(57)【要約】  本発明は、支持マトリックス内で集積された少なくとも１つの部品とその接続部とを有する小型化された立体装置を製造する方法に関する。前記支持マトリックスは、流体状の材料の連続する層を選択的に堆積する直接書き込み型の堆積技術によって形成される。【選択図】          図１
2008524835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持マトリックス（30, 34, 36）内で集積された少なくとも１つの部品（19, 20）とその接続部（10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 21, 22, 23, 24, 25, 26）とを有する小型化された多機能立体装置を製造する方法であって、前記支持マトリックス（30, 34, 36）が流体状の材料の連続する層を選択的に堆積する直接書き込み型の堆積技術によって形成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記部品（19, 20）が、この目的のために取っておかれた材料のない場所（32, 33）において、標準的な組み立て技術を用いて製造中に前記支持マトリックス（30, 34, 36）に統合されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記部品が、前記堆積技術によって直接的に前記支持マトリックス（30, 34, 36）内に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記部品が、前記堆積技術を用いて犠牲物質を堆積する段階、次いでこの犠牲物質を除去する段階によって前記支持マトリックス（30, 34, 36）内に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記接続部が、この目的のために取っておかれた材料のない場所において、標準的な組み立て技術を用いて製造中に前記支持マトリックス（30, 34, 36）に統合されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記接続部（10, 11, 12, 15, 16, 17, 21, 22, 23, 26）が、前記堆積技術によって直接的に前記支持マトリックス（30, 34, 36）内に形成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記接続部（13, 14, 24, 25）が、前記堆積技術を用いて犠牲物質を堆積する段階、次いでこの犠牲物質を除去する段階によって前記支持マトリックス（30, 34, 36）内に形成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記支持マトリックス（30, 34, 36）を形成する材料が非導電性ポリマーであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記接続部（11, 12, 15, 16, 17, 21, 22, 23）又は前記部品を形成する材料が、導電性ポリマーであることを特徴とする、請求項３又は６に記載の方法。
【請求項１０】
前記接続部（11, 12, 15, 16, 17, 21, 22, 23）又は前記部品を形成する材料が、導電性インクであることを特徴とする、請求項３又は６に記載の方法。
【請求項１１】
前記接続部（10, 26）又は前記部品を形成する材料が、光学的ポリマーであることを特徴とする、請求項３又は６に記載の方法。
【請求項１２】
前記犠牲物質がポリカーボネートであることを特徴とする、請求項４又は７に記載の方法。
【請求項１３】
前記堆積技術がインクジェット印刷であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記堆積技術が固体材料の蒸発によるレーザー印刷であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記堆積技術が微量分配法であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記材料が、犠牲物質（28）の層で被覆されたキャリア基板（27）上に堆積され、該犠牲材料を除去することによって、前記装置が前記キャリア基板（27）から分離されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
支持マトリックス（30, 34, 36）内で集積された少なくとも１つの部品（19, 20）とその接続部（10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 21, 22, 23, 24, 25, 26）とを有する多機能立体装置あって、前記支持マトリックス（30, 34, 36）が一体型のものであることを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記支持マトリックス（30, 34, 