压印方法和器件的制作方法

专利名称：压印方法和器件的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及制造工艺中材料压印的方法和器件。本发明的领域还涉 及流体处理构件的制造，光学光导，金属沉积，化学和生物学表面涂层，以 及导电和导热结构的形成。
背景技术：
在下文的讨论中，介绍了某些结构和/或方法。然而，下文的介绍不应 该被解释为一种认识，即这些结构和/或方法组成了现有技术。申请人特意保
压印技术(stamping techniques )包括图形的传递，压花，成形，切割， 和向基片上或基片内传递材料，比如利用传递箔图案的烫印和借助接触印刷 的化学或生化试剂的沉积，例如墨水和生物传感器分子的沉积。压印过程 (stamping prcess ) —般通过有图案的工具的应用将图案复制到基片内，或 复制到基片上，或复制穿过基片。
压花是一种压印工具被压进基片中，并使得工具四周的材料转移和在基 片内形成复制的结构的技术。生成的复制的结构是压花工具的负像。成形是 类似于压花的技术并且通常在比将形成图案的结构薄的基片上进行，普通的 例子是硬质泡沫塑料衬垫包装中的成形。沖切也包括有图案的工具的应用， 然而其一^:部分地或完全地切割穿过工具图案轮廓四周的基片。彩箔烫印方
法可以被用于将薄膜，如金属层或者结构层，从载体层传递到基片上。该过 程通常包括通过温度和压力将沉积的层连接到基片上，这也促使涂层从载体 带上剥离。压印箔经常被用到的工艺包括用于装饰性涂层的金属层的沉积。 这样的金属层一般利用在压印温度下熔化的蜡释放(wax release)而在例如 聚酯的载体带上生成。类似地，接触印刷工艺将材料， 一般是液体形态的， 从压印工具传递到基片表面上。
材料压印的现有技术中的器件和方法一般包括使用有特别地形成的图 案的工具，工具被用于形成完整的有图案的结构或区域。例子是在微光学和微流体中，其中工具被制造用于复制整个需要的图案。这种方法的局限性在 于对于需要的每个不同的图案就需要整个不同的工具。
在一些压印场合如压花，复制的质量取决于如时间、压力和温度这些因
素。因此，将要被复制的图案的尺寸受限于加工机器的能力。随着将被复制 的图案的尺寸增加将材料从被复制的区域上转移所需的力和停留时间也会 增加。对于较大的结构，随着在压花时被转移的材料需要流到块状材料内的 其它区域，这将变得更困难。压花过程之后的材料松弛和张紧问题会导致复 制的结构变形。
形成微流体结构的压花工艺的发展始于1990年代末，其使用印刻或压 印工艺。形成这样的结构经常需要高的纵横比。热模压花工艺发展以促进结 构复制并且一般被用在研究领域，如Becker等人的"Polymer microfabrication methods for microfluidic analytical applications (用于4敬流体角年才斤的应用的聚 合物微型制造方法)，，，Electrophoresis 2000, 21巻，12-26页；Becker等人 的"Polymer microfouidic devices(聚合物微流体器件)"，Talanta 2002 ， 267-28 页；和Heckele等人的"Review of on micro molding of thermoplastic polymers (热塑聚合物微成型的回顾)"，丄Micromech. Microeng. 2004， 14巻，第3 期，R1-R14页中所描述的。热模压花工艺是标准压花工艺的子集，除非运 行温度特别地接近材料的玻璃相变温度以及压花压力较低。对于所有的压花 技术，复制的结构的质量取决于若干因素，包括印刻压力，温度，时间和材 料性质。这种技术的问题在于为了获得高纵横比的结构温度周期中的难点和 所需的时间，以及较大结构捕集空气气泡的倾向。另外，用于该工艺的合适 的材料有限，这反过来限制了产品应用中可获得的有合适的体积和表面性质 的适宜材料的数量。
已经发展的高生产量的生产技术一般包括用于薄膜的部分制造的巻到 巻生产系统的使用。这些例子包括英国专利申请No.9623185.7，其描述了从 微型制造薄膜的光学工业中进化而来的紫外线固化工艺。该工艺通过用薄的 紫外线-可固化树脂涂覆基片，然后使用模板压花图案并且在与模板接触的 过程中固化树脂来操作。美国专利No.6375871描述了薄膜上的挤出工艺， 其接着是辊轮压花片材上的薄片或树脂。美国专利No. 6375776描述了用于 微型制造薄膜的片材系统的成形工具。这些技术的主要局限性在于它们局 限于在片材上操作的相对薄的基片，或薄膜；适用于该工艺的可获得的材料有限，这反过来也限制了产品应用中可获得的有合适的体积性质和表面性质
的材料的数量；每个图案需要单独的相对昂贵的工具；并且一般有与工具更 换相关的长时间的调整延迟。
基片上的导电电路的形成通常通过蚀刻、丝网印刷，或电镀工艺来完成。 由于相关的工具和运作成本，所有这些对小型生产运行来说都相对昂贵。电 镀基片的铣削是快速形成原型熟知的选择方案，但是被局限于空间的容量和 需要平坦的基片，商业上可获得的这种材料很少。
