(57)【要約】      （修正有）【課題】均一または不均一な３Ｄ付加構築工程を使った、複雑な電子的および／または機械的な構造、装置、および構成要素の製作、特に、無電解および／または電解金属化を含む選択的金属化工程の提供。【解決手段】３次元装置を製作する方法であって、３次元印刷を使って第１のポリマー材料１２を積層する工程と、３次元印刷を使って、第１のポリマー材料と対比し、選択的に金属化されることが可能である、第２のポリマー材料１３を積層する工程と、除去可能な犠牲材料を積層する工程と、前記犠牲材料を除去して少なくとも１つの空隙を前記第１ポリマーと第２のポリマーとの間の位置に設け、前記第２のポリマー材料を有する金属化可能な中心導体コアと、前記第２のポリマー材料を有する金属化可能な外側導体コアとを有する同軸構造を製作する工程と、金属化可能な中心導体コアおよび外側導体コアの表面上に金属を積層する工程とを有する方法。【選択図】図１Ａ
2018149813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元装置を製作する方法であって、
３次元印刷を使って第１のポリマー材料を積層する工程と、
３次元印刷を使って第２のポリマー材料を積層する工程であって、前記第２のポリマー材料は、前記第１のポリマー材料と対比し、選択的に金属化されることが可能である、前記第２のポリマー材料を積層する工程と、
除去可能な犠牲材料を積層する工程と、
前記犠牲材料を除去して少なくとも１つの空隙を前記第１ポリマーと第２のポリマーとの間の位置に設け、前記第２のポリマー材料を有する金属化可能な中心導体コアと、前記第２のポリマー材料を有する金属化可能な外側導体コアとを有する同軸構造を製作する工程と、
記金属化可能な中心導体コアおよび前記外側導体コアの表面上に金属を積層する工程と
を有する方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記第１および第２のポリマー材料を積層する工程は、前記中心導体コアと前記外側導体コアとの間に設けられ、前記第１のポリマー材料を有する支柱を製作する工程を有するものである方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の方法において、前記第１および第２のポリマー材料を積層する工程は、前記外側導体コアの各壁内に配置された第１および第２の端部を有する支持バーであって、前記中心導体コアの下に設けられ、前記外側導体コア内で当該中心導体コアを支持するものである、前記支持バーを製作する工程を有するものである方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法において、前記第２のポリマー材料は、選択的に金属化可能な表面を有するものである方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、
無電解金属化または電解金属化のどちらか一方のための金属化触媒を受容するように前記選択的に金属化可能な表面を処理する工程を有するものである方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、前記処理する工程は、膨張、エッチング、酸化、プラズマ処理、および金属化触媒との接触のうちの少なくとも１つ若しくはそれ以上である方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法において、前記ポリマー材料のうちの少なくとも１つは、金属化可能な成分を有するものである方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法において、
前記第２のポリマー材料を無電解的に金属化する工程を有するものである方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法において、
前記第２のポリマー材料を電解的に金属化する工程を有するものである方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の方法において、前記第１および第２のポリマー材料のうちの少なくとも１つは、伝導性ポリマーを有するものである方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法において、
前記第２のポリマー材料の表面上に金属コーティングを設ける工程を有するものである方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法において、前記３次元印刷は光造形法を有し、当該光造形法工程中の選択された段階で、液体モノマーまたはポリマーが、異なる液体モノマーまたはポリマーで置き換えられるものである方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子産業などで使用される電子的および／または機械的な構造、構成要素、および装置の製作に関する。特に、本発明は、電子的および／または機械的な構造、構成要素、および装置の３次元製作において均一または不均一な材料を使用する工程に関する。また、本発明は、無電解および／または電解金属化を含む選択的金属化工程に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子的および／または機械的な構造を製作する改善された方法は、現在も電子産業および他の産業を推進している。装置には、複雑化および小型化の進む構成要素がますます多く追加されている。その結果、製作技術は、より高い機能を有するとともに装置内および装置に使用される基板上でより小さい空間を占める電子的および／または機械的な構成要素および／または部品を提供するよう要求されている。マイクロメカトロニクス、マイクロセンサ、例えば多軸ジャイロスコープ、電気回路、マイクロ波回路、および導波回路の分野は、急速に前進している。そのような装置においてカスタマイズを実現しながら妥当なコストでの製造を可能にする能力は、いまだ課題として残されている。大半の産業用成形（ｓｈａｐｉｎｇおよびｆｏｒｍｉｎｇ）および製造工程は、装置をほぼ直接複製してはじめて経済的なものとなる。例えば、家庭用電化製品は、ほぼ同一の複雑な集積回路を百万個単位で生産した場合、妥当な価格になる。しかし、多くの分野では、現在も不均一な材料でカスタム３Ｄ部品を製造する能力が実現しづらく、寸法の正確度および精度、材料の多様性、サイズのスケーリング（例えばミクロンからメートルまで）にかかる多大な犠牲および／または他の制限により、大半の直接３Ｄ製造は、例えば新規性、工学的理解、またはマーケティングのためプラスチック試作品を作製するにも、採算が取れないほどコスト高になり、非実用的で、あるいは使用分野が限定されたものとなってしまっている。
【０００３】
マイクロメカニクスにおいて、小さい構成要素を作製する工程は付加的な工程、例えば旋削またはフライス加工作業より除去に主軸が置かれることが多く、そのような装置は、通常、一度に１つずつ作製される。あるいは、金型成形が使用されるが、部品の複雑さおよび作製可能な数が制限され、通常、材料の多様性も限られる。例えば射出成形において、プラスチック、金属、およびセラミック部品を同じ成形操作で作製できることは期待されない。非常に精度および正確度の高い構成要素および装置の製作用に生み出された工程では、従来、フォトリソグラフィ工程および積層および／またはエッチング工程に主軸が置かれる。例えば、集積回路および回路基板用の従来の薄膜金属化パターニングでは、一時的なフォトレジストを金属層上にパターン化したのち、露光された金属をエッチングし、次いで前記フォトレジストを除去して金属パターンを残す。あるいは、露光されるフォトレジスト領域に金属をめっきしたのち、フォトレジストを除去し、フラッシュエッチングして金属パターンを残す。パターンの厚さは、エッチングの場合、元の金属層の厚さに制限され、金属めっきの場合、フォトレジストの厚さに制限される。
【０００４】
現在の製作工程には、例えば一般に光画像形成性誘電体（ｐｈｏｔｏｉｍａｇｅａｂｌｅ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ：ＰＩＤ）として知られる永久レジストが含まれる。そのような材料は、特に電子的な構成要素および／または装置の永続的な一部である場合、低い誘電率および低い誘電損失を有することが望ましい。それらは、液体組成物で、または乾燥膜を使って、非選択的に基板にコーティングされ、その基板全体を覆う。それらを使用すると構造を光画成でき、そのＰＩＤは、硬化させると、電子的および／または機械的な構成要素および／または装置の永続的な一部になる。硬化済みＰＩＤの表面の接着度を促進し、触媒化すると、レジストの表面上に金属を積層できるようになる。
【０００５】
一部の工程では、一時的なフォトレジストを金属化でき、またはレジストがその金属化の鋳型として作用可能である。これに続いてレジストが除去されて金属構造が残り、空気が誘電体として作用する。また、多くの構造は、誘電材料および／または伝導性材料、例えば金属の層を１より多く必要とする。著しく複雑な装置を作製するには、望ましいサイズ、規模、および解像度に応じ、数十、数百、または場合により数百万の層が必要になる。さらに、ＰＩＤを使用してそのような装置を作製すると多大な制限が生じる。ＰＩＤの層が画像形成されて構造を形成した後、液体または乾燥膜のどちらか一方から均一に適用される第２の層により構造内の空間を平坦化または充填することは、特に前記空間が第２の層の厚さ以上の規模である場合、困難である。また、これらの方法ではＰＩＤを１つの均一な厚さでしか適用できないため、様々な特定の望ましい厚さを有する構造を作製できないという別の制限が生じる。さらに別の制限は、ＰＩＤでは選択的な金属化ができないことである。ＰＩＤ表面の接着度促進および触媒化は非選択的であるため、選択された表面セットでなく、すべての露出面が金属化される。
【０００６】