36）が非導電性ポリマーで作られていることを特徴とする、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記部品が電気型のものであることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記部品が光学型のものあることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記部品が流体型のものあることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記接続部（10, 12, 15, 16, 17, 21, 22, 23）が電気的接続部であることを特徴とする、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記接続部（10, 26）が光学的接続部であることを特徴とする、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記接続部（13, 14, 24, 25）が流体的接続部であることを特徴とする、請求項１７〜２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記装置が生適合性材料で作られている外囲器（18, 29, 31, 35, 37, 38）を有していることを特徴とする、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ技術部品の組み立ての分野に関する。より詳しくは、本発明は、小型化された、電気的機能及び／又は光学的機能及び／又は流体機能を有する三次元装置、即ち、多機能装置を製造する方法に関する。本発明は、また、そのようにして得られた装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、例えば、国際公開公報WO 03/035386号に記載されている化学又は生物分析に使用される装置の製造に特に好適に使用することができる。このような小型化された多機能装置は、単一の又は複数の用途を想定して設計されており、例えば、医療診断又は人体への移植に使用される。
【０００３】
マイクロ技術の分野では、組み立て技術の目的の大半は、単一の同じ基板上に、最終的な全体の大きさを最小化しながら可能な限り多数の部品を最低の経費で組み合わせて相互に接続することである。
【０００４】
部品の高密度化は、もともとは、面内高密度化であった。現在では、部品を積み重ねることによって、体積内高密度化が益々進んできている。
【０００５】
一方法としては、初期状態では平坦な可撓性のある基板上に部品を組み上げ、次いで、該基板を折り曲げることによって積み重ね、略平行六面体形のモジュールを得る。他の方法としては、様々な層間で接続を得るように縁部を金属で被覆した固い基板を積み重ね、次いで一体型の組立体を形成するために、積み重ねた基板に薄板を被せる。
【０００６】
しかしながら、これらの技術は導電トラックの最小幅（現在のところ、100ミクロンのオーダーである）によって制限されており、これが装置のより一層の高密度化への障害になっている。さらに、基板の製造と部品の組み立てとは２つの別個の操作となっており、必需品の供給及び物流に関して数多くの問題を生じている。
【０００７】
最後に、これらの方法が、導波管、光学マイクロ分光器、又は微小流体チャネルなどの光学又は流体要素の集積化にはあまり適さないことを指摘したおいた方がよいだろう。しかしながら、電子部品と結びついたこれらの要素は、特に医療及び生物医学に使用される複雑な多機能装置内で益々使用されるようになっている。
【０００８】
これら多機能装置を製造する既存の方法の一例は”ＰＣＢ”法である。
【０００９】
前記文献に記載されているように、”ＰＣＢ”法は、電子部品はもとより光学要素又は流体要素を集積する複雑な装置を安価な基板上に製造するのに印刷基板技術を用いる。しかしながら、この技術は、非常に細かいノウハウと機器とを必要とする写真製版、エッチング、又はドリル加工と交互に行う数多くのレジスト又は銅蒸着段階を有するので、比較的高価で複雑である。
【００１０】
重合体層を堆積する技術と写真製版技術とを必要とする複雑な装置を製造する方法は、米国特許第6,136,212号及び第6,632,400号にも記載されている。これらの方法は前記ＰＣＢ法と同じ欠点を有している。
【００１１】
US 2002/079219は複数のチャネル及びリザーバを備えたマトリックスを有する微小流体装置を記載している。電機部品はインクジェット印刷によってマトリックス中に形成される。
【００１２】
【特許文献１】国際公開公報WO 03/035386号
【特許文献２】米国特許第6,136,212号
【特許文献３】米国特許第6,632,400号
【特許文献４】米国特許出願公開公報US 2002/079219号
【特許文献５】米国特許出願公開公報US 2004/0115861
【特許文献６】国際公開公報WO 02/47447 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、やはりインクジェット印刷技術を用いて、印刷基板技術で使用される方法を全く使用することなく、多機能立体装置を製造する、簡単且つ経済的で新しい技術を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
より正確には、本発明は、支持マトリックス内で集積された少なくとも１つの部品とその接続部を有する小型化された多機能立体装置を製造する方法に関する。この方法は、流体状の材料の連続する層を選択的に堆積する直接書き込み型の堆積技術によって、マトリックスが形成されることを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記部品又は前記接続は