接触印刷被普遍用于在表面上形成少量液体的图案。这些液体包括墨水 和其它化学或生物试剂，其应用在如信息编码，如带有字符的；装饰性的 或保护性的涂层；用于润湿和连接的变化的表面特性，包括亲水性，渗透性， 表面能，和改变分子表面；以及用于传感器或致动器制造的试剂的沉积。
所有这些生产技术的主要缺点是与设置新图案需要的工具有关的时间 和成本，以及小型生产运行的运作成本。对于较大的生产运行，这些成本可 以由制造的部件的数量来分摊，但是对于小型生产运作，单独的部件的成本 变得不可抑制地昂贵。
而且，在没有充分改进已有装备的情况下，压印较大结构是有问题的， 工艺的停留时间经常会随着结构的尺寸而增加。
所以，现有技术中需要用于单独部件的压印或不同图案的小型生产运行 的低成本装置和方法，而无需特殊图案的加工。也需要能够生产较大图案区 域的加工装置和方法，而无需增加现有机器的尺寸、成本或复杂性。
在该说明书中对任何现有技术的引用不是，也不应该被看作是一种认识 或任何形式的暗示，即现有技术构成公知常识的一部分。

发明内容
发明包括涉及制造中改进压印的设备、装置、方法和产品。本发明可以 提供的优点包括以下的一个或多个减少的调试时间；减少的压印所需的驱 动力；减少的加工时间；成本降低；生产的灵活性；较大结构的改进的压印 性能；和使部件大量的用户化。
根据本发明的一方面，其提供了在基片上构成压印结构(stamped feature )的方法，该方法包括(i)将多个压印工具4史(stamping tool segments ) 施加到基片的至少一个表面上。如此处所使用的，术语"压印元件"和"工具段(tool segments )"可交换地使用，就像术语"压印结构，，和"压印图案" 一样。
根据一个实施例，该方法包括将第一压印工具段是施加到基片的至少一 个表面上从而在其上形成第一子图案，和将第二压印工具段施加到基片的至 少一个表面上从而在其上形成第二子图案。压印元件可通过任何适宜的方法 来制造压印结构。例如，它们可以共同对应于压印结构，和/或共同包括压印 工具。
而且，第一子图案和第二子图案可以相同或不同并且可以选择性地至少 部分重叠或接合。在一些实施例中，它们结合起来构成压印结构。
根据本发明的工艺、设备和装置适用于大范围的制造设置，例如基于片 材的(连续的)和基于薄片的(离散的)基片设置。
如此处使用的，"压印"是指在基片上或基片内形成结构和/或图案的工 艺或技术，并且包括，例如压花，成形，切割，烫印(如，箔)，材料图 案的传递，使用印模，和接触印刷。
另外，本发明的工艺可进一步包括至少一个预先或后期的压印处理过程。
包括在压印中的不同零件的对准，例如压印元件，基片和其中的任何构 件，可以以任何适宜的方法来获得。例如，可以使用控制系统并且对准可通 过使用对准标记，槽口，凹槽，边缘引导器，和基于机械的、声波的、热能 的或光学的传感器中的一个或多个来获得。这样的传感器，或传感器系统， 可包括分离的感官点或区域成像，并且可以与信号处理技术相结合，如与图 像识别相结合。
压印过程本身可通过包括多个压印元件的压印机器来进行。在一些实施 例中，压印机器本身是全自动的。
根据本发明的工艺生产出的压印结构可具有不同的形式。例如，它们可 以选择性地通过在基片的相同层或分离层上重叠而形成图案。另外，压印结 构或图案可以包括锯齿的或凸起的结构并且由对应的凸起或锯齿的压印元 件来产生。
在一些实施例中，多个压印元件一起动作以制造压印结构。例如，它们 可以在多个表面上压印并且压印元件可一起动作，如匹配成对或成组。
其它元件可以纟皮添加到该工艺中，这样可以获得更好的质量，例如，通过使用包括至少一个特殊结构的元件来避免被压印的基片变形。顺便举例， 这样的特殊结构可包括用于构成的结构四周的基片的宽加工支座，或者牺牲 结构的使用以控制最后的压印动作中的材料的流动。
本发明的设备，装置和方法的某些实施例尤其适合用于某些应用，如微 流体元件或器件、电子电路、导电零件、电磁结构、波导、光管、传感器、 致动器、或类似结构的制造。
如此处使用的，"微流体"是指包括尺寸是微米或次微米级的流体处理 结构或元件的构件，系统或方法。例如，这样的结构或元件可至少具有在约
1微米至约IOOO微米级的一维尺寸。
而且,在一些实施例中，发明适合于应用在如表面处理、传感器制造， 或者装饰或字符详细设计。
在本发明进一步的方面，其提供了用于在基片上形成压印结构的装置，
装置包括可单独地驱动；多个一起成组地驱动、或这两者组合的多个压印工 具段。在一些实施例中装置的操作至少是部分自动的。另外，多个压印工具 革殳可以通过各自的致动器安装在构造4仑或才几头(structuring wheel or machine head)上。
在一些实施例中，装置包括允许构造轮或机头在至少两个方向上移动的 安装系统。基片也可以相对压印工具移动。
在一些实施例中，设备包括多个压印元件，它们共同对应于压印结构。 多个压印元件可共同包括自身是自动的压印工具。
贯穿本说明(包括附加的任何权利要求)的，除非上下文中要求的，词 i吾"包4舌(comprise )，，,禾口变体々口 "包4舌(comprises )，'及"包4舌(comprising )", 将被理解为暗示了包含所述的整体或阶段或整体或阶段的组但不排除任何 其它的整体或阶段或整体或阶段的组。


