CN114730138A - 产生三维电子产品的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造的方法，所述方法包含：将样本耦合到座架；及将所述样本的至少一部分浸入于具有上部表面的光敏液体中，所述上部表面界定所述光敏液体与周围环境之间的界面。通过以下方式来形成耦合到所述样本的至少一区段的至少聚合物层：通过控制所述样本相对于所述上部表面的位置来设定所述聚合物层的厚度；及照射至少所述上部表面以便聚合所述光敏液体以形成所述聚合物层。

Description

产生三维电子产品的方法及系统

技术领域

本发明一般来说涉及电子产品的产生，且特定来说涉及用于使用组合立体光刻及其它工艺的技术来产生三维产品的方法及系统。

背景技术

已开发出用于产生三维(3D)产品的各种工艺，例如立体光刻。

举例来说，美国专利5,705,117描述了一种用于使原型零件显影的立体光刻工艺，其中在所得零件内包含非光聚合物材料的嵌件，以便使功能原型零件显影。每次形成区段时，将非光聚合物嵌件手动地定位在显影零件的一个区段上。

美国专利7,373,214描述了一种印刷三维产品的系统，所述系统包含将未经印刷物件并入到部分完成的产品中的至少一个物件并入装置，所述未经印刷物件不由所述系统印刷。

发明内容

本文中所描述的本发明的实施例提供一种用于制造的方法，所述方法包含：将样本耦合到座架；及将所述样本的至少一部分浸入于具有上部表面的光敏液体中，所述上部表面界定所述光敏液体与周围环境之间的界面。通过以下方式来形成耦合到所述样本的至少一区段的至少聚合物层：通过控制所述样本相对于所述上部表面的位置来设定所述聚合物层的厚度；及照射至少所述上部表面以便聚合所述光敏液体以形成所述聚合物层。

在一些实施例中，照射至少所述上部表面包含使用两个或更多个波长或者两个或更多个波长范围。在其它实施例中，形成所述聚合物层包含控制所述光敏液体的粘度以用于将所述聚合物层耦合到所述样本的所述至少一区段。在又其它实施例中，控制所述粘度包含控制所述光敏液体的温度及化学组成中的至少一者。

在实施例中，设定所述聚合物层的所述厚度包含从所述上部表面擦拭所述光敏液体的至少一部分。在另一实施例中，所述方法包含根据预定义图案朝向所述样本的至少固体表面引导熔融材料的液滴，使得所述液滴在所述固体表面上硬化以在所述固体表面上印刷一或多个层的结构。在又一实施例中，所述固体表面包含所述聚合物层的至少一部分。

在某一实施例中，所述方法包含移除所述聚合物层的至少一部分以用于将所述结构的至少既定表面暴露于所述周围环境。在其它实施例中，所述方法包含通过以下方式在所述既定表面上形成电触点：根据额外预定义图案朝向所述既定表面上的预定义位置引导额外液滴，使得所述额外液滴在所述既定表面上硬化以在所述预定义位置处印刷所述电触点。在又其它实施例中，所述结构包含三维(3D)结构。

在实施例中，所述方法包含：在所述聚合物层中形成空腔；及朝向所述空腔引导所述液滴以在所述空腔中印刷所述结构的至少一部分。在一实施例中，形成至少所述聚合物层包含将所述结构固定到所述固体表面。在又一实施例中，形成至少所述聚合物层包含用至少所述聚合物层覆盖所述结构。

在一些实施例中，所述方法包含：将具有至少接触垫的电子装置耦合到所述样本；及在所述电子装置的至少一区段上形成至少所述聚合物层。在其它实施例中，所述方法包含通过以下方式在至少所述接触垫的垫表面上形成电触点：根据预定义图案朝向所述垫表面引导额外液滴，使得所述额外液滴在所述垫表面上硬化。在又其它实施例中，所述电触点包含柱，所述柱耦合到所述垫表面以用于将电信号传导到所述电子装置或从所述电子装置传导电信号。

在实施例中，耦合所述电子装置包含将所述电子装置的至少一部分浸入于所述光敏液体中，且所述方法包含加热所述样本以用于聚合所述光敏液体的至少一部分以形成所述聚合物层的至少一部分。在另一实施例中，所述方法包含：在所述聚合物层中的所选择位置处形成空腔；及用既定液体填充所述空腔。在又一实施例中，形成所述空腔包含：(a)在环绕所述所选择位置的一或多个位置处照射所述光敏液体，使得所述光敏液体不在所述所选择位置处聚合；及(b)从所述所选择位置移除所述光敏液体以形成所述空腔。

在一些实施例中，移除所述光敏液体包含以下各项中的一者：(a)将所述光敏液体泵送出所述所选择位置；及(b)将固体元件嵌入到所述空腔中。在其它实施例中，填充所述空腔包含将所述既定液体施配到所述空腔中。在又其它实施例中，所述既定液体与所述光敏液体的不同之处在于选自由以下性质组成的性质列表的至少一种性质：(a)机械性质、(b)热性质、(c)电性质及(d)化学性质。

在一些实施例中，所述既定液体包含既定光敏液体，且所述方法包含照射所述既定光敏液体的所选择图案，以便聚合所述既定光敏液体的所述所选择图案以在所述空腔内形成具有既定聚合物层的所述所选择图案。在其它实施例中，所述方法包含：(a)在所述聚合物层上方或下方形成电组件；(b)在所述聚合物层中图案化空腔；(c)用不同于所述聚合物层的物质填充所述空腔；及(d)至少在所述物质上安置柔性部件。在又一实施例中，所述电组件包含电阻器，且其中所述物质具有大于所述聚合物层的第二热膨胀系数(CTE)的第一CTE。

在实施例中，所述电组件包含电容器，且所述物质具有小于所述聚合物层的第二机械刚性的第一机械刚性。在另一实施例中，所述柔性部件包含聚酰亚胺或硅酮。在又一实施例中，所述光敏液体包含选自由以下物质组成的列表的一或多种物质：(a)可光聚合以形成环氧树脂或硅酮聚合物的化学部分、(b)聚酰亚胺、(c)聚胺基甲酸酯、(d)聚二环戊二烯、(e)光敏可聚合硅烷及可光聚合部分。

在一些实施例中，照射至少所述上部表面包含使用紫外光(UV)辐射来照射所述光敏液体。在其它实施例中，所述方法包含在施加层或将装置耦合到既定表面之前制备所述聚合物层的所述既定表面。在又其它实施例中，施加所述层包含根据预定义图案朝向所述聚合物层的所述既定表面引导熔融材料的液滴，使得所述液滴在所述既定表面上硬化以在所述既定表面上印刷所述层。

在实施例中，制备所述既定表面包含在施加所述层之前将粘附层施加到所述既定表面。在另一实施例中，制备所述既定表面包含：在既定层中图案化空腔；及将所述层施加到所述空腔的至少一部分。在又一实施例中，制备所述既定表面包含使用激光剥蚀来粗糙化所述既定表面的至少一区段。

在一些实施例中，制备所述既定表面包含将微米级颗粒施加到所述既定表面的至少一区段。在其它实施例中，施加所述微米级颗粒包含对包含浸入于挥发性溶剂中的所述微米级颗粒的经稀释溶液进行施配或喷注。在又其它实施例中，所述方法包含通过以下方式来形成第一三维(3D)结构：根据预定义图案朝向所述样本的至少固体表面引导熔融材料的第一液滴，使得所述第一液滴在所述固体表面上硬化以在所述固体表面上印刷所述第一3D结构。所述第一3D结构包含具有面对所述固体表面的下部表面的第一端以及具有与所述下部表面相对的上部表面的第二端，且所述方法包含通过以下方式在所述上部表面上形成第二3D结构：朝向所述上部表面引导熔融材料的第二液滴，使得所述第二液滴在所述上部表面上硬化以在所述第一3D结构的所述上部表面上印刷所述第二3D结构。形成至少所述聚合物层包含：(i)形成第一聚合物层以用于在所述固体表面上固定所述第一3D结构的位置；及(ii)形成第二聚合物层以用于在所述第一3D结构的所述上部表面上固定所述第二3D结构的位置。

在实施例中，所述第一3D结构及所述第二3D结构中的至少一者包含柱。在另一实施例中，设定所述厚度包含设定既定厚度，使得照射所述上部表面包含聚合所述既定厚度内的全部所述光敏液体。在又一实施例中，设定所述厚度包含通过从所述光敏液体的第一上部表面擦拭所述光敏液体的至少一部分来设定所述第一聚合物层的至少第一厚度。

根据本发明的实施例，另外提供一种用于制造的系统，所述系统包含光敏液体、座架、光学组合件及处理器。所述光敏液体盛纳于槽中且具有界定所述光敏液体与周围环境之间的界面的上部表面。所述座架具有耦合到其的样本且经配置以通过相对于所述上部表面移动所述样本来将所述样本的至少一部分浸入于所述光敏液体中。所述光学组合件经配置以照射至少所述上部表面，以便聚合所述光敏液体以形成聚合物层。所述处理器经配置以通过控制所述样本相对于所述上部表面的位置来设定所述聚合物层的厚度。

根据本发明的实施例，进一步提供一种用于制造的方法，所述方法包含以预定义图案朝向衬底喷射熔融材料的液滴，使得所述液滴在所述衬底上硬化以在所述衬底上印刷三维(3D)结构。将所述衬底浸入于在其上具有所述3D结构的光敏液体中。所述光敏液体经辐照以便聚合所述光敏液体以形成含有所述3D结构的至少一部分的一或多个聚合物层。

在一些实施例中，所述液滴包含熔融金属。在其它实施例中，所述方法包含将电子装置放置在所述衬底上，且喷射所述液滴包含形成到所述电子装置的导电连接。在又其它实施例中，形成所述导电连接包含对柱进行印刷，所述柱延伸穿过通过聚合所述光敏液体而形成的所述聚合物层中的一或多者。

在实施例中，喷射所述液滴包含引导激光束照射在供体膜上，使得通过激光诱发的正向转移(LIFT)来喷射所述液滴。在另一实施例中，辐照所述光敏液体包含将经图案化辐射施加到所述光敏液体，以便在立体光刻工艺中堆积多个聚合物层。

在又一实施例中，喷射所述液滴包含在第一立体光刻层上印刷所述3D结构，所述第一立体光刻层充当所述3D结构的所述衬底，且施加所述经图案化辐射包含在所述第一立体光刻层之上形成至少第二立体光刻层。

依据本发明的实施例的以下详细说明连同图式将更全面地理解本发明，其中：

附图说明

图1是根据本发明的实施例的一种用于制造电子装置的系统的示意性侧视图；且

图2到9是示意性地图解说明根据本发明的数个实施例的用于在电子产品中产生及嵌入电子或光电子装置的方法及工艺序列的图式。

具体实施方式

概述

下文中所描述的本发明的实施例提供了用于通过在聚合物基质中嵌入及互连各种类型的多个装置及组件来产生三维(3D)电子产品的方法及系统。

在一些实施例中，通过将样本耦合到可移动载台且将所述样本浸入于盛纳具有上部表面的光敏液体的槽中来形成所述聚合物基质。所述载台相对于光敏液体的上部表面移动样本，以便获得基质的聚合物层的所期望厚度。

另外，立体光刻照射组合件(SLI)的光源照射至少上部表面，以便聚合光敏液体以形成聚合物层，本文中也称为光聚合层。请注意，SLI经配置以在聚合物层中形成图案，或者覆盖具有聚合物层的样本的整个表面。

在一些实施例中，一种用于产生3D电子产品的系统包括取放(PP)子系统，所述取放子系统经配置以将第一装置及第二装置定位在基质的相应第一位置及第二位置处。装置的形状及尺寸可彼此相同或不同。在一些实施例中，PP可将第装置的至少一部分浸入于光敏液体中，且SLI可聚合环绕第一装置的光敏液体以便将第一装置固定在聚合物基质中。在其它实施例中，所述系统经配置以在聚合物基质中产生空腔，且PP可将第二装置定位在空腔中。请注意，通过控制光敏液体的厚度及空腔的尺寸，所述系统经配置以将第一装置及第二装置定位在聚合物基质中的任一所期望位置处。

