一种精确控制布线间距的装置的制作方法

专利名称：一种精确控制布线间距的装置的制作方法
技术领域：
本发明属于微加工技术中的布线技术领域，尤其涉及微丝之间微 米级或亚微米级布线间距的精确控制技术。
背景技术：
.-微系统技术的一些场合需要将微小尺寸的纤维或微丝作出精密排 列，例如，将纤维排列成间距很微小的阵列用于加工和固定微小器件， 或者将金属丝密排制作微电极阵列，以及微小尺度的测量和校准等。 进一步，在纤维或微丝作出精密排布后通过一些软刻工艺可制作出微 通道及其阵列，也是微加工技术的一个重要发展方向。在这些技术实 现过程中， 一个重要的技术特点是，纤维或微丝的排布精度要求都比 较高， 一般要求间距都在微米级甚至亚微米级，并且布线间距要求尽 可能的均匀和可靠。但是，当布线间距的精度要求达到微米级尺度时，普通的布线方 法和工具难以满足要求，即使借助一些大型仪器设备，要精确地达到 微米级以下尺度的布线间距，也是比较困难的，而且成本比较高。中 国专利(公开号CN1822999)公开的一种纤维排列装置，利用开挖了 凹槽的支承物(模具)，使纤维顺着凹槽排列，并以层层叠加的方式形 成纤维的三维排列，进而用来制备DNA微阵列。但是由于其使用了模 具来进行纤维的辅助定位，纤维排布密度和精度也必然要受制于其模 具的加工精度，模具的加工工艺和精度直接制约其纤维排布的最小间 距，而且随着间距的不断减小，模具加工的成本也会成倍增加。此外， 该装置的构造比较复杂，生产成本较高，体积也较大，这种装置的应 用范围也会有很多限制。显然，在纤维或微丝的排布中，现有公开技术在如何有效地控制 布线间距与设备制造成本方面还没有达成很好的协调方案，表现为对 布线间距精度要求越高，所使用的仪器设备越复杂，布线成本也就越 高，从而相应地增加了后续微系统功能装置的制造成本。

发明内容
本发明的目的是提供一种既简易又能够实现精确控制布线间距的 装置来克服现有公开技术中的上述局限性。为实现本发明的目的，本发明应用了如下原理如图1所示，设 两端点间距为《，过该两端点平行排布的两根线条之间的间距为《， 该两条平行线与端点之间连线的夹角为0，则有如下关系c/2 =《sin 0如果改变P,则^随之改变。理论上只要夹角^足够小，就能够保 证间距《足够小。实际布线时，可使所布的线条与端点之间构成平行 四边形结构，利用平行四边形容易改变夹角角度这一结构不稳定性质 来实现上述原理。 一种实现该原理的具体方式是，在一个平行四边形 框架的一组对边上按照确定间距分别设置一排端点，把要改变间距的 平行线条分别固定到这些端点上，改变平行四边形框架顶角的大小， 则各平行线条的间距也相应的随之改变。当四边形框架的一个顶角不 断縮小时，就可以实现平行布线之间的间距大小从宏观尺度向微观尺 度的转变，布线精度可以达到微米级甚至亚微米级。在布线间距随平 行四边形一个顶角的缩小而不断縮小的过程中，相应布线间距的误差 仅由初始布线端点的分布误差来决定，而不会随着间距的变小而增加。根据上述原理，本发明提供了一种精确控制布线间距的装置，包 括至少一个活动的平行四边形框架。平行四边形框架的数量由装置所要完成的功能决定，通常情况下为一个，也可以并行排列几个用于扩 展其控制布线的数量，还可以将多个框架交叠以形成交叉的布线阵列 如本发明实施例2就将两个平行四边形框架交叠来实现正交布线阵列 的间距控制。每个平行四边形框架由两个相对的布线枕(布线枕甲1 和布线枕乙2)和两个连接体构成。两个布线枕上分别设置有布线梳(布线梳甲3和布线梳乙4)，布线梳为排列于布线枕表面的圆柱体或 表面开有沟槽的块体。布线梳由圆柱体构成，则这些圆柱体并行排列 于两个相对布线枕表面两条相互平行的直线上；布线梳由表面开有沟 槽的块体构成，则两布线梳有一个侧面相对，且为相互平行的平面， 上表面分别开设有适于布线的若干平行的沟槽。并行排列的圆柱体的 数量或块体表面沟槽的数量至少为两个，具体数量以略高于通常所需 布线的数量为宜，如果考虑到装置加工方面的原因，也可以一次性设 定较多的数量。本发明装置中，所述布线枕是一种布线初始间距定位器，形状为 条状或块状，便于在其上设置布线梳，也便于同连接体连接。