現行技術のさらに別の制限は、サイズ、機能、および正確度が実質的に異なる構造を作製できず、また現在公知の他の成形技術と比べ、許容範囲内の両特性を有する必要な材料多様性を提供できる構造を作製できないことであり、例えば薄膜形成、めっき、焼結などの手段で達成できる金属、誘電体、および一部のポリマー材料の特性を提供できる工程を見出す可能性は限られている。材料に多様性がない場合でも、バルク成形その他の成形方法で利用できる材料に比べると、３Ｄ印刷工程で利用可能な材料は、それ自体、材料特性が損なわれていることが多い。これは、特に３Ｄ印刷工程で複数の構成要素から成る構造を作製しようとする場合にあてはまる。例えば、３Ｄ印刷または金属化した導体の特性については、真空蒸着またはめっきした場合と比べ、導電率または熱伝導率が許容範囲より低いことがある。セラミックスなどの誘電体、または場合によりポリマー組成物については、誘電率、誘電損失、および密度などの特性が、許容されない程度まで損なわれる。そのため、十分大きな望ましい材料特性セットを有する望ましい材料で適切な多様性を実現することも、望ましい機能的装置を多数作製することも、例えば、電子的および／または機械的な装置に装着される多数の構成要素の、完全に機能的な３Ｄ印刷バージョンを多数作製することも、ほぼ困難であることが実証されるおそれがある。例えば、回路基板を作製するには、適切な導電体および適切な非導電体の双方をパターン化したものが必要とされる。また、最終装置では、その金属または導体がはんだ付けベースの装置装着を受容できること、そしてそれに隣接した非導体がこの工程に伴う温度に耐えられることが重要である。めっきした金属に見られる金属特性をもたらせる３Ｄ印刷工程を見出し、かつ、同じ工程で、前記印刷した金属に適切に接着し許容範囲内の分解温度、耐薬品性、および他の適切な誘電特性を有する誘電体を見出すことは、現在利用可能な３Ｄ印刷工程では難しい。
【０００７】
現行の工程は、基板の有する構成要素または他の要素がその基板上または基板内にすでに製作されている場合、特にそのトポロジーが層の厚さに対し実質的に非平面状である場合、ほとんど役に立たない。また、基板の多くは、製作に必要な溶剤または加熱工程に対し、感受性が高い。これらの装置を多数の構成要素とともに作製する代替方法としては、ピックアンドプレース工程などがあり、その場合、構成要素は「オフライン」で作製されたのち、電子的および／または機械的な装置上に組み立てられる。その典型的な例は、キャパシタ（コンデンサ）、抵抗、およびインダクタのほか、磁性構成要素などである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上からわかるように、電子的および／または機械的な構成要素および他の物を製造するため電子および機械構造を製作する現行の方法には制限がある。そのため、様々なサイズ、厚さ、および材料で電子的および／または機械的な構造の製作を可能にし、選択的な金属化を可能にする製造用装置および方法（基板に装置が搭載済みであっても非破壊的な態様で利用できる装置および方法を含む）が必要とされている。  
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の実施形態において、本特許出願は、３次元の電子的および／または機械的な構造を製作する方法について開示し、特許を請求しており、これは、３次元印刷方法を使って、金属化可能な組成物を有する少なくとも１つの誘電材料を選択的に積層する工程と、前記金属化可能な誘電材料上に選択的に金属を積層する工程とにより行う。前記積層された誘電材料は、金属化組成物を有するが、さらに光画像形成性の組成物で作製し、および／またはリソグラフィ工程、例えば密着焼付け、投影焼付け、直接書き込み印刷、および／または他のリソグラフィ工程を使ってパターン化することができる。
【００１０】
第２の実施形態において、本特許出願は、３次元の電子的および／または機械的な構造を製作する方法について開示し、特許を請求しており、これは、３次元印刷方法を使って、金属化組成物を有する少なくとも１つの誘電材料を選択的に積層する工程と、金属化組成物を有さない少なくとも１つの誘電材料を積層する工程と、前記金属化可能な誘電材料上に選択的に金属を積層する工程とにより行う。
【００１１】
第３の実施形態において、本特許出願は、３次元の電子的および／または機械的な構造を製作する方法について開示し、特許を請求しており、これは、上記２つの実施形態と同様であるが、さらに、金属化可能な組成物を有する犠牲材料を積層する工程と、前記犠牲材料を選択的に金属化する工程と、前記犠牲材料を除去する工程とを有する。前記犠牲材料は、リソグラフィ工程、例えば密着焼付け、投影焼付け、直接書き込み印刷、および／または他のリソグラフィ工程を使って画像形成できる光画像形成性の材料から成るものであってよい。前記犠牲材料の除去は、有機溶剤、水溶性溶剤、および／または熱的蒸発により行うことができ、これには任意選択的に機械的な補助、例えば超音波処理（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を含めることができる。
【００１２】
さらに別の実施形態において、本特許出願は、３次元の電子的および／または機械的な構造を製作する方法について開示し、特許を請求しており、これは、３次元印刷方法を使って１つの誘電材料を選択的に積層する工程と、３次元印刷を使って第２の誘電材料を選択的に積層する工程と、めっき触媒により前記誘電材料の１つを選択的に触媒化する工程と、前記触媒化された誘電材料上に選択的に金属を積層する工程とにより行う。前記誘電材料の一方または双方は、光画像形成性であってよく、リソグラフィ工程、例えば密着焼付け、投影焼付け、直接書き込み印刷、および／または他のリソグラフィ工程を使って画像形成できる。
【００１３】
さらに別の実施形態において、本特許出願は、前段落の実施形態の３次元の電子的および／または機械的な構造を製作する方法について開示し、特許を請求しているが、さらに、上記２つの実施形態と同様であるが、さらに、金属化可能な組成物を有する犠牲材料を積層する工程と、前記犠牲材料を選択的に金属化する工程と、前記犠牲材料を除去する工程とを有する。前記犠牲材料は、光画像形成性の材料から成るものであってよく、リソグラフィ工程、例えば密着焼付け、投影焼付け、直接書き込み印刷、および／または他のリソグラフィ工程を使って画像形成できる。前記犠牲材料の除去は、有機溶剤、水溶性溶剤、および／または熱的蒸発により行うことができ、これには任意選択的に機械的な補助、例えば超音波処理を含めることができる。
【００１４】
さらに別の実施形態では、上記の全実施形態が、選択された複数の層で積層されることにより、電子的および／または機械的な構造の順次構築であって、前記層は金属材料と、犠牲材料と、誘電材料とのうちの１若しくはそれ以上を有する順次構築をもたらし、それにより前記基板の上に構造を成形する。
【００１５】
上記の諸実施形態において、前記３次元印刷方法は、例えば光造形法、２光子光造形法、インクジェット、ホットメルト押出成形による製作、および／または粉末焼結積層造形であってよい。
【００１６】
これらの全実施形態および各々の変形形態は、共通点として、第２の誘電体と併せ、また関連付けて、選択的に金属化可能な誘電体を使用することができ、これにより金属−誘電体および金属−誘電体−空隙の混合構造を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明の例示的な実施形態に関する上記の要約および下記の詳細な説明は、以下の添付の図面と併せて読むとさらによく理解される。
【図１Ａ】図１Ａ〜１Ｇは、本発明に係る例示的な工程、装置、および材料を概略的に例示した図であり、本発明は、本発明の３Ｄ印刷工程の具体例の１つにすぎないインクジェット印刷または他の材料ディスペンサにより例示される。    図１Ａは、２つの異なる材料１２、１３を印刷して第１および第２の構造１４、１５を基板１６上に設ける２つのプリントヘッド１０、１１を概略的に例示した図である。
【図１Ｂ】図１Ａ〜１Ｇは、本発明に係る例示的な工程、装置、および材料を概略的に例示した図であり、本発明は、本発明の３Ｄ印刷工程の具体例の１つにすぎないインクジェット印刷または他の材料ディスペンサにより例示される。    図１Ｂは、図１Ａの前記第２の構造１５上にさらに金属１７が選択的に積層される場合を概略的に例示した図である。
【図１Ｃ】図１Ａ〜１Ｇは、本発明に係る例示的な工程、装置、および材料を概略的に例示した図であり、本発明は、本発明の３Ｄ印刷工程の具体例の１つにすぎないインクジェット印刷または他の材料ディスペンサにより例示される。    図１Ｃは、第２の構造２５のインクジェット印刷を概略的に例示した図で、図１Ａと同様な態様であるが、基板上に直接ではなく、金属層２０上に印刷している。
【図１Ｄ】図１Ａ〜１Ｇは、本発明に係る例示的な工程、装置、および材料を概略的に例示した図であり、本発明は、本発明の３Ｄ印刷工程の具体例の１つにすぎないインクジェット印刷または他の材料ディスペンサにより例示される。    図１Ｄは、図１Ｃの前記第２の構造２５上にさらに金属２２が積層される場合を概略的に例示した図である。
【図１Ｅ】図１Ａ〜１Ｇは、本発明に係る例示的な工程、装置、および材料を概略的に例示した図であり、本発明は、本発明の３Ｄ印刷工程の具体例の１つにすぎないインクジェット印刷または他の材料ディスペンサにより例示される。    図１Ｅは、図１Ｄの前記第２の構造２５の前記インクジェットで積層された材料が除去されて、自立金属構造２８を残した場合を概略的に例示した図である。
【図１Ｆ】図１Ｆおよび１Ｇは、図１Ｃ〜１Ｄと同様な方法とその結果得られる構造を概略的に例示しているが、前記第２の構造２５上に設けられた犠牲材料１８を有し、これにより当該犠牲材料の位置における金属化が防止され、金属化後に前記第２の構造２５の除去を促進する排出穴がもたらされる。
【図１Ｇ】図１Ｆおよび１Ｇは、図１Ｃ〜１Ｄと同様な方法とその結果得られる構造を概略的に例示しているが、前記第２の構造２５上に設けられた犠牲材料１８を有し、これにより当該犠牲材料の位置における金属化が防止され、金属化後に前記第２の構造２５の除去を促進する排出穴がもたらされる。
【図２】図２は、本発明の３Ｄ印刷工程、装置、および材料の具体例として、ホットメルト押出成形による製作の使用を概略的に例示したものであり、プリントヘッド３０が基板３５上に材料３３を積層する。
【図３】図３は、本発明の３Ｄ印刷工程、装置、および材料の具体例として、光造形法の例示的工程を概略的に例示したものであり、液体モノマー３４を含む浴３２内に基板３０が配置され、露光装置３６により前記モノマーに硬化照射３８が行われて、硬化された構造４０がもたらされ、この工程が多数回繰り返されて３Ｄ構造が作製される。