在一些实施例中，所述系统包括激光直写子系统(LDW)，所述激光直写子系统经配置以在光聚合层上印刷电迹线以用于互连第一装置与第二装置，及/或用于连接第一装置及第二装置中的任一者与电耦合到样本或含于样本内的任何其它实体。LDW经配置以通过以下方式来印刷电迹线：根据预定义图案朝向样本喷射熔融金属液滴，使得所述液滴在衬底上硬化以形成电迹线。

在一些实施例中，所述系统经配置以使用LDW或任何其它适合子系统(例如但不限于施配子系统或油墨喷注子系统)来印刷金属油墨。

在其它实施例中，所述系统经配置以在聚合物矩阵中产生各种类型的传感器及致动器，例如基于热的致动器。举例来说，所述系统经配置以：(a)例如在形成于聚合物基质中的空腔下方产生电组件，例如电阻器；(b)施配具有大于聚合物基质的CTE的热膨胀系数(CTE)的液体；及(c)将柔性膜片固定在施配在空腔中的液体的顶部上。

在一些实施例中，响应于将特定电压电平施加到样本，电阻器变热，这使液体的体积膨胀且造成通过柔性部件从聚合物基质的突出来实现的基于热的致动。其它可印刷致动器是双金属类型的，其由LDW设备产生，作为用于产生其它物件的前述3D产品的堆积工艺的一部分。

在一些实施例中，所述系统进一步经配置以通过以下方式来控制样本的各个区段的热性质、电性质及机械性质中的一或多者：在聚合物基质中形成具有各种大小及形状的空腔；及用具有所期望热性质、电性质及机械性质的所选择液体及/或固体物质填充这些空腔。举例来说，经嵌入固体可包括任何适合类型的微机电(MEMS)传感器或致动器装置或者任何其它微米级的电功能装置，也举例来说例如微电池或超级电容器的电源。

所公开技术可用于通过在将样本保持在槽中的情况下进行整个产品工艺来产生复杂产品。此类产品举例来说在新兴先进电子封装工业中也是尤其受关注的。而且，所公开技术改进了复杂产品的质量且减少了产生成本化学废弃物的量，这是因为在将样本保持在槽中的情况下进行了全部工艺。

系统描述

图1是根据本发明的实施例的用于制造各种类型的电子及光电子装置的系统10的示意性侧视图。在一些实施例中，系统10包括立体光刻槽组合件(在本文中称为SLV 22)，其包括槽24及经由管28从储槽26供应到槽24的光敏液体44。

在一些实施例中，光敏液体44可包括可光聚合以形成环氧树脂或硅酮聚合物、或聚酰亚胺、或聚胺基甲酸酯、或聚二环戊二烯、或光敏可聚合硅烷或者任何其它适合类型的可光聚合部分的化学部分。

在一些实施例中，系统10包括机动化z型载台(在本文中称为座架33)，所述载台具有耦合到其的样本。在实施例中，座架33经配置以相对于液体44的上部表面90移动样本99。在图1的实例性配置中，座架33经配置以沿着z轴线移动样本99，如由双头箭头48所展示，且将样本99的至少一部分暴露于空气或暴露于液体44的上部表面90的周围环境中的任何其它适合类型的流体及/或固体。

在一些实施例中，系统10包括机动化xy载台(在本文中称为座架30)，所述载台经配置以沿着xy平面50的x轴线及/或y轴线(展示为双头箭头46)以经控制及均匀(例如，平滑)运动移动槽24。

在一些实施例中，系统10包括立体光刻照射组合件(在本文中称为SLI 55)，所述立体光刻照射组合件耦合到底盘31且经配置以照射液体44的至少上部表面90。

在一些实施例中，SLI 55经配置以将图像20投影在液体44的上部表面90上，如下文将详细描述。在此类实施例中，SLI 55经配置以投影与样本99的物件堆积对准的图像20，以便聚合定位成紧接近于上部表面90的液体44的至少一部分。

在其它实施例中，SLI 55经配置以使用一或多个激光束或使用用于照射液体44的上部表面90的任何其它适合方法来扫描上部表面90。

在本公开的上下文中及在权利要求书中，举例来说，术语“照射”指代将图像20投影在液体44上或将一或多个光束引导到液体44上。在本公开的上下文中及在权利要求书中，术语“照射”、“引导”及“投影”可互换使用。

在此类实施例中，SLI 55经配置以将具有所期望图案的图像20投影在液体44的表面90上，以便通过聚合定位成紧接近于上部表面90的液体44的至少一部分来形成图案。

在一些实施例中，液体44可包括紫外光(UV)光敏树脂，例如光敏环氧树脂、或者硅酮、或者任何其它类型的UV敏感单体或寡聚树脂、或者任何其它适合类型的材料。举例来说，在暴露于UV光之后即刻容易聚合的此类材料由工程材料系统公司(EngineeredMaterials Systems Inc.(EMS))(美国特拉华州俄亥俄州(Delaware Ohio,USA))及在Nagase&Co.(日本大阪(Osaka,Japan))收购EMS的股份之后成立的EMS-NAGASE提供。

在此类实施例中，图像20的所投影光可包括照射液体44的上部表面90的UV光，所述液体根据逐层形成的预定义图案进行聚合，如下文将详细描述。

在一些实施例中，SLI 55可包括一或多个激光二极管或者一或多个高功率发光二极管(LED)，所述二极管经配置以发射两个或更多个波长或者波长范围(例如，具有约375nm到405nm的波长)，以便控制聚合工艺的深度、速率及其它参数。

在一些实施例中，SLI 55经配置以使用数字光处理(DLP)投影机将图像20投影在上部表面90上，所述投影机具有针对图像20的既定分辨率界定图像的横向跨度的约1兆像素或任何其它适合数目的兆像素。请注意横向分辨率与照射场大小之间的折衷。举例来说，30μm像素大小的DLP投影机可具有约30mm的照射场大小。举例来说，此类DLP投影机由德州仪器(Texas Instruments)(得克萨斯州达拉斯(Dallas,Texas))提供。另外或另一选择是，SLI 55可包括任何适合类型的激光扫描器(未展示)。

在一些实施例中，液体44的聚合在上部表面90处形成固体层，本文中也称为聚合物基质，固体层的厚度可由所投影图像20的各种参数、液体44的性质及其它参数(例如但不限于光强度、照射持续时间及液体的吸收深度)确定。在一些实施例中，在液体44的上部表面90处的层(本文中也称为顶部层)聚合到预定厚度之后，座架33沿着z轴线移动样本99以将样本99的至少一部分浸入于液体44中，且SLI 55照射液体44。浸入及照射工艺重复以便根据图案化堆积计划形成所期望图案。下文进一步更详细地描述立体光刻工艺。

在一些实施例中，系统10包括激光直写及/或组件嵌入子系统及/或激光剥蚀子系统，在本文中称为LDW 66，所述子系统耦合到底盘31且经配置以在样本99的表面上沉积各种类型的材料(通常金属层)。LDW 66可应用各种技术及工艺，例如但不限于激光诱发的正向转移(LIFT)。

在LIFT工艺中，引导一或多个激光束穿过透明供体衬底(未展示)且照射在沉积在面对样本99的供体衬底的下部表面上的一或多个供体膜上。所照射激光束使降落在样本99的表面上的预定义位置处的供体膜的液滴喷射。

在图1的实例中，激光束从镜或任何其它适合束反射设备反射且被引导到供体衬底。在其它实施例中，激光束可通过光学设备从激光直接瞄准供体衬底，所述光学设备经配置以设定入射束的性质中的一些，如下文一些实施例中将简要描述。

在其它实施例中，LDW 66经配置以印刷非导电材料，例如介电层及粘合剂。

在又其它实施例中，LDW 66进一步经配置以充当激光微加工站。根据需要，使用同一激光源或根据需要的额外激光类型来局部地加工印刷材料。举例来说，用于钻制孔及/或用于移除非所期望材料、聚合物或金属。而且，有时需要激光表面处理来改进印刷材料的粘附。举例来说，这通常通过聚合物表面粗糙化来改进激光印刷金属轨迹或迹线在经预处理聚合物区的顶部上的粘附或者在一些情形中移除非所期望氧化物层来实现。举例来说，在于前述金属垫的顶部表面上印刷接触金属之前，可需要进行氧化物移除。

LIFT的各种处理方法及其它组件嵌入技术是已知的，举例来说，其中的一些方法及技术详细描述于Advanced Materials Technologies(4.1800099.10.1002/admt.201800099)的Laser-Induced Forward Transfer:Fundamentals and Applications(Serra,Pere&Piqué,Alberto.(2018))以及美国专利申请公开案US20170189995及PCT公开案WO2019138404中，其公开内容全部以引用方式并入本文中。

在一些实施例中，系统10包括取放子系统，在本文中称为PP 77，所述取放子系统经配置以从任何适合衬底拾取装置且将所述装置放置在样本99的表面上的预定位置处。另外或另一选择是，PP 77进一步经配置以拾取及放置任何其它类型的固体物件，例如但不限于一或多种类型的组件及/或任何其它适合类型及大小的固体物项。PP 77可包括任何适合取放子系统(例如由Comau(Grugliasco,Italy)生产的4轴线REBEL-S6 SCARA机器人)或者任何其它适合产品或子系统。而且，PP 77可包括照相机及图像处理及对齐算法，以用于增强拾取及放置操作的空间及垂直准确度。

在一些实施例中，PP 77耦合到底盘31且包括座架27，所述座架经配置以调整PP77在xy平面中的位置。举例来说，可使用下文所描述的处理器11来控制座架29。

在一些实施例中，系统10可包括子系统88，其经配置以将任何其它适合工艺应用于样本99。举例来说，子系统88可包括任何适合类型的检验及/或计量子系统(例如，基于光学)、激光剥蚀子系统、钻孔子系统、锯切及/或切割子系统、导电及非导电材料(例如，粘合剂)施配子系统、液体抽吸子系统、基于激光的微加工子系统、退火/熔化/固化加热子系统(例如，基于激光的红外光)、或者任何其它适合处理或检验/计量及图像处理子系统、或者测试模块，例如电测试。请注意，系统10可包括一或多个子系统88，其中的每一者包括上文列表中提及的至少一个子系统。

在一些实施例中，子系统88耦合到底盘31且包括座架29，所述座架经配置以调整子系统88在xy平面中的位置。举例来说，座架29可由处理器11控制。

在一些实施例中，系统10包括控制台12，所述控制台经配置以控制系统10的多个子系统及组合件，例如但不限于SLV 22、SLI 55、LDW 66、PP 77、座架30及33以及上文所描述的任何适合类型的子系统88。

在一些实施例中，控制台12包括处理器11(通常通用计算机)，其具有适合前端及接口电路，用于与经由电缆42与前述子系统及组合件的控制器(未展示)介接，且用于与其交换信号。

在一些实施例中，处理器11及控制器可在软件中编程以执行系统10所使用的功能，且将软件的数据存储在存储器21中。举例来说，软件可通过网络以电子形式下载到处理器11及/或控制器中的一或多者，或者其可提供于非暂时性有形媒体上，例如光学、磁性或电子存储器媒体。

在一些实施例中，控制台12包括显示器34，所述显示器经配置以显示数据及图像(例如从处理器11接收的图像34)或者由用户(未展示)使用输入装置40嵌入的输入。

在一些实施例中，处理器11经配置以控制座架30及33相对于耦合到底盘31的子系统及组合件而移动SLV 22。处理器11进一步经配置以控制上文所描述的子系统及组合件中的每一者执行一系列工艺，以便产生集成电子及/或光电子装置及/或产品。下文详细描绘此类工艺及工艺序列的实例。

在其它实施例中，SLI 55、LDW 66、PP 77及子系统88中的至少一者可耦合到不同于底盘31的底盘。举例来说，SLI 55可耦合到底盘31，且LDW 66、PP 77及子系统88各自可耦合到不同相应底盘。举例来说，此配置可用于改进系统10的SLI 55、LDW 66、PP77及子系统88的操作灵活性。