图1是卡片或薄板生产系统的系统图。 图2是片材或连续的基片的生产系统的系统图。 图3是根据本发明的一个方面的包括自动压印机器的装置的系统图。 图4A-4C图示了包括三个压印元件的连续施加以形成压花图案的压花 装置和技术。图5A-5C图示了压印元件同时被相继施加到基片以形成压花图案的装 置和技术。
图6A-6C图示了在成形的运作中压印元件被相继施加到基片的装置和技术。
图7A-7C图示了压印元件被相继施加到基片从而执行切割操作的装置 和技术。
图8A-8C图示了压印元件被相继施加到基片从而执行沉积操作的装置
和技术。
图9是通过一起应用多个压印工具段来施加所需图案从而将压印图案 施加到基片的装置和技术的系统图。
图IO是沿图9中的线10-10的视图，其图示了其上具有被施加的选择 的压印图案的基片的顶面。
图11A-11B图示了根据本发明进一步的方面将选择的压印图案施加到 基片的装置和技术，其包括多个压印工具段的同步运作。
图12是根据本发明的原理形成的重叠的压花图案的侧面图。
图13是根据本发明进一步的方面，上面具有被施加的重叠压花图案的 基片的侧视图。
图14是才艮据本发明的另一个方面，上面具有净皮施加的重叠压花图案的 多个基片的侧视图。
图15A-15B图示了根据本发明的将压花图案施加到基片相反侧上的装 置和技术。
图16A-16B图示了根据本发明进一步的方面，将压花图案施加到基片 的装置和技术。
图17A-17B图示了根据本发明的一个方面，将压花图案施加到基片的 装置和技术，其包括压花工具上浮凸结构的使用。
图18A-18B图示了4艮据本发明进一步的方面，将压花图案施加到基片 的装置和技术的侧视图，其包括压花工具上浮凸结构的使用。
图19A-19B是图示了根据本发明的再一个方面，用于在基片上沉积材 料的装置和技术的侧视图。
图20根据本发明形成的微流体器件的分解图。
图21是根据本发明的进一步方面形成的多层式微流体器件的分解图。图22是根据本发明的另 一方面形成的多层式微流体器件的分解图。
图23是根据本发明再一方面形成的多层式微流体器件的分解图。 图24是根据本发明进一步方面形成的多层式微流体器件的分解图。 图25A-25C是根据本发明的原理用于在基片上形成微光学结构的装置
和技术的侧视图。
图26是形成微流体器件的压印工具组的系统图示。
图27是形成印刷电路的压印工具组的系统图示。
图28是根据本发明的原理用于彩箔烫印的装置和技术的系统图示。
图29A-29C图示了根据本发明的原理将单独制造的波导构件合并到基
片已形成的通道中的装置和技术。
图30A-30D图示了通过压印技术制造出的多层式电路的横截面。
具体实施例方式
这里联系与微流体器件和电子电路有关的实施例描述发明将更方便。然 而，发明适用于大范围的场合和产品并且应该意识到是其它的应用，结构和 装置也被认为落入发明的范围。
发明的装置和工艺主要通过将工具分割成多个压印工具段或元件来克 服传统压印的局限性。
压印过程一般通过应用单个的图案工具将图案复制到基片内或基片上。 通过使用多个压印工具段或元件制造连续的压印图案或结构，工具可以标准 化，形成通用的图案排版。这就允许了用相同的工具实现压印产品的用户化 生产，从而避免工具的更换，所以减少了小型或单件生产运行的成本。
本发明的设备、装置和方法的优点可包括以下的一点或多点
通过使用标准化构件或工具组的组合制造每个新的设计而减少的调试
时间；
通过分离地压印较小的子图案而减少的将图案压印到基片上所需的驱
动力；
由于压花或形成较小结构时停留时间减少而引起的一些场合的较高生
产量；
通过替换小的不那么复杂的个别的工具元件或工具段而不是为整个图 案替换复杂的工具而减少了成本；生产的灵活性减少了小型或单件生产运行的成本，并且允许了压印产品
的大量用户化；
由于使用了工具段沉积或转移所需的材料较少而改善的较大结构的质 量；和
应用于如微流体，识别卡压花，和类似场合的部分私人化或大量用户化 的新范例。
根据本发明聚合物和金属可以被压印或合并到压印产品中。可以使用任 何适宜的材料。其它的可以被使用的材料包括但不局限于硅，金属氧化物； 金属箔；纸；硝化棉；玻璃；光致抗蚀剂；陶瓷；木材；织物基的产品；和 它们的组合。
压印产品可在离散的基片上或连续的成巻的基片材料上制造。图1显示 了用来构造离散产品如卡片的生产线的一个实施例。在这个例子中，在离散 基片形式的卡片材料中，输入储卡机1在加载到输出储卡机6之前相继通过 印刷2、压花3、层压4和编程5站。用于制造连续产品或在片材辊上制造 的生产线的例子图示在图2中。在连续生产线的该例子中，加工模块被散置 有材料供给输送装置7并且执行以下操作形成储存材料输入8;成形9; 填充10;连接ll;印刷12;固化13;张力控制14;材料引导和展开15; 压花和打孔16;沖切17;和最终部件的收集18。