布线枕 上的初始布线间距通过布线梳的圆柱体或沟槽的排列间距来确定。连 接体可以为直杆、曲杆或各种不规则形状物，为了实施的方便，可以 以直杆5作为连接体(如本发明实施例l)。同时，为了实现各种不同 的功能，也可以选择形状不同的连接体(如本发明实施例2、 3、 4)。布线枕上可设置绕线桩11，绕线桩11至少设置一个，当布线的 数量较多时可以设置多个，绕线桩11既可以作为初始布线的固定点， 也可以作为布线的折返点。初始布线时，为了使线端部能够固定，可 以在绕线桩11上开设一条用于夹线的狭缝，也可以将线的端部通过其 他方式(如胶粘)固定于布线枕、布线梳或布线板上。同时，为了使 线能够紧贴布线枕，可以在其上设置压线板12，压线板12通常为平 板，也可根据实际布线需要制作成各种特殊形状。压线板12不仅可以 调节垂直方向的布线高度，而且多个压线板12同时使用，还可以实现 多层布线，层间间距则由压线板12的厚度决定。布线梳上可以贯穿布 线板22，其作用与压线板12类似，都是实现垂直方向布线高度的调 节以及多层布线的控制。所不同的是，布线板22贯穿于布线梳上，因 此可以通过调节布线板22的高度来实现对布线高度的调节。布线完成后，对布线间距的控制主要是通过改变平行四边形框架 的顶角大小来实现。在布线精度要求比较高时，其中一个顶角的角度
值通常需要调节得非常小甚至接近于零。在这样的情况下，通过标定 或测量角度来实现布线间距的精确控制变得比较困难，实际中可采用 长度标定或测量的方式。选用长度标定方式时，为使间距的定量数据 更加准确，则可能需要在显微镜或其他测量设备下进行间距的测量和 调节。为了实现这一目的，平行四边形框架的中间部分可以置空，便于布线间距的测量和控制(如本发明实施例2中的底座部分开设了一 个操作孔8)。同时，置空部分还可以结合其他具有一定功能的结构来 实现更多的操作，例如可以设置升降台，在其上放置其他辅助装置来 进行后续的加工(例如微通道结构与功能装置的加工制作)；还可以利 用置空部分进行垂直方向的布线，以形成更加复杂的三维布线结构。本发明所述装置具有容易实现的特点，其设计和加工的难度都不 高；而且用于加工本发明装置的材料也无特殊要求，可以根据需要任 意选择，如不锈钢、铝合金、塑料等硬质材料，制作成本通常很低。在利用显微镜或者其他测量设备进行间距测量的情况下，布线的 间距很容易控制在微米级，在布线梳上的圆柱体或沟槽排列的间距较 小的情况下(几百甚至几十微米)，布线的间距能够可靠的控制在亚微 米级，当然这与纤维或微丝本身的性质也有关系， 一般纤维或微丝的 强度越高，韧性越好(如不锈钢微丝)，布线时可控制的布线间距精度 就越高。本发明所提供的精确控制布线间距的装置，结构简单，容易实现， 操作方便，成本低廉，稳固可靠，又可实现布线间距的精确控制，其 控制精度能达到微米级或亚微米级，为微加工技术领域的布线间距精 确控制提供一种有利的工具。


图1是本发明的精确控制布线间距装置的几何原理图。图2是本发明的精确控制布线间距装置实施例1的示意图。图3是本发明的精确控制布线间距装置实施例2的示意图。图4是本发明的精确控制布线间距装置实施例2的底座示意图。 图5、 6是本发明的精确控制布线间距装置实施例2的布线枕示意图。图7是本发明的精确控制布线间距装置实施例2的连杆示意图。 图8是本发明的精确控制布线间距装置实施例2的初始布线实物图。图9是本发明的精确控制布线间距装置实施例2的布线间距控制 效果实物图。图10是本发明的精确控制布线间距装置实施例3的示意图。图11是本发明的精确控制布线间距装置实施例3的底座框架示意图。图12是本发明的精确控制布线间距装置实施例3的布线梳和布线 板示意图。图13是本发明的精确控制布线间距装置实施例4的示意图。上述各图中，l为布线枕甲，2为布线枕乙，3为布线梳甲，4为 布线梳乙，5为直杆，6为底座，7为连杆，8为操作孔，9为转轴甲， IO为转轴乙，ll为绕线桩，12为压线板，13为螺栓，14为盲孔甲， 15为盲孔乙，16为盲孔丙，17为盲孔丁， 18为螺纹盲孔，19为螺纹 通孔，20为连接杆，21为滑块，22为布线板，23为布线枕丙，24为 布线枕丁， 25为布线梳丙，26为布线梳丁， 27为转轴丙，28为转轴 丁， 29为第二连杆。
