(57)【要約】  本発明は、バイオセンサのような機能アセンブリ及びそれを得る方法に関する。アセンブリは、サンプル流体とその機能面において対話することが意図される機能素子と、前記機能素子に電気接続手段を通じて電気的に接続され、前記機能素子を支持し、信号を送信するための相互接続基板と、を有する。相互接続基板は、機能素子の機能面へのアクセスを与える開口部を具える。機能素子までの開口部の遷移は、実質的に開口部の周縁に延在する側壁によって形成され、機能素子の面に対する側壁の平均的な傾きは、６０度より小さい。アセンブリは、滑らかな且つ自己層状化する側壁を有する機能素子までの遷移を提供し、これは、ほんの少量のサンプル流体の均一な充填を可能にする。
2008541126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル流体とその機能面において対話することが意図される機能素子と、
電気接続手段を通じて前記機能素子に電気的に接続され、前記機能素子を支持し信号を送信するとともに、前記機能素子の前記機能面へのアクセスを与える開口部を具える相互接続基板と、
を有する機能アセンブリであって、
前記機能素子までの前記開口部の遷移が、前記開口部の周縁に実質的に延在する側壁によって形成され、前記機能素子の前記機能面に対する前記側壁の平均的な傾きが、６０度より小さいことを特徴とする機能アセンブリ。
【請求項２】
前記機能素子の前記機能面に対する前記側壁の前記平均的な傾きが、３０度より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の機能アセンブリ。
【請求項３】
前記側壁の前記傾きが、前記機能素子の前記機能面と前記開口部の上側の境界面との間で滑らかに変化することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の機能アセンブリ。
【請求項４】
前記サンプル流体を前記機能素子の前記機能面に導くための流体チャネルシステムを更に有する、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の機能アセンブリ。
【請求項５】
前記機能素子の前記機能面から前記開口部の上側の境界面まで測定される前記側壁の全高が、１００μｍより小さいことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の機能アセンブリ。
【請求項６】
前記機能素子の前記機能面から前記開口部の前記上側の境界面まで測定される前記側壁の前記全高が、５０μｍより小さいことを特徴とする、請求項５に記載の機能アセンブリ。
【請求項７】
前記機能アセンブリが、前記機能素子の前記機能面へのアクセスを与える開口部を具える、実質的にポリマーの薄膜の相互接続基板を有し、前記側壁が、前記機能素子から前記開口部の縁部まで延在することを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の機能アセンブリ。
【請求項８】
前記ポリマー薄膜及び前記機能素子の前記面が、互いに実質的に平行に延在することを特徴とする、請求項７に記載の機能アセンブリ。
【請求項９】
前記側壁が、前記開口部の周縁の少なくとも一部にわたって滑らかに延在することを特徴とする、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の機能アセンブリ。
【請求項１０】
前記側壁の材料が、前記相互接続基板の材料と異なることを特徴とする、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の機能アセンブリ。
【請求項１１】
前記相互接続基板が、５乃至１００μｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の機能アセンブリ。
【請求項１２】
前記相互接続基板が、１０乃至５０μｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１１に記載の機能アセンブリ。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の機能アセンブリを得る方法であって、前記相互接続基板が、前記機能素子の前記機能面へのアクセスを与える開口部を具え、前記方法が、
ａ．前記相互接続基板及び／又は前記機能素子に電気接続手段を設けるステップと、
ｂ．電気的接続が、前記機能素子と前記相互接続基板との間に提供され、前記機能素子の周縁表面領域が、前記相互接続基板内の前記開口部の周縁表面領域に重なり、それによって前記相互接続基板及び前記機能素子の対向する表面の少なくとも一部の間に間隔を規定するように、前記機能素子及び前記相互接続基板を互いに隣り合わせて配置するステップと、