如图3所示，根据本发明的一个实施例，其提供有包括自动压印机器的 装置30。图3中图示的装置30描绘的目的仅仅在于图示。如此处所示，装 置30包括构造轮或机头31，其可由计算机控制。多个压印元件或工具段32 通过各自的致动器33连接到其上。虽然图3中图示的仅仅是有限数量的压 印元件或工具段，应该理解的是更多的工具段可以以多种不同的阵列或布局 出现。这样的附加阵列或布局也在本发明的构思范围内。构造轮或机头31 能够单独地，或者多个相互协调地驱动致动器33。驱动致动器33的精密机 构相信完全在本领域技术人员能力范围内。适宜的驱动机构包括，但不局限 于机械装置；机电装置；和气动装置。如图3中进一步图示的，压印元件 32以及它们各自的致动器33可沿箭头34指示的方向移动。构造轮或机头 31可通过任何适宜的装置来安装，如图示的一对轨道35。构造轮或机头31 可相对安装轨道34移动如箭头36所示。轨道35可选择性地安装到一对横 向轨道37上。轨道35相对横向轨道37可移动，如箭头38所指示的。因此，根据图示的实施例，构造轮或机头31,和与其相关联的压印元件或工具段
32可相对基片S沿至少三个不同的方向移动。上文提到的轨道和构造轮或
员的能力范围内。适宜的机构包括，但不局限于伺服电动机，机电啮合的 滑轮系统；或者类似的。另外，或作为可选的，装置30可包括一种机构， 基片S借助该机构可相对构造轮或机头31移动，如箭头39所指示的，该相 对移动可以是相对于基片S沿纵长方向。任何适宜的机构可以被提供用于完 成基片S的移动。这样的机构的实现完全在本领域技术人员的能力范围内， 适宜的移动基片的机构包括，但不局限于运输装置或运输带。在一些实施 例中提供了 ID卡私人型系统的使用。在这样的系统中，卡通过不同加工站 之间的罗拉夹持点(roller nips )，包括经过具有字符压花轮的压花站。在一 些实例中，卡可以通过(x轴)头部(z轴)，在其它实例中头部(y-z-轴) 和卡(x轴)都移动。
可选的，装置30进一步包括便于压印元件32相对基片s定位的对准机 构或系统。例如，对准结构30AF可以被对准传感器30AS探测或读入，对 准传感器然后能产生开始或终止相对于基片s的移动的控制标记C。对准结 构30AF可以包括表面或块状材料的断点或结构，标记，槽口，凹槽或边缘 引导器。在替换的装置中，传感器30AS是成象传感器并且图案识别被用于 判定对准和/或质量控制问题。
如上文才是到的，根据本发明的一个方面，压印元件或工具段可以^皮同步 驱动以给基片施加选择的图案。替换的，如图4A-4C所示，选择的图案P 可以通过相继应用多个不同的压印元件或工具段而被施加到基片上，这样选 择的图案P由多个重叠或接合的子图案限定。所以，如图4A所示，第一压 印元件或工具段40a被施加到基片42从而在其上形成第一子图案44a。接着， 如图4B所示，在施加第一子图案44a之后，接着第二压印元件或工具段40b 被施加到基片42产生第二子图案44b的施加，第二子图案与第一子图案44a 至少部分重叠或接合。随后，第三压印元件或工具段40c被施加到基片21 产生其上的第三子图案44c的施加。第三子图案44c与第二子图案44b至少 部分重叠或接合。所以，三个被相继施加的子图案(44a, 44b, 44c)结合 构成基片21上的选择的图案P。
在另一个实施例中，相同的压印元件，或具有相同压印图案的不同压印元件，可以被相继使用以在基片的同一层或分离的层上形成重叠或接合的子
图案。图5A-8C图示了用于压花(图5A-5C)、成形(图6A-6C )、切割(图 7A-7C)、和沉积(图8A-8C)的工具段的相继使用。
在图5A-5C中，工具50将子图案(52a, 52b )压花到基片54中留下 有图案的表面。在图6A-6C中，工具60在基片62中形成子图案(64a, 64b ) 留下泡状成形区域。在图7A-7C中，工具70切割基片72中的子开口 ( 74a， 74b)移去有图案的区域。在图8A-8C中，工具80将材料82压到基片表面 84中或基片表面上留下子沉积(86a， 86b)，当工具被移去时这些子沉积一 起构成了沉积材料的有图案的区域。
本发明进一步的实施例图示在图9-11B中b这里描绘的装置90与之前 描述的图3中描绘的装置30在结构和操作上都相似。所以参照之前裴置30 的描述来详细讨论其不同的元件和构件。根据图9-11B中图示的装置90和 技术，多个压印元件或工具段92由各自的致动器93通过构造轮或机头91 被同步驱动，为的是向基片S的一个或多个表面施加各自的子图案(94a， 94b, 94c)。如图9所示，所有形成所述图案P所需的压印元件工具段92亏皮 同时驱动和施加到基片S的表面，从而施加所有的需要的各个子图案(94a, 94b， 94c)以限定出选择的图案(P;图10)。
该装置和技术的改进图示在图11A-11B中。如此处图示的，至少一组多 个压印元件或工具段92，被同时施加到基片的至少一个表面上，在相继的步 骤中接着是应用一个或多个附加的压印元件或工具段92为的是完成选择的 图案P。更详细地il,如图11A所示，第一组多个压印元件或工具,殳92净皮 施加到基片S的表面从而将子图案(94a， 94b)传递到基片S的表面。随后， 基片相对于构造轮或机头91的位置改变。这种位置的改变可通过移动基片 S，如箭头96所指示的，或通过移动构造轮或机头91，如箭头98所指示的， 而受影响。这种移动可以被对准系统控制，如之前所描述的。如图IIB中所 示的， 一旦构造轮或机头91相对于基片S的相对位置已经确定，至少一个 附加的压印元件或工具段92由各自的致动器93驱动以将一个或多个附加的 子图案94c施加到基片S的表面，从而完成选择的图案(P;图10)。根据 上文的示例性的实施例虽然图示了仅仅两个步骤，但是应该理解的是包含一 个或多个压印元件或工具^殳的单独驱动、和/或成组地相互同步驱动的附加步 骤。
