別の実施形態では、ウェブを移送するように構成されたリールと、デバイスの様相と関連してウェブに製造プロセスを実行するリール・ツー・リール動作手段と、ウェブの少なくとも一のシート処理モジュールとの相互作用を可能にする相互作用手段とを含む、デバイスを製造するためのウェブベース製造モジュールが提供される。
【００６３】
更に他の実施形態では、デバイスの様相と関連してシートに製造プロセスを実行するシート動作手段と、少なくとも一のリール・ツー・リール処理モジュールとシートの相互作用を可能にする相互作用手段とを含む、デバイスを製造するための少なくとも一のシート処理モジュールが提供される。
【００６４】
本発明の別の実施形態では、本発明によるプロセスに従って又は本発明の装置により製品が作成される。
【００６５】
別の実施形態では、構造を複製する少なくとも一の他のプロセスとエンボス加工が組み合わされた多層デバイスを製造する方法が提供される。少なくとも一の他のプロセスは、例えば、切り抜き、アンダーカット、レーザ加工、又は他の適切なプロセスの使用を含む。
【００６６】
本発明は、また、構成要素の光学位置合わせを含む多層デバイスを製造する方法に関する。光学位置合わせは、例えば、回折光学素子又は干渉パターン（モアレパターン等）の使用を含む。
【００６７】
本発明の別の実施形態では、少なくとも一の導体要素をデバイスに組み込むことを含み、導体要素がスタンピングによって組み込まれる、多層デバイスを製造する方法が提供される。別の実施形態では、少なくとも一の導体要素をデバイスに組み込むことを含み、接合された非導電材料の複数層上に多層回路が形成される、多層デバイスを製造する方法が提供される。更に他の実施形態では、非導電体層を通して導電材料の一部分をスタンピングすることを含む、デバイス上の導体要素間に相互接続及び／又はビアを形成するプロセスが提供される。
【００６８】
別の実施形態では、基板上に第１の導電体層を形成することと、第１の導電体層に一以上の非導電材料を加えることと、非導電材料を選択的に除去することと、選択的に除去された非導電材料の領域に少なくとも部分的に重なるように非導電材料上に第２の導電体層を形成することを含む、デバイス上の導体要素間に相互接続及び／又はビアを形成するプロセスが提供される。
【００６９】
本発明は、また、スマートカードキャリアモジュールに部分的に重なるように電極を位置決めすることを含むスマートカードを製造するプロセスを含む。
【００７０】
別の実施形態では、本発明は、デバイスの識別に従ってデバイスの構成要素を誘導することを含む、マイクロ流体デバイスを製造する方法に関する。この実施形態は、更に、構成要素にコードを付与する段階を含んでもよく、このコードは、構成要素の識別を提供し、構成要素の誘導は、その識別に応じて他の構成要素に構成要素を追加し且つ／又は他の構成要素から構成要素を除去することを含む。
【００７１】
本発明の別の実施形態では、基板応力を減少させる少なくとも一の応力除去構造を含む多層デバイスが提供される。例えば、その応力除去構造は、任意の適切な方法で応力を除去することができ、複数の隣り合ったデバイス又はデバイス内の応力を除去する。一実施形態では、デバイスは、マイクロ流体デバイスである。
【００７２】
この明細書（添付の特許請求の範囲を含む）全体を通して、特に文脈で必要とされない限り、語句「comprise」及び「comprises」や「comprising」等の変形は、記述した完全体（integer）若しくはステップ又は完全体若しくはステップのグループを含むが、他の完全体若しくはステップ又は完全体又はステップのグループを除外しないことが理解されるであろう。
【００７３】
本発明の様々な実施形態は、添付した概略図を参照して説明され、図面では類似の参照文字は類似の特徴を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
本明細書において、マイクロ流体デバイスに関して開示した実施形態と関連して本発明を説明することは好都合である。しかしながら、本発明は、広範囲の状況と製品に適用可能であり、また、他の構成及び配置も本発明の範囲内にあると見なされることを理解されたい。また、本明細書に示した構造と配置に対する様々な修正、変更、変形及び／又は追加は本発明の範囲と意図の範囲内にあると見なされる。
【００７５】
本発明の製造プロセスは、リール・ツー・リール処理技術とシート取扱いシステムを組み合わせて、高精度の三次元面と内部形状部を有する任意の厚さの平坦及び非平坦デバイスの作成を可能にするフレキシブルな生産方法を得ることによって、層状材料及びデバイスのバッチ式、逐次及びリール・ツー・リール製造に関して前に述べた制限を克服する。本発明の有用性を更に高めるために、追加の新規な製造プロセスが組み合わせられる。
【００７６】
そのような組み合わされた製造プロセスの利点には、極めて広範囲の厚さの多層デバイス（薄いものから極めて厚いものまで）と極めて広範囲の柔軟さの多層デバイス（極めて柔軟なものから剛性のものまで）を作成する能力がある。これらの多層デバイスはすべて、リール・ツー・リールベース構成要素と他のソースからの構成要素の両方を使用することによって一の生産ライン上で処理される。それにより、より強力で、より大量に保管することができ、外部デバイスと環境に対してより適切でより構成可能性の高いインタフェースを提供することができ、既存の技術を使用する場合よりも高い機能を含むことができる構成要素とデバイスの低コストの大量生産が可能になる。
【００７７】
本発明の一実施形態によれば、中間プロセスは、別のプロセスとして実行され、その生産物は、中間プロセスと異なるある速度で同様に実行できる他のプロセスに後で入れるために保管される。一の連続的な高速リール・ツー・リールシステムにおいて様々な中間プロセスを実行することができ、全ての製造動作は、一以上のウェブ上でその一の速度で実行することができる。そのような実施形態は、プロセス全体が最も遅い動作の速度で実行されなければならない状況を回避する。従って、本発明のこの実施形態によって、より高速の構成要素動作をその最適な速度で実行することが可能になり、それにより、他の動作を実行するように再構成される機器が解放され、同時にプロセスの残りの部分（又は、少なくとも最も遅い構成要素動作）をその最も遅い動作の速度で実行することができる。従って、より低い製造コストで全体のスループットを高めることができる。
【００７８】
本発明の別の実施形態では、作成された層状ウェブ構造は、その性質からバッチ処理を必要とするプロセス又はウェブベースプロセスには堅すぎる製品を作成するプロセスに対応するために、シートに切断されるか、引き裂かれるか又は分割されてもよい。この実施形態は、高速ウェブリール・ツー・リールプロセスの使用を最大にする能力を犠牲にすることなく製品の複雑さ高めることができる。リール・ツー・リール処理とバッチ処理間のこの「交換」は、ライン構成と生産運転サイズによって、生産プロセス中の任意の段階で実行することができる。そのような生産方法は、更に、後の段階で仕上げることができる部分的に完成された構成要素の製造を可能にし、リール・ツー・リールプロセスを使用する一般的な基本構成要素のより効率的な生産運転を可能にし、次に部分的に完成された構成要素を用途固有のバッチプロセスで完成させることによって小規模生産運転のコストを削減する。特定の用途固有のプロセスは、（前述のような）バッチ式処理やより小規模な生産運転の必要性等の様々な要件により、一般構成要素を別々に完成させるであろう。一実施形態によれば、製品の保管寿命を延ばすためまた剛性製品の必要性のために揮発性試薬の付着が遅らされる。
【００７９】
同様に、本発明の更に他の実施形態では、ウェブベースのリール・ツー・リールプロセスの全体効率を維持しながら幾つかのバッチベースプロセスで可能な複雑さの使用を最大にするために、リール・ツー・リールプロセスにシート製品を導入してもよい。
【００８０】
図１Ａを参照すると、モジュール式生産ユニット（１）が一以上の生産プロセスを実行し、このユニットは、材料入力（２）、制御入力（３）、及び出力（４）を有する。処理モジュールの例には、新しい材料を挿入するか材料方向を変化させることができるシート又はリール供給取扱い機構か、材料の反転、構造化、接合、印刷、付着、清浄化、表面処理、乾燥、検査又は他の製造プロセスのためのステーションを含むことができる。図１Ｂに、３×３モジュール式生産ユニットを含む再構成可能な生産セルを示す。この例では、オプションの巻き出しユニット（５）を備えたローラが、各生産ユニット（６）間に提供されている。セルは、他の生産ユニット又はセルに出力することができる３つの別々の移送ライン（７）を示す。代替として、これらのラインは、セル出力の前で組み合わされてもよく分割されてもよい。層流フード、砕片シールド、及びシート又はリールレベル変更用のオプションの領域（８）が設けられる。
【００８１】
図２に、３ｘ２生産ユニットを含む２個の生産セルの可能な構成の一例を示す。この例では、シート又はリール供給ユニット（９）が、ロータリーカッター（１０）を介して構造化、印刷又は付着用のモジュールユニット（１１）まで通され、次にクリーニング、表面処理、乾燥及び／又は検査用のユニット（１２）を過ぎ、その後で接合機構（１４）で類似のモジュールライン上で処理された別の層（１３）に接合される。接合機構（１４）からの出力は、更に他の処理のために別の処理モジュールの入力に送られてもよい。代替として、第１の２ｘ３生産セル（１５）の出力（１７）は、前に接合されることなく次の生産セル（１６）に別々に渡されてもよい。各処理ラインの間に砕片シールド又は層流フード（１８）を設けることができる。
【００８２】
モジュールはいずれもそれ自体の独立した制御部とドライバを備えてもよく、またシステム又は別のモジュールの制御下にあってもよい。これは、生産ライン内の様々なポイントからのフィードバック制御システムを含む。これを更に詳しく説明するために、図３に、ブリスターパックを形成し、充填し、封止するためのリール・ツー・リールウェブ生産ラインを含む実施形態を示す。この例では、示したモジュール式生産ユニットに、材料供給取扱い部（２９）が設けられ、形成用材料入力（１９）、ブリスター形成部（２０）、充填部（２１）、接合部（２２）、印刷部（２３）、硬化部（２４）、張力制御部（２５）、材料ガイド及び巻き出し部（２６）、エンボス加工及び＆穿孔部（２７）、ダイ打ち抜き部（２８）、及び最終部品収集部（３０）を含む。印刷ユニット（２３）等の内部制御システムを備えた生産モジュールは、その内部プロセスが最適化されることを保証し、一方、生産ライン要件を満たすために様々なモジュールの最適な接続性を提供するモジュール間フィードバックシステムが存在する。この例は、張力制御部（２５）と硬化ユニット（２４）からのその入力と接合モジュール（２２）からの要求の間のモジュール間フィードバック及び制御である。
【００８３】
図４Ａと図４Ｂを参照して、本発明のモジュール式混合及び整合手法を更に詳しく説明する。動作は分離された生産セル、即ちモジュールに分割され、再構成可能な生産ラインを可能にする。生産セル間の相互接続性を変更することによって、又は各生産セル内の生産ユニットを変更することによって、システムを構成することができる。この例では、図４Ａに示した単一の共通生産セル（３１）が、一以上の生産プロセスのためにそれぞれ構成することができる１１個の生産ユニット（３２）を含む。そのようなフレキシブルな処理ステーションは、一の生産ライン内で多種生産機能を可能にする。本発明は、如何なる特定のサイズ及び／又は数の生産セルにも同一タイプの生産セル又はユニットの使用にも限定されないが、図４Ｂに示した実施態様は、同一タイプであるが異なる生産ユニットを有する３つの生産セル（３３，３４，３５）を利用する生産ラインを示す。これらのモジュール式生産ユニットは、シート又はリール装填（３６）、リール装填及び経路構造化（３７）、材料取扱い（３８）、貼り合わせ（３９）、細構造化（４０）、構成要素及び接着剤付着及び硬化（４２）、ダイ打ち抜き（４１）、反転（４３）、充填（４４）、印刷（４５）、並びに検査及び部品収集（４６）等の一以上の生産プロセスを表わすがこれらに限定されない。モジュール式生産ユニットは、製品の全体的な製造要件により、必要に応じて交換することができる。
【００８４】