ｃ．前記間隔を少なくとも部分的に封止するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
前記間隔の前記封止が、
前記相互接続基板及び前記機能素子の対向する表面間に液状封止材料を導き、
前記液状封止材料が前記間隔の少なくとも一部を実質的に満たすことを可能にし、
前記液状封止材料を凝固させること、
によって行われることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記対向する表面間に前記液状封止材料を導く前に、前記液状封止材料の流れを阻止する手段が、前記相互接続基板に対向する前記機能素子の前記表面上に設けられることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記電気接続手段が、異方性導電率を有する封止材料によって提供され、前記相互接続基板と前記機能素子との間の前記電気的接続が、前記ステップｂ及びｃの間に、前記封止材料に十分な圧力を加えることによって提供されることを特徴とする、請求項１３乃至請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１３乃至請求項１６のいずれか１項に記載の方法によって得られる機能アセンブリ。
【請求項１８】
特にバイオセンサである機能アセンブリの機能素子と相互接続基板との間に電気的導電接続を設ける際の異方性導電率を有する液状封止材料の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプル流体とその機能面において対話することが意図される機能素子と、機能素子に電気的に接続され、機能素子を支持し信号を送信するとともに、機能素子の機能的な表面へのサンプル流体アクセスを提供する相互接続基板と、を有する機能アセンブリに関する。本発明は、機能アセンブリを得る方法にも関する。本発明は、特に、バイオセンサとして使用される機能アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
機能アセンブリ及び特にバイオセンサは、当技術分野においてますます多く使用されている。バイオセンサは、一般に、センサ基板上に生物学的物質を固定し、バインドすることに基づく。センサ又は機能素子とのある種の対話を通じて、サンプル流体中の特定の対象物質の存在が、一般に検出されることができる。例えば体液のような流体との接触は、感染及び汚染のリスクを生じさせるので、センサは、通常、機能的な動作を終えると即座に廃棄される。このような生物学的なサンプル流体を試験することに伴う費用をできるだけ低くしておきたいという要望により、使い捨てのセンサの費用をできるだけ低くしておく必要がある。
【０００３】
環境とやり取りすることを可能にするために、機能素子は、概して相互接続基板によって支持され、相互接続基板に電気的に接続され、相互接続基板は、読み出し、ある動作の実施及び／又はその他の処理ための装置に接続される。センサによって生成され及び／又は受け取られ、及び／又はサンプル流体との対話から生じる電気信号は、更なる処理のための補助的な装置に、相互接続基板を通じて送信される。機能素子を相互接続基板に接続する際、例えば活性センサ表面のような機能素子の機能面が、サンプル流体にとってアクセス可能であることを確実にすることは明らかに重要である。多くの場合、ごくわずかな量のサンプル流体のみが試験及び／又は対話のために利用できるので、機能素子との良好な対話を確実にするやり方で、機能素子の活性面にサンプル流体を導くことが可能であることが重要である。費用の理由で、センサを機能アセンブリのマイクロ流体チャネルシステムと一体化することが非常に望ましい。例えば相互接続基板と機能アセンブリに適用されるカバーとの間に設けられうるマイクロ流体チャネルは、機能素子の活性面にサンプル流体を導く働きをする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような非常に望ましいコンパクトな機能アセンブリデザインにおいて、機能素子と相互接続基板との間の電気的相互接続は、一般に、流体システムに非常に近い。これは、機能素子の活性面にサンプル流体を十分に導くことついて問題を生じさせる。事実、センサ表面がリフレッシュされることを必要とする場合、新しく導かれるサンプル流体と機能素子との間の良好な対話にとって、サンプル流体の流れが「行儀が良く」、センサ表面全体にわたってできるだけ均一になることが必須である。例えば、その流体が、機能素子のところ及び／又はその周辺において、例えば角部及び／又は他の障害物の後ろに留まってしまうこと、又は活性面と隣り合う領域の一部が低い対流レベルを呈することは回避されるべきである。これを達成することは、電気的相互接続が例えば活性面と隣り合う流体チャネル及び／又は領域に容易に干渉するコンパクトなデザインにおいては困難である。機能素子の活性面と隣り合う流体チャネル及び領域が封止されるやり方と、相互接続のために使用される技術との調和は、使い捨てのバイオセンサ及び／又は他の機能素子の成功にとって非常に重要である。