−この目的のために取っておいた材料のない場所において、標準的な組み立て技術を用いて製造中にマトリックスに組み入れるか、
−前記堆積技術によって直接的にマトリックス内に形成するか、又は
−前記堆積技術を用いて犠牲物質を堆積する段階、次いでこの犠牲物質を除去する段階によってマトリックス内に形成する。
【００１６】
基板上に、ワックス基材のインクジェット印刷によって流体接続部を形成する方法は、文献US 2004/0115861に既に記載されていることに注意しておいた方がよい。しかしながら、この方法は問題の三次元装置のマトリックスを直接書き込みによって製造することはできず、そのマイクロチャネルのみが製造される。
【００１７】
この方法は、また、支持マトリックス内に積層された少なくとも１つの部品と接続部とを有する型の多機能立体装置に関する。この装置は、前記マトリックスが一体型のものであることによって特徴付けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の他の特徴は、添付の図面を参照した以下の記載により明らかになるであろう。
【００１９】
図１に示されている多機能装置は、電気接続部、光学接続部及び流体接続部によって、表面からアクセスすることのできる接続された三次元集積部品を有する装置の一例である。これらの部品は、例えば、単純な部品、即ち、抵抗要素、光学格子、又は流体を混合するように設計された室のような、電気部品、光学部品、又は流体部品であればよい。部品は、例えば、光変調器などの光電子型、光学マイクロ分光計などの光流体電子型、又は他の流体電子型の複雑な部品であってもよい。電気信号若しくは光学信号を輸送する、又は流体状の材料を輸送するための接続部は、通常、電気トラック、透明セグメント、若しくは導波管、又は他の水平若しくは垂直チャネルである。
【００２０】
図１に示されている装置は長方形をしており、典型的には20 mm ｘ10 mm の大きさをしている。その上面には、光学入力ポート10、２つの電気接続部11及び12、並びに分析される流体の循環のための参照符号がそれぞれ13と14である流体入口及び流体出口を有している。この装置は、その下面に、３つの電気接続部15、16、及び17も有している。この装置を体内に移植するのであれば、当該装置は、人間の臓器が十分耐えることのできる生適合性材料で作られたケース18に封入される。
【００２１】
図２に示されている装置の積層図によってその構造と製造工程を理解することができる。この装置は、その中に、２つの部品19及び20とそれらの接続部とを含んでおり、これら様々な要素は、三次元基板として機能する一体型の支持マトリックス内に集積されている。部品19は光電型のものであり、その接続部は光学及び電気型である。部品20は光流体電子型のものであり、その接続部は光学、電気及び流体型である。
【００２２】
三次元装置の内側には、３本の導電トラック21、22及び23、２本の流体チャネル24及び25、並びに導波管26が部品を相互接続するようになっている。これらの様々な要素は、さらに、上方にある２つの電気接触部11及び12、下方にある３つの電気接触部15、16及び17、２つの流体接続部13及び14、並びに光学的接続部10を介して外部と接続されている。
【００２３】
電気トラック21及び22は、部品19を下方電気接触部15及び16にそれぞれ接続する。同様にして、電気トラック23は部品20を下方電気接触部17に接続する。上方電気接触部11及び12は部品19に接続されている。前記光学入力ポート10によって部品19と外部との光学的な連結がなされ、一方、流体入口13と流体出口14とは流体チャネル24と25とにそれぞれ接続されている。流体チャネル24と25とは部品20と接触し、分析に付される流体がこの部品を通って流れることが可能になっている。最後に、導波管26は部品19と部品20との間の光学的連結部として機能し、部品20は光学入力ポート10に直接的に接続されていない。
【００２４】
この三次元型多機能装置を製造するのに使用される技術は付加型のものである。該技術は、一方において、それが有用である箇所で、ある量の選択された材料を堆積して、マトリックス、導波管、又は電気トラックなどの固体領域を形成し、他方において、続く段階で除去される犠牲材料を堆積して、流体チャネルなどの空の領域を形成する。
【００２５】
直接印刷型又は直接書き込み型の様々な堆積方法は、例えば、文献WO 02/47447 A1に記載されているインクジェット印刷法、微量分配法（micro-dispensing）、及びレーザー印刷法（より一般的には、レーザー直接書き込み法として知られている。）である。
【００２６】
インクジェット印刷法は、非常に小さいな直径（50ミクロン未満）を有するノズルを用いて、高度の正確さをもって、制御された方法で基板上に堆積される材料の微小液滴を噴出する方法である。複数又は多数のヘッドを有するシステムが様々な材料を分配するために使用される。微量分配法は、基板の近くで動くマイクロピペット又は毛管を使用して、液体状の材料を堆積する。最後に、レーザー直接書き込み法は、堆積がなされる基板の領域において、固体を気化するのを可能にする。
【００２７】
使用される材料としては、非導電性の部分にはポリイミド、導電性のある部分には導電性ポリマー又は導電性インク、導波管には光学品質の重合体、及びミクロ流体チャネルには犠牲材料を使用することができる。