具体实施例方式
实施例l:如图2所示该装置为一个两线间距控制装置，由两个条状布线枕(布线枕甲1和布线枕乙2)与两个直杆5构成平行四边形框架， 每个布线枕上分别由两个圆柱体构成布线梳(布线梳甲3和布线梳乙4)，每个布线梳的圆柱体之间间距相等。该装置可实现两根平行线条 之间间距的高精度控制。在显微观测环境下，两线间距最小能够控制 在亚微米级。实施例2:如图3至图9所示该装置为一个正交布线间距控制装置，由两 对相对的布线枕(布线枕甲l和布线枕乙2、布线枕丙23和布线枕丁 24)、两对布线梳(布线梳甲3和布线梳乙4、布线梳丙25和布线梳 丁26)、底座6、连杆(连杆7和第二连杆29)构成，并形成两个平 行四边形框架。底座6上置有操作孔8和两对转轴(转轴甲9和转轴 乙10、转轴丙27和转轴丁 28)。操作孔8位于底座6中心，两对转轴 之间的两条连线相互正交。布线梳由十根直径为0. 63毫米，中心距为 1毫米的圆柱体构成，每个布线梳分别固定于对应的布线枕顶部。该装置其中一个平行四边形框架的一组对边由布线枕甲1和布线 枕乙2构成，另一组对边由两个连接体构成，其中一个连接体为连杆 7，另一个连接体为底座6与两个转轴(转轴甲9和转轴乙10)构成 的整体。布线枕甲1和布线枕乙2底部分别有盲孔甲14和盲孔乙15， 布线枕甲1和布线枕乙2可分别通过盲孔甲14和盲孔乙15置于转轴 甲9和转轴乙IO上并能够自由转动，布线枕甲l和布线枕乙2上分别 有用来连接连杆7的盲孔丙16和盲孔丁 17，布线枕甲1和布线枕乙2 用连杆7通过盲孔丙16和盲孔丁 17活动连接。该装置另一个平行四 边形框架的一组对边由布线枕丙23和布线枕丁 24构成，另一组对边 由两个连接体构成，其中一个连接体为第二连杆29，另一个连接体为 底座6与两个转轴(转轴丙27和转轴丁 28)构成的整体，各部分的 结构以及相互之间的连接方式与第一个平行四边形框架类似，只是第 二连杆29的连接柄高于连杆7的连接柄以便于两个连杆在空间位置上不会冲突。两对相对布线枕的外侧表面各有五个绕线桩11和一个螺纹通孔 19。布线完成后，可以通过旋转相对的布线枕改变布线的间距，调整 到合适的角度后，可用螺栓13将布线枕通过螺纹通孔19固定于转轴 上。布线枕外侧表面与上表面的交线设置有倒角，上表面在布线梳内 侧部分的高度略低于外侧部分高度。布线枕的上表面可固定一个压线 板12，压线板12为一平板，其上有两个通孔与布线枕的上表面靠外 侧的两个螺纹盲孔18相对应，压线板12可用螺栓13通过螺纹盲孔 18来固定。两对相对的布线枕之间的两个连杆(连杆7和第二连杆29) 可以拆卸，以便于布线时能够方便的操作。该装置能够实现正交布线间距的调节，图8为该装置初始布线实 物图，布线完成后，分别旋转两对相对的布线枕，则各线之间的间距 明显变小，如图9所示(图8、图9中布线枕、连杆与图3中有略微 的差异，并且图8、图9中未设置压线板和螺栓，但不影响该装置的 功能)。若要进行更精细的间距控制，则需要在显微镜或者其他测量设 备上进行调节。例如，该装置在排布直径为20微米的不锈钢微丝时， 如果初始中心距为1毫米，那么在显微观测环境下，可将其布线间距 精确地调节到几微米甚至亚微米，而各线之间的间距仍然比较均匀。实施例3:如图10至12所示该装置为一个布线长度可变的布线阵列间距 控制装置，由布线枕(布线枕甲l和布线枕乙2)、布线梳(布线梳甲 3和布线梳乙4)、直杆5、连接杆20、滑块21和布线板22构成。布 线枕为条形，两个直杆5、 一个连接杆20和布线枕乙2形成一个平行 四边形框架。直杆5上置有滑块21并可沿直杆5自由滑动，两个滑块 21与布线枕甲l活动连接，并且使两个布线枕相互平行。两个布线梳均由十个等间距排列的布线柱构成，布线枕上有小孔可以固定布线梳， 布线板22贯穿于布线梳上，布线板22上设置有绕线桩11。布线时，布线的有效长度可以通过滑块的滑动来调节，布线的高 度则可以通过布线板的高度来调节。 实施例4:如图13所示该装置为一个布线长度可变的布线阵列间距控制装置，与实施3类似，该装置由布线枕(布线枕甲l和布线枕乙2)、布 线梳(布线梳甲3和布线梳乙4)、直杆5、连接杆20、滑块21和布 线板22构成。布线枕为条形，两个直杆5、 一个连接杆20和布线枕 乙2形成一个平行四边形框架。直杆5上置有滑块21并可沿直杆5 自由滑动，两个滑块21与布线枕甲1活动连接，并且使两布线枕相互 平行。与实施3不同的是，该装置布线梳为上方分布有等间距沟槽的 长方体，沟槽的方向垂直于平行四边形框架上布线枕所在的一组对边。