【０００５】
本発明の目的は、費用対効果の高い機能アセンブリを提供するとともに、それでもなおサンプル流体と機能素子との間の効率的且つ優れた対話を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的及び他の目的は、請求項１の技術的な特徴を有する機能アセンブリによって達成される。
【０００７】
本発明により、機能素子の機能面へのアクセスを与える開口部を有する相互接続基板を提供し、機能素子の面に対する側壁の平均的な傾きが６０度より小さく、開口部の周縁にわたって実質的に延在する側壁の形で、機能素子までの開口部の遷移を提供することは、機能素子とサンプル流体との間の優れた対話が達成される機能素子をもたらす。
【０００８】
機能素子の面に対する側壁の傾きは、側壁と機能素子の面との間の外側角度として規定される。内側角度は、明らかに、外側角度の補角（１８０度マイナス外側角度）である。本発明によれば、側壁の平均的な傾きは６０度より小さいので、相互接続基板の開口部と機能素子の活性面との間の遷移は、相対的に平坦である。
【０００９】
機能素子の面に対する側壁の平均的な傾きが、４５度より小さく、より好適には３０度より小さく、最も好適には１５度より小さい点において機能アセンブリを特徴付けることが有利である。側壁が機能素子から相互接続基板の開口部まで延在する態様がより平坦であるほど、機能素子の活性面と隣り合う領域へのサンプル流体の流れが妨げられなくなる。
【００１０】
本出願のコンテクストにおいて、機能素子の活性面と隣り合う領域は、以下、対話領域と称する。この対話領域は、側壁から側壁まで延在するとともに、例えば複数のセンサがワンチップに組み込まれる場合にいくつかのセンサ及び／又は活性表面及び／又は受動表面を包み込むことができることが理解されるべきである。更に、本願明細書において側壁と称するとき、複数の側壁を意味することがあることが理解されるべきである。各々の側壁が、本発明の技術的な特徴を有する限り、例えば、それぞれ異なって形作られる４つの側壁で実質的に矩形の対話領域（上述から分かるように）を囲むことも可能である。
【００１１】
本発明にとって本質的ではないが、機能アセンブリは、好適には、サンプル流体を対話領域に導くための流体チャネルシステムを更に有する。このような流体チャネルシステムは、概して、相互接続基板及び例えば相互接続基板の頂部に提供されるカバーの対向する表面間に規定される。これは、望ましければ、連続するやり方で対話領域にサンプル流体を供給することを可能にし、これは、更にアセンブリの効率を改善する。本実施形態において、サンプル流体は、流体チャネルシステムを通じて対話領域に入れられる。流体チャネルシステムから、実際の測定等が実施される対話領域まで滑らかな遷移を提供することが、本発明の重要な特徴である。
【００１２】
本発明による第１の実施形態において、電気的な相互接続基板は、図１に示されるように適切なポリマーの射出成形によって生成される、例えば成形された相互接続アセンブリ（ＭＩＤ）でありうる。流体チャネルシステムは、ＭＩＤ及びＭＩＤ上に提供されるカバーの対向する表面間の領域によって規定される。浅いボリュームの形の対話領域は、実際に、本実施形態において流体チャネルシステムの一部を形成する。ＭＩＤ技術は、ＭＩＤに直接に流体チャネル及び流体対話領域を形作る可能性を提供する。カバー自体は、それが実質的に対話領域の形状に合致するように、すなわち、それがある程度対話領域の輪郭に従うように外形を作られることができる。更に、カバー自体及び／又はＭＩＤ内に流体チャネルを形成することも可能である。
【００１３】
本発明によれば、相互接続基板の開口部と機能素子との間の遷移は、なだらかであるべきであり、すなわち少なくとも６０度より小さい角度で傾斜されるべきである。更に、本発明は、対話領域の底部から開口部の上側の境界面まで測定される全高ができるだけ小さい場合に有利である。流体チャネルシステムが使用される場合、対話領域の全高は、好適には、流体チャネルシステムの平均の高さのオーダーであり又はより低くあるべきである。流体対話領域及び平均の流体チャネルシステムの高さの比率は、好適には１：１より小さく、より好適には１：３より小さく、最も好適には１：５より小さく選ばれる。比率が小さいほど、流体チャネルシステムから対話領域に入るとき、サンプル流体の流れが妨げられなくなる。