【００２８】
材料は、犠牲層を有するキャリア基板上を何度も通過させることによって堆積される。工程の最後に装置を基板から分離することによって犠牲層は除去される。通常、１〜500ミクロンの厚さを有する複数の層は、他の層の上に重ね合わせられており、このようにして三次元の装置を作る。装置の中にある様々な要素は、直接書き込みによって直接的に製造されるか、堆積の間に標準的な組み立て法によって装置に組み入れられる。
【００２９】
図２に示されている多機能装置の積層図は、このような装置を製造する順序の一例を説明している。
【００３０】
（図２Ａ）
第一の製造段階では、アルミニウム層などの犠牲層28によって被覆されたキャリア基板27を作る。基板は、例えば、直径20 cmの円形のシリコンウェハー又はガラス板であればよく、この上に複数の装置が同時に製造される。
【００３１】
（図２Ｂ）
装置のケース18を形成するための生適合性ポリマーで作られている、約20ミクロンの厚さの層29、並びに３つの電気接触部15、16及び17は、直接書き込み法によって前記犠牲層28上に堆積される。これら電気接触部の製造には、導電性ポリマー又は導電性インクが使用される。
【００３２】
（図２Ｃ）
第三の製造段階では、直接書き込み法によって導電トラック21、22及び23を堆積し、支持マトリックス内で流体チャネル24及び25を形成する。これを行うために、ポリイミド製の支持マトリックス層30を、導電トラック21、22及び23と同時に、直接書き込み法によって堆積する。材料で埋められていない水平方向の空間である流体チャネル24及び25は、該流体チャネルの位置に犠牲材料を堆積することによって形成される。この材料は、製造工程の次の段階中に除去される。装置のケース18を形成するための生適合性ポリマーの層31も、幅50から100ミクロンに亘って、支持マトリックス層30全体に堆積される。
【００３３】
（図２Ｄ）
部品19と20とを受け入れるための場所32と33とが形成され、流体接続部13と14とが初めて作られる。これを行うために、部品19及び20の厚みに対応する厚さ、即ち100〜500ミクロンの厚さを有する支持マトリックス層34が、前記部品用に取っておかれる場所32及び33以外の全表面に亘って直接書き込み法によって堆積される。同様に、流体チャネル24及び25中に現れる２つの円形の空間にも犠牲ポリマーが堆積されて、流体接続部13及び14が形成される。先の段階におけるの同様に、装置のケースを形成するための生適合性ポリマーの層35が、幅50から100ミクロンに亘って、支持層34全体に堆積される。
【００３４】
（図２Ｅ）
部品19と20とが、標準的な組み立て技術を用いて開口部32と33とに配置される。
【００３５】
（図２Ｆ）
支持マトリックス層36は、電気接触部11及び12、導波管26、並びに光学入力ポート10と同時に直接書き込み法によって堆積される。後者２つの接続部は光学品質のポリマーであって、その屈折率が支持マトリックスの屈折率とは異なるポリマーで作られている。犠牲ポリマーは、流体接続部13及び14の場所に堆積される。先と同様に、生適合性ポリマーの層37は支持マトリックス層36全体に堆積される。
【００３６】
装置の製造におけるこの時点で、流体チャネル24及び25と流体接続部13及び14とを形成する、通常、ポリプロピレンカーボネート（ＰＰＣ）又はポリエチレンカーボネート（ＰＥＣ）である前記犠牲材料を除去する必要がある。一般に、この材料は、残渣のない完全な熱分解を行うことのできる熱分解法によって除去される。前記犠牲材料が消失した後、流体チャネルと流体接続部とは支持マトリックス内で中身のない空間として現れる。
【００３７】
（図２Ｇ）
第七の製造段階では、装置のケース18を形成するための厚さ20ミクロンの生適合性ポリマーの層38が直接書き込み法によって堆積される。流体接続部13及び14、光学接続部10、並びに電気接触部11及び12用の場所のみがその材料による被覆を受けない。
【００３８】
最後に、最終操作として、その機械的支持体27から装置を分離するように犠牲層28を除去する。この最終操作は、例えば、アルミニウムを陽極溶解することによって行われる。
【００３９】
図３は最終的に得られた一体型装置の断面を示している
ここまで示してきた製造順序は、直接書き込み法によって製造される、図１及び２に示されている多機能装置の一態様に帰着する。この態様において、電気トラック、流体チャネル、導波管、又は光学入力ポートなどの接続部は、直接書き込み法によってマトリックス内に直接製造される。しかしながら、これらの接続部を形成するために付属の要素を用い、そして標準的な組み立て方法によってマトリックスの内部でそれらを一体化することを考えることもできる。電気接続部は単純な金属片、流体チャネルは中空管、そして光学接続部は透明材料又は特定の屈折率を有する材料で作られた要素とすることもできる。
【００４０】
同様に、先に記載した態様において、装置に組み入れられる部品19及び20は、直接書き込み法によって形成することのできない、通常の組み立て法によってマトリックス内に配置される複雑な部品であってもよい。しかしながら、抵抗要素、光学格子、若しくは流体チャンバのような単純な部品、又はポリマーを基材とする集積回路型のより複雑な部品でさえ、マトリックス中に直接書き込み法によってマトリックス中に形成することが可能である。
【００４１】