【図４】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図５】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図６】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図７】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図８Ａ】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図８Ｂ】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図９】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図１０】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図１１】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図１２】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図１３】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図１４】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図１５】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図１６】図４〜１６は、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図１７】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図１８】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図１９】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図２０】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図２１】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図２２】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図２３】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図２４】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図２５】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図２６】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図２７Ａ】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図２７Ｂ】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図２８】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図２９Ａ】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図２９Ｂ】図１７〜２９Ｂは、３次元多層同軸ケーブル製作のための、本発明に係る例示的な３Ｄ印刷工程および構造の断面図を概略的に例示したものである。
【図３０】図３０は、図１６の構造に使用する代替支持構造を概略的に例示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、３次元（３Ｄ）コンピュータまたは３Ｄデジタル設計のデジタル情報から物体自体へと３Ｄ物体を作製する方法として、３次元（３Ｄ）付加構築製造（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｂｕｉｌｄ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）を少なくとも部分的に利用して実施（実装）される工程および装置に関する。本発明は、その一態様において、単純で複雑な電子的および／または機械的な構造とそれらの成形工程とに関する。特筆すべき一態様において、本発明は、伝導性がありミクロン規模、例えばマイクロ波回路および導波回路の公差および正確度を伴う構造を有する装置に関する。この点で、本発明は、そのような伝導構造を３Ｄ付加構築製造により作製する新規性のある方法であって、小寸法で許容性が高く適切なバルク電気・熱伝導率特性を有し３Ｄ付加構築製造で作製される伝導構造の提供に関する現在の課題を克服する方法を提供する。特に、本発明は、後述する３Ｄ付加構築工程により提供される選択的金属化工程および材料と非伝導構造とを使って、複数構造および／または複数構成要素を含んだ装置環境内に、ミクロン規模の正確度で伝導構造を提供する。本明細書において、「選択的金属化」とは、１つの材料が金属化工程または金属化触媒下におかれると第２の材料に結合するが、双方の材料が同じ金属化工程下におかれた場合はその結合が生じない能力を意味する。そのため、選択的金属化では、選択された構造が金属化されるとともに、全体的な装置またはシステムアーキテクチャ内の他の構造は金属化されないようにできる。この選択性には、いくつかの動機が見いだされている。
【００１９】
その動機の１つとして、最高の正確度および公差を伴う３Ｄ印刷方法の一部、例えば光造形法では、光硬化したモノマーまたはポリマーで成形が行われる傾向がある。ただし、導電性ポリマーを使用したとしても、通常、その伝導性ポリマーが密な金属、例えば銀または銅のバルク導電率を提供できることはない。大半のプラスチック表面は金属で、例えば無電解めっきによりコーティングできるが、現行の精密技術を使って金属をコーティングする位置としない位置を選択することは、十分な寸法がある平坦で滑らかな外面にマスキングなどを追加する場合を除いて不可能である。そのため、本発明によれば、略バルク伝導率を伴う積層材料を望ましい場所に成長および接着させ、または後期熱処理など他の手段を通じてこれを行う必要性が認識されている。
【００２０】
付加製造または３Ｄ印刷を実施する上で利用できる種々の技術について述べると、３Ｄ付加構築製造には、粉末焼結積層造形（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ：ＳＬＳ、別称「選択的レーザー焼結」）、光造形法（ＳｔｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ：ＳＬＡ）、およびマイクロ光造形法などの付加製造方法が含まれるようになった。他の付加製造方法としては、薄膜積層法（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ  Ｏｂｊｅｃｔ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：ＬＯＭ）、熱溶解積層法（Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ：ＦＤＭ）、マルチジェットモデリング（ＭｕｌｔｉＪｅｔ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ：ＭＪＭ）、およびインクジェットなどがある。これらの方法の多くは重複する分野も多く、作製する１つまたは複数の物体の要件により定義される材料、公差、サイズ、数量、正確度、費用構造、限界寸法、および他のパラメータに基づき、必要に応じて前記方法を選択できる。また、３Ｄ付加構築製造は、例えば３Ｄ印刷を含む種々の名称で知られるようになった。そのため、本明細書における用語「３Ｄ付加構築製造」および「３Ｄ印刷」は、同義的に使われる。
【００２１】
３次元（３Ｄ）印刷は、積層造形（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）または付加製造（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）技術の一形態であり、その場合、３Ｄ物体は材料の連続層を精確な位置に敷設または形成して製作される。そのため、インクジェットも熱溶解積層もマルチジェットも、すべて３Ｄ印刷の形態である。３Ｄプリンタは、機械的および／または物理的な特性の異なる複数の材料からなる構造を単一の構築工程で印刷する能力があり、３Ｄコンピュータファイルから得られる一連の断面を構築方向へ構築するよう動作する。次に、各断面層は、順次重なるように印刷され、３Ｄ物体を生じる。（用語「層」（ｌａｙｅｒ）は、本明細書で使用される場合、１若しくはそれ以上のレベル、すなわち潜在的にパターン化される層（ｓｔｒａｔａ）を意味し、必ずしも連続した平面を意味するわけではない。
【００２２】
あるいは、３Ｄプリンタで液体を押出成形して３Ｄ物体を作製することもでき、その液体は、温度変化、あるいは融解または重合などの化学的変化のどちらか一方により硬化する。そのため、一部のケースで層ごとの構築を使用できる一方、ベクトルベースの構築も使用でき、その場合は、作製する部品、機械の物理的性質、材料の化学的性質、および他の製造上考慮すべき点に基づき、平面の両側で３Ｄの動きが決定される。材料を供給する「プリントヘッド」の面内ラスタリングおよび面外運動、または同じ「プリントヘッド」について、感光性の液体内における光の限界焦点体積（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｆｏｃａｌ  ｖｏｌｕｍｅ）の３Ｄ座標の調整と（ひいては、その位置の３Ｄ座標から立体的「ボクセル」への変換）は、どちらも、運動および反復を通じて、目標とされる何らかの物理的な寸法、形状、およびサイズを伴う３Ｄ物体を成形できる方法である。
【００２３】
３Ｄ印刷を行うには、いくつかの技術が利用できる。それらの主な違いは、層を構築して物体を作製する方法にある。一部の方法では融解またはリフローを使って層を作製し、例えば「粉末焼結積層造形法」では、１若しくはそれ以上のレーザーが粒子床の粒子を選択的に融解する。各断面が作製されると、その頂部に新たな粉末層が適用され、望ましい３Ｄ構造が得られるまで、この工程が繰り返される。望ましい特性に応じ、各粉末層を同じものにしても、異なる粉末の層を適用してもよい。各粉末層は、均一にしても、セクションごとに異なる材料にしてもよいため、特性および／または機能性の異なる物体を得る能力がもたらされる。この技術は、溶融プラスチック層および／またはプラスチック物体、または金属層および／または金属物体、またはセラミック層および／またはセラミック物体を生成する上でも役立つ。金属構造の場合は、金属粉末床が提供されたのち、レーザーが照射される。電子機器および機械機構内の機能的物体の多くには、金属、セラミック、プラスチック、半導体などのうち１より多くを含む材料の組み合わせが望まれる。そのため、そのような工程では、上記のように材料タイプが非常に不均一な３Ｄ装置を構成または構築する場合、要因、例えば応力、収縮、ＣＴＥ、物質凝集、および材料間の界面接着を管理することが望ましい。