【００１４】
絶対的には、好適な機能アセンブリは、１００μｍより小さい全高を有する側壁（又は代替として対話領域）を有する。この理由は、サンプル流体が、機能素子へ流れるとき、最小限に妨げられ又は妨げられないからである。全高は、より好適には５０μｍより小さく、最も好適には３５μｍより小さい。全高は、機能素子の面と相互接続基板の上側の境界面との間の最短距離として規定される。
【００１５】
原則として、ＭＩＤ技術によって、相対的に滑らかな壁を有する対話領域、並びにマイクロ流体チャネルから及びマイクロ流体チャネルへのなだらかな遷移を生成することが可能であるが、対話領域の達成可能な浅さに関しては限界がある。事実、ＭＩＤは、必要な機械的完全性及び製造可能性を達成するために、或る高さを有することが好ましい。ＭＩＤ及びカバーの対向する表面間の流体チャネルは、図１から分かるように、一般にＭＩＤの厚さより浅いので、流体チャネルのディメンションは、機能領域の頂部において、すなわち対話領域に入るとき、増加する。高速な測定−又は一般には対話−は、機能素子表面における流体サンプルの良好な補充を必要とするので、対流は、好適には、できるだけ高くあるべきである。ＭＩＤ設計の横断面の計算されたひずみ速度の等高線を示す図２によって示されるように、本発明の第１の実施形態によれば、対流は、対話領域の底部において強く低減される。しかしながらこの領域では、まさに機能素子が位置するところであり、実際の測定及び／又は対話が実行されるので、対流は、高められることが好ましい。従って、本発明による機能アセンブリは、好適には、前記（複数の）側壁の傾きが、機能素子と上側の境界面との間でなめらかに変化することを特徴とする。この実施形態は、サンプル流体の高速且つ特に均一な補充を更に改善する。更に、粒子、気泡、その他の閉じ込めのリスクがより少なくなる。本出願のコンテクストにおいて、滑らかに変化する傾きとは、特に非ゼロの傾き角度からほぼゼロの角度（かかる傾きは機能素子の面に対応する）までというわけではなく、開口部から機能素子までの遷移において急峻に変化しない傾きを意味する。
【００１６】
滑らかに変化する傾きを有する（複数の）側壁は、当技術分野において知られているすべての方法によって得られることができる。例えば、ＭＩＤ技術を使用することによって、すなわち、所望の滑らかに変化する形状を有するモールド内にエポキシ樹脂のような適切なポリマーを射出成形することによって、これらの壁を得ることが可能である。更に、適当なツールを使用して、ポリマー板等に孔を切り抜くことによって、前記（複数の）側壁を得ることも可能である。本出願のコンテクストにおいて、側壁の平均的な傾きは、壁の縁端点を接続する線の傾きとして規定されることが留意されるべきである。
【００１７】
別の好適な機能アセンブリは、機能アセンブリが、機能素子の機能面へのアクセスを与える開口部を備える実質的にポリマーの薄膜（以下、ポリマー薄膜とも称する）の相互接続基板を有し、側壁が、６０度より小さい上述した平均的な傾きを有して、機能素子から開口部の縁部まで延在することを特徴とする。本実施形態において、側壁は、開口部を含む相互接続基板とは異なった別のエンティティを形成する。側壁を形成するエッジ材料は、相互接続基板の内側周縁表面（すなわち機能素子に対向する表面）のかなりの部分をカバーする。側壁を形成するために使用される材料は、これらの材料が同様であり又は実質的に同一でもよいが、好適にはポリマー薄膜の材料とは異なる。好適には、ポリマー薄膜及び機能素子の双方の面は、互いに実質的に平行に延在する。しかしながら、ポリマー薄膜は一般に可撓であるので、ポリマー薄膜が、いくらかの曲がりを呈することも可能であり、必要に応じて機能素子も同様に曲がりを呈することも可能である。
【００１８】
この好適な実施形態は、相互接続基板のディメンションから独立して、対話領域の全高を調整する可能性を提供する。これは、特にほんの少量の流体サンプルボリュームのみが利用できるときに非常に有利である。
【００１９】
実質的にポリマーの薄膜とは、ポリマー材料に基づくが、例えば鉱物添加物及び／又は金属の粒子及び／又は薄片及び／又は薄膜のような材料等の他の添加物を可能性として含むことも可能な任意の薄膜を意味することが理解されるべきである。電気信号を送信することを可能にするために、ポリマー薄膜は更に、導電性の、例えば金属の、相互接続を含む。
【００２０】