16重叠在不同表面或层上的压花结构显示在图12-14中。图12显示了在 同一基片S的分离层(104, 106)上的重叠结构(100, 102)。图13图示了 连接两个结构(104， 106)的穿过基片S的孔108。图14图示了两个基片 (114, 116)的相邻表面上的重叠结构(110, 112),结构(IIO, 112)在重 叠区域接合到一起并且包含入口/出口孔(118， 120)。压印或压花的结构也 可形成由其它方法制造的结构的一部分，或与由其它方法制造的结构合并。 图12-14图示了与微流体的其它结构重叠的压印或压花结构的例子，其中压 花区域连接到穿过基片的孔(108, 118, 120)。根据本发明，孔可在表面构 造完成之前或之后制造。孔可以通过其它纟支术形成。
负的有图案的结构并且可以匹配地成对或成组运作。图15A-15B显示的例子 图示了用于凸起图案的形成的匹配的正工具段150和负工具段152的运作。 在该例子中，工具段(150， 152)与它们之间的基片154集合在一起，使得 基片154在工具四周成形，当工具移去时产生有图案的材料156。其它压花 的例子包括用支座平板工具162将压印元件160驱动进入基片164以避免图 案相对侧的变形，如图16A-16B所示，其中有图案的基片166包含有图案侧 168和平坦侧169。
在某些优选的实施例中，压印工具包括特殊的结构，以避免基片和相邻 结构的变形。工具结构包括，但不局限于，用于基片的位于结构结构周围的 额外宽的加工支座，以保证基片除了压印图案外保持其原始外形。该支座可 以被用于防止基片在压印力下弯曲。
的不想要的图案变形。这样的加工设计可包括工具几何结构以与相邻图案重 叠和或使用与图案靠近的临时结构，但不一定是重叠的，其允许构造或之后 的构造过程中材料流动。这些用于改进的通道形成的几何结构的例子显示在 图17A和17B中。图17A图示了压印工具170的俯视图，压印工具具有凸 出的图案171，其带有用于通道形成的浮凸结构172。当工具图案被压入基 片173中和形成的图案174与已有的图案175重叠后，代替材料转移到已有 图案的通道结构175的是，材料流176移动到已形成的浮凸结构177中。如 此处所示，整体的图案P由具有重叠区域178c的子图案(173a, 178b)构 成。图18B-18B图示了例子，其中工具181上额外深或额外宽的压印图案 180可以被用于通过连续的压印动作在基片183中接近重叠的点压花结构 182，以允许材料流入这些临时形成的结构184。如图示的，整体图案P由 具有重叠区域186c的子图案(186a， 186b)构成。
在一些压印工艺中，材料被沉积在基片上或基片中。在这些工艺中，专 门的结构可以被用于将材料锚定到基片内或重叠的子图案中。这样的锚定零 件在连接导电材料时尤其有用。在图19A-19B的例子中，有图案的工具190 被用于在基片上形成图案和将导电箔191锚定在基片192上，以及当彩箔烫 印能包括使用隆起如工具190上凸起的销(pin)或冲头(punch) 195以在 压印过程中使材料变形和可选的在材料的一边上打孔196并将其推进重叠的 有图案的箔中，将重叠的多片导电箔片(193, 194)接合起来。这样的变形 步骤可引起材料的完全穿孔，或者其可简单的使两层材料啮合，例如，机械 安装。在这步骤之前这两层可被一个或多个其它的层分离并且已变形的层可 被变形以便推进穿过该层与其它层啮合。
根据本发明实施例形成的微流体器件和/或构件显示在图20-24中。微流 构件可由本发明制造出来，例如通过使用此处描述的装置和技术来压印基 片，然后将另一部分连接到基片上来封闭形成的通道。
图20显示了基片204内带有压花的通道202的微流体器件200，通道 通过将带有入口孔208的另一层206层压、或连接到已构成的通道202上而 封闭。图21显示了类似的器件210,其具有已构成的通道211，通道被完全 切穿通过基片212接着通过在顶部和底部连接其它层(213, 214)随后被封 闭，上部层包含入口孔215。
图22图示了 3层式的器件220，其通道(221, 222)压花在底部两基 片(223， 224)的顶部表面中，连接孔226穿过中间基片224，入口孔(227， 228， 229)穿过中间层87和上部层88。
图23图示了类似的器件230，其中中间基片233的顶表面和底表面上 压花的通道(231, 232)通过开口 234连通。通道结构的入口由穿过层(233， 238 )的开口 (235， 236， 237 )提供在端部。图24图示了顶部和底部层(244, 245 )之间两个相邻的表面上带有压花的通道(241, 242)的器件240。当连 接时，结构通过重叠区域243被接合并且结构的入口通过开口 (246, 247) 提供。在本发明的另 一方面中，使用此处描述的装置和技术压花的通道形成在 基片上，通道然后通过适宜的技术如刮片涂覆被填充其它材料，如图