また、本発明は、シートストックとリールストックを両方同じライン上で取り扱えるようにすることによって、標準的なウェブベースシステムよりも厚く複雑なデバイスを製造することができる。図４Ｂでは、入力（３６）は、シートストック又はリールストックを両方とも受け入れることができ、主ウェブライン（４７）は、連続と不連続両方の生産材料を使って作業することができる。多層積層体の連続ウェブベースの生産は、従来、ニップ及びローラガイドのまわりに通すために連続的な柔軟材料を必要とした。本発明は、ウェブベース構成要素の取扱い方法と個別構成要素の取扱い技術を同じ生産ライン内で組み合わせることにより、剛性でより厚くより複雑なデバイスを製造できるようにすることによって、この制限を克服する。
【００８５】
図５、図６及び図７を参照すると、連続生産ライン上での多層カードベース装置の生産にシート構成要素とリール構成要素が使用される。典型的な自動化されたカード製造及び個人化システムは、バッチ又は逐次生産方法でも動作し、標準化された形式のカード取扱いシステムに限定されていた。図５は、ＩＤ−１（ＩＳＯ  ７８１６）形式の材料（５０）だけを受け入れる入出力ホッパ（４８，４９）とカード取扱いシステムを備えた典型的なカード個人化プロセスを示す。カードに対して連続的に行われるプロセスは、印刷又はレーザ彫刻（５１）、予形成された積層体（５６）の重ね貼り合わせ（５２）、エンボス加工（５３）、トッピング（５４）、及び最終プログラミング又はエンコーディング（５５）を含む。これらのシステムは、一般に、カードが標準サイズのものでカスタム化が不要であるため、予形成された積層体を使用する。本発明は、処理ラインの様々なアームから一緒に送られてくるカスタム積層体又は他の構成要素を作成するために処理ステーション（単なる印刷ではなく）の使用を可能にする。
【００８６】
例えば、図６は、複数の生産アームを有するカード生産プロセスを示し、リール（５７，５８）かシート（５９）のいずれかの複数の入力供給を有し、その入力は、様々な生産モジュール（６０）で処理を受け、また更なる処理のために集められる。この実施形態では、不連続なカード構成要素は、貼り合わせ前に処理を受けた入力ストック（５７，５８）と貼り合わされる。更に、この例によって更に複雑な多層デバイスを製造することができ、多重通過機構（６１）で複数の貼り合わせを実行することによって複数の層を一の部品に追加してもよい。この多重通過貼り合わせユニットによりある程度の柔軟性が提供されるが、各層は、各ラインにある処理ステーションの順序によってその形態が制限される。この制限は、処理ステーションの間で構成要素をバッファリング又は挿入・除去するライン設計によって克服することができる。
【００８７】
図７は、工作物がどの処理ステーション（６３）へも前進又は後退移動できるようにする双方向生産ライン（６２）を提供する。この例では、双方向ライン（６２）は両端に入出力ホッパ（６４）を有し、２本の生産アームがリールストック（６５，６６）からの双方向ラインを結合している。この双方向処理ラインの手法は、十分なフレキシビリティを提供するが、各処理ステーションが一度に一の部品を処理したり渡したりすることしかできないので、スループットを制限する。従って、使用中の機構は、別の部品が通過するのを妨げる。
【００８８】
図８Ａは、一以上の完全に可逆的（又は双方向）なラインを提供することによってこの制約を克服する。このラインは、処理ライン（６７）と別で且つラインに沿った様々な段階で部品を出入りさせてライン効率を最大限に高めることができる一以上の移送段（６８）を有する。別個の双方向ライン（６８）が、使用中の処理ステーションを部品が通過することを可能にする。図８Ａの例では、生産ラインは、図７と類似しており、双方向処理ライン（６７）、リールストック（６９，７０）から供給される２本の生産アーム、処理ステーション（７１）、及び入出力ホッパ（７２，７３）を有し、一以上の別個の双方向ラインとバッファリングステーション（７４）を有する移送ステーション（６８）とが追加されている。
【００８９】
図８Ｂの例は、図８Ａと類似しているが、処理モジュールによる双方向処理ラインがない。その代わりに、処理ラインに沿って設けられた処理ステーション（７１）は、一以上の独立した双方向移送段（６８）だけに接続され、バッファリングステーション（７４）は入出力ホッパの役割もする。これらの構成の全てにおいて、バッファリングステーションを使用して、個々の処理ステーションの間の効率を更に改善することができる。但し、オフラインバッファリングは、特に、図８Ａと図８Ｂに示したような生産ライン全体の効率を高めるのに有効であり、この場合、部分的に完成された構成要素の取り出し、挿入及び保管を、適切な処理ステーションの任意のものにおいて自動的に実行することができる。
【００９０】
更に他の実施形態によれば、本発明の手法は、両方のシステムで個々のモジュールレベルでの検査を容易にすることによってより完璧な検査プロセスを提供し且つ品質を改善するフレキシブルで頑強な生産ラインを可能にする。プロセス内の検査体制は、本発明によるプロセスの要素でなくなるため、段階間のドウェル時間（dwell time）の制限を受けない。更に、重要な構成要素の手動検査が可能になる。従って、プロセスの問題の検出と修正は、原材料の損失が殆ど最小になる段階で行われる。
【００９１】
従来のシステムを上回る本発明の別の利点は、様々なモジュールの分離と独立によって設計品質が改善されることである。これは、設計プロセスを個々のモジュールの機能と効率に的を絞って行うことができ、且つ接続性のためにモジュールの特性について妥協する必要がないためである。これと同じ理由で、開発コストと実施コストが下がり、新しいモジュールの引渡しと、従って新しい生産ラインの引渡しと実施が共に促進される。
【００９２】
本発明の更に別の利点は、プロセスの単一部分の障害が生産全体に及ぼす影響が小さくなることである。従来のウェブベースのプロセスでプロセスの一部分に障害が生じると、プロセス全体が停止し、即ち生産全体が止まる。本発明によるプロセスでは、障害の影響を受けない全ての段階が、製品を生産し続け、その製品が一時的に保管され、適切な場所でプロセスに再投入されるのを待つ。本発明のこの特徴の更に他の利点は、材料の浪費が減少することである。現在のリール・ツー・リールシステム又は連続生産システムでは、障害のために生産が中止されると、障害時に生産ライン全体の全てではないがほとんどの材料が損なわれ浪費される。本発明ではそのようなことはないことは明らかである。
【００９３】
本発明の別の利点は、仕上げ段階の前の特定の段階で生産を任意且つ故意に凍結し保管できることであり、その段階で、部分的に完成された製品は、（例えば、在庫を一杯にするために）完成品が必要とされるまで待つことができ、また部分的に完成されたサブ構成要素を生産プロセスに再投入することができ、例えば、腐敗しやすい試薬若しくは成分又は販売固有の試薬若しくは成分を、最終仕上げ及び梱包前に加えることができる。この特徴によって、顧客又は用途固有の層状デバイスのジャストインタイム生産が、最短の時間、最低コスト、及び最も少ない追加の品質保証及び品質管理プロセスで可能になる。
【００９４】
本発明の更に他の利点は、最終仕上げに必要でない段階を、層状デバイスの別の設計のために完成前の製品を作成するように再構成することもでき、同じ設備内の他の生産ライン内のより遅いプロセスを複製しそれにより資本設備の使用を最大限にし且つ生産効率を改善するように構成することもできることである。
【００９５】
従って、小ロットの複数の製品を製造する設備にそのようなモジュール式手法を使用することによって、従来のシステムで達成できるよりも高い全体の生産スループットを達成することができる。
【００９６】
このとき、層状デバイスの設計者は、そのようなフレキシブルな生産の特徴を利用して、付随するコストと販売活動の利点と共に、これまで可能でなかった段階に対して設計と生産のフレキシビリティを更に改善することができる。
【００９７】
本発明の更に他の利点は、生産の乱れを最小にしてモジュールを容易に交換することができ、また保守のために特定の段階を停止して部分的なデバイスの製造と保管を可能にすることができるので、保守と問題解決をより容易且つ迅速に実行できることである。
【００９８】
図９Ａと図９Ｂは、層状マイクロ流体デバイスの一実施形態を示す。デバイス（７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２）の個々の層は、図９Ａに示されており、図９Ｂでは、上面図（８３）と側面図（８４）の組み合わせが示されている。層は、連続材料のシート又はリールから製造され、機械加工によってシートに変換されてもよく、他の層に接合することによって連続材料に変換されてもよい。
【００９９】
図１０は、２個の多層構成要素を接合するために可撓領域（８７）に沿って折り畳むことができる薄い可撓性基板によって接合された２個の多層構成要素（８５，８６）を有する多層デイバスを示す。代替として、このデバイスは、少なくとも一の可撓性の折り畳み領域を有する多層デバイス又は多構成要素デイバスでもよい。可撓性領域を有するデバイス又は構成要素を製造する利点には、次のようなものがある。
−損失が多く障害が起きやすい相互接続又はビアの必要性が少ないので、電気的構成要素、光学構成要素及び類似の構成要素の接続性が改善される。
−構成要素間又は生産プロセス間の位置合わせが改善される。そのようなプロセスは通常、複数の層に亘って分割される。例えば、単一の基準点及び／又はツールを使用して一のプロセスによって構成要素を一の層に付着させることができ、次に、この層は折り畳まれてデバイス上の構成要素が再位置決めされる。
−同じ生産プロセスを使用して層上の処理を合わせることができる。単純な例は、層間の穴の製造である。プロセスが幾つかの個々の層に分かれている場合、各プロセスは各層ごとに位置合わせを必要とする。折り畳み手法を使用する場合は、単一のツールを使用して穴を互いに参照し、同一の処理パラメータを提供することができる。
−複数の分離した層に処理を行うのではなく、単一層に処理を行ってから折り畳むことを可能にするによって生産処理が減少する。
−層の数が減ることにより取り扱いが簡略化される。
【０１００】
本発明の別の実施形態では、構造化されたフィルムは、他の構成要素に貼り合わされる。その構成要素は、連続的な基材でもあってもなくてもよく、平坦でもあってもなくてもよく、単一の構成要素からできていても複数の構成要素からできていてもよい。そのような構成要素は、図１１Ａから図１１Ｃに示したように、バッチ式又は逐次式に製造された部品（個別に又はトレーに取り付けられた単層部品又は多層部品）を含むことができる。
【０１０１】
図１１Ａのマイクロ流体部品（８８）は、電極構成要素（８９）とマイクロ流体構成要素（９０）を含み、複数の部品を含み位置合わせ穴（９２）と犠牲接合タブ（９３）を有するより大きなシート又はウェブ（９１）の一部分として図１１Ｂに示されている。図１１Ｃは、処理ステーションの間に通すためにキャリアトレー（９３Ａ）に取付けられた４個のマイクロ流体部品（８８）を示す。
【０１０２】
本発明によれば、材料層は、様々な方法で他の構成要素に取り付けることができる。適切なサイズに切断された予形成された層が、他の個別の構成要素に個々に接合されてもよい（個々の積層体を個別の構成要素に接合する）。予形成された層は、複数の予形成された層を有するキャリア層上の個別の構成要素に提供されてもよく、連続的なものでもよい（キャリア上の個々の積層体を個別の構成要素に接合する）。これらの層は、個別部品に接合する直前又は接合後のいつかの時点で加えられた力によって分離する予形成された張力箇所（穿孔や部分的に切断された材料等）を有する連続層として個別部品に提供されてもよい（予形成された自己分離積層体を個別の構成要素に接合する）。これらの層は、連続層として個別部品に提供され、完全又は部分的に切断され、（自己分離積層体を形成し次に個別の構成要素に接合する）接合段階の直前又は接合段階中に加えられる力によって分離されてもよい。これらの層は、連続層として個別部品に提供され、（積層体を形成し次に個別の構成要素に接合する）接合段階の直前又は接合段階中に連続層から分離されてもよい。これらの層は、個別部品への接合後のいつかの時点において切断される連続層として個別部品に提供されてもよい（個別構成要素に接合した後での連続層のトリミング）。
【０１０３】
図１２Ａと図１２Ｂは、シートが、フィルムや他のシートに接合された個別のバッチ式又は逐次式に製造された構成要素である一実施形態を示す。この実施形態では、比較的厚い射出成形部品（９４）がマイクロ流体カード（９５）に接合されてインタフェースと試薬保管を提供する。図１２Ａと図１２Ｂはそれぞれ、組み立て前と後の２個の部品を示す。逐次式又はバッチ式に製造された部品には他に、光学構成要素の一体化に関して導波路の節で説明したような層状フィルムの間の部品の接合がある。この例は、図１３Ａと図１３Ｂに示されており、ここで、マイクロ流体構造（９８）を含む基板（９７）に挿入された予形成された導波路（９６）を含む図１３Ａのマイクロ流体デバイスの組立が図１３Ｂに示されている。予形成された導波路（９６）は、基板（９７）内のマイクロ流体構造（９８）の隣りの位置決め構造（９９）に置かれる。次に、封止層（１００）を使用してデイバスを封止し、上面（１０２）上にマイクロ流体構造への入口ポート（１０１）を提供し、側面ポート（１０３）を通る導波路入出力を提供する。