通过实例方式展示系统10的此特定配置，以便图解说明由本发明的实施例解决的某些问题，例如在单个产品中集成多个装置及工艺，且演示这些实施例在增强此种系统的性能中的应用。然而，本发明的实施例决不限于此特定种类的实例性系统，且本文中所描述的原理可类似地应用于其它种类的产生及/或工程及/或研究系统。

在聚合样本中嵌入电迹线

图2是示意性地图解说明根据本发明的实施例的一种用于在样本99的聚合物基质中产生及嵌入电迹线52的方法及工艺序列的图式。所述工艺开始于步骤1处，其中处理器11：(a)控制座架30将样本99定位成在z轴线上与SLI 55对准或紧接近于SLI 55；(b)控制座架33沿着z轴线移动样本99，使得样本99完全浸入于预定义厚度的液体44中；及(c)控制SLI55对与样本99上的物件堆积对准的图像20进行投影，且聚合具有顶部表面92的样本99的加性层。

在一些实施例中，当在顶部表面92上具有图案的加性层作为样本99的部分处于固体状态时，步骤1结束。如下文将详细描述，在高达约50μm的厚度下，液体44的厚度通常对应于聚合加性层的厚度。在此类实施例中，处理器11控制SLI 55充分照射液体44以用于将对应于所述特定层的预定图案聚合到样本99的表面与先前顶部层之间的液体44的整个厚度。在实施例中，在结束步骤1之后，样本99的顶部表面92可与液体44的上部表面90齐平。

在本公开的上下文中及在权利要求书中，术语“聚合物基质”指代通过使用SLI 55或任何其它适合类型的聚合工艺来聚合液体44而产生的任何类型的固体聚合物层，举例来说作为在照射阶段期间或之后的额外热处理。下文图3到9中详细描述了此类聚合物层及其产生工艺。

在步骤2处，处理器11控制：(a)座架33移动样本99且将顶部表面92定位在从LDW66的前述一或多个供体膜的预定义距离57处(这仅是LIFT印刷的情形)；及(b)LDW 66通过将金属液滴51从一或多个供体膜引导到顶部表面92处的前述预定义位置来印刷电迹线52。

在一些实施例中，处理器11可基于物件浸入到液体44中的所规定体积而控制座架33的运动。另外或另一选择是，处理器11可基于从集成于SLV 22中的感测子系统(未展示)接收的槽24中的液体44的所感测水平而控制座架33。

在一些情形中，有机聚合物(例如经聚合液体44)的表面上的熔融金属液滴的LIFT喷注(这在数百或数千摄氏度下执行)可使印刷材料(例如，电迹线52)对聚合层的表面具有不充分粘附。不充分粘附可影响样本99的质量(例如，控制电迹线52的尺寸的能力)及可靠性(例如，电迹线52相对于聚合层的表面的脱层或移位)。在本公开的上下文中及在权利要求书中，术语“聚合层的表面”及“聚合物表面”可互换使用且指代具有印刷在其上的层(例如电迹线52)的聚合层的任何表面，或者使用任何适合技术施加到其或安装在其上的任何其它类型的层、装置或组件，如举例来说下文图3到9中将描述。

在一些实施例中，系统10经配置以使用本文中所描述的各种技术来克服此限制。在实施例中，系统10可在通过LDW 66产生电迹线52之前在聚合层的表面上印刷粘附层。举例来说，(i)印刷具有相对低熔化温度的金属合金，例如，具有低于400℃的熔化温度的焊料或其它金属合金；及/或(ii)印刷流变粘附层，举例来说装载有微米级颗粒的糊剂。低液滴温度克服高温度金属液滴在其照射在聚合物表面上时典型的反冲效果。反冲使液滴远离预期印刷位置而变位，且当液滴再次降落在表面上时通常使液滴变得充分冷，这也导致不良粘附。

在其它实施例中，系统10可执行激光预处理工艺，所述工艺包括：在电迹线52的所设计图案的聚合层空腔及/或凹槽中进行图案化，且随后LDW 66可用金属液滴填充空腔及/或凹槽并堆积电迹线52。举例来说，所设计图案可具有小于约10μm的典型宽度(例如，沿着x轴线或y轴线)及约2μm到5μm的典型深度。

在其它实施例中，可通过粗糙化聚合层的表面来改进电迹线52与聚合层的表面之间的粘附力，举例来说使用激光来剥蚀聚合层的表面。

在替代实施例中，可通过使用颗粒施配器沉积微米级颗粒来改进粘附，以便用颗粒的薄层来涂布聚合层的表面。

在这些实施例中，典型颗粒大小是大约LIFT印刷液滴大小(例如，约5μm到15μm)，且颗粒密度是大约聚合层的表面的面积的约20％到50％。颗粒可包括任何适合材料，例如但不限于玻璃珠、金刚石粉末、聚合物粉末及各种类型的陶瓷颗粒。

在一些实施例中，系统10经配置以将薄粉末层散布在聚合层的表面的顶部上。举例来说，系统10可包括施配子系统或油墨喷注子系统，其经配置以局部地印刷高挥发性溶剂中的颗粒悬浮的经稀释溶液。在沉积经稀释溶液之后，溶剂通常蒸发且颗粒保留在聚合层的表面上。

在一些实施例中，施配及油墨喷注子系统经配置以将前述经稀释溶液引导到聚合层的表面上的预定义位置，例如旨在施加LIFT印刷的位置(例如，电迹线52)。请注意，选择经稀释溶液的材料，使得其中的任一者或其任一组合都不可干扰聚合层的堆积。而且，这些材料可改进聚合层与举例来说耦合到样本99的表面92或沉积在样本99的表面92上的其它材料之间的粘附。

在其它实施例中，可通过将经稀释溶液或任何其它适合材料添加到液体44来进一步改进粘附力，以便与液体44形成稳定悬浮。在实施例中，通过调适前述颗粒的表面来获得稳定悬浮，以便在颗粒与液体44之间获得良好湿润。

在替代实施例中，系统10可将任何其它适合方法用于粗糙化聚合层的表面，以便改进与电迹线52的粘附。

在步骤3处，处理器11控制：(a)座架30将样本99定位成在z轴线上与SLI 55的位置对准；(b)座架33沿着z轴线移动样本99，使得样本99完全浸入于液体44中；及(c)SLI 55将图像20投影在样本99上，以便在液体44中聚合图案且在样本99上形成具有顶部表面93的加性经图案化层。

在一些实施例中，在结束步骤3之后，将步骤1的表面92嵌入于样本99的块体内且使电迹线52在安置于其上，并且液体44经聚合以便产生具有顶部表面93的加性层。请注意，图2的工艺序列形成嵌入于样本99中的电迹线52，而在不具有样本99的任何转移及/或清洁步骤的情况下，样本99保留在槽24内。

而且，样本99在图2的整个工艺序列期间保留在SLV 22内且在额外工艺期间由系统10执行，如下文图3到9中将详细描述。

在聚合物基质中形成层间电互连

图3是示意性地图解说明根据本发明的实施例的一种用于在聚合物基质中产生及嵌入三维(3D)金属结构的方法及工艺序列的图式。所述方法在步骤1处以印刷一或多个3D金属结构开始，其中的每一者包括衬底60的表面63上的一或多个垫62及一或多个柱70。请注意，衬底60可以是如图3中所展示的样本99的衬底或任何其它适合样本的衬底。而且，图3描绘样本99的区段，其可不同于上文图1及2中所描绘的样本99的其它区段。

在一些实施例中，可使用系统10的LDW 66来执行垫62及柱70的产生，这可应用上文图1及2或任何其它适合工艺中所描述的LIFT工艺。在一些实施例中，柱70的3D结构可通过使用任何适合技术从LDW 66的供体(未展示)以一定角度喷注金属液滴来产生，例如但不限于：(a)塑形LDW 66的非对称激光束；或(b)在多小面供体衬底上具有供体层；或(c)使供体衬底或其任何其它适合组合倾斜。在例如美国专利申请公开案2017/0306495A1及2018/0193948A1中对这种技术进行详细描述，所述公开案的公开内容以全文引用方式并入本文中。

使用LIFT的柱堆积的进一步实例由Zenou等人在“Printing of metallic 3Dmicro-objects by laser,induced forward transfer”(OPTICS EXPRESS，第24卷，第2期，1431，(2016))中及Claas Willem Visser等人在“Toward 3D Printing of Pure Metalsby Laser-Induced Forward Transfer”(ADVANCED MATERIALS，第27卷，2015年发行，P4087)中提供，所述文章全部以引用方式并入本文中。在其它实施例中，可使用任何其它适合金属沉积及/或图案化技术来执行垫60及柱70的产生。

在其它实施例中，衬底60可包括垫60，使得在步骤1处，LDW 66可在相应垫62上的预定义位置处对柱70进行印刷。请注意，处理器11控制座架30及33以沿着xyz轴线相对于LDW 66移动衬底60，以便将金属液滴引导到预定义位置。

在其它实施例中，子系统88可包括对齐计量子系统，以用于测量柱70及相应垫62的位置之间的叠对。

请注意，在本公开的上下文中，当将样本及/或衬底固持在SLV 22的槽24中时，在本文中所描述的实施例中执行样本及/或衬底的移动。原则上，从槽24提取样本是可能的，但发明者发现，在本文中所描述的工艺序列的典型使用的情况下，将样本保持在槽24中会减少工艺序列的总循环时间。

而且，发明者发现，将样本保持在槽24中会减少设置时间、改进温度及粘度控制、减少污染及其它类型的缺陷且增加处理均匀性。

在一些实施例中，通过LDW 66产生的柱70或任何其它类型的垂直金属互连(VMI)或3D结构沿着z轴线可以是高的(例如，数十微米、或数百微米、或几毫米)且沿着x轴线及y轴线具有薄的直径(例如，约20μm或10μm或更小)或长度及宽度。此类VMI几何结构在本文中也称为高深宽比(HAR)VMI，其需要适合机械固定，如下文将描述。请注意，LDW 66经配置以印刷具有大于10μm的任何直径的柱。

在实施例中，LDW 66经配置以产生此类HAR结构，这是因为当触摸样本99的表面(例如，表面63或者已沉积在垫62或柱70上的先前液滴的金属表面)时从LDW 66的前述供体喷射的液滴几乎立即固化。

在一些实施例中，系统10包括擦拭器组合件80，所述擦拭器组合件耦合到座架30或33中的任一者且经配置以移除液体44的至少一部分及/或将液体44的上部表面平面化。

在一些实施例中，在步骤2处，处理器11控制座架30及33：(a)相对于SLI 55移动SLV 22以便通过沿着z轴线降低样本99的位置来将样本99浸入于液体44中，且具有由表面90与63之间的距离界定的液体44的厚度；(b)移动擦拭器80以减小具有不同上部表面91的液体44的厚度，使得经减小厚度被界定为表面63与91之间的距离。

请注意，在擦拭之后，柱70的上部表面64可与表面91齐平或仍可浸入于液体44中，但表面64与91之间的距离大致上小于在擦拭之前所测量的表面64与91之间的距离。

在其它实施例中，系统10可包括经配置以使用任何其它液体移除技术来减小液体44的厚度的任何其它类型的子系统。

在替代实施例中，处理器11经配置以控制座架33对样本99进行浸入，使得表面64在液体44的表面90上方延伸(例如，约10μm或20μm)。在此类实施例中，可省略上文所描述的擦拭工艺。

在实施例中，擦拭器80可包括软材料，例如硅酮橡胶或另一适合类型的聚合物。另外或另一选择是，擦拭器80可包括任何适合类型的较硬材料，例如任何适合类型的聚酰亚胺(例如，