25A-25C所示。这对微光学或波导制造和电子电路中导电路和热传导区域的 形成都尤其有用。在这个例子中，带有压花通道252 (图25A)的多层式基 片250被填充有液体254，借助于刮片256 (图25B )在基片250 (图25C ) 中生成波导258。
在其最简单和最普通的形式中微流体的压印图案可以是重复多次的单 个的点或区域，它们重叠以形成所需的图案。为了更快和更好的结构复制， 可以构造一个更特殊的工具组260。用于微流体制造的压印工具组的例子图 示在图26中，其中格子中的每个元件代表有压印结构264的卑独的工具262。
在另 一个优选的实施例中构造工具被用于电子电路的制造，导电材料被 压花或压印到部件内，或被用于填充压花的区域，以在器件内提供电子电路 的连接。用于电路板制造的压印工具组270的例子图示在图27中，其中格 子中的每个元件代表带有形成图案的结构274的单独的工具272。
为了进一步解释发明的该方面，示例性的实施例使用了类似于彩箔烫印 的压印技术以形成电连接。图28图示了包括被加热的印模282的装置280, 被加热的印模将箔284压到巻到巻系统288上和基片表面286上，将匹配的 图案从自由层传递到基片的表面。对于电极的形成，需要较厚的导电层，然 后可以添加多个被压印的层或者被压印的层可以被用作电镀的原始层。这简 化了需要面罩或平板工艺以生产有图案的基片的传统的电镀工艺。
在一个实施例中多层式的印刷电路通过在基片上压印导电材料和然后 在压印的导电材料上覆盖非导电材料而制造出来。在这种方式中可以覆盖许 多层的导电材料。导电材料之间的相互连接和通路可以通过例如提供没有非 导电材料的区域来形成，以便导电区域接合，或将导电材料压印穿过非导电 层以接触下方的导电层。例如，图30A-30D的横截面显示了多层式压印电路 局部;f黄截面的例子。图30A显示了由两个导电(301，303 )和两个非导电(302, 304)层形成的两层电路的横截面，相互连接部305形成在没有非导电层302 并且导电层(301, 303 )重叠的区域306内。图30B显示了类似图30A中 显示的相互连接部，其中导电材料307，即层301的一部分或另一片导电材 料，被压印到底部导电层303中以形成更牢固的相互连接。图30C显示了非 导电层302没有开口 ，但是导电材料308被压印穿过非导电层302以提供导电层(301, 303 )之间的相互电连接。图30D显示了多层式电^^的局部横截 面，包含三个压印的相互连接部(309， 310, 311)其中一个相互连接部309 经过三个非导电层(312， 313, 314)。这些多层式相互连接部可以由一个压 印动作来完成，其对所有三个层打孔或者通过多个重叠的压印动作在不同的 层上冗成。
在发明的另 一个实施例中，使用本发明的装置和技术构造基片可以被用 于成形，或成为成形工艺的一部分，以在器件上提供热传导结构。热传导层 对于控制微流体和电子电路中的热量流动都很重要。根据一个示例性的实施 例，热传导材料被压印到部件内或部件上，或被压花的区域被填充导电材料 以在器件内提供改进的热控制。
在发明的另一个实施例冲，构造或压花装置和技术可以被用于成形，或 成为引导或阻止电磁辐射的导电区域的成形工艺的一部分。众所周知的是电 石兹(EM)屏蔽保护导电元件，如流体或电子电^^,来自电；兹干扰(EMI) 的传感器或致动器，并且可以被用于减弱芯片构件的放射。其它实施例可以 为了其它目的使用已构造的导电区域来引导电磁区域，如用传感器或驱动 器， 一个例子是用于操纵或感应磁力和或顺磁颗粒。
在另一个实施例中发明被用于波导，或光管制造。在过去的典型的微流 体器件制造方法中既包括了所有平坦材料的使用，将光缆直接插入传感系 统，又包括了在类似于半导体装置的制造方法中在表面平版形成图案。在一 个实施例中波导可以通过压花的结构由任何适宜的方法4皮填充而形成，例 如，通过在通道内部喷射或涂覆光学透明的材料，或通过将已形成的光管放 置到空的结构中。通道通过刮片涂覆被填充的例子显示在图25A-25C中，和 图示了将预制光管合并到已构造的器件290的图29A-29C中。图29A-29C 中的例子，图示了微流体器件的步骤组，包括将预制波导291插入包含微流 体结构293的基片292内，图示在图29B中。预制的波导291被放置在基片 292中邻近微流体结构293的定位结构294中。封闭层295然后被用于封闭 器件，提供了仅仅一个通向在顶部表面297上微流体结构的开口 296并且波 导通过侧部开口 298输入和输出。
在发明的其它实施例中，这样产生的结构可以被切割，弯曲或分割成较 小的部件。
被压印的部件可以被连接到其它元件上，其可以是或不 一 定是连续的基片，并且可以平坦或不平坦，而且可以由单个或多个构件制成。
在其它的实施例中，压印工艺可以与其它工艺结合；包括但不局限于压
印或压花工艺，构造工艺如注射模塑、微铣、沖切、激光加工、压花、热塑、 印刷头沉积、光吸收和其它构造方法。
本发明还可与其它工艺结合以促进压印工艺。在本发明的一个实施例 中，其与预处理工艺相结合以在压印(如压花)之前软化材料从而缩短停留 时间和改善复制部件的质量。预处理工艺可以例如包括体积或表面处理方 法，例如使用烘箱、红外加热器、化学物、紫外线灯、等离子体、激光和/ 或表面涂层。后期处理过程也可以被使用，例如对部件进行固化、表面处理、