【０１０４】
本発明に従って使用される材料は、構造的又は伝熱層、電磁遮蔽、或いは一体化構成要素の一部として、非金属又は金属のフィルム又はシートを含んでいてもよい。接合プロセスによるチャネル沈下を回避するために構造層が重要であり、このチャネル沈下は、フィルムで封止されるより大きなマイクロ流体構造での大きな問題になる。それにより、この三次元成層方法によってより広いチャネルの製造が可能になる。
【０１０５】
熱伝導層は、反応条件を最適化するのに重要なデバイス内の温度制御を改善することができる。電磁気（ＥＭ）シールドは、使い捨てデバイス上のセンサとアクチュエータを電磁障害（ＥＭＩ）から守り、場合によっては、チップ構成要素からの放射を減少させ、又は（磁気及び常磁性粒子の操作と同様に）幾つかのアクチュエータに使用される電磁場を強化するために使用されることがある。
【０１０６】
用途要件により、紙、ニトロセルロース、ガラス、及び織物系製品を含むがこれらに限定されない他の材料を製品に組み入れることもできる。
【０１０７】
前述の微細加工技術のうち、ダイ打ち抜き、レーザ加工、エンボス加工、熱成形、及び印刷ヘッド付着の方法は全て、リール・ツー・リールシステムに容易に組み込むことができる技術である。本発明によるプロセスによれば、射出成形やマイクロミリング等の他の製造技術も製造プロセスに組み込むことができる。
【０１０８】
巨視的な射出成形プロセスは、可変温度プロセス（variotherm process）を利用するかＵＶ反応モールド成形等の非熱的重合方法を使用して微小部品を製造するのに適応させることができる。マイクロ射出成形に関する問題は、ポリマーをモールドキャビティの微細構造に注入するために高い圧力と低い粘性を必要とすることである。微細構造のサイズを小さくすると、製造のサイクルタイムと困難性が増す。鋳型から構成要素を取り出すのが困難なため、このプロセスだけでは完全な三次元マイクロ流体構造は実現不可能である。その代わりに、典型的には、埋め込みチャネルを実現するために複数の構造が位置合わせされ接合される。
【０１０９】
従来のコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ミリングと同じように、マイクロミリングは、コンピュータ駆動式ミリングツールを使って構造物の経路を作る。マイクロミルは、より高い精度で動作し、標準ＣＮＣミルより小さいドリルビットを使用する（１００μｍまで）。これは、一般には、チャネルの上に他の部品を接合しないと、埋め込みチャネルを製造することができないので２〜２．５次元の技術である。
【０１１０】
ダイ打ち抜き（die cutting）は、基板層を完全に貫通して構造物を打ち抜くために使用されるプロセスである。このプロセスは、基板に押し込まれ基板を別の面又は対応するエッジまで突き抜ける画定されたエッジを有するツールを必要とする。 一般に、これらの方法によって達成される構造は、マイクロ流体基準では大きく、ロータリカッターは、通常、１ミリメートルより大きい構造に限定されるが、マッチプラテンは、１００μｍまでの小さい寸法を達成することができる。
【０１１１】
今日までのレーザ微細加工での作業のほとんどは、１ミクロンまでの微細に異方エッチングされた構造を作成できる紫外線レーザ、主にエキシマレーザの支援により実行されてきた。残念ながら、そのようなシステムは、高価で比較的遅い。最近になって、材料の厚さにより、１００μｍまでの小さいチャネルを機械加工することができるより短波長のＵＶレーザの使用が注目されてきた。残念ながら、そのようなシステムは、マイクロ流体形状を制限する大きな熱影響ゾーンを作る。同じように、大きな構造（約数百ミクロン）についてのみマイクロ流体チャネルを製造するための近赤外線ＣＯ2ガスレーザが実証されている。これらの技術をウェブベースシステムに組み込む際の問題は、レーザがその機械加工プロセスを完了するのに必要な時間と得られる切断の形態に関連したものである。
【０１１２】
エンボス加工は、高分子材料に押し型を圧入してポリマー中に複製構造を形成する技術である。作成された複製構造は、押し型のネガ像である。エンボス加工は、構造をサブミクロン領域で複製することができる。しかしながら、構造が大きくなると、エンボス加工するときに押し退けられる材料がバルク材料中の他の領域に流れ込まなければならないので、これは困難になる。エンボス加工プロセス後の材料の弛緩と応力の問題によって、複製構造が変形することがある。この問題は、しばしば延伸されたより薄くより剛性の高い基板であるポリマーフィルムでは大きくなる。
【０１１３】
熱エンボス加工プロセスは、作業温度が一般に材料のガラス転移温度に近くエンボス加工圧力が低いこと以外、標準のエンボス加工プロセスと似ている。全てのエンボス加工技術と同じように、複製構造の品質は、刻印圧力、温度、時間、及び材質特性を含む幾つかのパラメータに依存する。
【０１１４】
そのようなエンボス加工技術は、典型的には、平坦なプラテンと長い滞留時間を使用して高アスペクト比の微細構造を実現し、一般に、そのようなタイプの構造のための高スループットのリール・ツー・リールシステムには適用できない。米国特許第６，３７５，８７１号及び第６，３７５，７７６号は、リール・ツー・リール製造システムにマイクロエンボス加工を組み込み、溶融した樹脂をフィルム上に押し出し、その後で溶融した材料をエンボス加工することによってこの制限を克服している。英国特許ＧＢ９６２３１８５．７は、ＵＶ硬化エポキシ樹脂を使用して硬化前に同じように押し出し成形しエンボス加工する方法を開示している。そのようなシステムに関する問題には、適切な材料、従ってマイクロ流体デバイスに利用可能なバルク及び表面特性に制限があることである。
【０１１５】
熱成形は、フィルムをプラスチックの軟化点まで加熱し、次に真空又は空気圧で力をフィルムに加えてフィルムが鋳型に対して成形されるようにすることによって熱塑性フィルムを構造化する方法である。この技術は、一般に、鋭い角半径を実現するのが困難なために、数百ミクロンより大きい構造に最適である。マイクロ流体に関してこの技術を実証する研究はほとんど行われていない。
【０１１６】
印刷ヘッド付着は、シリンジ、グルーガン、インクジェットカートリッジ等の走査印刷ヘッドによって材料を付着させる方法である。これらの方法には、ステレオリソグラフィ（ＳＬＡ）や選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）等、利用可能な高速プロトタイピング技術のうちの幾つかを含む。そのような高速プロトタイピング技術は、一般に、マイクロ流体用途には大きすぎる公差を有するが、マイクロ流体構造を形成することができる新たな適応技術が開発されている。米国特許第６，５０９，０８５号及び第６，０７４，７２５号には、チャネル壁形成用の接着剤の付着が記載されている。ラゴ（Lago）らは、レーザ印刷によってマイクロ流体チャンネル壁を作成した。これらのシステムは、付着させた材料の化学的適合性とその透過性に限界がある。
【０１１７】
本発明による方法は、フレキシブルな生産方法においてリール・ツー・リール処理技術とシート取扱いシステムを組み合わせて、流体制御、電気制御及び光制御のための微細構造を含む構成要素を作成する。そのような構造化されたデバイスは、構造化したフィルムを貼り合わせ且つ／又はフィルムをシートに貼り合わせることによって作成される。このシートは、剛性の非可撓性構成要素であり、熱エンボス加工や射出成形等の他の方法によって加工されてもよく、またトレーを形成する単一の構成要素又は複数の構成要素として配置されてもよい。
【０１１８】
フィルムは、エンボス加工、レーザ加工、ダイ打ち抜き又は熱成形を含むがこれらに限定されない方法によって構成化されてもよい。これらの技術はそれぞれ、最適な構造化のためにそれ自体の関連した設計基準を有する。そのような設計基準には、流体チャネルのとがった角等の鋭いエッジの制限、処理順序、及び速度、温度、圧力、張力等の多数の他の動作パラメータがあるがこれらに限定されない。これらの方法はいずれも、複雑なマイクロ流体デバイスを大量生産するためのリール・ツー・リールプロセスにはまだ統合されていない。
【０１１９】
低コストで高スループットの製造に関して、以下の考察を使用して、材料のタイプ、サイズ及び処理パラメータによる構造化技術の適用可能性を実証することができる。
・ローラ切断は、極めて大きな構造（＞１０００μｍ）だけに適する。
・適切な押し型のダイ打ち抜きは、大きな構造（＞＞２００μｍ）では複雑なツールと共に使用されることがある。
・エキシマレーザ加工は、比較的遅く、全カバー領域が小さい極めて微細で高速に除去される構造（＞１μｍ）だけに適する。
・より安価な直接書き込みＩＲレーザ技術は、溶融ゾーンを許容できる大きな構造（≫２００μｍ）にだけ適する。
・フィルムエンボス加工は、一般に、移動する材料の量によるが、微細構造（＜１０μｍ）の複製に最も適する。
【０１２０】
これらの技術のうち、エンボス加工は、最も安価な製造代替案であるが、フィルムの場合は寸法的に厳しく制限され、高速ではバルク材料でも寸法的に厳しく制限される。本発明の一実施形態によれば、方法は、エンボス加工を他の技術と組み合わせて、エンボス加工の能力を改善し且つ他の構造化方法の制限の幾つかを克服する。これにより、全てのサイズの構造のエンボス加工が可能になり、従来の技術よりもチャネル形状が改善される。
【０１２１】
三次元マイクロ流体デバイスを形成する積層技術は、典型的に、ガスケット形フィルムの積層と、角張ったエッジ又は粗いエッジを有するチャネル構造を作成することを必要とする。エンボス加工によるそのようなエッジの再構造化により、流体力学的流れとデバイス機能を改良するための他の幾何学形状が可能になる。
【０１２２】
図１４は、丸い断面を有するチャネル形状を作成する角張ったエッジのチャネルのエンボス加工を示す。この例では、角張ったエッジのチャネル（１０５）を有する層が、エンボス加工温度でより剛性の高い別の層（１０６）に接合され、丸いエッジを有するエンボス加工ツール（１０７）がチャネル構造上に乗されられる。ツール（１０９）が構造化層（１０８）と嵌合されたとき、より柔軟な材料がツール構造のまわりに形成される。ツール（１０４）を離したとき、構造化層（１１０）はエンボス加工により構造化され、ツールの複製ができる。
【０１２３】
同じように、構造化領域の内部の材料の大部分を除去することによって、大きなエンボス加工構造を形成することができ、エンボス加工プロセス中に移動させなければならない材料を少なくすることができる。これにより、長時間押し型を保持したり大きな材料応力を発生させたりすることなく、より大きな構造のエンボス加工が可能になる。図１５の実施形態は、多層構造（１１１）のエンボス加工を示し、構造化領域（１１２）の材料の大部分が、ツール（１１３）によるエンボス加工前のプロセスによって除去される。エンボス加工中に、構造化材料（１１４）が、ツール（１１５）のまわりに形成され、構造化材料（１１７）内にツール（１１６）の形成像が残る。
【０１２４】
本発明の別の利点は、レーザやダイ打ち抜き等の切断プロセスによって作成された削り屑と粗いエッジも構造化後にエンボス加工して、チャンネル性能を改善できることである。そのような場合、正確に構造化された面を提供するために、機械加工面の削り屑、砕片、及び粗いエッジをバルク構造にエンボス加工し再形成することができる。
【０１２５】
フィルム内の構造の複製を改善するための本発明による別の方法は、図１６Ａと図１６Ｂに示したように、エンボス加工構造の下のアンダーカット層を使用して、移動した材料を周囲のバルク材料に入れるのではなく、邪魔にならないところに移動できるようにすることである。エンボス加工された材料は、アンダーカットを有する下の材料よりも低いガラス転移温度を有してもよい。両方の図に示した層状構成要素は、エンボス加工層（１１８）、逃がし構造（１２１）（即ち、アンダーカット）を有する層（１１９）、及び空気口（１２２）を有する最下層（１２０）を有する。アンダーカット（１２１）の容積は、鋳型に対する複写性を高めるために押し退けられる材料と一致するように計算され、空気圧縮からのアンダーカット内の背圧を下げるために空気口（１２２）又は空気溜めが使用される。図１６Ａは、構造がエンボス加工層の厚さより小さい場合のこの構造化プロセスを表わし、ツール（１２３）が、エンボス加工層に押し当てられて、ツール構造（１２４）によってエンボス加工層の途中までエンボス加工され、層（１１８）から材料の一部が圧力逃がし構造（１２１）内に押し退けられる。図１６Ｂに類似の例が示されており、この場合、ツール構造（１２４）は、エンボス加工層（１１８）の深さより高く、得られるエンボス加工構造は、エンボス加工層より下の空隙に押し込まれる。