【００２４】
３Ｄ印刷による別の付加製造方法は、「ホットメルト押出成形による製作」で、その場合は、ペレットおよび／またはフィラメントとして供給される材料が液化され、１若しくはそれ以上の押出成形ヘッドにより積層される。それらのペレットおよび／またはフィラメントは同じものでも異なるものでもよく、押出成形前に、または押出成形中に、融解および混合できる。
【００２５】
他の方法としては、液体材料を適用して、インクジェット印刷を含む種々の技術で硬化させる方法などがある。３Ｄ構造の場合は、「インクジェット」が積層を行い、例えば、各層はミクロンから数十ミクロン若しくはそれ以上の厚さになる。それらの層は、工程が進むとともに、例えば乾燥により硬化する。あるいは、部分的に、インクジェット印刷の層は、一度に１層ずつ適用し、硬化させることができる。１若しくはそれ以上の印刷ヘッドを使うと、同様な若しくは異なる材料を使って、基板上に構造を構築することができる。もう１つのインクジェット印刷技術では、粉末床にインクジェットでバインダー（結合剤）を適用し、粉末を結合させて固体層にする。この工程は、望ましい３Ｄ物体が得られるまで続く。
【００２６】
液体材料を使う別の付加製造方法は、光造形法で、その場合、バット（ｖａｔ）内の液体ポリマーまたは液体ポリマーの層に光が当てられる。液体ポリマーの露光領域は、硬化して固体層になる。固体層領域が製作された時点で、基板が小寸法の増分だけ下方に移動され、前記液体ポリマーは、再び露光される。この工程は、モデルが構築されるまで繰り返される。次に、前記液体ポリマーがバットから排出されて、固体モデルが残される。また、この方法では、構築工程中の種々の段階で前記液体ポリマーを異なる液体ポリマーで置き換えられるため、異なる用途に異なる特性を伴った異なる材料を使用することができる。
【００２７】
他の技術としては２光子光造形法などがあり、その場合、１つのレーザーを集光して３Ｄゲルを生じることにより、３Ｄ構造が得られる。これに続けて、前記ゲルの望ましいセクションを硬化させて固体にする第２のレーザーが照射され、未硬化のゲルは洗い流される。
【００２８】
電子的および／または機械的な構造の３Ｄ製作に有用な材料としては、誘電材料、例えばＡＢＳ、ポリアクリレート、ＢＣＢ、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリシリコン材料、および電子的および／または機械的な構造製作用の誘電体として有用であることが当該技術分野で知られている他の材料などがあるが、これに限定されるものではない。ポリマーが現行の３Ｄ印刷技術を使って最も積層しやすい材料である一方、電子構成要素で一般に見られるのは、半導体、セラミックス、および金属である。粉末焼結積層造形法は、現在、略バルク状態の密度の金属をもたらす数少ない付加製造技術の１つであるが、その正確度および解像度は、ジェット積層または押出積層による３Ｄプリンタと比べて低い。ただし、これらの材料は、混合物、例えばナノ材料ペーストまたはバインダー中の組成物として３Ｄ印刷できる。直接的な熱的構成要素、例えばレーザー焼結を有する３Ｄ印刷技術は、多くの場合、最終的な構造材料をもたらすが、他のアプローチ、例えば最終的な印刷済み構造をベークしてバインダーおよび一定のポリマー成分を除去するものも、最終的に望ましい材料特性を得るするため同様に使用できる。例えば、ポリマーを熱処理して溶剤を除去し、固体を残すことは可能であり、またはポリマー・セラミック複合材料を熱処理してポリマーを分解し、セラミックを残すこともできる。それらの材料は、単独で使用することも、インクジェット組成物に配合することもでき、あるいはホットメルト押出成形用途の融解可能な固体として、または光造形法用途のモノマー材料（単量体材料）、ポリマー材料、または材料混合物として使用することもできる。
【００２９】
他の有用な材料は、付加製造すなわち３Ｄ印刷工程により適用して、硬化工程、例えばエポキシ、ノボラック、メラミン、ポリビスフェノールＡのグリシジルエーテル、またはこれらの組み合わせ、および熱硬化、光硬化、またはこれらの組み合わせを必要とする他の架橋結合系でさらに処理できる。これら材料の一部では、前記硬化工程における１若しくはそれ以上の硬化触媒、例えば光酸発生剤、熱酸発生剤、光塩基発生剤、および／または熱塩基発生剤が、反応を補助する。望ましい特性に応じ、３Ｄ印刷用の材料は、１若しくはそれ以上の有用な印刷組成物と組み合わせることができる。
【００３０】
一部の実施形態において、前記３Ｄ印刷すなわち付加製造用の組成物は、「金属化可能な組成物」を有する。これらの組成物は、金属化触媒を含み、またはこれに選択的に結合することができ、前記金属化触媒により、湿式化学工程または気相工程を使った金属の積層が可能になる。金属化触媒としては、例えば処理中に活性化してパラジウム触媒になるパラジウム−スズ合金などがある。他の触媒としては、熱処理、化学処理、またはプラズマ処理により活性化してパラジウム触媒にできる有機パラジウム材料などがある。一部の場合、金属化前駆体を積層中の誘電体に含めることができる。一部の場合には、触媒に吸着されず、吸収されず、または結合しない第２の材料と関連して、溶液から前記触媒に吸着され、吸収され、または結合しやすい材料が選択される。この実施形態では、前記材料が積層され、前記材料が任意選択的にエッチングされ、任意選択的に追加工程が適用されて、例えば少量のポリマーまたはバインダー材料を選択的に除去して触媒を残すプラズマエッチング工程で、触媒を濃縮する。触媒、例えば塩化パラジウム組成物を活性化させるため必要とされる付加的な処理、例えば還元剤の適用は、当該技術分野で知られている。次いで前記材料はめっきすることができる。
【００３１】
他の実施形態において、前記印刷組成物は、光画像形成性材料を有することができる。例えば、光画成可能な誘電材料、例えばポリビスフェノールＡのグリシジルエーテルまたは光酸発生剤システムを３Ｄ方法で適用したのち、フォトリソグラフィ技術、例えばフォトマスクを施し化学線を照射し適切な現像液を使って未照射材料を除去することにより、追加処理を行うことができる。この方法で２要素からなるパターニング工程が可能になり、その第１は３Ｄ積層によりもたらされるパターン、第２はフォトリソグラフィ工程で、３Ｄ構造の製造に比較的高い汎用性が得られる。他のフォトリソグラフィ材料は、例えば、アクリレート系、ＢＣＢ系、シリコンベースの系、および／またはノボラック系にも使用できる。
【００３２】
例えば、当該技術分野で知られた無電解金属化工程を使うと、金属、例えば銅、ニッケル、金、スズ、亜鉛、銀、パラジウム、スズ、鉛、アルミニウム、クロム、および／または合金を選択的に積層することができる。一部の実施形態において、前記金属化触媒を含む組成物は、表面がエッチングされて非触媒誘電材料の一部が除去されることにより、前記組成物の表面における触媒部位の数が増えて、めっきの改善が実現する可能性がある。例えば、前記金属化可能なプラスチックの表面上で触媒を濃縮するためのエッチング工程には、プラズマ工程、例えば酸素の存在下におけるプラズマエッチングを含めることができ、または湿式化学エッチングを含めることができる。
【００３３】
金属触媒を含まない他の誘電材料は、触媒化された誘電体とともに積層できる。これらは、インクジェットまたはホットメルト押出成形による印刷時、１より多くのプリントヘッドおよび／または順次、例えば光造形法を使用することにより、同時に積層でき、その場合、１つの材料が液体組成物で積層されると、その組成物が洗い流されて第２の液体組成物で置き換えられ、前記第２の液体組成物で積層が行われる。これにより、選ばれた構造が金属化される一方、他の構造は金属化されない選択的金属化が可能になる。
【００３４】
これまでのところ、３Ｄ印刷されたプラスチックモデルは、すべてプラスチック表面をめっきする技術、例えば無電解めっきおよび／または無電解めっき後の電解めっきにより金属化されている。しかし、金属化領域および非金属化領域の選択的な形成を可能にすると同時に金属化領域が積層材料で画成されるようにする方法は、まだ実証されていない。これは、レジストまたは塗料などの付加的なマスキング材料を物体に適用して金属パターンを生成するパターン化された金属化とは、対照的である。他の実施形態では、３Ｄ印刷方法を使って２つの誘電性組成物を基板上に積層でき、その誘電性組成物のうち一方だけはめっき触媒で触媒化したのちめっきが可能になり、他方には触媒を導入せず、同じ金属化工程を行ってもめっきは行われない。これは、１つの方法では、前記誘電性組成物の一方にめっき触媒が付着できる表面特性があると同時に、他方の誘電性組成物には触媒が付着できない場合、達成される。そのような付着性表面の例としては、表面が、例えばカルボン酸基、水酸基、および／または他の高極性基を伴い、および／または前記表面が多孔質で、その微孔により触媒を捕捉できる場合などがある。
【００３５】
あるいは、前記誘電性組成物の１つを従来のプラスチックめっき工程で処理し、例えば前記誘電体をわずかに膨張させエッチングしたのち、触媒浴に接触させて、その触媒が前記誘電体に対して付着性になるようにもできる。次いで、前記処理済みの誘電体にめっき浴でめっきが施される。積層される他方の誘電体は、前記触媒化工程、ひいてはめっき工程に影響されないよう選択される。選択した誘電体のめっきは、例えば、無電解めっき工程により、および／または無電解めっきとそれに続く電解めっきとの組み合わせにより行える。上記のめっき工程では、本開示の諸実施形態において、積層された３Ｄ構造の選択的めっきおよび非めっきが提供されることが理解されるであろう。
【００３６】
また、前記選択的金属化は気体または気相反応によっても生じ、例えば原子層成長法（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）では、極性材料により、一連の気相反応で表面の金属化が可能になり、非極性材料では反応が開始しない。
【００３７】