涂4隻或渲染(render )。
对准标记、槽口、凹槽和或边缘引导器的使用是很多制造系统中使用的 普通方法。在该工艺的一个优选实施例中，本发明使用控制系统来帮助对准 和提供质量控制。控制系统中的参数包括，但不局限于，机械的和/或光学的 传感器反馈，这些反馈与部分平移或压花头调整相关，以改善对准。
数字表达了组分，成分，反应条件的数量，因此用在该具体的场合中将 被理解为在所有例子中由术语"约"来修改。虽然设置有数字范围和参数， 此处显示的主题的大范围是近似的，设置的数字值指示地尽可能的准确。然 而任何数字值，固有地包括必须的某些误差，这是由它们各自的测量技术中 发现的标准偏差所引起的。
虽然本发明此处联系优选的实施例来描述，但本领域技术人员应该意识 到的是非详细描述的添加、删除、改进和置换可以在不偏离本发明的精神和 附加权利要求所限定的范围的情况下做出。
本申请主张2006年1月25日申请的美国申请60/761746的优先4又，其 所有内容在此处通过引用净皮合并。本申请还主张2006年6月7日申请的美 国申请60/811436的优先权，其所有内容在此处通过引用^皮合并。本申请还 主张2006年6月7日申请的澳大利亚申请2006903100的优先权，其所有内 容在此处通过引用一皮合并。本申请还主张2006年1月24日申请的澳大利亚 申请2006900345的优先权，其所有内容在此处通过引用被合并。
权利要求
1.一种在基片上形成压印结构的方法，该方法包括(i)将多个压印工具段施加到基片的至少一个表面上。
2. 如权利要求1所述的方法，其中(i)包括将第一压印工具段施加到所 述基片的至少一个表面上从而形成第一子图案，和将第二压印工具段施加到 所述基片的至少一个表面上从而形成第二子图案。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述第一子图案和第二子图案不同。
4. 如权利要求2或3所述的方法，其中所述第一子图案和第二子图案 至少部分重叠。
5. 如权利要求2-4任一项所述的方法，其中所述第一子图案和第二子 图案相结合以形成压印结构。
6. 如权利要求2-4任一项所述的方法，其中(i)进一步包括将至少一个 附加的压印工具段施加到所述基片的至少一个表面上，从而形成至少一个附 加的子图案。
7. 如权利要求6所述的方法，其中每个子图案相结合以形成压印结构。
8. 如权利要求1所述的方法，其中(i)包括将第一压印工具段施加到所 述基片的至少一个表面上从而形成第 一子图案，和将第一压印工具段施加到 所述基片的至少一个表面上从而形成第二子图案。
9. 如权利要求8所述的方法，其中所述第一子图案和第二子图案相同。
10. 如权利要求8或9所述的方法，其中所述第一子图案和第二子图案 至少部分重叠。
11. 如权利要求8-10任一项所述的方法，其中所述第一子图案和第二 子图案相结合以形成压印结构。
12. 如权利要求8-10任一项所述的方法，其中(i)进一步包括至少附加的 一次将第一压印工具段施加到所述基片的至少一个表面上，从而形成至少一 个附加的子图案。
13. 如权利要求12所述的方法，其中每个子图案相结合以形成压印结构。
14. 如权利要求l-13任一项所述的方法，其中(i)包括以下的一个或多个 在基片的至少一个表面上压花、成形、切割、或沉积材料。
15. 如权利要求14所述的方法，其中所述沉积材料包括以下的至少一个导电材料；装饰性的或保护性的涂层；用于表面处理的化学或生物学试 剂，包括至少部分致动器或传感器的材料，标记材料或光学材料。
16. 如权利要求l所述的方法，其中(i)包括至少同时将第一压印工具段 和第二压印工具段施加到所述基片的至少一个表面上从而形成第一和第二子图案。
17. 如权利要求16所述的方法，其中所述第一子图案和第二子图案相同。
18. 如权利要求16或17所述的方法，其中所述第一子图案和第二子图 案至少部分重叠。
19. 如权利要求16-18任一项所述的方法，其中所述第一子图案和第二 子图案相结合以形成压印结构。
20. 如权利要求16-19任一项所述的方法，其中该方法进一步包括将至 少一个附加的压印工具段施加到所述基片的至少一个表面上，从而形成至少 一个附加的子图案。
21. 如权利要求16-19任一项所述的方法，其中该方法进一步包括将多 个附加的压印工具段施加到所述基片的至少一个表面上，从而形成多个附加 的子图案。
22. 如权利要求20或21所述的方法，其中每个子图案相结合以形成压 印结构。
23. 如权利要求20-22任一项所述的方法，其中至少多个子图案是相同的。
24. 如权利要求20-22任一项所述的方法，其中至少多个子图案是不同的。
25. 如权利要求1-24任一项所述的方法，其中所述基片包括硅，聚 合物；金属；金属氧化物；金属箔；纟氏；硝化棉；玻璃；光致抗蚀剂；陶瓷； 木材；织物基的产品；和/或它们的组合。
26. 如权利要求1-25任一项所述的方法，其中压印结构至少具有约0.1 至约1000微米的一维尺寸。
27. 如权利要求l-26任一项所述的方法，其中所述基片是连续的片材。