【０１２６】
これらの方法によって、フィルムベースのデバイスと、特に完全には無定形でない材料で通常達成可能なものより大きいエンボス加工構造の複製が可能になる。また、このプロセスは、リフローさせるために形状部近くの領域だけを加熱すればよいので、通常のエンボス加工よりも滞留時間が短くなる方法を提供する。これは、材料をリフローさせるために材料全体を加熱しなければならない熱エンボス加工プロセスや、より多くの材料を移動させなければならず、材料内により大きな固有の応力を発生させる標準的なエンボス加工プロセスと比較される。
【０１２７】
本発明によるレーザエンボス加工プロセスは、エンボス加工形状部を通常のエンボス加工及び熱エンボス加工よりも迅速に複製することができる。エンボス加工される局部領域をレーザで前処理することによって、局部領域の材料が変質し、これにより、（ａ）局所的材料構造の再編成、（特に延伸されたフィルムの場合のような）幾つかのポリマーでは軟化点の低下、（ｂ）露出領域の予熱、（ｃ）材料リフロー、及び（ｄ）場合によってはエンボス加工領域からの切除又は材料除去が可能になる。処理するフィルムの領域を打ち抜く前に、ツールのまわりの材料の流れを改善するために局部領域又はツールを加熱してもよい。レーザビームは、基板表面全体又はエンボス加工される領域だけに当てられてもよい。また、自動化されたシステムを使用して、コンピュータファイルの指示によって又はツール又は材料の画像認識によって、レーザビームを適切なパターンでガイドすることができる。図１７は、ツール（１２７）によって露出領域（１２８）にエンボス加工する前に材料（１２６）全体にスキャンされる集束レーザビーム（１２５）を示す。ツールと接触したときに照射された材料（１２９）がツールのまわりに形成され、分離されたときに構造化面（１３０）が残る。同じように、後述する化学処理、コロナ処理、紫外線処理等の他の材料処理を使用して、エンボス加工領域の近くの材料特性を変化させてエンボス加工プロセスを促進することができる。
【０１２８】
そのようなプロセスによって、微細構造の形成に高価で遅い紫外線エキシマーシステムよりも長い波長のレーザの使用が可能になる。それらのエキシマ対応物と異なり、そのような波長の長いシステムは生成される熱的損傷が多く、一般に焦点スポットサイズが大きくなり、微小構造化のための空間分解能が厳しく制限され、切断品質が低下する。レーザ加工をエンボス加工と組み合わせることによって、レーザ単独よりも細かく且つ正確に形成された微細構造を製造することができ、またエンボス加工だけの場合より、滞留時間を短くでき、大きな構造を形成することができ、それによりエキシマレーザ加工より高速で安価な方法が提供される。また、本発明のこの特徴によるプロセスは、リール・ツー・リールシステムと適合する。
【０１２９】
本発明によるダイスタンピング（die stamping）法は、複数層にわたる大きな流体構造を分離する。この手法によって、「印刷機」（即ち、モジュール式の交換可能なスタンピングツールを有するダイ）と類似の形を有するモジュール式スタンピングプロセスの実現が可能になる。積層プロセスがない場合は、各モジュール式スタンピングツール間の不連続性によって、形成されたチャネルが塞がれる可能性がある。図１８Ａは、２つの別個の層（１３１，１３２）にわたる流体構造（１３３）の一部がスタンプされた２つの層を示す。第１の層は、第２の構造化層を積層することによって接合することができる３つの不連続な流体要素を示す。図１８Ｂと図１８Ｃは、これら二層（１３１，１３２）を互いに積み重ねて位置合わせし接合して連続流体構造（１３５）を有する単一層（１３４）を形成する方法を示す。
【０１３０】
代替として、モジュール式スタンピングツールで作成された穴の間にエンボス加工された相互接続を作成する場合は、単一層の手法を使用することができる。
【０１３１】
更に、積層手法を使用して、実質的に９０°を超える角度を有する構造幾何学形状に関して米国特許出願公報２００２／０１１２９６１Ａ１に記載されているように、動きの自由を提供する幾つかの幾何学形状による層の構造内の位置ずれを回避することができる。
【０１３２】
リフトオフ技術は、フィルム加工で使用され、ライナー層が付着されたフィルムを処理（スタンプ、ローラ及びレーザ切断等）し、次に接合する直前にそれらのライナー層を除去する一般的な技術である。この方法は、接合前にフィルムを清浄なままにし、削り屑や他の関連する砕片を除去し易くすることができる。レーザ加工では、そのようなライナー層は、形成されたリッジを除去し且つレーザ加工による影響を受けた最初と最後の面を除去することによって、切断品質を改善するのに役立つことがある。そのような境界層では熱伝導が実質的に二次元的であり、切り口が深くなりレーザが基板内に入るとき、熱伝導は本質的に三次元になり、熱の影響を受けるゾーンが小さくなる。基板のライナー層を比較的大きい面に接合すると、熱伝導が多くなりごみが除去し易くなり処理が改善される。
【０１３３】
図１９は、レーザ構造化プロセス中のリフトオフ技術の使用例を示す。機械加工する基板（１３６）が一以上の犠牲層（１３７，１３８）に接合され、機械加工が実行され、犠牲層が除去され、正確に構造化された基板（１３９）が残る。更に、この技術を使用して基板の接触マスキングを提供し、本発明で述べるように他のプロセスに対しての基板のパターン化された露出が可能となる。
【０１３４】
本発明によって、保護層、キャリア層及び／又はマスキング層を材料に自動的に塗布し使用することができる。前述の層を除去するための材料取扱いの制限を克服するために、本発明は、スプリットパターン（split pattern）を用いた両面処理を使用する。単一パターンの様々な部分を使用して複数の側から材料を処理すると、材料の切り抜きと不連続部の正確な制御を行えるようになる。各層上の各切り抜き領域内に付着される材料の量を制御することによって、一以上の層を除去することで切り抜き領域内の材料を除去することができる。例えば、図２０Ａのパターンは、３つの切り抜き領域（１４０，１４１，１４２）を提供する。材料が、このパターンで完全に機械加工されると、これらの切り抜きは全て支持されなくなる。更に、外側層が不連続になり、不連続部分の上での切り抜き又は犠牲層又は不用領域の除去が問題となる。多層デバイスの一の層を貫通してパターン全体が機械加工された場合は、外側層を後で除去してもパターン形成された領域全体は除去されない。外側犠牲層を設け、両側から不連続パターンで機械加工することによって、選択された層は、完全に除去され、完全に機械加工された内側層（１４３）を提供することができる。図２０Ｂに示した断面で分かるように、２つの外側層（１４４，１４５）は、部分的にのみ機械加工され、中心層（１４３）は、機械加工パターンに沿って完全に切除される。
【０１３５】
材料の両側に別々の処理ステーションで両面処理が行われてもよく、材料がひっくり返され同じ側のステーションに通されてもよい。図２０Ｃに示した本発明の一実施形態では、材料取扱いローラ（１５１）を使用してシート及びリール材料を操作して、ステーション（１５０）によって構造化する前に、基板材料（１４６）を２つの保護層（１４７，１４８）にリバーシブルに接合することができる。この保護層は、リール（１４９）から基板（１４６）の上面と下面に供給される。次に、一以上のステーション（１５０，１５１）で処理した後、保護層（１４７，１４８）は、取り付けられた切り抜きゾーン（１４０，１４１及び１４２）と共に、巻き取りリール（１５２）によって除去され、個別部品（１５３）が残る。
【０１３６】
本発明の別の実施形態では、材料は、更に小さい個別の構成要素に加工されるが、一以上のキャリア層又は部品に取り付けられた連続材料として取り扱われる。図２０Ｄを参照すると、材料の連続取り扱いと新しい構成要素又はキャリア層（１５８）への接合を可能にするために一の保護層（１５４）だけが除去され、次に第２の犠牲層（１５５）が除去される。その結果、切り抜きが除去されたきれいに処理された部品（１５７）が残り、新しい構成要素又はキャリア層（１５８）が接合される。
【０１３７】
切断品質を改善し破片を除去するために前述の方法と組み合わせ（又は、別に使用する）ことができる他の技術には、次のようなものがある。
○オーブン加熱
○急速加熱
○レーザ走査（基板をエッチングせずに清浄にするためにより低いエネルギーかより速い走査速度）
○空気ジェット
○薬浴
○機械式ナイフ
【０１３８】
ポリマー基板上の導電回路は、通常、エッチング、スクリーン印刷又は電気めっきプロセスで作成される。
【０１３９】
プリント回路基板（ＰＣＢ）業界では、フレキシブル電子回路の製造にエッチングが使用される。一般に、銅被覆ポリイミドが、フォトレジストで被覆され、フォトレジストがパターン形成され、次に得られたパターンが化学的にエッチングされる。この方法の主な欠点は、利用できる基板と導体の材料タイプが限られることである。
【０１４０】
印刷は、生産中に容易に実施され、ツーリングコストが低く、かなり広範囲の材料を使用することができる。印刷技術には、チャネル充填、コンタクトマスク、スクリーン印刷、フレキソ印刷、グラビア印刷、及び印刷がある。このプロセスで考慮されるべき問題には、材料の厚さの制限（＜２５μｍ）と、得られた電極にはんだ付けできないことがある。
【０１４１】
電気めっき又は無電解めっきは、生産する際に実施するのがより難しいが、高い空間分解能（＞１０μｍ）の制御が可能であり、露出時間によりほとんど任意の厚さにめっきすることができ、またＰＣＢ業界では十分に確立されている。シード層を形成する方法には、湿式化学的下塗り（priming）とめっき、レーザアブレーション蒸着、電子ビーム蒸着、物理蒸着（ＰＶＤ）、及び化学蒸着（ＣＶＤ）がある。
【０１４２】
本発明による方法は、構造化されたポリマーフィルム及びシートの層を使用して高性能な流体操作デバイスを構成する。そのようなデバイス内での電極の使用と関係する実施形態では、内部電極と外部電極の間の相互接続を提供する技術を提供することが必要になり、その技術は、様々な層を貫通するビアと層の間の相互接続を必要とすることがある。
【０１４３】
ポリマーフィルムでの相互接続とビアは、フレキシブルＰＣＢ産業用に広範囲に開発されてきており、各層内と各層間の接続を提供するためにスルーホール電気めっきとリベット締め（riveting）が使用される。例えば、米国特許出願公報２００１／００４７８８０  Ａ１を参照されたい。スルーホール電気めっきは、高い精度を達成することができ、リベット締めは、頑強な相互接続を実現する。しかしながら、リベット締めの空間分解能は電気めっきよりも低く、埋め込みビアは困難である。これらの技術は両方とも遅く、高スループットのリール・ツー・リールシステム、即ち連続生産システムにとっては煩雑である。
【０１４４】
本発明によるプロセスでは、電気めっきされたトラック及び／又はビアが実装されたフィルムが使用される。しかしながら、電気的トラック及びビア付着のための印刷方法も、より安価で高スループットの製造プロセスなので、適切な場合に使用される。本発明と組み合わせて、電極を印刷する任意の適切な方法を使用することができる。それらの方法は、メンブレンキーパッドと電極センサ（糖尿病検査ストリップ等）を製造するために実行されることがあり、その技術には、グラビア印刷、フレキソ印刷、接触及び非接触スクリーン印刷がある。電極形成に使用される別の方法は、例えば、米国特許第６，１０３，０３３号に記載されているような凹状チャネル内に導電材料を付着させることである。本発明によるプロセスは、電気的トラック形成のためにこれらの技術のいずれかを使用し、層状基板内の穴を埋めることによって、電気めっきされたビアではないビアを形成する。
【０１４５】