权利要求
1、一种精确控制布线间距的装置，包括至少一个活动的平行四边形框架，其特征在于平行四边形框架的一组对边由布线枕甲(1)和布线枕乙(2)构成，另一组对边由两个连接体构成，布线枕甲(1)上固定有布线梳甲(3)，布线枕乙(2)上固定有布线梳乙(4)。
2、 如权利要求1所述的精确控制布线间距的装置，其特征在于所述 布线梳甲(3)和布线梳乙(4)分别由若干并行排列的圆柱体构成， 构成布线梳甲(3)的圆柱体的中心线与布线枕甲(1)的上表面相交， 交点的连线为一条直线，构成布线梳乙(4)的圆柱体的中心线与布线 枕乙(2)的上表面相交，交点的连线也为一条直线，并且两条直线相 互平行。
3、 如权利要求1所述的精确控制布线间距的装置，其特征在于所述 布线梳甲(3)和布线梳乙(4)为块状，布线梳甲(3)上的一个侧面 与布线梳乙(4)上的一个侧面相对，且为相互平行的平面，布线梳甲(3)的上表面和布线梳乙(4)的上表面分别开设有适于布线的若干 平行的沟槽。
4、 如权利要求1所述的精确控制布线间距的装置，其特征在于所述 连接体为直杆(5)。
5、 如权利要求1所述的精确控制布线间距的装置，其特征在于所述 连接体为底座(6)和连杆(7)，底座(6)上置有转轴甲(9)和转轴 乙(10)，布线枕甲(1)和布线枕乙(2)底部分别有盲孔甲(14)和 盲孔乙(15)，布线枕甲(1)和布线枕乙(2)可分别通过盲孔甲(14) 和盲孔乙(15)置于转轴甲(9)和转轴乙(10)上并能够自由转动， 布线枕甲(1)和布线枕乙(2)上分别有用来连接连杆(7)的盲孔丙(16)和盲孔丁 (17)，布线枕甲(1)和布线枕乙(2)用连杆(7) 通过盲孔丙(16)和盲孔丁 (17)活动连接。
6、 如权利要求l所述的精确控制布线间距的装置，其特征在于所述 连接体为直杆(5)和滑块(21)，滑块(21)置于直杆(5)上并可沿 着直杆(5)自由滑动，布线枕甲(1)的两端分别与两个滑块(21)活动连接，布线枕乙(2)的两端分别与两个直杆(5)的一端活动连 接，两个直杆(5)的另一端由连接杆(20)活动连接，并且连接杆(20) 平行于平行四边形框架上布线枕甲(1)和布线枕乙(2)所在的一组 对边。
7、 如权利要求l、 2、 3、 5所述的精确控制布线间距的装置，其特征 在于布线枕甲(1)和布线枕乙(2)上各有至少一个绕线桩(11)。
8、 如权利要求l、 2、 3、 5所述的精确控制布线间距的装置，其特征 在于布线枕甲(1)和布线枕乙(2)上分别置有压线板(12)。
9、 如权利要求l、 2所述的精确控制布线间距的装置，其特征在于 布线梳甲(3)和布线梳乙(4)上分别贯穿有布线板(22)，布线板(22) 上有至少一个绕线桩(11)。
全文摘要
本发明提供了一种精确控制布线间距的装置。该装置可用于微加工技术领域中的布线间距精确控制。该装置包括至少一个活动的平行四边形框架，每个平行四边形框架由两个相对的布线枕和两个连接装置构成的，布线枕上固定有布线梳，将线布于两个相对布线枕的布线梳之间形成平行的布线阵列，然后定量改变平行四边形框架一个顶角的大小，就可以精确控制布线间距。该装置结构简单，容易实现，操作方便，成本低廉，稳固可靠，可以实现布线间距的精确控制，控制精度能达到微米级或亚微米级，为微加工技术领域的布线间距精确控制提供了一种有利的工具。
文档编号B81C99/00GK101157436SQ200710092838
公开日2008年4月9日 申请日期2007年10月16日 优先权日2007年10月16日
发明者宋国立, 蒋家欢, 蔡坤宝, 蔡绍皙, 贾月飞 申请人:重庆大学