このように、マトリックス中に一体化され、一体型装置の動作部分を形成する要素の大半は、直接書き込み法によって製造されるか、又は標準的な組み立て方法によってマトリックス内に配置される。
【００４２】
このようにして、マトリックスと様々な要素とを含む一体型の小型多機能装置を製造する方法が提案され、直接書き込み堆積技術を使用することにより、
−装置に堅牢性を与えると共に前記要素を保護する三次元一体型マトリックスを形成し、
−このマトリックス内に電気及び／又は光学及び／又は流体要素を統合し、そして
−光学接続部、流体接続部、又は電気接続部がマトリックス内に統合されているので、これら様々な部品を相互に又は外部に接続する
ことが可能になる。
【００４３】
この技術は、さらに、ＰＣＢ技術において欠くことのできない堆積／マスキング／エッチングの連続を完全に省くことができるので、特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、多機能装置の斜視図である。
【図２】図２は、キャリア基板上にある図１と同じ装置の積層図である。
【図３】図３は、図１に示された装置をＡＡ線に沿って切断した断面図である。
【図１】
2008524835.tif 000003
【図２】
2008524835.tif 000004
【図３】
2008524835.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月22日(2007.2.22)
【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】
支持マトリックス（30, 34, 36）内で集積された少なくとも１つの部品（19, 20）とその接続部（10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 21, 22, 23, 24, 25, 26）を有する小型化された多機能立体装置を製造する方法であって、前記支持マトリックス（30, 34, 36）が流体状の材料の連続する層を選択的に堆積する直接書き込み型の堆積技術によって形成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記部品（19, 20）が、材料がなく、この目的のために取っておかれた場所（32, 33）において、標準的な組み立て技術を用いて製造中に前記支持マトリックス（30, 34, 36）に統合されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記部品が、前記堆積技術によって直接的に前記支持マトリックス（30, 34, 36）内に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記部品が、前記堆積技術を用いて犠牲物質を堆積する段階、次いでこの犠牲物質を除去する段階によって前記支持マトリックス（30, 34, 36）内に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記接続部が、材料がなく、この目的のために取っておかれた場所において、標準的な組み立て技術を用いて製造中に前記支持マトリックス（30, 34, 36）に統合されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記接続部（10, 11, 12, 15, 16, 17, 21, 22, 23, 26）が、前記堆積技術によって直接的に前記支持マトリックス（30, 34, 36）内に形成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記接続部（13, 14, 24, 25）が、前記堆積技術を用いて犠牲物質を堆積する段階、次いでこの犠牲物質を除去する段階によって前記支持マトリックス（30, 34, 36）内に形成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記支持マトリックス（30, 34, 36）を形成する材料が非導電性ポリマーであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記接続部（11, 12, 15, 16, 17, 21, 22, 23）又は前記部品を形成する材料が、導電性ポリマーであることを特徴とする、請求項３又は６に記載の方法。
【請求項１０】
前記接続部（11, 12, 15, 16, 17, 21, 22, 23）又は前記部品を形成する材料が、導電性インクであることを特徴とする、請求項３又は６に記載の方法。
【請求項１１】
前記接続部（10, 26）又は前記部品を形成する材料が、光学的ポリマーであることを特徴とする、請求項３又は６に記載の方法。
【請求項１２】
前記犠牲物質がポリカーボネートであることを特徴とする、請求項４又は７に記載の方法。
【請求項１３】