図２１に、埋め込みビアと電気接点を製造するこの方法の例を示す。基板（１６０）に穴（１５９）が形成され、この基板は、別の基板（１６２）に接合される。別の基板（１６２）は、接合された基板の穴（１６３）の近くに電気接点（１６１）を有し、凹んだ穴は、導電材料（１６４）で満たされ、最後に、電気接点（１６６）を有する別の基板（１６５）が、ビアの反対側に接合されて、充填された穴を介して２個の電気接点（１６１，１６６）が接合される。このプロセスにより、複数の層が層ごとに構築され、相互接続トラックが両側で結合される。チャネルを埋める方法には、無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）とセンサ生産に関して既に実証されているような、スクリーン印刷とドクターブレード充填がある。例えば、米国特許出願公報２００５／００７２５９５  Ａ１と米国特許第６，１０３，０３３号をそれぞれ参照されたい。
【０１４６】
低レベル信号取得電極と電気化学的電極の電気的及びセンサ設計における別の問題は、確実で頑強な電気接続を提供することである。今日までの通常の電気システムにおける主な関心事は、各電気モジュール間のコネクタ設計である。層状電気及びセンサシステムでは、構成要素内の内部相互接続も極めて重要である。ＰＣＢ産業では、電気めっきされたビアとはんだ付けは、確立された方法である。材料の温度要件や処理パラメータのためにこれらの技術が不適当である層状ポリマーデバイスでは、ポリマー層間の確実な電気接続の開発がまだ必要とされている。本発明による方法において、電気的接合を達成するために使用されるツールの一は金属相互拡散である。相溶性の軟質金属を使用することによって、対向する層が接合され、永久的で連続的な接合を達成することができる。
【０１４７】
この例は、図２２に示されており、ここで、柔軟な金電極（１６７）が、対向する面（１６９，１７０）上で、層（１６９，１７０）上に直接又は他の導電材料（１６８）の上にパターン形成され、次に互いに接合され、電極の重なり（１７１）と物理的接触が達成される。数時間から数日の短い期間の間に両方の層から金が互いに拡散して、連続的な接合（１７２）ができる。別の実施形態では、柔軟な金が、炭素電極や銀電極等の別の材料の上に付着されてもよく、そのような金を被覆した電気トラックが互いに接触される。
【０１４８】
このような相互接続方法は、層状電気構成要素の層間の接合を可能にし、また例えばスマートカード一体化では、そのようなデバイスと、集積電気回路、アクチュエータ又はセンサとの間の接合を可能にする。
【０１４９】
導体間のこの相互拡散技術と同じように、電極相互接続を印刷方法により形成してもよい。例えば、対向する基板上に銀又は炭素系インク電極を印刷し、次にインクが完全に乾く前に基板を合わせることにより、電極が重なる場所の接続性と接合強度を改善することができる。
【０１５０】
熱箔押し法を使用して、金属層やグラフィック層等の薄膜をキャリア層から基板に転写することができる。この方法は、温度と圧力によって付着層を基板上に接合することを含み、この温度と圧力によってキャリアテープから被覆が剥がされる。しばしば使用される押し箔は、装飾的な被覆のための金属層の付着を含む。これらの金属層は、一般に、箔押し温度で溶融するワックス剥離剤と共に、ポリエステル等のキャリアテープ上に作成される。図２３は、２個のローラ（１７５，１７６）間で送られる箔（１７４）を基板（１７７）表面上に押し付けて、ダイの整合パターン（matching pattern）を剥離層から基板表面に転写する加熱ダイ（１７３）を示す。
【０１５１】
より厚い導電体層を必要とする電極形成の場合は、箔押しされた層をシード層として使用することができ、このシード層を使ってめっきが行われる。これにより、連続生産ラインで実現するのが困難である、マスクと物理蒸着法（ＰＶＤ）／化学蒸着法（ＣＶＤ）を必要とする従来のメッキ工程が単純化される。
【０１５２】
一実施形態では、多層プリント回路は、導電材料を基板上にスタンピングし、次にスタンピングされた導電材料上に非導電材料を被覆することによって製造される。このようにして、多くの導電材料層を重ねることができる。導電体層間の相互接続とビアは、導電領域が接合するように非導電材料のない領域を設けるか、導電材料を非導電体層を介してスタンピングして下の導電体層と接触させることによって作成することができる。例えば、図４０Ａから図４０Ｄの断面は、多層のスタンプ形成された回路の断面部分の例を示す。図４０Ａは、２つの導電体層（４０１，４０３）と２つの非導電体層（４０２，４０４）からなる二層回路の断面を示し、非導電体層（４０２）が存在せず導電体層（４０１，４０３）が重なっている領域（４０６）に相互接続（４０５）が形成されている。非導電材料の開口部は、スタンプ形成された回路に接合する前又は後に任意の適切な方法によって作成されてもよい。例えば、非導電材料は、非導電材料を選択的にエッチングし導電材料をそのままにするレーザを使用するレーザ切断によって接合後に選択的に除去することができる。図４０Ｂは、図４０Ａと同じ相互接続を示す。しかしながら、この実施形態では、導電材料（４０７）（層（４０１）の一部分又は別の導電材料片）が、頑強な相互接続を形成するために最も下の導電体層（４０３）まで打ち込まれている。図４０Ｃには、非導電体層（４０２）の開口部が示されていない。しかしながら、導電材料（４０８）が非導電体層（４０２）を貫通して打ち込まれ、導電体層（４０１，４０３）間の電気的相互接続を提供する。図４０Ｄは、一の相互接続（４０９）が非導電体層（４１２，４１３，４１４）を貫通する３つの打ち込み相互接続（４０９，４１０，４１１）を含む多層回路の断面部分を示す。これらの多層相互接続は、３つの層を全て穿孔する一のスタンピング動作によって実行されてもよく、それぞれ異なる層に実行される複数の重なるスタンピング動作によって実行されてもよい。
【０１５３】
図４１Ａから図４１Ｃに、多層回路製造用の処理ステーションを含む生産ラインの実施例を示す。図４１Ａは、例えば、貼り合わせ、レーザエッチング、スタンピングを含む３つの処理ステーション（４１５）に直接接続されたバッファリングステーション（４１６）を示す。この例では、バッファリングステーションは、処理ステーションとの間の部品の移動（４１７）及び内部緩衝モジュール間の部品の移動（４１８）を提供する。図４１Ｂは、同じ処理ステーションが連続的に並べられ且つ入出力ホッパ（４１９）を有する双方向生産ラインを示す。図４１Ｃは、図４１Ｂに示したものと類似の双方向生産ラインであり、より多くの処理ステーション（４２０）を有する。処理ステーション（４２０）には、はんだ、導電性接着剤及び抵抗インクを印刷するための印刷ステーション、電子構成要素を配置するための構成要素付着ステーション、及びはんだ又は導電性接着剤を硬化させるための硬化ステーションがある。次に抵抗インク付着を含む生産ラインでは、レーザを使用して付着薄膜をトリミングして、抵抗値等の付着薄膜の仕様を得ることができる。
【０１５４】
試薬がカートリッジに事前に充填されるプロトコル自動化やＤＮＡとタンパク質のマイクロアレイのようなセンサ製造のための幾つかのケースでは、生物学及び化学試薬の付着が実行される。化学的付着方法には、次のようなものがある。
・マイクロスポッティング（接触又は非接触印刷）
・スクリーン印刷
・シリンジ又はジェット送出
・フォトリソグラフィ活性化架橋
・あらかじめ活性化されたスポット／領域へのフラッシング及び粘着又は反応
・槽浸漬
・乾燥試薬のロボット式配置
【０１５５】
試薬は、更なる処理と封止の前に、表面に提供されるか、ウェルやバッグや他の容器等の構造化されたデバイスに入れられてもよい。シリンジ送出の場合は、針が材料層を貫通して試薬を密閉チャンバに注入してもよい。また、付着させた材料を完全に又はある程度乾燥又は改質するために、付着後に加熱又は紫外線露光が必要とされる場合もある。
【０１５６】
ＩＣを配置し接合するための標準的な表面実装技術は、一般に、ロボット式ピックアンドプレイス装置、接着剤／はんだ付着ステーション、及び硬化ステーションを使用して、ＰＣＢ上に個々の電子構成要素を配置する。デバイスを通常のはんだ付けプロセスにかけることができない幾つかのケースでは、紫外線硬化導電エポキシ樹脂や他の導電性接着剤（ＰＳＡテープ等）を使用してもよい。
【０１５７】
前述の方法は全て、構成要素の付着のために本発明によるプロセスに使用することができる。本発明によるプロセスの間に材料付着方法を提供することによって、バッチ式ではなく連続式に、構成要素を表面付着させるか、或いは製造されたデバイス内で構成要素を完全又は部分的にカプセル化することができる。生産ラインにおける付着段階の統合は、高度なプロセス自動化を可能にし、最終的なデバイスコストを最小化するのに役立つ。構成要素のカプセル化は、蒸発を最小にし且つ汚染を防ぐことがしばしば必要な流体サンプル等で、更に高度な構成要素の保護を提供する。
【０１５８】
また、化学的及び生物学的付着には、他の印刷方法も適している。そのような方法には、グラビア印刷又はフレキソ印刷がある。
【０１５９】
図２４Ａと図２４Ｂは、積層トラック並びに相互拡散又は導電性接着剤の使用による、スマートカード電極や他の電気的センサ及び回路への接合を示す。例として接触スマートカード電極モジュールを示しているが、同じように非接触スマートカードモジュールに利用でき、この場合、電極モジュールは、１面で露出されるのではなく完全にデバイスの内部にある。ポリマーデバイスの他の領域への電気接続を可能にするスマートカード電極モジュールへの接合例を示す。この例では、図２４Ａは、そのようなカードの上面図を示し、図２４Ｂは、２つの電極層を接合する前と後の電極モジュールの断面図を示す。両側の層からの電極パッドを重ねることによって、カード（１７９）の他の部品を接続する電極（１７８）を電極モジュール（１８０）に電気接続することができる。この例では、基板の下面に形成された電気接続（１７８）は、スマートカード電気モジュールの電気パッド（１８１）上に接合される。接合された電極パッド（１８１）は、図２４Ａと図２４Ｂに示したように、電極モジュール（１８０）からのパッドの一部分だけを覆ってもよく、環境からの保護を提供するために、接合された電極又は貼り合わせ層によって電極モジュールを完全に覆ってもよい。
【０１６０】
基板の正確な空間制御を提供するために、リール・ツー・リールプロセスでは、一般に、写真用フィルムと同じような位置決め孔又はマークが使用される。多くの産業では、構成要素とデバイスの精度と再現性を保証するために、複数の層を正確に位置合わせする位置合わせマークが幅広く使用されている。
【０１６１】
構造の小さな寸法（μｍ）のために、マイクロ流体の層状デバイスの位置合わせには特定の問題が生じる。位置合わせ不良によるデバイスの不良率を低くし且つ品質を改善するのを支援するために、２つの手法が使用される。第１に、層状構成要素の位置が合っているか否かを判定する方法を検査システムに提供するために位置合わせマークが使用され、第２に、位置合わせにあまり依存しないように構造が改良される。
【０１６２】
位置合わせマークの使用は、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）での位置合わせに使用されるほとんど一般的な手法である。
【０１６３】
可能な場合は、精度要件を達成する難しさを最小にする形状部の提供を含む、製造容易性を考慮して製品が設計される。この例は、米国特許第６，３２２，６８３号に示されており、この特許では、わずかな位置合わせ不良に対処するために、接続するポートよりも大きいウェルが基板にエッチングされる。同様に、米国特許出願公報２００４／００１８１１５  Ａ１では、検出器より大きな検出領域内又は最も大きい位置合わせ誤差が生じる可能性のある軸に沿って、チャネルとウェルが形成される。
【０１６４】
本発明によるプロセスの一実施形態は、前述のような制御システムを使用して位置合わせを容易にし且つ品質管理を提供する。制御システムループ内のパラメータは、位置合わせを改善するフィルム／シート張力及び速度調整と共に光センサフィードバックを含むがこれに限定されない。
【０１６５】
少なくとも実現することが求められる位置合わせ精度と同程度の高い精度で画定されたエッジを有する任意の形状部を検出形状部として使用することができる。そのような形状部を検出するセンサシステムは、単一位置検出又は領域画像化のための一個以上の個別センサを使用する。画像認識及び／又は他の検出アルゴリズムが使用される。光学的に測定された微小形状部の場合、これは、適切な焦点領域内に適度な高精細画像を必要とする。光センサ画像化の改善を支援するために、モアレパターン等の干渉パターン、回折パターン、微小形状部からの投射像を含むパターン認識を全て使用することができる。
【０１６６】