28. 如权利要求1-27任一项所述的方法，其中所述基片是离散的片或部件。
29. 如权利要求l-28任一项所述的方法，其中进一步包括Cii)以下的一个或多个切割或划分所述基片；和/或将所述基片连接到 其它构件上。
30. 如权利要求1-29任一项所述的方法，其中进一步包括选择性地用 烘箱、红外加热器、化学制品、紫外线灯、等离子体、激光和/或表面涂层中 的一个或多个预处理基片。
31. 如权利要求1-30任一项所述的方法，其中进一步包括选择性地用 红外加热器、化学制品、紫外线灯、等离子体、激光、固化和表面涂层中的 一个或多个后期处理基片。
32. 如权利要求1-31所述的方法与以下的一个或多个相结合注射模 塑；微铣；冲切；激光加工；压花；热成型；印刷头沉积；和光刻。
33. —种形成微流体器件的方法，包括根据权利要求1-32任一项所述 的方法形成压印结构。
34. —种形成电子电路的方法，包括根据权利要求1-32任一项所述的 方法形成压印结构。
35. —种形成多层式电路的方法，包括根据权利要求1-32任一项所述 的方法形成压印结构。
36. 如权利要求35所述的方法，其中所述电路形成在连接在一起的非 导电材料的多个层上。
37. —种形成电相互连接部或电通路的方法，包括根据权利要求1-32 任一项所述的方法形成压印结构。
38. —种形成电相互连接部和/或电通路的方法，包括将导电材料的一部分压印过非导电层。
39. —种形成微光学器件的方法，包括根据权利要求1-32任一项所述的方法形成压印结构。
40. —种在器件内形成热传导结构的方法，包括根据权利要求1-32任 一项所述的方法形成压印结构。
41. 一种形成电磁屏蔽器件的方法，包括根据权利要求1-32任一项所 述的方法形成压印结构。
42. —种对器件进行表面处理的方法，包括才艮据权利要求1-32任一项 所述的方法形成压印结构。
43. —种在器件上形成装饰性涂层的方法，包括根据权利要求1-32任 一项所述的方法形成压印结构。
44. 一种将传感器施加到器件的方法，包括根据权利要求1-32任一项 所述的方法形成压印结构。
45. —种将致动器施加到器件的方法，包括根据权利要求1-32任一项 所述的方法形成压印结构。
46. 前述权利要求中的任一项所述的方法，其中压印结构通过在相同的 或分离的层上重叠而形成。
47. 前述权利要求中的任一项所述的方法，其中压印工具段在多个表面 上压印。
48. 前述权利要求中的任一项所述的方法，其中压印元件以匹配的对协 调地动作。
49. 一种在基片上形成压印结构的装置，该装置包括能够以以下方式驱 动的多个压印工具段单独地驱动；多于一个成组而协调地驱动；或这两者 相组合地驱动。
50. 如权利要求49所述的装置，其中所述装置的操作至少是部分自动的。
51. 如权利要求49或50所述的装置，其中所述多个压印工具段由各自 的致动器被安装到构造轮或机头上。
52. 如权利要求51所述的装置，其中进一步包括允许构造轮或机头沿 至少一维移动的安装系统。
53. 如权利要求52所述的装置，其中所述安装系统包括多个轨道。
54. 如权利要求49-53任一项所述的装置，其中进一步包括基片。
55. 如权利要求54所述的装置，其中进一步包括移动所述基片的机构。
56. 如权利要求49-55任一项所述的装置，其中进一步包括目的在于压 印操作的用于对准一个或多个压印工具段的控制系统，所述控制系统包括以下的一个或多个对准标记，槽口，凹槽，边缘引导器，和机械的、声波的、 热能的或光学的传感器。
57. 如权利要求49-55任一项所述的装置，其中进一步合并有用于质量 控制和/或对准目的的图像识别过程。
58. 如权利要求49-56任一项所述的装置，其中至少一个压印工具段包 括在压印结构区域周围的用于基片的宽支座。
59. 如权利要求49-58任一项所述的装置，其中至少一个压印工具段包 括额外宽或额外深的几何结构，用于在基片内制造临时的结构。
60. 如权利要求49-59任一项所述的装置，其中至少一个压印工具段包 括在基片内最靠近图案处制造临时结构的几何结构，用于基片内改进的图案 复制。
61. 如权利要求49-60任一项所述的装置，其中至少一个压印工具段包 括用于使基片或沉积材料变形的隆起。
62. 如权利要求61所述的装置，其中所述隆起是销或者冲头。
63. —种形成电相互连接部或电通路的装置，包括形成压印结构的压印 工具段。
64. 如权利要求63所述的装置，其中压印工具段能够将导电材料的一 部分压印过非导电层。
全文摘要
在基片S上形成压印结构P的方法包括将多个压印工具段(32，40a，40b，40c，50，60，70，80，92)施加到基片的至少一个表面上。在基片S上形成压印结构P的装置(30，90)包括可单独地驱动、可多个成组协调地驱动、或上述两者相组合地驱动的多个压印工具段(32，40a，40b，40c，50，60，70，80，92)。
文档编号B81C1/00GK101410323SQ200780010622
公开日2009年4月15日 申请日期2007年1月24日 优先权日2006年1月24日
发明者迈卡·J·阿特金 申请人:迈克罗拉布私人有限公司