)或不锈钢。请注意，在此实施例中，前述材料中的任一者经配置以减小液体44的厚度，使得表面64可从液体44的上部表面突出。

请注意，上文所描述的工艺可取决于各种参数，例如但不限于液体44的流变性、液体44的表面张力及粘度，且取决于浸入工艺的各种参数。

在一些实施例中，可使用各种技术来控制液体44的粘度。举例来说，可通过将液体44从室温(例如，约25℃)加热到约60℃来将粘度减小两个数量级。在实施例中，可使用任何适合技术来执行加热。举例来说，使用红外光(IR)照射(或任何其它适合照射)来辐照液体44的上部层可获得对液体44的至少上部层的温度的快速及准确控制。

在一些情形中，一些液体44可保留在柱70的表面64上。可使用任何适合技术从表面64移除液体44的非所期望保留，例如但不限于使用LDW 66的激光的剥蚀。请注意，当残余物处于固态时，在聚合工艺之后(例如)使用LDW 66的激光来执行残余物的移除，如下文步骤3及4中将描述。另外或另一选择是，系统10经配置以使用任何其它适合技术来移除处于液态的残余物。

在本公开的上下文中，用于任何数值或范围的术语“约”或“大约”指示允许零件或组件集合出于本文中所描述的其预期目的而发挥作用的适合尺寸公差。更具体来说，“约”或“大约”可指代所述值的±20％的值范围，例如，“约90％”可指代从71％到99％的值范围。

在步骤3处，处理器11控制SLI 55将与物件堆积对准的图像20投影到位于表面91与包括垫62及柱70的3D结构之间的液体44的上部层。如上文图2的步骤3中所描述，照射聚合液体44且形成固体层65，所述固体层含有垫62及柱70中的至少一些。

在一些实施例中，层65为例如柱70的HAR VMI结构提供机械固定，这改进了样本99的质量及可靠性。换句话说，柱70及层65的组合提供了高度稳定的垂直金属互连，这是因为金属紧密嵌入于聚合物基质中。请注意，液体44保留在未由SLI 55照射的位置处。

在一些实施例中，LDW 66的激光可用于剥蚀及/或图案化样本99的固体层，如本文中将描述。在其它实施例中，系统10包括举例来说耦合到底盘31的激光剥蚀子系统(未展示)而不是子系统88。在步骤4处，处理器11控制座架30及33以使柱70紧接近于LDW 66的激光器或激光剥蚀子系统的激光器。随后，处理器11控制激光器引导一或多个束67来剥蚀定位成紧接近于柱70的层65，以便显露柱70的至少表面64。在一些实施例中，激光剥蚀子系统可包括具有短脉冲(例如纳秒或次纳秒)的Q开关固态激光器或脉冲光纤激光器，所述激光器经配置以发射具有几微焦耳的脉冲能量及大约液滴直径或更小的光斑大小的一或多个波长(例如，355nm或532nm)，以用于控制剥蚀层65的深度(沿着z轴线)。

在一些实施例中，步骤4终止图3的工艺序列。在其它实施例中，图3的工艺序列可包括额外工艺步骤。举例来说，在执行激光剥蚀之后，系统10经配置以使用任何适合类型的表面清洁技术来清洁经剥蚀表面。

在一些实施例中，保留液体44可与样本99一起继续进行额外工艺序列。在其它实施例中，在步骤4之前或之后，系统10经配置以处理保留液体44的至少一部分，如举例来说下文图4到6中将描述，及/或抽空跨越样本99而保留的液体44的至少另一部分，如下文图7中将详细描述。请注意，在图3的整个工艺序列期间，样本99保留在SLV 22中。

在一些实施例中，系统10经配置以通过重复步骤1到4来产生一或多个HAR VMI结构，例如柱70。在此类实施例中，系统10以对应于第一层65的聚合厚度的高度产生第一柱70，且使用任何其它激光剥蚀技术来显露第一柱70的表面64。随后，系统10通过在表面64的顶部上产生第二柱70(使用上文步骤1中所描述的技术)且在第一层65的顶部上进一步产生第二层65(使用上文步骤2到3中所描述的技术)来重复工艺，以便为第二柱70提供机械支撑，且使用上文图4中所描述的技术来显露第二柱70的顶部表面。

通过重复图3的工艺多次，系统10经配置以产生具有极高深宽比的VMI结构。在其它实施例中，系统10经配置以在垂直柱(例如第一柱与第二柱70)之间产生具有大于柱70的宽度的宽度(在图1中所展示的xy平面中)的薄导电(例如，金属)层。举例来说，类似于垫62的宽度的宽度。此种层经配置以在第一柱与第二柱70之间进行电连接，且通过补偿第一柱与第二柱70之间的任何对齐误差来维持包括第一柱及第二柱70的VMI结构的所规定导电性。

在其它实施例中，金属结构可包括可至少部分地不同于垫62及柱70的任何适合3D结构。此种3D结构可包括金属壁，所述金属壁经配置以在最终产品的操作期间耗散热，及/或改进最终产品的机械强度，及/或充当磁屏蔽物或电屏蔽物。而且，此类3D结构可用作传感器及/或用作致动器，如下文图8中将详细描述。

请注意，在图3的整个工艺序列期间，样本99保留在SLV 22中。

使用立体光刻工艺将外部装置固定在聚合物基质的层中

图4是示意性地图解说明根据本发明的实施例的一种用于将3D电子装置40固定在聚合物基质中的方法及工艺序列的图式。在本发明的上下文中及在权利要求书中，术语“3D电子装置”40出于简洁目的在本文中也称为“装置”40，且指代任何类型的电子装置、光电子装置、感测装置、电源(例如电池)、被动电组件、微米级机电系统或任何其它适合类型的装置。

请注意，图4描绘样本99的区段，其可不同于上文图1到3中所描绘的样本99的其它区段。

工艺序列开始于步骤1处，其中使用上文图3的步骤2中所描述的技术将衬底60浸入于液体44中且通过擦拭液体44的至少一部分来将液体44的宽度减小到厚度“h”。

在步骤2处，PP 77的机器人臂从外部衬底或托盘(未展示)拾取装置40且将装置40放置(即，定位)在样本99中的预定义位置处，在本发明实例中位于衬底60的表面63上。请注意，当将装置40定位在表面63上时，PP 77的机器人臂必须在z轴线上施加力，以便克服液体44的阻力，所述阻力尤其取决于液体44的粘度。在一些情形中，装置40的至少一部分必须保持未被聚合物基质覆盖。因此，在一些实施例中，通过在步骤1处擦拭液体44获得的厚度“h”比装置40的厚度“H”薄。在此类实施例中，装置40的至少上部表面41未浸入于液体44中。

在步骤3处，处理器11控制座架30及33将装置40定位成紧接近于SLI 55，且控制SLI55将图像20投影在位于表面91与63之间的液体44的上部层上。如上文图2的步骤3中所描述，照射聚合液体44以形成图案，且在本发明实例中形成固体层45，所述固体层含有定位在层45的厚度“h”内的装置40的至少一部分。

在一些实施例中，保留液体44可与样本99一起继续进行额外工艺序列。

在一些实施例中，图4中所描述的工艺序列能够将装置40固定在具有小于装置40的厚度的厚度的层45中，且可通过将所投影图像定位在液体44上来控制层45的宽度(例如，沿着x轴线或y轴线)及图案也聚合环绕装置40的液体。在其它实施例中，层45可具有大于或小于装置40的厚度“H”的任何其它适合厚度。

上文步骤1到3中所描述的技术可用于固定及囊封具有小厚度(例如，小于约100μm)的未经封装装置，也称为“裸裸片”。

在其它实施例中，除固定装置40以外，系统10经配置以照射额外区中的液体44，以便在未紧接近于装置40的位置处产生固体图案，例如层45。在此类实施例中，系统10经配置以投影固定装置40的图像且在同一时间产生固体图案。在其它实施例中，照射可在不同时间执行上文所描述的固定及图案化。

请注意，在图4的整个工艺序列期间，样本99保留在SLV 22中。

将电子装置囊封在聚合物基质中且显露电互连

图5是示意性地图解说明根据本发明的实施例的一种用于将多个装置40、40A及40B封装在聚合物基质中的方法及工艺序列的图式。

请注意，图5描绘样本99的区段，其可不同于上文图1到4中所描绘的样本99的其它区段。

所述方法开始于步骤1处，其中，(a)将样本99浸入于具有类似于装置40的厚度的厚度“H”的液体44(未展示)中；(b)使用PP 77将装置40放置在衬底60上的预定义位置处；且(c)使用SLI 55将液体44聚合在样本99的所选择位置处来在本发明的实例性层46中形成聚合物基质。

请注意，层46类似于上文图4的层45，但具有不同厚度，举例来说，层45可具有小于约50μm的厚度或任何其它适合厚度，且层45可具有大于约100μm的厚度。

在一些实施例中，除在图4的步骤1处所执行上文擦拭工艺之外，图5的步骤1应用类似于上文图4中所描述的技术的技术，但在图5的步骤1中通常不需要。

请注意，可通过吸收所投影图像20的UV光来聚合液体44，且因此，需要较长暴露时间来聚合具有大于约50μm的厚度的液体44。而且，由于液体44中UV光强度的消减，UV暴露时间可以指数方式增加，且甚至在较长暴露时间中，可将聚合深度限制为小于约100μm的前述厚度。

在某一实施例中，系统10经配置以通过重复用于产生具有约50μm的厚度的固体层46或其图案的步骤来产生任何适合厚度的层46。所述步骤可包括：将样本99浸入于约50μm的厚度的液体44中；及聚合液体44以产生具有约50μm的厚度的固体层46或其图案，如上文图3中所描述。

在一些实施例中，系统10可使用一种用于将步骤1划分成以下序列的工艺子步骤的方法来克服此限制：(a)将样本99浸入于具有厚度“h”(例如，小于约50μm)的液体44中；(b)使用PP 77来放置装置40；(c)通过由SLI 55执行的UV照射来聚合液体44；(d)将样本99浸入于具有厚度“h”或小于约50μm的任何其它厚度的液体44中；及(e)通过由SLI 55执行的UV照射来聚合液体44。所述方法可重复子步骤(d)及(e)，直到获得所需厚度的聚合层为止。

在一些实施例中，系统10包括前述感测子系统(未展示)以用于感测液体44的水平，且由此测量在子步骤(a)及(d)中浸入样本99的液体44的厚度。在此类实施例中，处理器11(或系统10的任何控制器)经配置以控制座架33沿着z轴线移动样本99，以便获得可由SLI55使用适于产生的照射时间来进行完全聚合(例如，在子步骤(c)及(e)处)的所期望厚度“h”。

在一些实施例中，处理器11经配置以基于液体44的所感测水平而在储槽26与槽24之间泵送液体44。举例来说，处理器11可保持指示槽24中液体44的所规定上限及下限水平的阈值。在此类实施例中，处理器可控制泵(未展示)：(a)当液体44的水平在下限所规定水平内或低于下限所规定水平时液体44从储槽26流到槽24中；或(b)当液体44的水平在上限所规定水平内或高于上限所规定水平时液体44从槽24流到储槽26中。

另外或另一选择是，可通过结合SLI 55的适合照射波长而选择液体44的适合化学组成(举例来说添加吸收燃料来减小深度)来增加或减小聚合深度。在一些实施例中，化学组成及照射波长也可影响聚合持续时间，这可影响步骤1的总循环时间。

在步骤2处，处理器11控制座架30及33将装置40定位成紧接近于LDW 66。请注意，装置40具有导电垫，本文中也称为接触垫(未展示)。随后，处理器11控制LDW 66在前述接触垫上印刷具有高度“t”的柱70，如上文图3的步骤1中所描述。

在步骤3处，处理器11控制座架33以将样本99浸入于液体44中，且随后控制擦拭器80以平面化表面91且减小液体44的厚度，以便获得类似于柱70的高度“t”的厚度。在此类实施例中，在擦拭工艺之后，表面91及64几乎齐平。

请注意，术语“高度”及“厚度”指代沿着z轴线的层的大小，其中厚度可指代完全层(例如，层46)的大小且高度可指代经图案化层(例如，柱70)的大小。然而，在立体光刻中，所谓“完全层”通常经图案化，使得术语“高度”及“厚度”可互换地用于展示沿着z轴线的相应图案的大小。