本発明の別の実施形態によれば、スリットを作成する様々な層上のマークから作成された回折パターンが使用される。位置合わせが変化するとき、スリット幅が変化し、従って外部光源による照明によって作成される回折パターンが異なる。図２５Ａと図２５Ｂを参照すると、それぞれの黒色ブロックは、異なる層上のマークを表わす。図２５Ａに示したように、黒色マーク（１８２，１８３）、従って層の位置合わせ不良によってそれらのマークの間隔が変化する。間隔の変化を複数の方向からとらえることができ、例えば、長い黒色マーク（１８２）と小さい黒色マーク（１８３）の間隔は、小さい黒色マーク（１８３）間の間隔と垂直な方向の位置合わせを示す。図２５Ｂは、回折パターン（１８６）を生成するスリット（１８５）によって回折された光ビーム（１８４）の回折（１８７）を示す。図２６に、図２５Ａの位置合わせマーク（１８９）の照明（１９０）から生成された回折パターン（１８８）の説明図を示す。簡単にするために、一の軸に沿った回折パターンだけを示すが、各方向の相対的な位置合わせ不良を示すために他の軸が一緒に使用されてもよい。
【０１６７】
本発明の別の実施形態では、層の位置合わせを示すために干渉パターンが使用される。角度差又は異なる周期性を有する重ねられた均一に離間されたパターンからモアレパターンを作成することができる。従って、繰り返し構造の全て又は一部分を別々の層上に配置することによって、層の位置合わせの変化が、層の位置合わせ不良と関連付けることができる異なるパターンを作成することができる。図２７と図２８は、各層上に付着され、異なる間隔周波数（spacing frequency）又は角度位置合わせを有する均一に離間された線から得られるモアレ干渉パターンを示す。図２７は、異なる層上の均一に離間された線（１９１，１９２）の２個の格子を示し、２つの層の角度位置合わせ不良からモアレパターンが生じている。図２８は、均一に離間された線の格子に重なる円形パターンから発生したモアレパターン（１９３）を示す。
【０１６８】
接合（bonding）は、多くの産業で問題になっていることであり、機械式連結、電子的接続、境界層及び相間接合（interphase bonding）、吸着、拡散及び化学結合等のメカニズムの一以上を含む多くの技術がこれまで開発されてきた。これらの機構は十分に理解されており、また接合方法は多くの産業で首尾よく使用されてきたが、接合は、更に難しい問題をもたらす可能性がある。接合が成功するか否かは、接合する材料、接合する表面の状態、接合方法とその動作パラメータ、及び環境条件を含む多くの因子に依存する。マイクロ流体では、接合は、マイクロチャンネルのまわりに良好な封止を形成しつつ微細構造の完全性を維持するという要件のために、難しい問題である。
【０１６９】
接合技術は、大きく２種のカテゴリに分類されることがあり、それは、２枚の基板の表面全体を接合する領域接合と、表面上の選択的領域を接合する選択的接合である。この両方の技術は、マイクロ流体接合に適用できる。一般に、選択的接合は、生産で実施するのがより高価な技術であるが、接合封止の空間的制御がより大きく、微細構造との干渉の恐れが少ない。
【０１７０】
接合技術に関する更に他の考慮すべきことは、接合を形成するために補助原料が必要かどうかであり、また必要な場合に、その材料が、使用するときに現在のプロセス及び用途と適合性があるかどうかである。表１は、そのような接合技術の幾つかのカテゴリを示す。
【０１７１】
【表１】
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【０１７２】
拡散法は、基板表面を合わせながら圧力と温度を加え、各材料からの分子鎖が互いの材料内にゆっくりと拡散する時間を許容することを必要とする一般的なバッチ式技術である。一般に、これは、十分な移動度を有する分子鎖を有する類似の材料を必要とする。一度に多数の層を接合することができるが、接合層を弱める空隙に注意する必要があり、比較的長い処理時間が必要である。
【０１７３】
プラズマ、コロナ又は紫外線を利用した接合等の技術による表面改質は、電子又は共有結合による接合を改善するために表面化学基を変化させることを含む。一般に、これらの技術のうちのいずれかによってポリマーを酸素雰囲気中に露出させると、表面酸素基が増大し、これにより表面エネルギーが増加し、多くの基板の接合が強化される。表面を他の気体や液体に露出して他の表面官能基を作成することができる。このような露出技術によって作成される反応経路の多くは、不安定な遊離基種を含む。従って、そのような表面前処理は、接合直前に行われなければならない。同様に、表面のすぐ近くの材料を軟化させることによって表面特性を変化させるために、表面改質技術が使用されてきた。例えば、化学薬品、紫外線及びプラズマへの露出を使用して表面のポリマーを劣化させ、それにより材料ガラス転移温度が下がり、より低い界面温度で接合が可能になる。
【０１７４】
選択的接合は、マスキング技術を使用する場合は表面改質によって行うことができ、確実に露出領域が限定される。
【０１７５】
接着は、２つの表面を接合する結合剤（linker）の役割をする別の材料を使用する。接着剤は、スプレー、ワイヤバー、ドクターブレード、ローラによって表面全体に被覆されてもよく、シート又はテープとして貼り付けられてもよく、印刷技術によって又はパターン形成された接着剤シート又はテープで選択的に付着されてもよい。代表的な接着剤には、シアノアクリレート、シリコーン、エポキシ樹脂、及びアクリル系材料がある。このタイプの接合の２つの問題は、使用されている材料及び意図された用途との接着剤の適合性である。また、特に体積対表面積比が極めて大きいマイクロ流体デバイスでは、寿命性能、毒性、及び表面相互作用も考慮すべきことである。
【０１７６】
貼り合わせは、接着層を有するプラスチックフィルムのいずれかを用いて材料を合わせることによってフィルムを接合する一般的な技術である。この接着層は、前述のような接着剤でもよく、他の表面に接合する圧力と温度下で流動する、より低いガラス転移温度を有するポリマーでもよい。これらの方法は、印刷及び包装産業においてリール・ツー・リールシステムで幅広く使用されており、マイクロ流体デバイスに首尾よく適用されてきた。例えば、シュワルツ（Schwarz）らによる「MicroChannel Networks for Electrophoresis Separations」20 Electrophoresis 727 (1999)を参照されたい。
【０１７７】
溶剤を利用する接合は、溶剤を使ってポリマー表面を膨潤させ鎖運動性を高めて２つの表面が互いに拡散することを可能にする。この方法の問題は、生産環境において溶剤を取り扱う難しさである。流体デバイスでは溶剤残留物が汚染源になる可能性があり、マイクロデバイスでは溶剤が微細構造を変形させることがある。
【０１７８】
透過レーザ溶着は、照射されたレーザ波長を透過する一方の材料と、そのレーザ波長を吸収する他の材料とにより行われる。これにより、レーザビームは、２種の材料間を選択的に加熱して、熱がガラス転移温度を超えたときに局所的溶着を作成することができる。生産環境に組み込む場合、主な制限は、処理時間と適合性材料と処理できる層数の制限である。
【０１７９】
逆伝導溶着（Reverse conduction welding）は、裏面でのレーザ吸収によって熱が発生するという点を除いて透過層溶着と同じように行われる。吸収層上に固定されたポリマーフィルムが、その表面から熱を伝え局所的に溶融する。空間分解能を制限するポリマー内の均一な熱伝導のために、この技術は、薄膜と比較的大きい構造にしか適していない。
【０１８０】
高周波加熱又は誘電加熱は、極性材料に交流電流を通すことによって接合を行うことができる技術である。この方法は、通常軟化点近くで劣化する材料の接合に有効なことがある。その理由は、熱が表面で発生して内方に伝わるのではなく、材料内に均一に発生するからである。しかしながら、微細構造では、これにより、非特異的な発熱による問題が生じ、変形が生じることがある。
【０１８１】
超音波溶着は、材料を透過する振動エネルギーに依存する。２種の材料の界面で、振動エネルギーが熱に変換される。形状部を使ってエネルギーを集束させることができ、構造化された部分のまわりで注意深くエネルギーを制御し形状を設計することにより、残りの材料を変形させることなく良好な封止を達成することができる。
【０１８２】
また、接合部の近くに固有のエネルギー吸収物質を付着させることにより、局所的溶融を行わせ、従って適切なエネルギー源によって照射されたときに選択的な接合を行うことができる。エネルギー吸収材には、薄膜金属、ＣｌｅａｒｗｅｌｄTM、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアルキルチオフェン、金属ナノ粒子、磁気粒子、常磁性粒子、及び他の適切にドープされた材料がある。エネルギー源には、電磁気、マイクロ波、紫外線／可視光、及び赤外線がある。微細構造を封止する場合、有効性は、一般に材料の付着技術の制限に依存する。
【０１８３】
以上述べたプロセスは全て、連続製造で使用することができ、また本明細書に記載した本発明によるプロセスに適用可能である。
【０１８４】
本発明によるプロセスの実施形態は、接合プロセスを制御する制御システムの使用を含む。より良好な接合を実現するために、制御システムループのパラメータには、温度、圧力、時間、速度、及びフィルム張力があるがこれらに限定されない。
【０１８５】
特定の設計ルールは、層状デバイスの接合に適用可能である。そのような設計ルールには、温度プロファイル、ドウェル時間、速度、張力、圧力、前処理要件等の特定の接合プロセスと関連した動作パラメータがある。一方、デバイス設計が処理性能を改善することができる設計ルールも含む。設計ルールには、切断を改善しツールへの材料付着を防ぐために、最小形状部サイズ、形状部間の距離、アスペクト比、形状部の鋭さ等の製造設計ルールがある。設計ルールは、また、意図されたデバイス用途に固有の応用設計ルールを含んでもよい。応用設計ルールの例には、制御用の幾何学形状、死容積、混合のための拡散速度、接触面積、及び受動又は能動構成要素の流体制御があるがこれらに限定されない。
【０１８６】
加圧接合法を使用して層状構造物を接合するときに考慮すべきことは、流体デバイスにおいて様々な層を接合する順序である。これは、微細構造によって生じた空隙が、構造のすぐ上と下の領域の印加圧力を低下させるからである。接合プロセスが圧力に依存する場合、空隙近くに接合された層は、圧力が加えられた場所に形成される結合ほど強力な結合を形成しない場合がある。図２９に示した代表的なシナリオは、接合前の４つの層（１９４，１９５，１９６，１９７）と接合後の４つの層（１９８，１９９，２００，２０１）のデバイス内のチャネルの断面を示す。一段階接合プロセスのこの例では、チャネルの上の積層フィルムは、更に他の層によって支持されず、チャネル領域（２０２）内に変形され、チャネルのすぐ上に空隙又は接合の弱い領域（２０３）が残る。これは、微細構造の近くの層を接合した後で微細構造に接合することによって回避することができる。図３０に示したように、二段階接合プロセスが使用される。最初に、層（２０４）と（２０５）が接合され、層（２０６）と（２０７）が接合され、次に４つの層が接合される。
【０１８７】
もう一の考慮すべきことは、切り抜きの脱落と形状部の位置合わせ不良の発生を防ぐ構造化層のレイアウトである。図３１に示したように、マイクロ流体構造（２０９）の中央リング（２０８）は、基板（２１０）から支持されないでままである。層を完全に貫通するように機械加工された構造が重なって、材料のアイランドを形成する場合は、支持されないとそのアイランドが構造から脱落する。同様に、構造が直線以外の場合は、構造のサイズと直線の場合から変化した角度により、基板の一部分の動きが多少自由になることがある。これにより、意図された微細構造内に閉塞と変形が生じる可能性がある。切り抜きと位置合わせ不良の両方を回避する方法は、構造化方法において前に検討され（図２０Ａから図２０Ｄを参照）、実質的に９０°より大きい角度を有する構造形状を有するフィルムのたるみに関して米国特許出願公報２００２／０１１２９６１  Ａ１に記載されているように、複数の層に亘って設計を分割することを含む。
【０１８８】
切り抜き又は位置合わせ不良の損失を回避する別の方法は、支持マトリクスを提供することである。この例は、図３２Ａと図３２Ｂに示されており、それぞれ上面図と側面図を示す。最初に、構造化される層（２１１）が、マイクロ流体構造（２１４）の機械加工（２１３）前に犠牲層（２１２）に接合される。基板を動かないように別の基板（２１５）に一時的又は永久的に接合した後、犠牲材料（２１２）から形状部を剥離することができる。構造化プロセスが接合前に行われる場合、構造は、接合前に部分的にだけ形成され、後で仕上げが行われる。構造化前の接合は、構造化し次に別の基板（２１５）に接合してから犠牲層（２１２）を除去するまで部分的な接合だけを含むことがある。代替として、接合を動作前に行い、構造化プロセスだけが一の層に行われる場合は（図２０Ａから図２０Ｄで前に検討したように）、得られた構造をリフトオフ法と類似の方法で除去してもよい。