金属化可能な若しくはそれ以外の永続的な誘電材料の３Ｄ印刷すなわち付加製造に加え、本発明は、犠牲材料とともに、前記金属化可能な誘電体および前記金属化不可能な誘電体のうちの１若しくはそれ以上を３Ｄ印刷する工程を含む。例えば、３Ｄ印刷された材料は、デンプンなどの犠牲足場（ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  ｓｃａｆｆｏｌｄｉｎｇ）およびＡＢＳなどの永続的材料の双方を提供する上で使用できる。この場合、最終的な物体は、前記犠牲足場が溶解し、または除去されたとき得られる。完全に誘電材料で作製された部品は一定の用途に役立つが、他の産物、特に電子的および／または機械的な構造は、ほぼ任意の複雑度と組み合わせ、特に空間または空隙（ｖｏｉｄ）を望ましい場所にもたらせる犠牲材料と組み合わせた場合、利用可能な金属および誘電体の混合物を有する恩恵を受ける。
【００３８】
そのため、通常は３つの材料、すなわち印刷後に溶解可能な犠牲足場材料と、２つの材料とが使用される可能性があり、前記２つの材料のうち１つの材料は第２の材料に対し選択的に金属化可能で、どちらの材料も前記犠牲足場材料を除去する工程中、元の状態で保たれる。次に前記金属化可能な材料は金属化工程中に金属化され、その後、前記選択的に金属化された材料は、任意選択的に第２の除去工程で除去される。材料が任意選択的に除去される場合、金属が確実に自立構造になる厚さまで積層されるようにすることが望ましい。一部の場合、誘電体、金属、および空隙は、最終構造において任意の、ならびに決定された複雑度で構造化することが望ましい。単に誘電体、例えば選択的に金属化可能なプラスチックを金属でコーティングするだけでは望ましくない場合もある。金属で封入された誘電体は、例えば温度サイクル下で、前記金属および誘電体の特性不一致により破損するおそれがあるため、足場として作用可能な犠牲材料の除去と同様に、金属化された誘電体を金属コーティングから除去することが望ましい場合がある。そのため、そのような装置を実現するには、３または４つの材料、すなわち選択的に金属化可能な誘電体、それと同じ工程で金属化されない第２の誘電体、前記金属化可能な誘電体上でコーティングされる金属、および任意選択で足場材料を選択する。通常は、前記足場材料が除去されたのち、前記２つの誘電材料のうち１つの上で金属が選択的に積層され、次いで前記金属化された誘電材料も最終的な除去工程で任意選択的に除去されて、望ましい金属、空気、誘電体の構造が残る。
【００３９】
犠牲材料として適した材料は、３Ｄ技術を使って印刷できる。そのような材料は、上記の技術を使ってめっき可能、すなわちめっき触媒を含み、および／または膨張・エッチング・触媒化が可能で、および／または除去が容易で除去後に完全または部分的な金属構造要素を残すことができる。そのような材料としては、例えば、ポリアクリレート、ポリカーボネート、セルロース材料、および除去剤により除去可能な他の材料などがある。除去剤は、有機溶剤、例えばグリコールエーテル、グリコールエーテルアセテート、アルコール、エーテル、ケトン、ハロゲン系溶剤、ＤＭＦ、ＤＭＳＯなど；水溶性溶剤、例えばｐＨ約０〜約１３の範囲で界面活性剤および／または乳化剤を伴う若しくは伴わない酸および塩基；および／または熱的蒸発、および／またはこれらの組み合わせを含む。前記犠牲材料は、溶解し、乳化し、粒子化し（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）、解重合し、および／または気体状になる。また、機械的な補助、例えば超音波処理（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）も使用できる。前記除去剤および前記除去工程の選択性により、前記誘電材料は、前記除去工程中に影響を受けないことが必要とされる。
【００４０】
また、本願は、金属化可能な誘電体、金属化不可能な誘電材料、および犠牲材料を複数の層へと堆積させる工程についても開示している。３Ｄ印刷の汎用性により、電子的および／または機械的な構造の要件に基づき、種々のシーケンスで層を堆積させることができる。例えば、３Ｄ−ＭＥＲＦＳおよびＰｏｌｙ  Ｓｔｒａｔａ（登録商標）と同様な装置は、本明細書に開示する方法で作製できる。本開示の方法を使って作製できる装置の例としては、米国特許第７，０１２，４８９号、米国特許第７，６４９，４３２号、米国特許第７，９４８，３３５号、米国特許第７，１４８，７７２号、米国特許第７，４０５，６３８号、米国特許第７，６５６，２５６号、米国特許第７，７５５，１７４号、米国特許第７，８９８，３５６号、米国特許第８，０３１，０３７号、米国特許第２００８／０１９９６５６号、および米国特許出願公開第２０１１／０１２３７８３号、米国特許出願公開第２０１０／０２９６２５２号、米国特許出願公開第２０１１／０２７３２４１号、米国特許出願公開第２０１１／０１８１３７６，号、米国特許出願公開第２０１１／０２１０８０７号を参照。これらの特許および公開出願の内容は、この参照により本明細書に組み込まれる。
【００４１】
一部の実施形態では、材料の印刷前に、それらの材料をリザーバー（貯留槽）で混合できる。これは、特に反応性の高い材料に有用で、２つの材料が印刷中に互いに反応し始めるようにできる。この態様では、層の適用時、粘性を迅速に高めて固体層を形成する上で役立つ。
【００４２】
２つの印刷装置を互いに協動的に動作させると、反応性の高い材料の２つの部分は同時に印刷され、ただちに反応し始めることができ、例えばエポキシノボラック層が１つの印刷装置から印刷され、酸が第２の印刷装置から直接、前記エポキシノボラック層上に印刷されるようにできる。酸が前記エポキシに接触すると、すぐに架橋結合反応が起こる。
【００４３】
他の工程では、一部の層を熱および／または光で硬化できるため、一部のプリントヘッドは、積層済みの層に適用可能な加熱要素および／または発光要素で置き換え、またはそれらと併用することが可能である。これにより、さらに別の処理に適した状態になるよう、前記層を選択的に硬化し、または未硬化の状態で保つことができる。
【００４４】
前記電子的および／または機械的な構造は、通常必要とされるコーティング工程に依存せず、多種多様な表面上に設けることができる。そのため、前記層の堆積には、平面状または非平面状の表面を使用できる。電子装置および／または構成要素が一部または全体に装着された表面も使用でき、これらの表面上で製作が行えるが、これを現行の従来方法で実現することは難しい。
【００４５】
電子的および／または機械的な構造を構築する方法は、従来の積層工程を使って材料を成膜する工程を含むことができ、これには例えば、スピンコーティング、積層（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）、ディップコーティング、カーテンコーティング、スロットコーティング、スプレーコーティング、オフセットコーティングなどが含まれる。各層の後で若しくは定期的に構造を平坦化し、または１若しくはそれ以上の層の処理中に選択的な除去工程を設けることが望ましい場合もある。そのためには、他の従来工程、例えば化学機械研磨、ラップ仕上げ、機械加工、ダイヤモンド切削、または他の精密な旋削、フライス加工、研削、プラズマエッチング、レーザーアブレーション、および／またはこれらの組み合わせを含めることもできる。
【００４６】
前記３Ｄ印刷工程は、種々の形状および／または種々の高さの構造だけでなく、製造中、後の段階で個別の構成要素を内設できる空洞および／または壁を有する構造ももたらすことができる。
【００４７】
本特許願はサイズに制限されず、これらの方法を使うとミクロン〜メートルオーダーの物体を製作でき、主にプリントヘッドの解像度性能またはプリンタの規模だけに制限される。また、積層に使用される基板は支持体としてのみ機能し、その上に物体とそのすべての実施形態が印刷されて、その後、前記基板が除去されて選択的に金属化された部分を表面に伴う自立構造の物体をもたらすようになっている。
【００４８】
ここで図１Ａを参照すると、本発明の３Ｄ印刷工程の具体例として、プリントヘッド１０、１１が提供されており、これらは第１および第２の材料１２、１３の液滴を積層して、第１および第２の層状構造１４、１５を基板１６上に形成できる。本明細書における用語「液滴」とは、液体、固体、例えば粉末またはナノ粒子、またはこれらの組み合わせ、例えば懸濁液またはスラリーをいう。「液滴」の体積は、製作する装置のサイズ、公差、および複雑度に応じ、ピコリットル〜ミリリットルオーダーであってよい。前記第１および第２の材料１２、１３は、同じまたは異なる組成物を有することができ、前記プリントヘッド１０、１１は、同じものでも異なるものでもよく、必要に応じて異なるサイズおよび／または形状の液滴を積層する。図１Ａでは２つのプリントヘッド１０、１１を例示しているが、２つより多くのプリントヘッドを使用することもでき、その場合、各プリントヘッドは、材料を同時に、および／または順次積層できる。また、単一のプリントヘッド１０を使用しても、各前記第１および第２の材料１２、１３を積層できる。前記プリントヘッド１０、１１および前記基板１６は、通常、例えばリニアモーター、ガントリーロボットシステム、スカラロボットシステム、粒子の静電偏向、ラスタースキャン印刷運動、または他の関連技術などを使って互いに相対的に移動される。
【００４９】
前記プリントヘッド１０、１１は、構造に望ましい厚さが得られるまで層を重ねて堆積させる。一部の工程では、前記プリントヘッド１０、１１が、それらの工程中に１つの材料から別の材料へと切り替えを行うことにより複数の材料を提供し、複数材料のうち異なるものを互いに積層印刷して複雑なパターンを提供できる。層を互いに重ねて印刷する場合は、それらの層中に開口部を残して、層で形成された構造に対し溶液が流入および流出できるようにできる。
【００５０】
前記基板１６は、電子的および／または機械的な装置を成形する上で有用な任意の表面、例えばシリコン材料、セラミック材料、ガラス材料、金属材料、集積回路を含む半導体材料、回路基板材料、ＲＦＩＤ基板などを有することができる。例えば、集積回路を含んだＳｉＧｅまたはＩｎＰウエハーとすることもできる。前記基板１６は平坦であってよく、または、前記工程の汎用性により、前記基板１６にすでに構成要素および／または構造が装着された状態であってもよい。前記基板１６は、最終製品の永続的な部分であっても、あるいは、例えば犠牲層を使って構造を成長させ、および／または除去および／または分離するための一時的なプラットフォームであってもよい。
【００５１】
図１Ｂは、金属コーティング１７による前記第２の層状構造１５の選択的金属化を例示したもので、これは例えば無電解めっき技術、電解技術、および／または直接めっきにより達成される。一部の応用において、前記材料１２、１３のうちの１若しくはそれ以上は、伝導性ポリマー、例えばポリチオフェン、ポリピロール、および／またはポリアニリンを含むことができる。伝導性材料としては、例えばグラフェン、炭素（カーボン）、ナノカーボン構造、および／または電気めっき導体として有用な非金属を含む他の材料などもある。