本発明による、相互接続基板内の開口部と機能素子との間の遷移は、好適には、機能素子と開口部の上側の境界面との間に滑らかに延在する（複数の）側壁を含む。しかしながら、上述から分かるように、（複数の）側壁は、任意の形状を有する領域を囲みうる。例えば矩形、三角形等の相対的に鋭い角部を有する多角形の形状が、可能である。チャネル様の形状を採用することも可能である。しかしながら、好適な機能アセンブリは、開口部の周縁の少なくとも一部にわたって滑らかに延在する（複数の）側壁を有する対話領域を有する。このような好適な対話領域は、丸みをつけられた角部を具え、及び／又は環状であり、及び／又は長円形等である。
【００２１】
上記に言及したように、本発明による機能素子の対話領域の全高は、好適には制限されるべきである。実質的にポリマーの薄膜の形の相互接続基板を用いる本発明の実施形態のコンテクストにおいて、対話領域の全高は、ポリマー薄膜の場合、相互接続基板の厚さに依存する。相互接続基板は、好適には、５−１００μｍの間の厚さを有する。このようなポリマー薄膜は、直ちに入手できる。サンプル流体と機能素子との間の対話を更に改善するために、相互接続基板は、より好適には１０−５０μｍの厚さを有し、最も好適には１５−３５μｍの厚さを有する。
【００２２】
本発明は、機能アセンブリを得る方法にも関する。本発明による機能アセンブリを得る方法は、特に、機能素子の機能面へのアクセスを与える開口部を有する相互接続基板を提供するとともに、相互接続基板及び／又は機能素子上に電気接続手段を設けるステップと、電気的接続が相互接続基板と機能素子との間に提供され、それによって相互接続基板及び機能素子の対向する表面の少なくとも一部の間に間隙を規定するように、機能素子及び相互接続基板を互いに隣り合うように配置するステップと、少なくとも部分的に前記間隙を封止するステップと、を含む。相互接続基板及び機能素子は、好適には、機能素子の周縁の表面領域が、相互接続基板内の開口部の周縁の表面領域に重なるように配置される。本発明による方法を採用することによって上述の利点を有する機能デバイスは、費用対効果が高く且つ及び直接的なやり方で得られる。
【００２３】
方法は、好適には、間隙の封止が、
−相互接続基板及び機能素子の対向する表面間に液状封止材料を導くステップと、
−前記液状封止材料が間隙の少なくとも一部を実質的に満たすことができるようにするステップと、
−液状封止材料を凝固させるステップと、
によって実施されることを特徴とする。
【００２４】
本発明による方法は、標準の電気的相互接続技術を、滑らかな且つセルフアライニングする壁を具えるマイクロ流体チャネルを生成する簡単且つ強力なやり方と組み合わせる、機能アセンブリデザインをもたらす。基板と機能素子との間の間隔の高さは、対向する表面間に設けられる例えば接合パッドのような電気接続手段の高さによって一般に規定される。液状シーラント材料を間隙に導いたのち、この材料は、電気接続手段の周囲に流れ、それによって電気接続手段を流体から効果的に遮蔽する。本発明による方法を採用することによって、コンパクトであり、すなわち少量のサンプル流体との良好な対話を可能にするとともに、滑らかであり且つ自己層状化する壁を有する対話領域を有する、機能アセンブリが得られる。これは、センサのような機能素子と、生物学的流体のようなサンプル流体との間の対話の品質及び整合性を大幅に高める。本発明による方法の付加の利点は、側壁がセルフアライニングすることである。相互接続基板及び機能素子が、例えば高さ方向においていくらか位置合わせ不良であっても、方法は、所望の特性を有する、すなわち不所望の非常に広い滞留時間分布をもたらす可能性がある鋭い角部及び／又は不規則性のない、滑らかな側壁が形成されることを確実にする。更に、実際の測定に関する問題を生じさせ、精度及び再現性に影響を与えうる対話領域内の空気含有物の滞留が、妨げられる。
【００２５】
機能素子及び相互接続基板内の開口部に言及する場合、２以上の機能素子を、いくつかの開口部を備える相互接続基板と組み合わせることが可能であることが理解されるべきである。
【００２６】
本発明による機能アセンブリは、滑らかな壁及び当技術分野において知られているよりもかなり小さい高さを有する流体対話領域を有することができることを付加の利点とする。本発明によるアセンブリ及び方法の好適な実施形態は、機能素子の対話領域（又は側壁）の高さが、１００μｍより小さく、より好適には５０μｍより小さく、更に好適には３５μｍより小さいことを特徴とする。
【００２７】
このような高さは、例えば相互接続基板の厚さを適切に選択することによって容易に達成される。本発明によれば、相互接続基板は、当技術分野において知られているいかなる相互接続基板であってもよい。ポリマー材料の可撓性薄膜、プリント回路基板、光学基板及び／又はポリマーシート又は成形された素子を使用することが可能である。
【００２８】