前記堆積技術がインクジェット印刷であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記堆積技術が固体材料の蒸発によるレーザー印刷であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記堆積技術が微量分配法であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記材料が、犠牲物質（28）の層で被覆されたキャリア基板（27）上に堆積され、該犠牲材料を除去することによって、前記装置が前記キャリア基板（27）から分離されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ技術部品の組み立ての分野に関する。より詳しくは、本発明は、小型化された、電気的機能及び／又は光学的機能及び／又は流体機能を有する三次元装置、即ち、多機能装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、例えば、国際公開公報WO 03/035386号に記載されている化学又は生物分析に使用される装置の製造に特に好適に使用することができる。このような小型化された多機能装置は、単一の又は複数の用途を想定して設計されており、例えば、医療診断又は人体への移植に使用される。
【０００３】
マイクロ技術の分野では、組み立て技術の目的の大半は、単一の同じ基板上に、最終的な全体の大きさを最小化しながら可能な限り多数の部品を最低の経費で組み合わせて相互に接続することである。
【０００４】
部品の高密度化は、もともとは、面内高密度化であった。現在では、部品を積み重ねることによって、体積内高密度化が益々進んできている。
【０００５】
一方法としては、初期状態では平坦な可撓性のある基板上に部品を組み上げ、次いで、該基板を折り曲げることによって積み重ね、略平行六面体形のモジュールを得る。他の方法としては、様々な層間で接続を得るように縁部を金属で被覆した固い基板を積み重ね、次いで一体型の組立体を形成するために、積み重ねた基板に薄板を被せる。
【０００６】
しかしながら、これらの技術は導電トラックの最小幅（現在のところ、100ミクロンのオーダーである）によって制限されており、これが装置のより一層の高密度化への障害になっている。さらに、基板の製造と部品の組み立てとは２つの別個の操作となっており、必需品の供給及び物流に関して数多くの問題を生じている。
【０００７】
最後に、これらの方法が、導波管、光学マイクロ分光器、又は微小流体チャネルなどの光学又は流体要素の集積化にはあまり適さないことを指摘したおいた方がよいだろう。しかしながら、電子部品と結びついたこれらの要素は、特に医療及び生物医学に使用される複雑な多機能装置内で益々使用されるようになっている。
【０００８】
これら多機能装置を製造する既存の方法の一例は”ＰＣＢ”法である。
【０００９】
前記文献に記載されているように、”ＰＣＢ”法は、電子部品はもとより光学要素又は流体要素を集積する複雑な装置を安価な基板上に製造するのに印刷基板技術を用いる。しかしながら、この技術は、非常に細かいノウハウと機器とを必要とする写真製版、エッチング、又はドリル加工と交互に行う数多くのレジスト又は銅蒸着段階を有するので、比較的高価で複雑である。
【００１０】
重合体層を堆積する技術と写真製版技術とを必要とする複雑な装置を製造する方法は、米国特許第6,136,212号及び第6,632,400号にも記載されている。これらの方法は前記ＰＣＢ法と同じ欠点を有している。
【００１１】
US 2002/079219は複数のチャネル及びリザーバを備えたマトリックスを有する微小流体装置を記載している。電機部品はインクジェット印刷によってマトリックス中に形成される。
【００１２】
【特許文献１】国際公開公報WO 03/035386号
【特許文献２】米国特許第6,136,212号
【特許文献３】米国特許第6,632,400号
【特許文献４】米国特許出願公開公報US 2002/079219号
【特許文献５】米国特許出願公開公報US 2004/0115861
【特許文献６】国際公開公報WO 02/47447 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、やはりインクジェット印刷技術を用いて、印刷基板技術で使用される方法を全く使用することなく、多機能立体装置を製造する、簡単且つ経済的で新しい技術を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
より正確には、本発明は、支持マトリックス内で集積された少なくとも１つの部品とその接続部を有する小型化された多機能立体装置を製造する方法に関する。この方法は、流体状の材料の連続する層を選択的に堆積する直接書き込み型の堆積技術によって、マトリックスが形成されることを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記部品又は前記接続は
−材料がなく、この目的のために取っておいた場所において、標準的な組み立て技術を用いて製造中にマトリックスに組み入れるか、
−前記堆積技術によって直接的にマトリックス内に形成するか、又は
−前記堆積技術を用いて犠牲物質を堆積する段階、次いでこの犠牲物質を除去する段階によってマトリックス内に形成する。
【００１６】
基板上に、ワックス基材のインクジェット印刷によって流体接続部を形成する方法は、文献US 2004/0115861に既に記載されていることに注意しておいた方がよい。しかしながら、この方法は問題の三次元装置のマトリックスを直接書き込みによって製造することはできず、そのマイクロチャネルのみが製造される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の他の特徴は、添付の図面を参照した以下の記載により明らかになるであろう。
【００１８】