【００５２】
択一的または付加的に、前記材料の１つ、例えば材料１３に、めっき触媒を含めることができる。その触媒は、例えばパラジウム−スズコロイドおよび／またはその塩化物のうちの１若しくはそれ以上を含むことができる。前記印刷工程が完了したら（例えば、図１Ａ）、層状構造１４、１５を含む前記基板１６を市販の活性化溶液に浸漬させることができ、これにより例えば前記任意選択的に触媒を含有した第２の材料１３中で、スズ塩またはパラジウム塩が還元されて元素状パラジウムおよび／またはスズになる。次に、前記基板１６は、市販の無電解めっき浴に浸漬され、望ましい金属厚さが得られるよう操作される。一部の実施形態では、前記触媒を含有した第２の材料１３の表面をエッチングして、前記無電解めっき材料に接触して反応する前記触媒の量を前記表面上で増やすことが有利である。エッチングは、液体浴、例えば強アルカリに何らかの感受性を有する強アルカリ性の材料で行え、または例えば上述のように酸素含有プラズマで前記材料をプラズマエッチングすることもできる。
【００５３】
本発明のさらに別の例示的構造および方法を参照すると、図１Ｃでは図１Ａと同様な工程を例示したもので、プリントヘッド１０、１１が第１および第２の材料１２、１３の液滴を積層して第１および第２の層状構造２４、２５を基板２６上に形成している。ただし、前記基板２６上には、前記第２の構造２５の積層位置に事前に金属層２０が設けられている。さらに、前記第２の構造２５の露出面に金属２２を積層すると、図１Ｂの前記金属１７に関する上記の説明と同様な態様で、前記第２の構造２５が金属２２に完全に囲まれるようにできる（図１Ｄ）。続けて、前記第２の構造２５を成す前記第２の積層材料１３を除去し、自立３Ｄ金属構造２８を残すことができる（図１Ｅ）。上述のように、前記積層された第２の材料１３は、溶解、熱的蒸発、ポリマー分解、および他の適切な方法のうちの１若しくはそれ以上により除去できる。前記第２の構造２５の溶解は、当該第２の構造２５の一部の上に付加的な犠牲材料１８を印刷することにより、当該第２の構造２５の選択した領域が金属化されずに「排出穴」を形成するようにすることにより促進できる（図１Ｆ、１Ｇ）。この付加的な犠牲材料１８を選択的に除去すると、前記第２の構造２５でまだ金属化されていない領域を露出させたのち、金属シェル２９から溶解させ、および／または除去することができる。前記付加的な犠牲材料１８は、犠牲材料２５と同じものでも異なるものでもよく、および／または前記第２の構造２５の条件下で選択的に金属化されない薄い誘電体層であってもよい。図１Ｇの次の工程は、１８および２５の材料を除去する選択肢が選択された場合、図１Ｅと同様になる。
【００５４】
前述のように、積層に適した材料は、誘電材料、例えばポリイミド、ポリスルホン、ポリシランなどから、ポリアクリレートまでの範囲にわたる。製作される電子的および／または機械的な装置の望ましい構造に応じ、一時的な材料、例えばワックス、溶剤に可溶性の材料、および／または水溶液に可溶性の材料も使用できる。これらの材料は、図１Ｅに示したように、製作する最終装置に空気間隙または空隙がある場合に重要となる可能性がある。
【００５５】
図２は、電子的および／または機械的な構造用にホットメルト押出成形による製作技術を使って材料を積層する別の例示的な工程を例示したもので、プリントヘッド３７が基板３５上に材料３３を積層する。上述のインクジェット印刷技術と同様、この場合も、１より多くの材料を同時に若しくは異なる時点で積層する１より多くのプリントヘッドを設けることができる。前記プリントヘッド内に供給される材料は、前記工程中に変更でき、これにより異なる材料を同じプリントヘッドから積層できる。択一的または付加的に、異なる材料を含む複数のプリントヘッドを順次または並行して使用することもできる。この工程において、材料は、予熱され、および／または積層前に他の材料と予混合できる。
【００５６】
図３は、本発明の３Ｄ構造を製作するさらに別の例示的工程として、光造形法を例示したものである。基板３０は、硬化可能な材料、例えば液体モノマーまたは液体ポリマー３４を含む浴３２内に配置される。露光装置３６は、前記モノマーに硬化照射３８を行うもので、この照射は、例えば前記基板３０上の選択された位置に硬化された層パターン４０をもたらす紫外線照射であってよい。前記層パターン４０が積層された後、前記基板３０は、さらに、選択されたレベルまで前記浴３２に浸漬され、前記基板３０の頂部および／または前記既存の層パターン４０の部分の上に新たな液体層が硬化される。前記露光は、新たな各層が前の層４０に付着するとともに繰り返すことができ、前記基板３０は、さらに再び前記浴３２に浸漬される。この工程は、望ましい３Ｄ構造が作製されるまで続く。当該工程中は、前記液体モノマー３４を排出して異なる材料で置き換えることにより、１タイプより多くの材料を使用して構造を構築することができる。また、１より多くの露光ユニット３６により、同時に若しくは異なる時点で、前記液体モノマー３４を露光させることができる。
【００５７】
ここで図４〜１６を参照すると、本発明の３Ｄ付加構築工程の例として、３次元多層構造の同軸ケーブル７８（図１６）の製作においてインクジェット工程を使用する本発明の例示的工程が示されている。他の適切な３Ｄ製造技術を代わりに若しくは組み合わせて使用してもよく、インクジェット印刷は、単に例示目的で示しており、限定のためではないことを理解すべきである。
【００５８】
基板５０は、底部金属壁５２を有して提供され、その上に同軸導波導体ケーブル７８が設けられる（図４）。犠牲材料５４ａ、５４ｂは、３Ｄインクジェット印刷５６または他の適切な３Ｄ付加構築工程により、望ましいパターンで積層して、同軸状の側壁６８（図１６を参照）の下部の位置５３と、望ましい構造および／または装置、例えば前記同軸ケーブル７８の中心導体６９用の非伝導性支柱を付加するためのポケット５５とを画成することができる（図５）。次に、保護層５８を前記ポケット５５内に積層できる（図６）。前記保護層５８は非伝導性で、この保護層５８上の金属めっきを防ぐ。次いで、金属めっき、または他の適切な金属化工程が行うことにより、前記位置５３に金属を充填して、前記底部金属壁５２と連続した側壁下部６０ａを設けることができる（図７）。ｓここでも、平坦化技術を含めて上面６１を平坦化することにより、オーバーめっきにより積層された過剰な金属があれば、それを除去することができる。平坦化を必要とするこの工程および／または任意の工程における平坦化は、ＣＭＰ、ラップ仕上げ、研磨、研削、ダイヤモンド切削、旋削、フライス加工などのうちの１若しくはそれ以上により達成される。これは、代わりに前記支柱に関する次の工程後、任意選択的に行い、または必要な場合および必要に応じて任意の工程で任意選択的に行うことができる。
【００５９】
支柱６２は、非伝導性材料６３、例えば上述した誘電材料のいずれかを、前記保護層５８の上にインクジェット印刷することにより積層でき、前記同軸ケーブル７８の前記中心導体６９の支持を提供する（図８Ａ）。平坦化は、この段階で任意選択的に使うと水平面をもたらすことができるが、印刷工程で過積層に対する調整を行うこともできる。ここで保護層５８および支柱６２の積層は２つの別個の材料および工程を有するものとして示しているが、前記保護層５８および前記支柱６２は、同じ材料、例えば金属化不可能な材料を有してよく、１つの積層または成形工程で成形できる。
【００６０】
任意選択で、図８Ａの材料６２は、前記非伝導層５８上に積層される支柱材料として示されているが、それに代えて、前記ポケットまたは凹部領域５５に物体６５を挿入し（図８Ｂ）、図４〜１６に示した同軸ケーブル例以外の装置を実現することもできる。例えば、前記物体６５は、チップ（集積回路）、磁石、およびフェライトのうちの１若しくはそれ以上を含んでよく、前記ポケット５５に挿入できる。例えば、化学的または熱的要件などのため、利用される３Ｄ付加構築工程に適合性しない材料または装置、あるいは前記３Ｄ付加構築工程で可能な処理より多い若しくは少ない処理を必要とする装置を、挿入することができる。前記物体６５は、１若しくはそれ以上の手段、例えば伝導性または非伝導性の接着剤により、前記保護層５８および／または当該保護層５８下の前記底部金属壁５２にボンディングでき、あるいは当該物体６５は、後続の積層工程で機械的に定位置でロックできる。任意の適切な手段、例えばピックアンドプレース、手動挿入、または静電引力を使った流体中での自己組織化を使っても、前記装置または物体６５を組み込むことができる。
【００６１】
前記同軸状の構築例について説明を再開すると、犠牲材料６４ａ、６４ｂは、３Ｄインクジェット印刷または他の適切な３Ｄ付加構築工程により積層でき、これにより前記同軸状の側壁６８の中間部分の位置６６ａと、前記中心導体６９の中間部分の位置６６ｂとが画成される（図９、１６）。前記支柱６２は非伝導性であるため、この支柱６２上へのめっきを可能にするシード層６７、例えば金属化触媒または伝導性の薄膜を、インクジェット印刷により積層することができる（図１０）。次いで、金属めっき、または他の適切な金属化工程を行うことにより、前記位置６６ｂに金属を充填して中心導体６９を設けることができ、また前記位置６６ａに金属を充填して、前記側壁下部６０ａと連続した側壁中間部６０ｂを設けることができる（図１１）。
【００６２】
この時点で、前記側壁６８の頂部の位置７１ａと、前記同軸ケーブル７８の外側の導体７９の最上層の位置７１ｂとを画成する犠牲材料７０ａ、７０ｂが積層される（図１２、１６）。なお、本発明の３Ｄ付加構築工程の汎用性により、７０ａの厚さは、７０ｂの厚さより［訳注：原文一部脱落］であるため、前記側壁６８の最上層および前記外側の導体７９の最上層のめっきは、並行して起こるようにできる。
【００６３】
溶解プラグ７２は、任意選択的に、前記犠牲材料７０ｂの表面の選択された位置にインクジェット印刷で積層される（図１３）。これらのプラグ７２は、金属めっきされない材料で構成され、後で除去して完成した同軸ケーブル７８の頂部に穴を生じて、前記犠牲材料５４ｂ、６４ｂ、７０ｂが除去工程中に通過できる経路を作製できるようにする。シード層７４を前記犠牲材料７０ｂ上に積層すると、前記犠牲材料７０ｂ最上層の前記溶解プラグ７２の位置以外の全領域をめっきすることができる（図１４）。次いでめっきが行われ、前記同軸ケーブル７８の側壁頂部６０ｃおよび最上層７６が提供される（図１５）。次に、適切な溶解方法、例えば本明細書で説明したものにより、前記犠牲溶解プラグ７２および前記犠牲材料５４ａ、５４ｂ、６４ａ、６４ｂ、７０ａ、７０ｂを除去し、同軸ケーブル７８を提供する（図１６）。前記溶解プラグ７２は、例えば前記犠牲材料５４ａ、６４ａ、７０ａを含む任意の適切な位置に設けることができる。前記溶解プラグ７２により提供される穴は、望ましい電気特性の低下を最小限に抑える位置、サイズ、および形状で提供できる。