在步骤4处，处理器11控制座架30及33使样本99紧接近于SLI 55，且随后控制SLI55将图像20投影在液体44的上部层上。如上文所描述，在步骤4处，照射聚合液体44且形成具有稍微(例如，约10μm)高于装置40的表面64的上部表面72的固体层47。如上文图3的步骤4中所描述，系统10经配置以显露柱70的至少表面64，以便电连接柱70与耦合到其的任何装置。

在一些实施例中，在步骤4之后，装置40可经由柱70电连接到样本99外部的任何装置或电迹线。在一些实施例中，图5的步骤1到4处所公开的技术可用于在样本99的装置之间进行电连接。

在步骤5处，处理器11重复步骤1到4及视情况额外工艺至少两次，以用于将装置40A及40B垂直堆叠在装置40之上。

在一些实施例中，装置40、40A及40B中的每一者可包括电触点(例如穿硅通孔(TSV))、接触垫或其它适合类型的电导体，其经配置以(a)在装置40A、40B与柱70之间及(b)在装置40与衬底60之间传导电信号。

在一些实施例中，装置40A及40B中的至少一者可包括面对(在本文中称为“向下面对”)衬底60的垫。在这些实施例中，处理器11经配置以控制安装在底盘31上的施配器将导电粘合剂(例如，用金属填充的环氧树脂或硅酮)或焊料或任何其它适合物质施加到前述接触垫。下文图9中进一步详细描述这些实施例。此类电触点可在样本99的装置40、40A及40B的堆叠内的特定电元件或电子元件(例如，晶体管或二极管及/或存储器单元及/或装置40、40A及40B中的任一者的被动电元件)之间实现信号的选择性路由。

装置堆叠工艺序列可包括额外工艺步骤，例如但不限于通过清洁或粗糙化及熔化/退火/固化的表面制备，以便改进邻近层之间的界面处的粘附及导电性。而且，装置堆叠工艺序列可包括额外金属图案化工艺(例如，由LDW 66执行的LIFT工艺)，举例来说，如下文图9中所展示。请注意，在图5的整个工艺序列期间，样本99保留在系统10的SLV 22内。

封装具有不同尺寸的多个组件

图6是示意性地图解说明根据本发明的实施例的一种在聚合物基质中封装具有不同尺寸的多个组件的方法及工艺序列的图式。

在本公开的上下文中且特定来说在图6中，术语“组件”可指代主动组件(例如电子装置)或被动组件(例如电组件(例如，电阻器、电容器或电感器)或者任何二维(2D)或3D结构)。请注意，图6描绘样本99的区段，所述区段可不同于上文图1到5中所描绘的样本99的其它区段。

所述方法开始于步骤1处，其中处理器11控制座架33沿着z轴线移动，以便将样本99浸入于液体44中。

在步骤2处，处理器11控制座架30及33以样本99定位成紧接近于SLI 55，并进一步控制SLI 55以将图像20投影到液体44的预定义位置且通过如举例来说上文图4的步骤3中所描述的聚合工艺来形成固体层45。

在一些实施例中，层45可具有约20μm到50μm的厚度，使得可使用单个照射工艺来执行步骤2。在其它实施例中，层45可具有大于约50μm(例如，大于约100μm)的厚度，使得可使用任何其它适合工艺来执行层45的形成。举例来说，使用用于如上文图5的步骤1中所描述地产生层46的工艺序列中的一者。

在步骤3处，处理器11控制座架30及33将样本99定位成与PP 77对准，且进一步控制PP 77以将具有厚度103的装置100放置在层45的上部表面105上的预定位置处。在实施例中，装置100包括垫102，所述垫经配置以电连接装置100与电迹线，如本文中图6的稍后工艺步骤中将描述及下文图9中将进一步更详细描述。

在步骤4处，处理器11控制座架30及33将装置100浸入于液体44中且将样本99定位成与SLI 55对准。在一些情形中，如举例来说上文图5的步骤中所描述，系统10可应用擦拭工艺以用于获得所规定厚度的液体44。随后，处理器11控制SLI 55将图像20投影到液体44的预定义位置，且通过上文图4的步骤3中所描述的聚合工艺来形成固体层45。请注意，在结束步骤4之后，通过层45在样本99内固定装置100的位置。

在步骤5处，处理器11控制座架30及33将样本99定位成与LDW 66对准或紧接近于LDW 66。随后，处理器11控制LDW 66在样本99的上部表面上的预定义位置处印刷(或使用任何其它适合技术来沉积)电迹线104，如上文图2的步骤2及图5的步骤2中所描述。在本发明实例中，LDW 66在层45的上部表面及垫102的上部表面上的所选择位置处印刷电迹线104，使得电迹线104中的一或多者与装置100的垫102进行电连接。

在一些情形中，PP 77的定位准确度可以是不充分的且可造成样本99内的对齐误差。举例来说，在PP 77可将装置100定位在从其所规定位置移位的位置处的步骤3中，对齐误差可发生，且在步骤5处，LDW 66可在其所规定位置处印刷迹线104。

在一些实施例中，系统10可包括光学检验子系统，所述光学检验子系统可耦合到PP77或LDW 66或者代替子系统88。所述检验子系统经配置以举例来说在步骤3之后扫描样本99的表面，且检查装置100的实际位置。在定位准确度误差的情形中，处理器11可建议系统10的操作者重做装置100在样本99中的放置，或者可控制LDW 66以调整迹线104的位置，以便补偿装置100的放置误差。

在其它实施例中，电迹线104中的至少一些电迹线可用于耗散在装置100的操作期间产生的热或用于从任何其它主动或被动装置传导热。在一些实施例中，装置100可包括任何类型的装置或适合于样本99的结构。举例来说，电阻器、电容器、电感器、电池、由硅、砷化镓或任何其它类型的半导体衬底制成的裸片以及LED。

特定来说，上文所描述的热传导实施例对包括功率装置、LED及高功率处理单元的产品(例如样本99)是重要的。在此类实施例中，电迹线104中的一些可耦合到散热片(未展示)且将过量热从装置100传导到散热片。如此，相应电迹线104可具有增强过量热从样本99的一或多个装置到定位成紧接近于或耦合到样本99的一或多个散热片的耗散的任何适合图案。

在步骤6处，处理器11控制座架33沿着z轴线移动样本99，以便将样本99浸入于液体44中。在一些实施例中，处理器11控制擦拭器80使用上文图5的步骤3中所描述的技术将液体44的上部表面91与电迹线104的上部表面106齐平。

在一些实施例中，处理器11可控制座架30及33将样本99定位成与SLI 55对准或紧接近于SLI 55，且进一步控制SLI 55将图像20投影到样本99的区段112，以便聚合液体44且由此形成层45，举例来说，如上文图5的步骤4中所描述。

在其它实施例中，处理器11可控制座架33充分准确地沿着z轴线定位样本99，以便在不使用擦拭器80的情况下使上部表面91与上部表面106齐平。

在替代实施例中，在步骤6中，处理器11可不通过使用SLI 55将图像20投影到区段112来保持浸入于液体44中的电迹线104。

在步骤7处，处理器11控制座架30及33将样本99定位成与PP 77对准，且进一步控制PP 77将具有厚度109的装置110放置在样本99的区段113内的预定位置处。请注意，区段113是填充有液体44的空腔，使得通过定位装置110，液体44的一部分(具有约与装置110相同的体积)在环绕区段113的区段112的表面114上溢流。

在一些实施例中，处理器11可应用擦拭器80来擦拭远离表面114的溢流液体44。请注意，液体44的未经擦拭部分可与装置110一起保留在区段113的空腔内。在实施例中，装置110包括具有上部表面108的垫107。垫107经配置以电连接装置110与耦合到上部表面108的电迹线，如本文中图6的稍后步骤中将描述。在实施例中，处理器11经配置以控制上文所描述的步骤5到7，使得表面106与108彼此齐平。

在图6的实例中，相应装置100及110的厚度103及109两者都大于立体光刻工艺的厚度(其为约20μm到50μm)，但彼此有所不同，且出于概念清晰目的以简化方式展示。

如上文图1中所描述，SLI 55经配置以发射两个或更多个波长或者波长范围，以便控制液体44的聚合深度。举例来说，SLI 55可通过用具有大于400nm的波长的所投影图像20照射液体44或使用任何其它适合波长或波长范围来获得较大聚合深度。

在其它实施例中，处理器11可应用步骤3到7中所描述的相同技术来将在形状及/或尺寸上具有任何其它差异的多个组件封装在一起。

在步骤8处，使用上文图5的步骤4中所描述的技术，处理器11控制座架30及33将样本99定位成与SLI 55对准或紧接近于SLI 55，且进一步控制SLI 55将图像20投影到区段113，以便聚合环绕装置110的液体44的一部分且由此形成层45。请注意，由于装置110的高度及位于表面117与115之间的液体44的聚合的有限深度，液体44的一部分未经聚合。

在一些实施例中，代替子系统88或除子系统88以外，处理器11可例如通过控制耦合到底盘31的前述退火子系统或任何其它适合熔炉子系统来将热工艺应用于样本99。在此类实施例中，热工艺可通过聚合液体44的保留部分来形成层45。热工艺可帮助固定装置110且因此在本文中也称为“热固定”工艺。

在其它实施例中，举例来说，在可在结束样本99的产生之后执行的热固化步骤期间，可在工艺的稍后阶段执行热工艺。

在此类实施例中，样本99可包括可使用UV暴露及通过热固化两者来聚合的材料。此类材料在本文中称为具有双重功能性或具有双重固化机制。

在步骤9处，处理器11控制座架30及33将样本99定位成与LDW 66对准或紧接近于LDW 66。随后，处理器11控制LDW 66在样本99的上部表面上的预定义位置处印刷(或使用任何其它适合技术来安置)电迹线116，如上文步骤5中所描述。在步骤9的实例中，在垫107及电迹线104上印刷电迹线116，以便电连接装置110与装置100及图6中未展示的外部实体。

在一些实施例中，系统10经配置以使用前述光学检验子系统来检查对齐误差，且如果需要，使用上文步骤5中所描述的技术或任何其它适合技术来补偿此类误差。

在结束图6中所展示的方法的步骤10处，处理器11控制座架33沿着z轴线移动样本99，以便将样本99浸入于液体44中。随后，处理器11控制座架30及33将样本99定位成与SLI55对准或紧接近于SLI 55，且进一步控制SLI 55将图像20投影到表面117，以便通过聚合液体44及形成囊封层118来囊封样本99。在一些实施例中，步骤10可包括在聚合工艺之前擦拭液体的上部表面，以便控制层118的厚度。

在一些实施例中，囊封层118可类似于上文所描述的层45。在其它实施例中，囊封层118可包括另一立体光刻液体物质或液体44的加性，其可改进样本99的囊封功能或其它属性，例如灵活性。

通过实例方式展示图6的此特定工艺序列，以便图解说明本发明的实施例所解决的某些问题，例如具有不同大小及/或形状及/或外观尺寸的装置的紧凑封装及互连，且演示这些实施例在增强样本99的性能中的应用。然而，本发明的实施例绝不限于此特定种类的实例性工艺序列，且本文中所描述的原理可类似地应用于其它种类的工艺或使用上文所描述的工艺之间的其它工艺参数(例如，由SLI 55执行的照射时间)。更具体来说，将装置100及110浸入于液体44中及使用其它图6中所描述的工艺使得装置100及110能够在样本99内进行紧凑封装及互连。由此也允许具有彼此不同功能的组件或装置的异质整合。

请注意，在图6的整个工艺序列期间，样本99保留在系统的SLV 22内。而且，如上文所描述，出于概念清晰目的而简化图6的工艺序列，且产品工艺序列可包括额外工艺，例如但不限于表面制备、熔化、退火及固化、清洁及冲洗、计量及检验。