【０１８９】
形成されたデバイスは、使用される材料の内部応力により接合後に曲がる場合がある。この問題を克服する方法には、接合前に個々の層の張力を調整すること、接合前又は接合後に一以上の層に前処理を行うこと、例えば異なるように加熱されたローラによって、接合プロセス中にそのような方法を提供することがある。前処理を行う方法には、レーザ、赤外線及び炎があり、また層を急速加熱して接合前に層に圧縮応力を加えることもある。代替として、様々な層に異なる張力を提供することにより、形成された構造に生じる応力を制御してもよい。この使用の例は、接合前にデバイスに逆の張力（又は、応力）と関連した力を提供することによって、デバイスがローラに巻き付く傾向を打ち消すことである。
【０１９０】
別の技術は、生じる基板応力を開放するのに役立つ構造を実際のデバイス上に提供することを含む。図３３と図３４はそれぞれ、平面内応力と平面外応力に関するこれらの構造の例を示す。図３３は、多層デバイス（２１６）の間に配置された応力除去構造（２１７）の例の平面図を示す。図３４は、上面と下面を通る応力除去構造（２１９）を含む４層デバイス（２１８）の断面の一部を示す。
【０１９１】
本発明によるプロセスは、また、機械的連結によって無接着剤接合を可能にする。これは、金属とフッ化ポリマーの一体化に有効である。構造は、ある層のまわり及び／又は層を貫通して形成され、別の層が構造に流れ込んで２種の材料を機械的に合わせるアンダーカットを作成することを可能にする。この実施形態は、図３５に見ることができ、この図では、接合プロセス中に、最上層（２２０）が、第３の層（２２２）の空隙（２２３）に流れ込んで第２の層（２２１）を機械的に連結する。
【０１９２】
表面の改質で強化される接合方法は、表面露出後にすぐに接合しなければならない場合がある。本発明によるウェブベースのシステム及びプロセスは、自動化され統合された露出及び接合段階を提供することによってこれらの方法に特に適している。
【０１９３】
超音波接合の場合は、一般にマイクロ流体エッジのまわりにあるリップ（即ち、隆起エッジ）を接合にとって重要な点に形成することは、エネルギーを集中し接合を改善するのに役立つ。本発明によるプロセスでは、打ち抜き、切断、エンボス加工及び／又はレーザ加工を使用してそのような隆起エッジを形成することができる。
【０１９４】
表面改質技術は、材料の表面特性を改善するために多くの産業で使用されてきた。詳細には、ポリマーは、必要とされるバルクの物理的及び化学的特性を有するが、特定の用途に必要とされる表面特性がない場合がある。印刷及び包装産業では、接合、濡れ性及び表現のためにそのような特性を改善する多数の技術が開発されてきた。表２は、そのような技術の幾つかを示す。
【０１９５】
【表２】
2009524170.tif 000004
【０１９６】
以上の各技術には、実施、寿命及び性能特性に関する欠点がある。マイクロ流体デバイスでは、構造のサイズと大きい体積対表面積比のために接合と表面相互作用の問題が極めて重要である。これらの用途では、表面改質技術は、様々な要求に対処するために使用される。表３は、マイクロ流体デバイスの表面改質によって達成できる改善の幾つかを示す。
【０１９７】
【表３】
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【０１９８】
前述のように、接合は、多くの産業で課題となっており、表面相互作用は、電子的接続、境界層及び相間接合、吸着、拡散及び化学結合のメカニズムにおいて一定の役割を果たす。表面分子基の変化は、直接的に屈折率を変化させる。あるいは、表面エネルギーを変化させて周囲の分子を引き寄せ、これによって表面被覆を形成することによって間接的に屈折率を変化させる。表面エネルギーの変化は、表面電荷に依存する多くのセンサ及びアクチュエータに直接適用することができる。また、表面改質方法を使用して、表面上の吸収材料又は拘束材料を除去したり、表面エネルギーを変化させて他の粒子をはね返し、例えば汚染を回避したりすることができる。
【０１９９】
毛細管や他の微細構造内の流体制御は、液体と表面の相互作用によって支配される。そのような受動及び能動流体取扱い構成要素には、表面エネルギーを制御し、従って親水性又は疎水性を制御することがきわめて重要である。限られた量の流体がデバイス内に蓄積される用途では、吸収と透過による水の損失を制限することが重要である。これは、特に、濃度が重要な少量の試薬には決定的であり、流体の損失は、試薬濃度を変化させてデバイスを故障させる場合がある。
【０２００】
意図された用途の範囲内の表面適合性を保証するために、場合によっては、表面を改質してこの適合性を改善できることがある。その他の場合は、接合等の一の特性を改善するために使用される表面改質プロセスが、デバイス性能に有害なことがある。これは、生物分子を表面に吸収することができる生物学的用途に当てはまる場合がある。タンパク質は禁止され、表面に強力に吸収された場合にデバイス機能を損なうことがあり、同様に、禁止分子が材料からデバイスに吸収されるのを防ぐために表面に障壁層が必要とされることがある。代替として、タンパク質、ＤＮＡ、又は他の分子は、電子的に吸収されるか共有結合によって化学的に結合されて表面に結合されることが必要とされる。
【０２０１】
本発明による方法は、前述の方法のいずれかを含む材料表面を改質する方法を含んでもよい。詳細には、湿式化学法、レーザ及び紫外線露光法、コロナ法、炎法、及びプラズマ法は全て、本発明による高スループットプロセスに組み込むことができる。パターン形成のために、これらの方法のうちの幾つかは、露出領域の制限のためにマスキング技術を必要とする。そのようなマスキング法は、接触又は非接触マスキングプロセスを含んでもよく、前述の方法と同じようにリフトオフ技術を必要とすることもある。
【０２０２】
導波路（即ち、光パイプ）の製造は、励起光及び／又は放射光をガイドすることによってセンサの応答と設計を改善するために重要である。導波路は、材料境界で入射光を反射（又は、透過）することにより動作する。過去において、マイクロ流体デバイスの代表的な製造プロセスは、平坦材料全体を使用するか、センサシステムに直接光ファイバを挿入するか、半導体デバイスの製造と類似の方法で表面をリソグラフィによってパターン形成することを含んでいた。
【０２０３】
透明材料の導波路特性を改善する方法の例は、材料境界での屈折率の差を大きくすることである。そのような境界における表面特性を変更することにより、屈折率が変化し反射又は透過を改善することができる。詳細には、薄膜を付着させることにより、導波路と反射面の表面を改善することができる。この例は、負の屈折率を提供する薄い（ｎｍ）銀被膜の付着になる。
【０２０４】
複雑な幾何学形状内で光をガイドするために、チャネルがあらかじめ構造化された層で構成されてもよい。次に、チャネルは必要に応じて埋められてもよい。そのような構造は、任意の適切な方法、例えば光透過性材料を注入し硬化させるか、予形成された光パイプを空構造に入れることによって埋められてもよい。図３６は、ドクターブレードコーティングによって液体で満たされたチャネルを示す。この例では、予形成されたチャネル（２２５）を有する多層基板（２２４）が、ドクターブレード（２２６）を使って液体（２２７）で満たされ、基板（２２４）に導波路（２２８）が作成される。あらかじめ製造された光パイプを層状構造に組み込む例は、図１３Ａと図１３Ｂと関連して説明された。
【０２０５】
デバイスの機能、保守性、及び宣伝を提供するために、製造では印刷テキスト、マーカー及び装飾層が使用される。印刷は、デバイスの外側面に行うことができ、層状デバイスの場合は製品の内側層に作成することができる。可能な印刷プロセスは、次のように分類することができる。
○スクリーン印刷。部分的にマスクされたスクリーン又は板を介してインクを刷り込む。
○必要なデザインを有する面からインクを転写する方法。フレキソ印刷や凸版印刷等。
○レーザプリンタやサーマルリボンプリンタ等による熱転写法。
○グラビア印刷のように彫刻面からインクを転写する方法。
○リソグラフィのように平坦面からインクを転写する方法。
○インクジェットプリンタのようにドット又は連続的インクプロセスによってパターンを付着させる方法。
【０２０６】
オンボードメモリ装置をプログラムする能力は、指示データ、トレーサビリティー、履歴、機能等、チップ上の固有のデバイス情報を提供する。
【０２０７】
符号化される情報には、次のようなものがある。
○シリアル番号
○製造履歴
○操作指示
○操作履歴
○サービスデータ
○機能コマンド
【０２０８】
オンボードメモリ装置をプログラムする方法には、電気接触、無線アンテナ、磁気結合、電磁誘導、光学的方法がある。
【０２０９】
品質管理の点では、製造品の適切な規格を確実に維持するためにシステムが設けられる。製造では、製品品質を管理するために、発見、分析、改善、監視、実施及び検証の全ての方法を使用することができる。プロセスの制御のために、発見又は監視方法が提供され、必要に応じプロセスを修正するためのフィードバック経路が提供される。これは、プロセス中の任意の段階又はプロセスの終わりで行われる。プロセス中の監視は、問題を早期に識別し除去することによって、資源の無駄を減少させることができる。フィードバック信号を提供する検査方法は、人間による観察、機械的、音響的、電気的、電磁的又は光学的システムを含むことができる。
【０２１０】
高スループットのウェブベース及びシートベースの生産ラインを実現する際に直面する更に他の一の問題は、プロセス内の複数の段階を監視し制御するコンピュータ及び産業コントローラの能力が有限であることである。この問題は、品質管理と品質保証に影響を及ぼしスループットを制限する。
【０２１１】
従って、本発明の別の実施形態は、プロセス全体に分散された監視及び制御システムを含む。この実施形態によれば、個々の製造段階が、自己制御され、出力材料を検査して、合格又は不合格としてラベル付けするかプログラムし、それにより、その後又は他の別のコントローラが、この情報を読み取り、それに応じて材料を処理することができる。そのようなシステムの更に他の利点は、部分的に完成された材料のバッファ在庫をマシン識別し、製品プロセスのレベルと位置の記憶を辛抱強く計算処理することなく、この識別に従って後で正確に処理できることである。更に他の利点は、材料を手動で取り扱うと共に処理して、生産ラインに戻し、認識しそれに従って処理できることである。従って、このシステムは、材料がシステムに入ったときに材料を適切に認識し経路指定するので、専用の保管ラインと移送ラインを不要にする。この例は、例えば整備後に入力ポイントに戻される部分的に完成されたウェブベースのリール装填式生産であり、既に完了したプロセス段階は、ウェブ製品を認識し、ウェブ製品がそのプロセス内の次の予定された段階に達するまでウェブ製品を無視し、それにより、部分的に完全された製品に対応するための生産ラインに対する変更が不要になる。別の例は、不合格になったシートベース材料の手動修理であり、その材料を任意の段階で生産ラインに戻し認識し、その認識に従ってその次のプロセス段階に送ることができる。
【０２１２】
この実施形態の更に他の利点は、生産モジュールに障害が起きた場合に材料を自動的にバッファストレージに送り、モジュールが修理されるか交換されたときに戻すことができることである。この機能は、予備製造が行われる前に、次の処理による部分的に処理される在庫の損失を無くすことができる。
【０２１３】
更に別の利点は、生産コンピューティングシステムが、単に生産を管理するだけで制御せず、それにより動的柔軟性、高度な故障許容と故障回復、データ処理ボトルネックによって妨げられることのない高いスループットが可能になる。
【０２１４】
フィードバックシステムは、本発明によるプロセスの一部である。フィードバックは、任意の適切な形でプロセス全体の適切な位置に提供されてもよい。例えば、図３７に示したように、フィードバックは、各モジュールユニット内に提供されてもよい。この実施形態によれば、フィードバックは、例えば、材料又は処理タイプの選択、接合ローラの温度と圧力の制御、砕片と切断品質の光学的検査の提供、適切なフィルム張力の保証、材料速度と位置合わせの調整、適切な処理ステーションドウェル時間及び操作パラメータの保証等の複数の用途に使用することができる。
【０２１５】