【００６４】
なお、この例示的工程におけるすべてのコーティング工程は、３Ｄ付加構築工程であることに注意すべきである。さらに、３Ｄ構築で略バルク金属特性を得る方法としてめっきを使用しているが、必要とされる適切な材料特性が得られる場合は、前記めっき工程のうちの１若しくはそれ以上を３Ｄ印刷工程で置き換えることもできる。その追加態様または代替態様として、以下の例で示すように、選択された非伝導構造を金属化して伝導面を有する中実または中空構造をもたらすことにより、バルク電気および／または熱伝導性のある代替構造として、伝導構造を提供できる。
【００６５】
図１７〜２９Ｂを参照すると、主に空気誘電体（ａｉｒ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）を伴う３Ｄ同軸構造を作製する、本発明の３Ｄ付加構築工程のさらに別の例が例示されている。３Ｄ積層装置８４は、基板８０上に第１の材料８２を積層して第１の層８２ａを提供することができる（図１７）。この積層装置８４は、任意の適切な３Ｄ付加構築工程、例えば固体ポリマー印刷を実施する任意の装置であってよい。あるいは、この積層装置８４は、積層されるプラスチックフィルム用の積層およびパターニング工程、および／またはスピンコーティングされるフォトレジスト用のパターニング工程を概略的に表すものであってもよい。この例において、前記第１の材料８２は、選択的に金属化可能なポリマー、プラスチック、および／または誘電材料を有することができ、また作製する物体の規模に応じてミクロン〜センチメートルオーダーの厚さに積層可能である。前記第１の材料８２の第２の層８２ｂは、前記第１の層８２ａの選択された位置に積層できる（図１８）。第２の材料９０は、積層装置８８により前記第１の層８２ａの選択された位置に積層でき、前記積層装置８８は、前記積層装置８４と同じものでも異なるものでもよい。前記第２の材料９０は、一定位置で支柱９０ａを提供でき、前記支柱９０ａと第２の層８２ｂとの間に空隙９１を生じることができる。前記第２の材料９０には、前記第１の層８２ａの前記材料８２と異なる望ましいものを選択することにより、前記第１の層８２ａが適切な金属化工程で選択的に金属化されながら、前記支柱９０ａは金属化されないようにできる。選択的に金属化可能な材料、例えば第１の材料８２は、金属材料および組成物を各々バルクで、特に各々の表面上に引き付ける触媒または他の活性部位を含むことができる。例えば、前記第１の材料８２は、前記第２の材料９０を触媒化した形態を有することができ、その触媒により前記第１の材料８２が金属化可能になる。付加的または二者択一的に、物理特性の違い、例えば表面の粗さを利用すると、材料を選択的に金属化可能にすることができる。例えば、表面の粗さまたは表面の空隙率により、同じ工程でも材料９０には触媒が付着せず、材料８２ａおよび８２ｂには触媒が付着するようにできる。そのため、第１および第２の材料および金属化工程の選択または工学設計に応じて、金属化可能な組成物を有する前記第１および第２の層８２ａ、８２ｂは、前記支柱９０ａと比べ、選択的に金属化可能にできる。
【００６６】
犠牲足場材料９４は、積層装置９２で積層でき、前記積層装置９２は、前記積層装置８４、８８と同じでも異なってもよく、これにより前記空隙９１のうちの１若しくはそれ以上を選択的に埋めて、当該３Ｄ付加構築工程中、懸架する必要のある後続構造または層のための足場９４ａをもたらすことができる。犠牲足場材料９４の使用は、構造下に空隙領域を設けて構造を架設し若しくは構造を提供する必要性に応じて予測でき、積層装置８４、８８で積層された材料を支持する上で使用できる。前記足場９４ａは、後続工程で除去できる。３Ｄ微細加工の当業者であれば、例えば光造形法または液体樹脂が同様に機能する同様な工程が使用される場合、例えば液体層上における選択的な重合により、非重合液体で懸架された形状が形成される場合、前記足場９４ａが不要になりうることは明らかなはずである。また、懸架された形状を生じる他の手段を使っても、例えば材料の急激な固化および力、例えば凝集力または表面張力を使っても、３Ｄ付加構築システムにおいて、足場材料の必要なく、懸架された材料を作製することができる。そのような例では、足場９４ａを使用することなく同様な構築工程を使用できる。
【００６７】
前記構築工程に立ち戻ると、前記積層装置８４は、次に材料８２の第３の層であって、前記支柱９０ａおよび前記第２の層８２ｂの上にそれぞれ設けられる構造８２ｄ、８２ｃを有する第３の層を積層することができる（図２１）。付加的な犠牲材料９４は、前記足場９４ａの上に構造８２ｄ、８２ｃ間の空隙へと積層装置９２により積層でき、これにより後で除去可能な付加的な足場９４ｂが提供される（図２２）。次いで前記積層装置８４は、層８２ａ〜８２ｄと同じ材料を有することのできる第４の層８２ｅを前記構造８２ｃの上に積層でき（図２３）、構造８２ｄおよび足場９４ｂの上には付加的な犠牲材料９４を手段９２で積層して付加的な足場９４ｃを提供できる（図２４）。
【００６８】
前記第１の層８２ａと同じ材料を有する上方構造８２ｆは、前記第４の層８２ｅおよび付加的な足場９４ｃの上に装置８４で積層できる（図２５）。前記足場９４ａ〜９４ｃは選択的に除去でき、その結果、空隙１０６（空気誘電体）を内部に有した同軸形状の構造２００が生じる（図２６）。前述のように、前記足場９４ａ〜９４ｃは、溶剤除去工程、熱昇華工程、および蒸気除去工程のうちの１若しくはそれ以上により溶解できる。例えば、層８２ａ〜８２ｆおよび支柱９０ａがそれぞれ触媒化されたＡＢＳプラスチックおよび非触媒化されたＡＢＳプラスチックで、前記足場９４ａ〜９４ｃがデンプンを有する場合は、例えば高温水中での超音波撹拌により、除去を起こすことができる。
【００６９】
当該工程の現段階において、前記同軸構造２００は、前記３Ｄ付加構築工程に利用される材料８２、９０の選択の観点から非伝導性であってよく、前記層８２ａ〜８２ｆは、集合的に、外側の導体および層８２ｄとして使用するための金属化可能なコア２０２、内側の導体として使用するための金属化可能なコアを提供する（図２６）。これにより、金属化工程を行って、前記第１の材料８２を有する構造（すなわち、層８２ａ〜８２ｆ）を金属化しながら、前記支柱９０ａを金属化されていない状態に保つことができる（図２７Ａ、２７Ｂ）。ここでも、前記第１の材料８２は、前記支柱材料９０と比べ、例えば前記第１および第２の材料８２、９０間の組成的および／または表面の物理的違い、ひいては利用される金属化工程に対する、そのような材料８２、９０の特定の反応、すなわち材料８２、９０間の選択的金属化の違いにより、選択的に金属化される。（他の実施形態において、前記装置の大半は金属化不可能な材料を有し、任意の混合物および任意数の層の金属化可能な材料、金属化不可能な材料、および空隙が、本例示的工程により作製可能である。）図２７Ａ、２７Ｂは、前記選択的な金属化後、例えば無電解銅、無電解銀、または無電解金のコーティング工程を伴う金属化シーケンスの適用後の前記同軸構造２００の端面図および横断面図をそれぞれ概略的に例示したものである。その結果、層８２ｄの上に施される金属コーティング９７ａにより、内側の導体９７が金属化され、層８２ａ〜８２ｃ、８２ｅ、８２ｆの外面および内面にそれぞれ施される金属コーティング１１０ａ、１１０ｂにより、外側の導体１１０が金属化される。前記内側の導体９７は、形成されたコア８２ｄを、例えば図２１に例示した突起の一部として有し、図２０に例示した工程で形成された金属化されない支柱９０ａにより、前記外側の導体１１０とは電気的に不連続である。図２７Ｂに例示するように、前記同軸状の内側の導体９７は、頂面まで上方へ延長し（左側）、当該中心導体９７の平面内のポートから出ることができる（右側）。
【００７０】
前記金属コーティング９７ａ、１１０ａは、成形される構造の規模に応じてサブミクロン、または数１０、数１００、数１０００ミクロンの厚さにでき、当該技術分野で知られた無電解および／または電解めっき手段のほか、電鋳手段により成形できる。前記コーティング９７ａ、１１０ａ、１１０ｂは、１より多くの金属層、例えばニッケルの層および金の層を有することができる。ＲＦ表皮深さのため、数ミクロン若しくはそれ以下の厚さで、１若しくは数ＧＨｚを超える周波数で低損失の伝送線路を提供することができる。なお、一部の実施形態では、例えば伝導性の基板を使って前記コーティング１１０ａ、１１０ｂを前記コア２０２の内面および外面に不連続に成形することにより、三軸伝送線路を同様なシーケンスで成形することもできる。
【００７１】
また、前記シーケンス（順次）構築中は、図１９に例示した工程で複数の支柱９０ａを積層できる。そのような支柱９０ａは、ブロック、スタブ、ストラップ、シート、ロッドなどを含む形態を成すことができる。図では単純な伝送線路セクションを示しているが、当該例示的な３Ｄ付加構築工程により、同軸状の導波構成要素から成る複雑な３Ｄ多層ネットワークが作製可能なことは明らかなはずである。この例では、内側の導体９７を同軸状のものとして示しているが、この内側の導体９７を省略すると、同じ工程で中空のコア導波路も同等に作製できる。また、ＤＣバイアスおよび制御線と、チップ装着領域と、コネクタおよびコネクタフランジと、当該装置の諸要素またはシステムハウジング自体との統合も、３Ｄ付加構築工程により成形できる。
【００７２】