图7是示意性地图解说明根据本发明的实施例的一种用于将多种类型的液体嵌入于样本199中的方法及工艺序列的图式。举例来说，样本199可替换上文图1的样本99，使得上文图1到6中所描述的全部工艺可以图7中所描述的方法执行且可应用于样本199。

所述方法开始处步骤1处，其中使用上文图6的步骤1及2中所描述的技术在样本199中形成空腔120。在一些实施例中，处理器11控制座架33沿着z轴线移动，以便将样本99浸入于液体44中。随后，处理器11控制座架30及33将样本99定位成与SLI 55对准或紧接近于SLI 55，并进一步控制SLI 55将图像20(未展示)投影在液体44的预定义位置上且使用上文图4的步骤3中所描述的聚合工艺来形成固体层45的图案。请注意，在结束步骤1之后，空腔120盛纳未暴露于由SLI 55投影的图像20的液体44。

随后，所述方法包括用于从空腔120抽空液体44的各种技术。在图7的实例中，所述方法包括两种替代技术，展示为两个替代分支：(a)液体抽吸分支及(b)液体排斥分支。在实施例中，处理器11可使用前述替代技术中的一者或其任何适合组合来实施液体抽空。然而，本发明的实施例绝不限于这些特定类型的实例性技术，且处理器11可应用任何其它适合技术从空腔120抽空液体44。

现参考液体抽吸分支。在一些实施例中，系统10包括液体抽吸子系统，其具有耦合到泵(未展示)的薄管121。在一些实施例中，管121的远端123具有约200μm的外部直径及约100μm的内部直径或任何其它适合直径。所述泵经配置以施加约0.5大气压的负压，以便通过管121将液体44泵送出空腔120。在步骤2处，处理器11控制座架30及33以将空腔120的下部表面119定位成紧接近于管121的远端123。随后，处理器11控制液体抽吸子系统的泵以将前述压力施加到管121，以便将液体44泵送出空腔120。

现参考液体排斥分支。在步骤2A处，处理器11控制座架30及33将空腔120定位成与PP 77对准，且进一步控制PP 77将固体元件122嵌入到空腔120中。请注意，固体元件122具有类似于空腔120的尺寸的尺寸，且因此，响应于将固体元件122嵌入到空腔120中，液体44从空腔120溢流且位于层45的上部表面124上。

在步骤2B处，处理器11控制擦拭器80以相对于空腔120在由箭头126表示的方向上移动，以便远离上部表面124而移除液体44。

在步骤2C处，处理器11控制座架30及33以将空腔120定位成与PP 77对准，且进一步控制PP 77以使固体元件122远离空腔120而缩回。

如上文在结束液体抽吸分支或液体排斥分支之后所描述，已从空腔120抽空液体44。在一些实施例中，系统10包括耦合到底盘31的施配子系统130。

在步骤3处，处理器11控制座架30及33将空腔120定位成与施配子系统130对准，且进一步控制施配子系统130将光敏的液体128施配到空腔120中。在其它实施例中，系统10可包括经配置以将液体128施加到空腔120中的任何其它适合类型的子系统(例如，油墨喷注)。

在一些实施例中，光敏液体128可包括聚合之后的柔性及/或可拉伸材料，例如但不限于光敏硅酮。可通过将使其更具柔性的一些加性添加到液体44来获得材料的灵活性，举例来说添加多元醇(长链不与主链交联且由此使材料具弹性/柔性)。另一选择是，可通过以连结到柔性主链(例如，硅酮链)的环氧树脂活性部分开始来获得灵活性。

在此类实施例中，所嵌入柔性材料可改进样本199的局部灵活性且形成样本199的刚性及柔性区段的组合。

因此，刚性区段可包括刚性组件或装置，且柔性或可拉伸区段可为样本199的结构提供所规定灵活性或可拉伸性，以便满足样本199的所规定功能性。

在其它实施例中，衬底60可包括柔性材料且液体128可替换液体44，以便产生柔性聚合物基质而不是通过使用液体44获得的刚性聚合物基质。在此类实施例中，液体44或任何其它适合类型的经刚性聚合的材料可用于在上文所描述的柔性聚合物基质内获得特定刚性区段(例如，用于填充特定空腔及/或用于使刚性装置嵌入于其中)。而且，在此类实施例中，电迹线中的至少一些可包括柔性导体或基于曲折的固体导体。

在一些实施例中，系统10经配置以产生适于可拉伸电路的导电迹线。举例来说，使用用于金属印刷的LDW 66或使用上文所描述的任何适合类型的施配子系统。

在一些实施例中，系统10经配置以使用在固化工艺之后维持一定程度的可拉伸性的导电糊剂来印刷导电迹线。举例来说，此等糊剂可包括基于银油墨的产品，例如但不限于由工程材料系统公司(EMS公司)(特拉华州俄亥俄州)生产的CI-1036。

另外或另一选择是，系统10经配置以按弯曲形状印刷前述导电迹线，这使得这些迹线能够拉伸，且仍维持可拉伸电路系统的所规定电阻。

在一些实施例中，液体44及128包括可彼此不混合、既不呈液相也不呈液/固相的适合材料。举例来说，液体128可不扩散到聚合层45中。另外或另一选择是，液体44及128可具有不同热性质或电性质，以便控制样本199的不同区段处的热性质及导电性质及/或电容性质或任何其它性质。

在步骤4处，处理器11控制座架33沿着z轴线移动，以便将样本199浸入于液体44中。随后，处理器11控制座架30及33将样本199定位成与SLI 55对准或紧接近于SLI 55，并进一步控制SLI 55将图像20投影在液体44的区段132上且使用上文图4的步骤3中所描述的聚合工艺在区段132中形成固体层45的图案。

在一些实施例中，固体层45可用于将液体128囊封在样本199的空腔120内。

在其它实施例中，代替层45或除层45以外，系统10经配置以产生囊封层118(上文图6的步骤10中所展示及描述)。请注意，在图7的整个工艺序列期间，样本199保留在系统10的SLV 22内。

在一些实施例中，使用多种液体(例如液体44及128)可影响样本199的各种性质。举例来说，可通过局部地调整样本的机械性质及/或热性质及/或电性质来产生新产品，例如传感器、致动器及电源(例如，电池)。

在其它实施例中，样本199的一或多个空腔(例如空腔120)可填充有固体相变材料(PCM)，例如石蜡，所述固体相变材料经配置以局部地改变样本199的性质(例如，机械、热或电)。

在此类实施例中，处理器11可通过控制PP 77将具有可装配到相应空腔120中的尺寸的大量固体PCM或使用任何其它适合实施方案技术将固体PCM(未展示)安置在样本199中。

在其它实施例中，代替产生固体层45，系统10可控制PP 77定位固体封盖组件(未展示)以用于将液体128囊封在样本199的空腔120内。在又其它实施例中，系统10可使用任何其它适合技术将液体128囊封在空腔120内，举例来说，使用前述固体封盖组件与固体层45的组合在固体封盖组件的下方及/或上方及/或侧中产生。

通过局部地调整样本的机械及热性质来产生致动器及传感器

图8是示意性地图解说明根据本发明的实施例的一种用于产生致动器200的方法及工艺序列的图式。所述方法开始于步骤1处，其中使用系统10来产生加热元件201。

在一些实施例中，处理器11控制座架30及33将致动器200的衬底206定位成与LDW66对准或紧接近于LDW 66。随后，处理器11控制LDW 66印刷(或使用任何其它适合技术来进行沉积及图案化)包括垫202及电阻器204的加热元件201。

现参考插图211，其展示形成于衬底206上的加热元件201的俯视图。在一些实施例中，垫202包括铜或者具有任何适合低电阻率(例如，小于约15μΩ.cm的电阻率)的任何其它适合材料或合金。电阻器204包括镍铬或者具有大于约200μΩ.cm的电阻率的任何其它适合材料或合金，所述电阻率大于垫202的电阻率。

在一些实施例中，LDW 66经配置以在单个工艺步骤中产生垫202及电阻器204。举例来说，LDW 66的供体(未展示)可包括：至少第一供体膜，其包括位于供体上的第一位置处的铜；及一或多个第二供体膜，其中的每一者包括镍及铬(一起或单独地)且位于供体膜上的第二不同位置处。

在其它实施例中，LDW 66经配置以在两个或更多个工艺步骤中产生加热元件201。举例来说，通过使铜位于第一供体上且使镍及铬位于第二供体上并且在工艺步骤之间替换第一供体及第二供体。在替代实施例中，LDW 66可使用任何其它适合工艺序列及沉积技术来产生加热元件201。

在一些实施例中，垫202可例如经由电迹线(未展示)电耦合到电源(未展示)。在致动器200的操作期间，电源可将预定义电压电平施加到垫202，以便增加由电阻器204的电阻造成的加热元件201的温度。

现参考图8的步骤2。在一些实施例中，系统10可应用上文图7中所描述的技术中的一或多者，以便在电阻器204的顶部上产生空腔208且用任何适合物质(例如液体210)填充空腔208。在实施例中，液体210经配置以例如出于致动目的、响应于通过将前述电压电平施加到加热元件201的垫202造成的经增加温度而膨胀。在另一实施例中，为了致动，代替液体210，处理器11可应用PP 77来定位具有类似膨胀性质的固体部件(未展示)。

在一些实施例中，所述物质(例如，液体210或固体部件)具有大于层45的CTE的热膨胀系数(CTE)。另外或另一选择是，所述物质可具有小于层45的机械刚性的机械刚性。换句话来说，响应于施加到样本200的既定机械力，液体210或前述固体部件将变形，而层45将不会变形。

在步骤3处，处理器11控制座架30及33将空腔208定位成与PP 77对准，且进一步控制PP 77将柔性膜片212放置在液体210的顶部上。在一些实施例中，柔性膜片212可包括聚酰亚胺或硅酮或任何其它适合材料或者其任何适合组合。在其它实施例中，系统10经配置以使用任何适合技术来沉积柔性膜片212。请注意，柔性部件212可具有大于层45的机械灵活性的机械灵活性。

在步骤4处，处理器11控制座架30及33将装置100浸入于液体44中且将空腔208定位成与SLI 55对准或紧接近于SLI 55。

随后，处理器11控制SLI 55将图像20投影到液体44的预定义位置且通过上文图4的步骤3中所描述的聚合工艺形成固体层45。请注意，在完成步骤4之后，柔性部件212由层45固定。在实施例中，液体44的表面215与层45的表面214彼此齐平，且液体212的表面216位于表面214下方。

在一些实施例中，步骤4终止致动器200的产生工艺且使用任何适合技术(例如上文图7中所描述的液体抽吸或液体排斥)或简单地通过冲洗致动器200来清洗掉来移除液体44的剩余部分。

现参考步骤5，其是在结束致动器200的产生之后执行的操作步骤。在一些实施例中，在将电压施加到垫204之前，致动器200的表面214耦合到外部装置或产品的表面(未展示)。

在一些实施例中，在步骤5处，前述电力供应器将预定义电压电平施加到垫202，以便增加加热元件201的电阻器204的温度，如上文步骤1中所描述。响应于所增加温度，液体210的体积增加，使得至少柔性膜片212及视情况液体210的一部分从空腔208突出且超出表面214，以便充当热驱动致动器。

在其它实施例中，响应于上文所描述的温度的增加，液体中至少一些从液体变相为气体，其进一步膨胀且增加由柔性部件212施加的致动力。

在其它实施例中，上文所描述的技术可用于产生其它产品，例如各种类型的传感器。举例来说，应变计(未展示)可通过产生电容器(未展示)代替电阻器204来形成，所述电容器具有以彼此相距的预定义距离平行于表面214而搁置的两个电极，其中电极中的每一者电耦合到不同垫202。另外，所述传感器可具有与层45的表面214齐平的柔性部件212的表面216。随后，所述传感器例如经由表面214耦合到预期将机械力施加到柔性部件212的外部装置或产品。