また、適切な材料供給速度と材料タイプを保証し、検査ポイントとプロセスの間で制御信号を渡すモジュール間フィードバックが提供されてもよい。図３８と図３９は、処理モジュールの内部、個別プロセスの外部及び複数のプロセス間のフィードバックを有する基本的なフィードバックアーキテクチャの幾つかを示す。
【０２１６】
特定の検知方法の例には、次のようなものがある。
−前述の接合の考察で述べたような温度、圧力、時間、速度及びフィルム張力。
−前述の位置合わせの考察で述べたパターン認識。
−既知の画像との比較に基づいて製品構造を識別するパターン認識。
−チャネル完全性を観察する気体又は液体染料及び螢光の使用。
−温度、圧力、又は他の材料への露出等の特定の条件下で色又は螢光を変化させる表面被覆及び材料。
−ニューラルネットワーク、ファジイ論理、及び類似の適応性制御処理方法の使用。
【０２１７】
本発明によるプロセスは、製品の追跡と管理のために個々の構成要素の連続監視を可能にする。構成要素の識別は、例えば、可視光及び紫外線指標マーク、テキスト又はバーコード等の印刷方法、メモリ記憶を提供する半導体、又はＲＦＩＤ等の他の技術の使用等、任意の適切な方法によって提供することができる。
【０２１８】
パッケージング方法は、本発明によるプロセスにおいて容易に実施することができる。それは、パッケージング方法はフレキシビリティがあるだけでなく、実際のデバイス製造に使用される技術の幾つかもパッケージング産業で使用されるものと同じであるからである。部品（デバイスレベルの個別構成要素、複数の構成要素、又は構成要素のリールを含む）を任意に組み合わせるための従来のパッケージング技術には、顧客レベルパッケージングと出荷用パッケージングがある。場合によって、エチレンオキシド、ガンマ線、電子ビーム及びオートクレービングを含む殺菌が使用される。
【０２１９】
本発明を、本明細書に開示した各種実施形態との関連において説明したが、当業者であれば、具体的に述べていない追加、削除、修正、及び置換を、添付の特許請求の範囲に定義されたような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく行うことができることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０２２０】
【図１Ａ】汎用モジュール式生産ユニットを表わす図である。
【図１Ｂ】汎用生産セルを構成するように配置された３ｘ３生産ユニットを示す図である。
【図２】２ｘ３生産ユニットが直列に接続された２つの汎用生産セルを示す図である。
【図３】ブリスターパックを形成する例示的なウェブ生産システムを示す図である。
【図４Ａ】１１個の生産ユニットを有する汎用生産セルを示す図である。
【図４Ｂ】異なるモジュールユニットを有し、複雑な多層デバイスを製造するために単一生産ラインに配置された３つの生産セルを示す図である。
【図５】一方向カード生産ラインを示す図である。
【図６】複数回通過モジュールと複数生産アームを有するシート及びリール生産ラインを示す図である。
【図７】シート及びリール双方向生産ラインを示す図である。
【図８Ａ】オフライン移送段階とバッファストレージを有するシート及びリール双方向生産ラインを示す図である。
【図８Ｂ】独立した移送段階を処理するように接続された生産モジュールを有するシート及びリール生産ラインを示す図である。
【図９Ａ】層状マイクロ流体デバイスの個別の層を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示したマイクロ流体デバイスの組み合わせ層の上面図と側面図である。
【図１０Ａ】折り畳み式積層デバイスの例を示し、折り畳み部分を有する積層デバイスの側面図である。
【図１０Ｂ】折り畳み式積層デバイスの例を示し、デバイスの折り畳みを示す図である。
【図１０Ｃ】折り畳み式積層デバイスの例を示し、折り畳まれたデバイスの側面図である。
【図１１Ａ】個別又はトレー取り付けのバッチ式又は連続式に製造された部品を示す図である。
【図１１Ｂ】個別又はトレー取り付けのバッチ式又は連続式に製造された部品を示す図である。
【図１１Ｃ】個別又はトレー取り付けのバッチ式又は連続式に製造された部品を示す図である。
【図１２Ａ】カードデバイスへの射出成形部品の接合を示す図である。
【図１２Ｂ】カードデバイスへの射出成形部品の接合を示す図である。
【図１３Ａ】導波路構成要素を有するマイクロ流体デバイスの平面図である。
【図１３Ｂ】別々に製造された導波路構成要素のマイクロ流体デバイスへの組み込みを示す図である。
【図１４】角張ったエッジ構造のエンボス加工を示す図である。
【図１５】エンボス加工前に材料の大部分が除去された大規模構造のエンボス加工を示す図である。
【図１６Ａ】構造がエンボス加工層の厚さより小さい構造化プロセスを表わす図である。
【図１６Ｂ】エンボス加工構造がエンボス加工層より下の空隙に押し込まれる例を示す図である。
【図１７】レーザプロセスとエンボス加工プロセスが組み合わされた図である。
【図１８Ａ】２層に分割されたマイクロ流体構造の組み立てを示す図である。
【図１８Ｂ】２層に分割されたマイクロ流体構造の組み立てを示す図である。
【図１８Ｃ】２層に分割されたマイクロ流体構造の組み立てを示す図である。
【図１９】２つの犠牲ライナー層を有する単一層に適用されるリフトオフ技術を示す図である。
【図２０Ａ】部分的パターンによる両面機械加工の使用を示す図である。
【図２０Ｂ】部分的パターンによる両面機械加工の使用を示す図である。
【図２０Ｃ】部分的パターンによる両面機械加工の使用を示す図である。
【図２０Ｄ】部分的パターンによる両面機械加工の使用を示す図である。
【図２１】多層構造内のビア形成を示す図である。
【図２２】張り合わせ層の間の拡散による相互接続形成を示す図である。
【図２３】箔押し構成を示す図である。
【図２４Ａ】スマートカード電極を有するデバイス上の導電性トラックの層状化を示す図である。
【図２４Ｂ】スマートカード電極を有するデバイス上の導電性トラックの層状化を示す図であり、断面図は、接合の前と後の電気層とカード構成要素を示す図である。
【図２５Ａ】位置合わせに使用される回折形成構造の上面図である。
【図２５Ｂ】回折形成構造の側面図である。
【図２６】幾つかの層にわたる位置合わせに使用される発生された回折パターンを示す図である。
【図２７】平行線からできたモアレパターンを示す図である。
【図２８】円形パターンからできたモアレパターンを示す図である。
【図２９】単一段階接合手順から不十分に形成された接合を示す図である。
【図３０】多段階接合手順で形成された図２９の同じ構造を示す図である。
【図３１】機械加工層における支持されていない切り抜きの消失を示す図である。
【図３２Ａ】機械加工プロセス中の支持材料の使用を示す図である。
【図３２Ｂ】機械加工プロセス中の支持材料の使用を示す図である。
【図３３】同一基板上の層状デバイス間の平面内の逃がし構造を示す図である。
【図３４】同一基板上の層状デバイス間の平面外の逃がし構造を示す図である。
【図３５】多層材料を接合する機械式連結方法を示す図である。
【図３６】導波路形成用のチャネルの充填を示す図である。
【図３７】プロセスモジュールのまわりの単純な制御ループ構成を示す図である。
【図３８】プロセスモジュールの内部と外部のフィードバックを有する制御ループ構成を示す図である。
【図３９】個別処理モジュールと複数処理モジュールのまわりのフィードバックを有する制御ループ構成を示す図である。
【図４０Ａ】スタンピング法によって製造された多層回路の断面図である。
【図４０Ｂ】スタンピング法によって製造された多層回路の断面図である。
【図４０Ｃ】スタンピング法によって製造された多層回路の断面図である。
【図４０Ｄ】スタンピング法によって製造された多層回路の断面図である。
【図４１Ａ】スタンピング法により回路を製造する生産ラインの例を示す図である。
【図４１Ｂ】スタンピング法により回路を製造する生産ラインの例を示す図である。
【図４１Ｃ】スタンピング法により回路を製造する生産ラインの例を示す図である。
【符号の説明】
【０２２１】
１  モジュール式生産ユニット
２  材料入力
３  制御入力
４  出力
【図１Ａ】
2009524170.tif 000006
【図１Ｂ】
2009524170.tif 000007
【図２】
2009524170.tif 000008
【図３】
2009524170.tif 000009
【図４Ａ】
2009524170.tif 000010
【図４Ｂ】
2009524170.tif 000011
【図５】
2009524170.tif 000012
【図６】
2009524170.tif 000013
【図７】
2009524170.tif 000014
【図８Ａ】
2009524170.tif 000015
【図８Ｂ】
2009524170.tif 000016
【図９Ａ】
2009524170.tif 000017
【図９Ｂ】
2009524170.tif 000018
【図１０Ａ】
2009524170.tif 000019
【図１０Ｂ】
2009524170.tif 000020
【図１０Ｃ】
2009524170.tif 000021
【図１１Ａ】
2009524170.tif 000022
【図１１Ｂ】
2009524170.tif 000023
【図１１Ｃ】
2009524170.tif 000024
【図１２Ａ】
2009524170.tif 000025
【図１２Ｂ】
2009524170.tif 000026
【図１３Ａ】
2009524170.tif 000027
【図１３Ｂ】
2009524170.tif 000028
【図１４】
2009524170.tif 000029
【図１５】
2009524170.tif 000030
【図１６Ａ】
2009524170.tif 000031
【図１６Ｂ】
2009524170.tif 000032
【図１７】
2009524170.tif 000033
【図１８Ａ】
2009524170.tif 000034
【図１８Ｂ】
2009524170.tif 000035
【図１８Ｃ】
2009524170.tif 000036
【図１９】
2009524170.tif 000037
【図２０Ａ】
2009524170.tif 000038
【図２０Ｂ】
2009524170.tif 000039
【図２０Ｃ】
2009524170.tif 000040
【図２０Ｄ】
2009524170.tif 000041
【図２１】
2009524170.tif 000042
【図２２】
2009524170.tif 000043
【図２３】
2009524170.tif 000044
【図２４Ａ】
2009524170.tif 000045
【図２４Ｂ】
2009524170.tif 000046
【図２５Ａ】
2009524170.tif 000047
【図２５Ｂ】
2009524170.tif 000048
【図２６】
2009524170.tif 000049
【図２７】
2009524170.tif 000050
【図２８】
2009524170.tif 000051
【図２９】
2009524170.tif 000052
【図３０】
2009524170.tif 000053
【図３１】
2009524170.tif 000054
【図３２Ａ】
2009524170.tif 000055
【図３２Ｂ】
2009524170.tif 000056
【図３３】
2009524170.tif 000057
【図３４】
2009524170.tif 000058
【図３５】
2009524170.tif 000059
【図３６】
2009524170.tif 000060
【図３７】
2009524170.tif 000061
【図３８】
2009524170.tif 000062
【図３９】
2009524170.tif 000063
【図４０Ａ】
2009524170.tif 000064
【図４０Ｂ】
2009524170.tif 000065
【図４０Ｃ】
2009524170.tif 000066
【図４０Ｄ】
2009524170.tif 000067
【図４１Ａ】
2009524170.tif 000068
【図４１Ｂ】
2009524170.tif 000069
【図４１Ｃ】
2009524170.tif 000070
【国際調査報告】
2009524170.tif 000071
2009524170.tif 000072
2009524170.tif 000073
2009524170.tif 000074
2009524170.tif 000075