アンダーフィルとも称される液状封止材料は、ガラス化されることができる、十分な封止及び接着力を有するいかなる流体であってもよい。好適には、硬化可能な樹脂がこの目的で使用される。硬化は、熱活性化を通じて、放射線によって、及び／又は当技術分野において知られている他の任意の手段によって、達成されることができる。特に好適な樹脂は、それらの高い接着接合特性により、エポキシ樹脂を含む。硬化収縮及び熱膨張を低減するために、例えばガラスビーズ等の少なくとも１つの無機充填剤で樹脂を満たすことがより好適である。アンダーフィルは、電気的絶縁又は導電材料でありうる。
【００２９】
本発明による方法の別の好適な実施形態において、異方性導電率を有する導電材料が使用される。この異方性導電率は、例えば金属、特に金のような導電材料でコーティングされた充填剤をシーラント材料に与えることによってもたらされることができる。このような材料を十分に圧縮すると、コーティングされた充填剤が、圧縮方向において少なくとも部分的に互いに接触し、それによってこの方向における電気伝導を確立する。本実施形態において、電気的結合ステップ、すなわち機能素子と相互接続基板との間に電気接続を作るステップを、流体対話領域の封止処理と組み合わせることが可能になる。異方性導電率を有する封止材料は、対話領域に対する囲い及び相互接続基板との電気的接続の役割を同時に果たす。
【００３０】
本発明による方法及びアセンブリにおいて使用される機能素子は、例えば使用されるべき検知原理の種類に依存して、シリコン、ガラス、セラミック及び／又はポリマー材料からなるセンサチップでありうる。本発明によれば、別の基板上に活性センサを製造し、このアセンブリを、さまざまな異なる要求を有する流体工学に関する好適には低価格の基板に組み込むことが一般に好ましい。活性センサ表面を提供するために、こうして生成されたハイブリッド基板は、必要とされるやり方で、例えば付加の層又はパターン化された構造を与えることによって、化学的に及び／又は生化学的に処理される。アクチュエータ及び／又はヒータ及び／又は他の電磁アセンブリの形の機能素子を使用することも可能である。
【００３１】
本発明によれば、いくつかの検知及び／又は他の機能素子が、単一の相互接続基板上のそれぞれ異なる基板上に一体化されることにより、当技術分野においてラブオンチップ（lab-on-a-chip）又はマイクロＴＡと通常称されるシステムを生成することが可能である。
【００３２】
本発明の特に好適な方法によれば、液状封止材料の流れを阻止する（以下、ピニングとも称する）ための手段が、相互接続基板に対向する機能素子の表面に設けられる。これは、通常、機能素子及び相互接続基板の対向する表面間の間隔に液状封止材料を導く前に行われる。ピニング手段は、注入後、アクセス可能なセンサ領域の端部を規定する。ピニング手段は、一般に、隆起の形で、照射、現像及び／又はエッチングステップを伴ってフォトリソグラフィ材料からなりうる。この点で、特に適切な材料は、ＳＵ−８として当技術分野において知られている。代替として、実質的に閉じた輪郭に沿ってセンサ表面の湿潤挙動を局所的に変更することによって、仮想隆起を使用することも可能であり、それによって、アンダーフィルの流れは、注入中、輪郭によって囲まれるセンサ表面上の領域の端部で止まる。センサ表面の湿潤挙動を局所的に変更することは、例えば、疎水性インクのマイクロコンタクトプリンティングによって又は当技術分野において知られている他の任意の手段によって実施されることができる。別の実施形態において、ピニング手段は、例えばポリイミドである熱可塑性ポリマー及び／又はエポキシ等の熱硬化性ポリマーのような、適切なポリマー材料のリングによって提供されることができる。このようなリングを使用すると、本発明による方法は、アンダーフィルが、リングの内側縁部において阻まれるまで、リングの上側表面にわたって延在する側壁を提供する。従って、本発明による方法は、リング構造が形成された側壁に少なくとも部分的に組み込まれる付加の利点を有し、従って、側壁の傾きに干渉しない。従って、実質的に滑らかな自由表面を有する側壁を得ることが可能である。
【００３３】
マイクロ流体チャネル又は流体導入領域から流体対話領域が補充されうる該マイクロ流体チャネル又は流体導入領域をアセンブリ上に規定することを可能にするために、一体化された機能素子及び相互接続アセンブリが、カバーを備えることが好ましい。流体チャネルを規定することのほかに、カバーは、更に、システムに対する封鎖の働きをする。カバーは、任意の適切なやり方で、例えば接着結合及び／又は熱結合によって与えられることができる。
【００３４】