図１に示されている多機能装置は、電気接続部、光学接続部及び流体接続部によって、表面からアクセスすることのできる接続された三次元集積部品を有する装置の一例である。これらの部品は、例えば、単純な部品、即ち、抵抗要素、光学格子、又は流体を混合するように設計された室等の電気部品、又は光学部品若しくは流体部品のいずれかであればよい。部品は、例えば、光変調器などの光電子型、光学マイクロ分光計などの光流体電子型、又は他の流体電子型の複雑な部品であってもよい。電気信号若しくは光学信号を輸送する、又は流体状の材料を輸送するための接続部は、通常、電気トラック、透明セグメント、若しくは導波管、又は他の水平若しくは垂直チャネルである。
【００１９】
図１に示されている装置は長方形をしており、典型的には20 mm ｘ10 mm の大きさをしている。その上面には、光学入力ポート10、２つの電気接続部11及び12、並びに分析される流体の循環のための参照符号がそれぞれ13と14である流体入口及び流体出口を有している。この装置は、その下面に、３つの電気接続部15、16、及び17も有している。この装置を体内に移植するのであれば、当該装置は、人間の臓器が十分耐えることのできる生適合性材料で作られたケース18に封入される。
【００２０】
図２に示されている装置の積層図によってその構造と製造工程を理解することができる。この装置は、その中に、２つの部品19及び20とそれらの接続部とを含んでおり、これら様々な要素は、三次元基板として機能する一体型の支持マトリックス内に集積されている。部品19は光電型のものであり、その接続部は光学及び電気型である。部品20は光流体電子型のものであり、その接続部は光学、電気及び流体型である。
【００２１】
三次元装置の内側には、３本の導電トラック21、22及び23、２本の流体チャネル24及び25、並びに導波管26が部品を相互接続するようになっている。これらの様々な要素は、さらに、上方にある２つの電気接触部11及び12、下方にある３つの電気接触部15、16及び17、２つの流体接続部13及び14、並びに光学的接続部10を介して外部と接続されている。
【００２２】
電気トラック21及び22は、部品19を下方電気接触部15及び16にそれぞれ接続する。同様にして、電気トラック23は部品20を下方電気接触部17に接続する。上方電気接触部11及び12は部品19に接続されている。前記光学入力ポート10によって部品19と外部との光学的な連結がなされ、一方、流体入口13と流体出口14とは流体チャネル24と25とにそれぞれ接続されている。流体チャネル24と25とは部品20と接触し、分析に付される流体がこの部品を通って流れることが可能になっている。最後に、導波管26は部品19と部品20との間の光学的連結部として機能し、部品20は光学入力ポート10に直接的に接続されていない。
【００２３】
この三次元型多機能装置を製造するのに使用される技術は付加型のものである。該技術は、一方において、それが有用である箇所で、ある量の選択された材料を堆積して、マトリックス、導波管、又は電気トラックなどの固体領域を形成し、他方において、続く段階で除去される犠牲材料を堆積して、流体チャネルなどの空の領域を形成する。
【００２４】
直接印刷型又は直接書き込み型の様々な堆積方法は、例えば、文献WO 02/47447 A1に記載されているインクジェット印刷法、微量分配法（micro-dispensing）、及びレーザー印刷法（より一般的には、レーザー直接書き込み法として知られている。）である。
【００２５】
インクジェット印刷法は、非常に小さいな直径（50ミクロン未満）を有するノズルを用いて、高度の正確さをもって、制御された方法で基板上に堆積される材料の微小液滴を噴出する方法である。複数又は多数のヘッドを有するシステムが様々な材料を分配するために使用される。微量分配法は、基板の近くで動くマイクロピペット又は毛管を使用して、液体状の材料を堆積する。最後に、レーザー直接書き込み法は、堆積がなされる基板の領域において、固体を気化するのを可能にする。
【００２６】
使用される材料としては、非導電性の部分にはポリイミド、導電性のある部分には導電性ポリマー又は導電性インク、導波管には光学品質の重合体、及びミクロ流体チャネルには犠牲材料を使用することができる。
【００２７】
材料は、犠牲層を有するキャリア基板上を何度も通過させることによって堆積される。工程の最後に装置を基板から分離することによって犠牲層は除去される。通常、１〜500ミクロンの厚さを有する複数の層は、他の層の上に重ね合わせられており、このようにして三次元の装置を作る。装置の中にある様々な素子は、直接書き込みによって直接的に製造されるか、堆積の間に標準的な組み立て法によって装置に組み入れられる。
【００２８】
図２に示されている多機能装置の積層図は、このような装置を製造する順序の一例を説明している。
【００２９】
（図２Ａ）
第一の製造段階では、アルミニウム層などの犠牲層28によって被覆されたキャリア基板27を作る。基板は、例えば、直径20 cmの円形のシリコンウェハー又はガラス板であればよく、この上に複数の装置が同時に製造される。
【００３０】
（図２Ｂ）
装置のケース18を形成するための生適合性ポリマーで作られている、約20ミクロンの厚さの層29、並びに３つの電気接触部15、16及び17は、直接書き込み法によって前記犠牲層28上に堆積される。これら電気接触部の製造には、導電性ポリマー又は導電性インクが使用される。
【００３１】
（図２Ｃ）