例えば、前記例示的な３Ｄ構築工程は、前記支柱９０ａを省略し、前記空隙９１と、前記支柱９０ａで占められていた領域とに犠牲材料を充填して足場９４ｄを提供することにより、図１９の工程以降を修正できる。次いで支持バー１０２を前記第２の層８２ｂおよび足場９４ｄの一部の上に積層できる。この支持バー１０２は、金属化可能な部分１０２ｂおよび金属化不可能な部分１０２ａ、１０２ｃを有することができる。金属化可能な部分１０２ｂと金属化不可能な部分１０２ａ、１０２ｃとの差別化は、前記支持バー１０２のバルク特性により実現でき、例えば前記支持バー１０２の積層中に、触媒または他の適切な材料を金属化可能な部分１０２ｂに提供してもたらすことができる。択一的または付加的に、前記金属化可能な部分１０２ｂは、前記金属化不可能な部分１０２ａ、１０２ｂと組成が異なる別個の材料として積層できる。さらに、前記金属化可能な部分１０２ｂは、前記支持バー１０２の物理的または化学的な表面特性を、前記支持バー１０２のバルク特性と比べ、当該金属化可能な部分１０２ｂの位置で変化させることにより金属化可能にできる。次いで、図２１〜２６に例示したように付加的な層および足場材料を追加し続ける処理を行ったのち、図２７Ａ〜２７Ｂに関連して上記で説明したように金属化を行うと、図２９Ａ、２９Ｂに例示した同軸構造を得ることができる。ここで、（１つまたは複数の）前記支持バー１０２は前記内側の導体９７を支持し、当該支持バー１０２の両端が層８２ｃで前記外側の導体コアに埋め込まれることにより、前記では支柱９０ａにより提供された支持機能を提供する。金属化可能な部分１０２ｂおよび金属化不可能な部分１０２ａ、１０２ｃを有する支持バー１０２のそのような使用は、他の構造でも、例えば図３０に例示した図１６の例に見られる前記支柱６２の代わりに実施できる。
【００７３】
閉じた構造、または前記足場９４ａ〜９４ｃの除去を促進し、および／または前記金属コーティング工程に必要な流体流を促進する流れが制限された構造には、任意選択的な排出穴を内設できる。そのような穴は、例えば、金属化の前に、望ましい電気特性の低下を最小限に抑える位置およびサイズで、図１Ｆ、１Ｇ、１３〜１５に例示した溶解プラグ７２を使用するように、上層８２ｆまたは任意の層に追加することができる。そのような排出穴の使用と各々の設計および配置とは、当業者であれば設計でき、ソフトウェア、例えば電磁構造についてはＡｎｓｏｆｔのＨＦＳＳ（登録商標）、機械または流体構造についてはＡｎｓｏｆｔのＡｎｓｙｓ（登録商標）、および／または同様なソフトウェア製品による支援が可能である。
【００７４】
また、図１７〜２９Ｂに例示したシーケンスでは基板８０を使用しているが、前記基板８０から、例えば犠牲材料、例えば材料９２を適用し、および／または例えばプラットフォームから当該物体を機械的に分離して構造を容易に排出できることは明らかなはずである。さらに、前記選択的に金属化可能な材料８２は最終装置に残せるが、前記金属層９０ａ、１１０ａ、１１０ｂが十分厚い場合は、例えば、前記金属層９０ａ、１１０ａ、１１０ｂの１若しくはそれ以上の開口部を通じて、前記支柱９０ａを元の状態で残す方法を使って、前記選択的に金属化可能な材料８２を前記金属積層後に除去することができる。さらに、上記では電子的用途について例示したが、他の多くの用途、例えば流体装置、機械装置なども作製できる。
【００７５】
以上に述べた本発明の利点等は、当業者であれば、本明細書の上記説明から明確に理解されるであろう。例えば、上記で概説した構築工程には、最終装置および／または作製する構造に応じ、より多数または少数の層およびより多数または少数の材料を含めることができる。前記構築工程は、任意の点で停止して、物品（ｉｔｅｍｓ）または他の材料を一部完成した構造に挿入したのち、当該構築工程を継続して、前記挿入された材料および／または装置を埋め込み、および／または相互接続することができる。例えば、受動または能動電子装置、磁石、粉末、液体などを空洞またはレセプタクル（容器）に入れ、前記構築工程を継続してそれらを一部または全部相互接続または封入することが可能である。そのため、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱しない範囲で上記の実施形態を変更または修正できることが理解されるであろう。従って、本発明は本明細書に説明した特定の実施形態に限定されず、添付の請求項に記載した本発明の要旨に含まれるすべての変更形態を含むよう意図されていると理解すべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年5月25日(2018.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元構造を製作する方法であって、
ａ）金属化触媒（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を含有する少なくとも１つの誘電材料を３次元印刷を使って基板上に選択的に積層し、金属化可能な組成物を提供する工程と、
ｂ）前記少なくとも１つの誘電材料上に前記金属化触媒と結合する金属を積層する工程と
を有する方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記３次元印刷は、光造形法、２光子光造形法、インクジェット、ホットメルト押出成形による製作、または選択的な粉末焼結積層造形のうちの少なくとも１つである方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記積層された前記金属化触媒を含有する誘電材料のうち少なくとも１つは、光画像形成性誘電体組成物をさらに有するものである方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、
３次元印刷を使って前記基板上に第２の誘電材料を積層する工程を有し、前記第２の誘電材料は金属化不可能な組成物を有するものである方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、前記第２の誘電材料を積層する工程は、前記金属化触媒を含有する誘電材料上に、前記第２の誘電材料を積層する工程を有するものである方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法において、
前記金属化触媒を含有する誘電材料および前記第２の誘電材料のうちの少なくとも１つを積層する前に犠牲足場材料を積層する工程と、
前記金属化触媒を含有する誘電材料を前記足場材料の上に積層する工程と
を有するものである方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法において、
前記足場材料を除去して、前記積層された前記金属化触媒を含有する誘電材料のうちの少なくとも１つの下に空隙を設ける工程を有するものである方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、
金属化可能な組成物を有する犠牲材料を積層して前記犠牲材料を選択的に金属化する工程と、
前記犠牲材料を除去する工程と
を有し、
前記犠牲材料は、任意選択的に光画像形成性の組成物を有するものである方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記金属化触媒を含有する誘電材料、前記第２の誘電材料、および前記犠牲材料のうちの１若しくはそれ以上は、選択された複数の層に積層され、金属材料、犠牲材料、および誘電材料のうちの１若しくはそれ以上を有する層を順次構築することにより、前記基板の上に所定の構造を形成するものである方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、前記金属を積層する工程は、無電解金属化および電解金属化の中から選択されるものである方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法において、前記基板には、前記金属化触媒を含有する誘電材料が積層される前に少なくとも１つの構成要素が装着され、前記金属化触媒を含有する誘電材料は、先行する前記少なくとも１つの構成要素の上に積層されるものである方法。
【請求項１２】
３次元構造を製作する方法であって、
ａ）３次元印刷を使って第１の誘電材料を基板上に選択的に積層する工程と、
ｂ）３次元印刷を使って、前記基板および前記第１の誘電材料のうちの少なくとも１つの上に第２の誘電材料を選択的に積層する工程と、
ｃ）めっき触媒によって前記第１および第２の誘電材料のうち選択された１つの誘電材料を選択的に触媒化して前記選択された誘電材料の表面上に極性基を形成することにより、金属付着性表面を設ける工程と、
ｄ）前記選択された誘電材料の金属付着性表面上に選択的に金属を積層する工程と
を有する方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、前記３次元印刷は、光造形法、２光子光造形法、インクジェット、ホットメルト押出成形による製作、または粉末焼結積層造形のうちの少なくとも１つである方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の方法において、前記第１および第２の誘電材料のうちの少なくとも１つは、光画像形成性誘電体組成物を有するものである方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の方法において、
金属化可能な組成物を有する犠牲材料を積層する工程と、
前記犠牲材料を選択的に金属化する工程と、
前記犠牲材料を除去する工程と
を有し、
前記犠牲材料は、任意選択的に光画像形成性の組成物を有するものである方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、前記第１および第２の誘電材料、および前記犠牲材料のうちの少なくとも１つは、選択された複数の層で積層され、金属材料、犠牲材料、および誘電材料のうちの１若しくはそれ以上を有する層を順次構築することにより、前記基板の上に所定の構造を形成するものである方法。
【請求項１７】
請求項１２記載の方法において、前記金属を積層する工程は、無電解金属化および電解金属化の中から選択されるものである方法。
【請求項１８】
請求項１２記載の方法において、
前記第１および第２の誘電材料のうちの少なくとも１つを積層する前に犠牲足場材料を積層する工程を有し、
前記第１および第２の誘電材料を積層する工程のうちの少なくとも１つは、前記第１および第２の誘電材料のうちの少なくとも１つを前記犠牲足場材料の上に積層する工程を有するものである方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、
前記犠牲足場材料を除去して、前記積層された前記第１のおよび第２の誘電材料のうちの少なくとも１つの下に空隙を設ける工程を有するものである方法。
【請求項２０】
請求項１２記載の方法において、前記３次元印刷は光造形法を有し、当該光造形法の工程中の選択された段階で、所定の液体モノマーまたはポリマーが、異なる液体モノマーまたはポリマーで置き換えられるものである方法。
【外国語明細書】
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2018149813000002.pdf
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