在又其它实施例中，系统10经配置以产生任何其它适合类型的被动元件，例如但不限于垂直电感器线圈及具有铁氧体磁芯的经印刷垂直线圈。

在此类实施例中，当将机械力施加到传感器时，机械力将柔性部件212朝向液体210推送。作为响应，液体210移动最近电极，使得电极之间的距离减小且改变使用任何适合技术测量的电容器的电容。处理器11可基于电容的改变而估计由外部实体施加到柔性部件212的机械力的量。

在上文图1到8中所描述的工艺序列中，液体44、128及210与具有各种类型的材料(例如，金属、陶瓷、聚合物)、各种程度的粗糙度及可影响液体44、128及210中的任一者与相应固体表面之间的湿润的其它性质的固体表面进行接触。所述湿润效果可造成非所期望现象，举例来说，液体44与固体表面之间的不充分粘附、在聚合工艺之后由液体44及可能由层45对3D几何结构的不充分覆盖。

发明者发现，可通过控制相应液体的粘度来控制湿润效果。在一些实施例中，处理器11可控制座架30基于激光熔化/退火/固化加热子系统而将经处理样本定位成与前述IR对准，并且随后，可控制熔化/退火/固化加热子系统通过IR来辐照液体(例如，液体44)，以便即刻加热液体，且由此减小其粘度。经减小粘度通过液体44改进相应固体表面的湿润。随后，处理器11可控制座架30及33将样本99定位成紧接近于SLI 55，且进一步控制SLI 55聚合液体44，以便通过固化液体44来保持相应固体表面的经改进湿润。

在其它实施例中，代替液体210或除液体210以外，样本200的一或多个空腔208可填充有固体相变材料(PCM)。如上文图7中所描述，PCM经配置以局部地改变样本200的机械及/或热及/电或其它性质。

请注意，在图8的整个工艺序列期间，样本200保留在系统10的SLV 22内。

电子装置在聚合物基质中的垂直堆叠

图9是示意性地图解说明根据本发明的另一实施例的一种用于将多个装置封装在聚合物基质中的方法及工艺序列的图式。图9的工艺序列包括类似于上文图5中所详细描述的工艺步骤及技术的工艺步骤及技术，且因此将在本文中简要描述。然而，图9的样本250的结构不同于上文图5的样本99的结构。本文中将详细描述样本99与250之间的结构差异。

所述方法开始于步骤1处，其中：(a)将样本250浸入于具有小于装置240的高度的厚度的液体246中；(b)使用PP 77来将装置240放置在衬底260的表面273上的预定义位置处；(c)通过在样本250的所选择位置处聚合液体246来形成聚合物基质，在本发明实例中是层263，在本发明实例中，所述聚合物基质环绕装置240以便固定装置240的位置；(d)使用LDW 66来产生柱270；(e)将样本250浸入于具有大于柱270的高度的厚度的液体246中，使用擦拭工艺来减小液体246的厚度，如举例来说上文图3的步骤2及/或上文图5的步骤3中所描述，且在样本250的所选择位置处聚合液体246。可在至少环绕柱270的位置中执行液体246的聚合以便固定其位置。

请注意，子步骤(a)到(e)类似于上文图5的步骤1到4。

在子步骤(f)处，处理器11控制座架30及33将柱270定位成与LDW 66对准或紧接近于LDW 66，且进一步控制LDW 66显露柱270的顶部表面(如举例来说上文图3的步骤4中所描述)，且此后，印刷电连接到柱270的电迹线272。随后，所述方法包括使用液体246的浸入及聚合工艺来形成紧接近于电迹线272的层263以便固定其位置，如上文子步骤(e)中所描述。

在结束步骤1的子步骤(g)处，处理器11控制座架30及33将样本250定位成与LDW66对准或紧接近于LDW 66，且进一步控制LDW 66印刷电连接至电迹线272的柱274。

在步骤2处，所述方法包括使用上文所描述的技术来形成空腔280。举例来说，图3的步骤3中所描述的技术及/或图7的步骤1中所描述的技术。请注意，在步骤2处，所述方法进一步包括将柱274固定在层263中。

在步骤3处，处理器11控制PP 77以将装置242定位在空腔280内，且进一步控制擦拭器80擦拭由于装置242的嵌入而从空腔280排斥的液体246。随后，处理器11控制LDW 66印刷与装置242的垫(未展示)具有电触点的电迹线276，且印刷与电迹线276具有电触点的柱278。请注意，在单个工艺步骤或多个工艺步骤中，可由LDW 66执行电迹线276及柱278的印刷。

在结束图9的方法的步骤4处，所述方法包括：(a)使用上文步骤2的技术来形成空腔282；(b)将装置244放置在空腔282中且产生与装置244的垫(未展示)具有电触点的电迹线284，如上文步骤3中所描述；及(c)使用任何适合技术来囊封样本250，例如上文图6的步骤10中描述的技术。

在一些实施例中，上文所描述的工艺中的任一者的持续时间可由各种参数指定，例如但不限于液体44的聚合速率、通过LDW 66的既定层的沉积速率及操作序列(例如，样本99在站之间移动越多，相应工艺的持续时间就越长)。

在一些实施例中，液体44的聚合速率可受以下各项影响：(a)液体44的化学组成(例如，流变性质)及温度；(b)由SLI 55执行的照射强度及波长；(c)对液体44的厚度的精确控制及其任一组合。

在一些实施例中，基于：(a)样本99的最终产品的设计，例如，由PP 77放置的装置的厚度、层的厚度及工艺的热预算(以防止损坏组件及/或所规定化学组成及机械结构)；及(b)上文所描述的工艺限制，处理器11经配置以选择在产品质量与最终产品的制造工艺的总持续时间的折衷之间最佳化的工艺步骤序列。

另外或另一选择是，系统10经配置以通过并行地处理多个样本99来改进每一产品的平均产生周期时间。举例来说：(a)代替子系统88或除子系统88以外，系统可包括耦合到底盘31的长期及/或最长使用的工艺的多个子系统(例如，两组SLV 22及SLI 55子系统)；及(b)处理器11可在相同时间在不同子系统处处理不同样本，服从工艺序列的步骤之间的所规定队列时间。

请注意，在图9的整个工艺序列期间，样本250保留在系统10的SLV 22内。

在一些实施例中，装置240、242及244中的至少一者可使用覆晶技术的任何适合工艺来翻转。举例来说，装置244可具有面对(在本文中称为“向下面对”)衬底260的作用区。

在其它实施例中，装置240A及240B中的至少一者可包括向下面对(即，面对衬底260)的垫。举例来说，装置240A的作用区可面对迹线284，且装置240A的非作用表面可面对衬底260。在此配置中，装置240A的非作用表面可包括导电接触垫。在这些实施例中，处理器11经配置以控制安装在底盘31上的施配器以将导电粘合剂(例如，填充有金属的环氧树脂或硅酮)或焊料或者任何其它适合类型的导电物质或合金施加到接触垫。随后，系统10经配置以执行固化工艺步骤，以便硬化导电粘合剂且改进导电粘合剂与接触垫之间的粘附及导电性。

在一些实施例中，可在通过局部地加热装置240来施加导电粘合剂之后立即执行固化步骤。举例来说，使用光子固化工艺，举例来说如由Abbel等人在“Roll-to-RollFabrication of Solution Processed Electronics”(ADV.ENG.MATER.2018，1701190，DOI：10.1002/ADEM.201701190)中所描述，所述文章以引用方式并入本文中。此类光子固化产品举例来说由Novacentrix(德克萨斯州奥斯汀市帕克大街400号1110室(400ParkerDr.,Suite 1110,Austin TX))提供。

在其它实施例中，如果导电粘合剂与液体246或与立体光刻树脂的任何其它适合类型兼容，那么系统10经配置以使用在完成样本250的产生的堆积之后的热工艺来执行粘合剂固化工艺步骤。

在其它实施例中，系统10经配置以移除液体246或层263的区段，以便使得能够将导电粘合剂或焊料施加在接触垫上，且随后执行上文所描述的固化工艺步骤。

尽管本文中所描述的实施例主要解决3D电子及光电子装置的产生，允许各种形式的先进电子封装以及产生各种类型的传感器及致动器，但本文中所描述的方法及系统也可用于其它应用中，例如用于例如医疗或娱乐的身体可穿戴功能装置、其它紧凑及复杂形状的医疗装置(例如助听器)或者具有感测及通信能力的物联网(IOT)装置。

因此应了解，通过实例方式引用上文所描述的实施例，且本发明不限于上文中已特定展示及描述的内容。而是，本发明的范围包含上文中所描述的各种特征的组合及子组合两者以及所属领域的技术人员在阅读前述说明之后将想到的且在先前技术中未公开的变化及修改。通过引用并入本专利申请案中的文件被视为是本申请案的组成部分，除非这些所并入文件中以与本说明书中明确或隐含的定义相冲突的方式定义任何术语，否则应仅考虑本说明书中的定义。

Claims (87)

1.一种用于制造的方法，所述方法包括：

将样本耦合到座架；及将所述样本的至少一部分浸入于具有上部表面的光敏液体中，所述上部表面界定所述光敏液体与周围环境之间的界面；以及

通过以下方式来形成耦合到所述样本的至少一区段的至少聚合物层：

通过控制所述样本相对于所述上部表面的位置来设定所述聚合物层的厚度；及

照射至少所述上部表面以便聚合所述光敏液体以形成所述聚合物层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中照射至少所述上部表面包括使用两个或更多个波长或者两个或更多个波长范围。

3.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述聚合物层包括控制所述光敏液体的粘度，以用于将所述聚合物层耦合到所述样本的所述至少一区段。

4.根据权利要求3所述的方法，其中控制所述粘度包括控制所述光敏液体的温度及化学组成中的至少一者。

5.根据权利要求1所述的方法，其中设定所述聚合物层的所述厚度包括从所述上部表面擦拭所述光敏液体的至少一部分。

6.根据权利要求1所述的方法，且所述方法包括根据预定义图案朝向所述样本的至少固体表面引导熔融材料的液滴，使得所述液滴在所述固体表面上硬化以在所述固体表面上印刷一或多个层的结构。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述固体表面包括所述聚合物层的至少一部分。

8.根据权利要求7所述的方法，且所述方法包括移除所述聚合物层的至少一部分，以用于将所述结构的至少既定表面暴露于所述周围环境。

9.根据权利要求8所述的方法，且所述方法包括通过以下方式在所述既定表面上形成电触点：根据额外预定义图案朝向所述既定表面上的预定义位置引导额外液滴，使得所述额外液滴在所述既定表面上硬化以在所述预定义位置处印刷所述电触点。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述结构包括三维(3D)结构。

11.根据权利要求6所述的方法，且所述方法包括：在所述聚合物层中形成空腔；及朝向所述空腔引导所述液滴以在所述空腔中印刷所述结构的至少一部分。

12.根据权利要求6所述的方法，其中形成至少所述聚合物层包括将所述结构固定到所述固体表面。

13.根据权利要求6所述的方法，其中形成至少所述聚合物层包括用至少所述聚合物层覆盖所述结构。

14.根据权利要求1所述的方法，且所述方法包括：将具有至少接触垫的电子装置耦合到所述样本；及在所述电子装置的至少一区段上形成至少所述聚合物层。

15.根据权利要求14所述的方法，且所述方法包括通过以下方式在至少所述接触垫的垫表面上形成电触点：根据预定义图案朝向所述垫表面引导额外液滴，使得所述额外液滴在所述垫表面上硬化。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述电触点包括柱，所述柱耦合到所述垫表面以用于将电信号传导到所述电子装置或从所述电子装置传导电信号。

17.根据权利要求14所述的方法，其中耦合所述电子装置包括将所述电子装置的至少一部分浸入于所述光敏液体中，且所述方法包括加热所述样本以用于聚合所述光敏液体的至少一部分以形成所述聚合物层的至少一部分。

18.根据权利要求1所述的方法，且所述方法包括：在所述聚合物层中的所选择位置处形成空腔；及用既定液体填充所述空腔。

19.根据权利要求18所述的方法，其中形成所述空腔包括：(a)在环绕所述所选择位置的一或多个位置处照射所述光敏液体，使得所述光敏液体不在所述所选择位置处聚合；及(b)从所述所选择位置移除所述光敏液体以形成所述空腔。