本発明による方法及びアセンブリは、それらに制限されないが、添付の図面に示される実施形態を参照して更に詳しく記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明によれば、図１は、ＭＩＤタイプの機能アセンブリ１の第１の実施形態の一般的なデザインを示している。電気的インタフェース３を具えるセンサ２は、適切なポリマーの射出成形によって作られる電気相互接続基板４に取り付けられる。サンプリングされるべき流体は、流体チャネルシステム（又は一般には流体導入領域）６を通じて対話領域５に導かれる（矢印を参照）。流体対話領域５は、一般に約３００μｍ以上のオーダーの相当な厚さＤを有する相互接続基板４に直接形作られる。図示される実施形態において、アセンブリは、カバー７を備えており、相互接続アセンブリ４の対向する表面４ａとともに流体チャネル６を規定する。対話領域５の側壁５ａは、最大約６０度の傾きを有する。壁５ａの傾きは、外側角度、すなわち図１に３及び５ａと示される部分によって形成される角度として規定される。相対的に平坦な側壁５ａは、流体チャネル６と流体対話領域５との間の遷移が急峻ではなく、すなわち流体チャネル６から対話領域５への遷移がゆるやかである場合に高さのステップがサンプル流体によって経験されることを確実にする。
【００３６】
更に、図１に示されるように、領域５の高さは、厚さＤとほぼ同じである。この相対的に高い高さは、低減された対流をもたらし、それゆえ、領域５の底部５ｂにおいて、サンプル流体の最適なミキシングより劣る対流をもたらす。これは、入口から出口側（図２の左から右）へ流れる間の領域５の横断面内の流体の計算されたひずみ速度の等高線を示す図２に示されている。（センサ２と隣り合う）領域５の底部５ｂにおけるひずみ速度（対流に関する尺度）は、流体チャネル６の狭い入口及び出口セクションにおけるよりも３０分の１小さいことが明らかである。これは、一般に、サンプル流体の高速且つ均一な補充にとってあまり望ましくない。本発明によるアセンブリの１つの改善例において、カバー７は、それが対話領域５の形状に実際にほぼ適合するように、すなわちその輪郭をたどるように、外形を形作られる。この実施形態は、対流を大幅に改善するが、カバー及び相互接続基板の「嵌合する」表面の注意深いアラインメントを必要とする。アラインメントが最適でない場合、流体チャネルシステムのディメンションは、局所的に低減されることがあり、又は特にディメンションが小さいときに局所的な閉塞が生じることがある。
【００３７】
図５は、本発明による機能アセンブリの別の好適な実施形態を示している。この実施形態１０は、実質的にポリマーの材料の可撓性薄膜の相対的に薄い相互接続基板４０を使用する。センサ２０の活性表面５０ｂへの流体アクセスを可能にするために、可撓性薄膜４０は、センサ２０の活性表面５０ｂへの流体９０のアクセスを与えるために、センサ２０の頂部に開口部を備える。センサ２０は、電気的接続（バンプ）８０を通じて相互接続基板４０に電気的に接続される。
【００３８】
この実施形態は、図３、図４及び図５に示されるような方法によって製造される。まず、図３に示される構造が提供される。ここで、機能素子２０及び相互接続基板４０は、適切な位置付け手段（図示せず）を用いて、機能素子２０の周縁表面領域２０ａが、相互接続基板４０の開口部の周縁表面領域４０ａに重なるように、互いに隣り合って配置される。このような配置は、相互接続基板４０及び／又は機能素子２０の周縁部に取り付けられる電気接続手段８０によって与えられることができる。双方は、互いからある距離ｄはなれたところに配置され、それによって、相互接続基板４０及び機能素子２０の対向する表面の少なくとも一部の間に間隔を規定する。一般に、本発明にとって本質的ではないが、機能素子２０は、その周縁領域２０ａの少なくとも一部において、適切な取り付け手段８０を用いて、開口部の周縁領域４０ａの少なくとも一部に沿って相互接続基板４０に電気的に接続される。このような電気的接続を得る適切な方法は、相互接続のＡｕ接点上にＡｕバンプを超音波接合することによるものであるが、はんだ付けのような他の方法も可能である。取り付け手段８０は、ボンディングパッド等のいかなる適切な取り付け手段であってもよい。本発明による好適な実施形態において、別々のボンディングパッド８０が捨てられることができる。センサ２０と相互接続基板４０との間の接合は、後述される封止材料１００によって提供される。センサ２０と相互接続基板４０との間の電気的接続を確立するために、ボンディングパッド８０又は封止材料は、電気的に導電性であるべきであり、封止材料は、好適には、異方性導電率を有する。
【００３９】