第三の製造段階では、直接書き込み法によって導電トラック21、22及び23を堆積し、支持マトリックス内で流体チャネル24及び25を形成する。これを行うために、ポリイミド製の支持マトリックス層30を、導電トラック21、22及び23と同時に、直接書き込み法によって堆積する。材料で埋められていない水平方向の空間である流体チャネル24及び25は、該流体チャネルの位置に犠牲材料を堆積することによって形成される。この材料は、製造工程の次の段階中に除去される。装置のケース18を形成するための生適合性ポリマーの層31も、幅50から100ミクロンに亘って、支持マトリックス層30全体に堆積される。
【００３２】
（図２Ｄ）
部品19と20とを受け入れるための場所32と33とが形成され、流体接続部13と14とが初めて作られる。これを行うために、部品19及び20の厚みに対応する厚さ、即ち100〜500ミクロンの厚さを有する支持マトリックス層34が、前記部品用に取っておく場所32及び33以外の全表面に亘って直接書き込み法によって堆積される。同様に、流体チャネル24及び25中に現れる２つの円形の空間にも犠牲ポリマーが堆積されて、流体接続部13及び14が形成される。先の段階におけるの同様に、装置のケースを形成するための生適合性ポリマーの層35が、幅50から100ミクロンに亘って、支持層34全体に堆積される。
【００３３】
（図２Ｅ）
部品19と20とが、標準的な組み立て技術を用いて開口部32と33とに配置される。
【００３４】
（図２Ｆ）
支持マトリックス層36は、電気接触部11及び12、導波管26、並びに光学入力ポート10と同時に直接書き込み法によって堆積される。後者２つの接続部は光学品質のポリマーであって、その屈折率が支持マトリックスの屈折率とは異なるポリマーで作られている。犠牲ポリマーは、流体接続部13及び14の場所に堆積される。先と同様に、生適合性ポリマーの層37は支持マトリックス層36全体に堆積される。
【００３５】
装置の製造におけるこの時点で、流体チャネル24及び25と流体接続部13及び14とを形成する、通常、ポリプロピレンカーボネート（ＰＰＣ）又はポリエチレンカーボネート（ＰＥＣ）である前記犠牲材料を除去する必要がある。一般に、この材料は、残渣のない完全な熱分解を行うことのできる熱分解法によって除去される。前記犠牲材料が消失した後、流体チャネルと流体接続部とは支持マトリックス内で中身のない空間として現れる。
【００３６】
（図２Ｇ）
第七の製造段階では、装置のケース18を形成するための厚さ20ミクロンの生適合性ポリマーの層38が直接書き込み法によって堆積される。流体接続部13及び14、光学接続部10、並びに電気接触部11及び12用の場所のみがその材料による被覆を受けない。
【００３７】
最後に、最終操作として、その機械的支持体27から装置を分離するように犠牲層28を除去する。この最終操作は、例えば、アルミニウムを陽極溶解することによって行われる。
【００３８】
図３は最終的に得られた一体型装置の断面を示している
ここまで示してきた製造順序は、直接書き込み法によって製造される、図１及び２に示されている多機能装置の一態様に帰着する。この態様において、電気トラック、流体チャネル、導波管、又は光学入力ポートなどの接続部は、直接書き込み法によってマトリックス内に直接製造される。しかしながら、これらの接続部を形成するために付属の要素を用い、そして標準的な組み立て方法によってマトリックスの内部でそれらを一体化することを考えることもできる。電気接続部は単純な金属片、流体チャネルは中空管、そして光学接続部は透明材料又は特定の屈折率を有する材料で作られた要素とすることもできる。
【００３９】
同様に、先に記載した態様において、装置に組み入れられる部品19及び20は、直接書き込み法によって形成することのできない、通常の組み立て法によってマトリックス内に配置される複雑な部品であってもよい。しかしながら、抵抗要素、光学格子、若しくは流体チャンバのような単純な部品、又はポリマーを基材とする集積回路型のより複雑な部品でさえ、マトリックス中に直接書き込み法によってマトリックス中に形成することが可能である。
【００４０】
このように、マトリックス中に一体化され、一体型装置の動作部分を形成する要素の大半は、直接書き込み法によって製造されるか、又は標準的な組み立て方法によってマトリックス内に配置される。
【００４１】
このようにして、マトリックスと様々な要素とを含む一体型の小型多機能装置を製造する方法が提案され、直接書き込み堆積技術を使用することにより、
−装置に堅牢性を与えると共に前記要素を保護する三次元一体型マトリックスを形成し、
−このマトリックス内に電気及び／又は光学及び／又は流体要素を統合し、そして
−光学接続部、流体接続部、又は電気接続部がマトリックス内に統合されているので、これら様々な部品を相互に又は外部に接続する
ことが可能になる。
【００４２】
この技術は、さらに、ＰＣＢ技術において欠くことのできない堆積／マスキング／エッチングの連続を完全に省くことができるので、特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、多機能装置の斜視図である。
【図２】図２は、キャリア基板上にある図１と同じ装置の積層図である。
【図３】図３は、図１に示された装置をＡＡ線に沿って切断した断面図である。
【国際調査報告】
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