滑らかな側壁５０ｄを有する所望の対話領域５０を得るために、液状封止材料１００のための阻止手段５０ｃが、相互接続基板４０に対向する機能素子２０の表面５０ｂに与えられることが好ましい。本発明の方法によれば、液状封止材料１００は、周縁領域（２０ａ、４０ａ）全体を実質的に満たすに十分な量で、相互接続基板４０及び機能素子２０の対向する表面間に導かれる。毛細血管力は、液状シーラント材料が、ボンディングパッド８０の間に広がるようにする（図５の断面図においては見えない）。シーラント１００の流れは、相互接続４０上縁部及び阻止手段５０ｃによって形成される縁部のところで自動的に止まり、それによって滑らかな傾斜した側壁５０ｄを有する実質的に囲まれた対話領域５０を形成する。壁５０ｄの形状は、機能素子２０と相互接続基板４０との間の間隔に導かれる液状シーラント材料１００のメニスカスによって自然に形成される。
【００４０】
液状シーラント材料１００は、このように導かれたのち、例えば熱硬化及び／又は放射線硬化によって凝固される。相互接続基板２０と機能素子４０との間に電気的接続を生成するために、電気接続手段８０は、異方性導電率を有する封止材料１００を使用することによって提供される。相互接続基板と機能素子との間の電気的接続は、導入及びフローの後であって少なくとも部分的な凝固の前に、封止材料に十分な圧力を加えることによって提供される。
【００４１】
必要に応じて、カバー７０が、アセンブリ上に与えられることができ、それによって解析されるべき流体９０が領域６０を通じて対話領域５０に導かれることができる該領域６０を規定することができる。
【００４２】
図６は、本発明の方法によって得られる本発明によるアセンブリの実施形態の上面図を示している。可撓性の相互接続基板４０にボンディングパッド８０を通じて結合されるセンサチップ２０が図示されている。本実施形態において、ボンディングパッド４０は、相互接続基板４０の開口部の周縁領域の周りに規則的に配置される。開口部は、輪郭線４０ｂによって規定されている。ボンディングパッド８０は、銅リード４０ｃを通じて周辺装置（図示せず）に接続される。これは、本発明にとって本質的ではないが、容易に見ることができるようにトランスペアレントな可撓性薄膜の相互接続基板４０を作ることも有利である。センサ２０上には、実質的に閉じた輪郭を形成する隆起５０ｃの形のピニング手段が図示されている。アンダーフィル１００は、本発明の方法によってまさに意図されるような滑らかに傾斜する壁５０ｄを形成している。センサ２０上のピニング手段５０ｃ（ＳＵ−８隆起と称する）は、可撓性の相互接続基板４０の開口部に正確には揃えられないことが図６から分かる。本発明の方法の付加の利点は、側壁５０ｄの傾きが、液状シーラント材料１００の注入中、それ自体を調整することである。本発明による方法は、言い換えると、セルフアライニング及び自己層状化である。
【００４３】
本発明の方法によって得られる側壁５０ｄの傾きは、両縁部間のプロフィロメータ測定の結果によって示されるように、なだらかな遷移を示す（図７）。側壁の全高は、（ＭＩＤを使用する好適さの低い実施形態における３００μｍ以上の全高と比較して）わずか約３５μｍであり、平均的な傾きは、約１４度である（図７において、ｘ軸及びｙ軸のスケーリングが異なる点に注意されたい）。これは、流体チャネル６０と流体対話領域４０との間の非常に滑らかな遷移を提供し、それによって対話領域４０までの優れた、乱されない流れを確実にする。
【００４４】
本発明によるアセンブリは、例えばＤＮＡ増幅（例えばＰＣＲによる）及びハイブリダイゼーションアッセイにとって特に有用である加熱及び／又は冷却素子を含む、汎用センサ、バイオセンサ、環境、食品、健康及び／又は診断センサ、ラブオンチップ、一体化されたサンプル処理及びセンサアセンブリ、マイクロＴＡ等のさまざまな応用分野において使用されることができる。他の適切な応用分野は、例えば一体化された電子冷却器を有するＩＣ、及び一体化された冷却器を有するＬＥＤ又は他のコンパクトな光源を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明によるアセンブリの第１の実施形態の概略側断面図。
【図２】機能アセンブリの第１の実施形態の対話領域の横断面のひずみ速度分布のグラフ。
【図３】本発明による機能アセンブリを得るための方法ステップの概略側断面図。
【図４】本発明による機能アセンブリを得るための方法ステップの概略側断面図。
【図５】本発明による機能アセンブリの別の実施形態の概略側断面図。
【図６】図５の実施形態の概略上面図。
【図７】図５の実施形態の側壁の高さプロファイルのグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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