20.根据权利要求19所述的方法，其中移除所述光敏液体包括以下各项中的一者：(a)将所述光敏液体泵送出所述所选择位置；及(b)将固体元件嵌入到所述空腔中。

21.根据权利要求18所述的方法，其中填充所述空腔包括将所述既定液体施配到所述空腔中。

22.根据权利要求18所述的方法，其中所述既定液体与所述光敏液体的不同之处在于选自由以下性质组成的性质列表的至少一种性质：(a)机械性质、(b)热性质、(c)电性质及(d)化学性质。

23.根据权利要求18所述的方法，其中所述既定液体包括既定光敏液体，且所述方法包括照射所述既定光敏液体的所选择图案，以便聚合所述既定光敏液体的所述所选择图案以在所述空腔内形成包括既定聚合物层的所述所选择图案。

24.根据权利要求1所述的方法，且所述方法包括：(a)在所述聚合物层上方或下方形成电组件；(b)在所述聚合物层中图案化空腔；(c)用不同于所述聚合物层的物质填充所述空腔；及(d)至少在所述物质上安置柔性部件。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述电组件包括电阻器，且其中所述物质具有大于所述聚合物层的第二热膨胀系数(CTE)的第一CTE。

26.根据权利要求24所述的方法，其中所述电组件包括电容器，且其中所述物质具有小于所述聚合物层的第二机械刚性的第一机械刚性。

27.根据权利要求24所述的方法，其中所述柔性部件包括聚酰亚胺或硅酮。

28.根据权利要求1所述的方法，其中所述光敏液体包括选自由以下物质组成的列表的一或多种物质：(a)可光聚合以形成环氧树脂或硅酮聚合物的化学部分、(b)聚酰亚胺、(c)聚胺基甲酸酯、(d)聚二环戊二烯、(e)光敏可聚合硅烷及可光聚合部分。

29.根据权利要求1所述的方法，其中照射至少所述上部表面包括使用紫外光(UV)辐射来照射所述光敏液体。

30.根据权利要求1所述的方法，且所述方法包括在施加层或将装置耦合到所述聚合物层的既定表面之前制备所述既定表面。

31.根据权利要求30所述的方法，其中施加所述层包括根据预定义图案朝向所述聚合物层的所述既定表面引导熔融材料的液滴，使得所述液滴在所述既定表面上硬化以在所述既定表面上印刷所述层。

32.根据权利要求30所述的方法，其中制备所述既定表面包括在施加所述层之前将粘附层施加到所述既定表面。

33.根据权利要求30所述的方法，其中制备所述既定表面包括：在既定层中图案化空腔；及将所述层施加到所述空腔的至少一部分。

34.根据权利要求30所述的方法，其中制备所述既定表面包括使用激光剥蚀来粗糙化所述既定表面的至少一区段。

35.根据权利要求30所述的方法，其中制备所述既定表面包括将微米级颗粒施加到所述既定表面的至少一区段。

36.根据权利要求35所述的方法，其中施加所述微米级颗粒包括对包括浸入于挥发性溶剂中的所述微米级颗粒的经稀释溶液进行施配或喷注。

37.根据权利要求1所述的方法，且所述方法包括通过以下方式来形成第一三维(3D)结构：根据预定义图案朝向所述样本的至少固体表面引导熔融材料的第一液滴，使得所述第一液滴在所述固体表面上硬化以在所述固体表面上印刷所述第一3D结构，其中所述第一3D结构包括具有面对所述固体表面的下部表面的第一端以及具有与所述下部表面相对的上部表面的第二端，且所述方法包括通过以下方式在所述上部表面上形成第二3D结构：朝向所述上部表面引导熔融材料的第二液滴，使得所述第二液滴在所述上部表面上硬化以在所述第一3D结构的所述上部表面上印刷所述第二3D结构，其中形成至少所述聚合物层包括：(i)形成第一聚合物层以用于在所述固体表面上固定所述第一3D结构的位置；及(ii)形成第二聚合物层以用于在所述第一3D结构的所述上部表面上固定所述第二3D结构的位置。

38.根据权利要求37所述的方法，其中所述第一3D结构及所述第二3D结构中的至少一者包括柱。

39.根据权利要求37所述的方法，其中设定所述厚度包括设定既定厚度，使得照射所述上部表面包括聚合所述既定厚度内的全部所述光敏液体。

40.根据权利要求37所述的方法，其中设定所述厚度包括通过从所述光敏液体的第一上部表面擦拭所述光敏液体的至少一部分来设定所述第一聚合物层的至少第一厚度。

41.一种用于制造的系统，所述系统包括：

光敏液体，其盛纳于槽中且具有界定所述光敏液体与周围环境之间的界面的上部表面；

座架，其具有耦合到其的样本且经配置以通过相对于所述上部表面移动所述样本将所述样本的至少一部分浸入于所述光敏液体中；

光学组合件，其经配置以照射至少所述上部表面，以便聚合所述光敏液体以形成聚合物层；及

处理器，其经配置以通过控制所述样本相对于所述上部表面的位置来设定所述聚合物层的厚度。

42.根据权利要求41所述的系统，其中所述光学组合件经配置以使用两个或更多个波长或者两个或更多个波长范围来照射至少所述上部表面。

43.根据权利要求41所述的系统，其中所述处理器经配置以控制所述光敏液体的粘度，以用于将所述聚合物层耦合到所述样本的至少一区段。

44.根据权利要求43所述的系统，其中所述处理器经配置以控制所述光敏液体的温度及化学组成中的至少一者。

45.根据权利要求41所述的系统，且所述系统包括擦拭器，所述擦拭器经配置以从所述上部表面擦拭所述光敏液体的至少一部分，其中所述处理器经配置以通过控制所述擦拭器来设定所述聚合物层的所述厚度。

46.根据权利要求41所述的系统，且所述系统包括激光直写子系统(LDW)，其经配置以根据预定义图案朝向所述样本的至少固体表面引导熔融材料的液滴，使得所述液滴在所述固体表面上硬化以在所述固体表面上印刷一或多个层的结构。

47.根据权利要求46所述的系统，其中所述固体表面包括所述聚合物层的至少一部分。

48.根据权利要求47所述的系统，且所述系统包括擦拭器，所述擦拭器经配置以移除所述聚合物层的至少一部分，以用于将所述结构的至少既定表面暴露于所述周围环境。

49.根据权利要求48所述的系统，其中所述LDW经配置以通过以下方式在所述既定表面上形成电触点：根据额外预定义图案朝向所述既定表面上的预定义位置引导额外液滴，使得所述额外液滴在所述既定表面上硬化以在所述预定义位置处印刷所述电触点。

50.根据权利要求46所述的系统，其中所述结构包括三维(3D)结构。

51.根据权利要求46所述的系统，其中所述LDW经配置以在所述聚合物层中形成空腔且朝向所述空腔引导所述液滴以在所述空腔中印刷所述结构的至少一部分。

52.根据权利要求46所述的系统，其中所述处理器经配置以通过控制所述光学组合件来将所述结构固定到所述固体表面以形成至少所述聚合物层。

53.根据权利要求46所述的系统，其中处理器经配置以通过设定所述聚合物层的所述厚度来用至少所述聚合物层覆盖所述结构。

54.根据权利要求41所述的系统，且所述系统包括取放子系统(PP)，所述取放子系统经配置以将具有至少接触垫的电子装置耦合到所述样本，且其中所述处理器经配置以控制所述座架及所述光学组合件在所述电子装置的至少一区段上形成至少所述聚合物层。

55.根据权利要求54所述的系统，且所述系统包括激光直写子系统(LDW)，所述激光直写子系统经配置以通过以下方式在至少所述接触垫的垫表面上形成电触点：根据预定义图案朝向所述垫表面引导额外液滴，使得所述额外液滴在所述垫表面上硬化。

56.根据权利要求55所述的系统，其中所述电触点包括柱，所述柱耦合到所述垫表面以用于将电信号传导到所述电子装置或从所述电子装置传导电信号。

57.根据权利要求54所述的系统，其中所述处理器经配置以：控制所述座架将所述电子装置的至少一部分浸入于所述光敏液体中，及控制加热器加热所述样本以用于聚合所述光敏液体的至少一部分以形成所述聚合物层的至少一部分。

58.根据权利要求41所述的系统，且所述系统包括：激光器，其经配置以在所述聚合物层中的所选择位置处形成空腔；及施配器，其经配置以将既定液体施配到所述空腔中，且其中所述处理器经配置以控制所述激光器形成所述空腔，且控制所述施配器用所述既定液体填充所述空腔。

59.根据权利要求58所述的系统，其中所述处理器经配置以：(a)控制所述光学组合件在环绕所述所选择位置的一或多个位置处照射所述光敏液体，使得所述光敏液体不在所述所选择位置处聚合；且(b)从所述所选择位置移除所述光敏液体以形成所述空腔。

60.根据权利要求59所述的系统，其中所述处理器经配置以通过控制以下各项中的一者从所述所选择位置移除所述光敏液体：(a)泵，其经配置以将所述光敏液体泵送出所述所选择位置；及(b)取放子系统(PP)，其经配置以将固体元件嵌入到所述空腔中。

61.根据权利要求58所述的系统，其中所述处理器经配置以控制施配器填充所述空腔包括通过将所述既定液体施配到所述空腔中。

62.根据权利要求58所述的系统，其中所述既定液体与所述光敏液体的不同之处在于选自由以下性质组成的性质列表的至少一种性质；(a)机械性质、(b)热性质、(c)电性质及(d)化学性质。

63.根据权利要求58所述的系统，其中所述既定液体包括既定光敏液体，且其中所述处理器经配置以控制所述光学组合件照射所述既定光敏液体的所选择图案，以便聚合所述既定光敏液体的所述所选择图案以在所述空腔内形成包括既定聚合物层的所述所选择图案。

64.根据权利要求41所述的系统，其中所述处理器经配置以：(a)控制激光直写子系统(LDW)在所述聚合物层上方或下方形成电组件；(b)控制所述LDW在所述聚合物层中图案化空腔；(c)控制施配器用不同于所述聚合物层的物质填充所述空腔；及(d)控制取放子系统(PP)或所述施配器至少在所述物质上安置柔性部件。

65.根据权利要求64所述的系统，其中所述电组件包括电阻器，且其中所述物质具有大于所述聚合物层的第二热膨胀系数(CTE)的第一CTE。

66.根据权利要求64所述的系统，其中所述电组件包括电容器，且其中所述物质具有小于所述聚合物层的第二机械刚性的第一机械刚性。

67.根据权利要求64所述的系统，其中所述柔性部件包括聚酰亚胺或硅酮。

68.根据权利要求41所述的系统，其中所述光敏液体包括选自由以下物质组成的列表的一或多种物质：(a)可光聚合以形成环氧树脂或硅酮聚合物的化学部分、(b)聚酰亚胺、(c)聚胺基甲酸酯、(d)聚二环戊二烯、(e)光敏可聚合硅烷及可光聚合部分。

69.根据权利要求41所述的系统，其中所述光学组合件经配置以使用紫外光(UV)辐射来照射所述光敏液体。

70.根据权利要求41所述的系统，且所述系统包括激光直写子系统(LDW)，且其中所述处理器经配置以控制所述LDW在施加层或将装置耦合到所述聚合物层的既定表面之前制备所述既定表面。

71.根据权利要求70所述的系统，其中所述处理器经配置以控制所述LDW根据预定义图案朝向所述聚合物层的所述既定表面引导熔融材料的液滴，使得所述液滴在所述既定表面上硬化以在所述既定表面上印刷所述层。

72.根据权利要求70所述的系统，其中所述处理器经配置以控制所述LDW在施加所述层之前将粘附层施加到所述既定表面。

73.根据权利要求70所述的系统，其中所述处理器经配置以控制所述LDW在既定层中图案化空腔，且将所述层施加到所述空腔的至少一部分。

74.根据权利要求70所述的系统，其中所述处理器经配置以控制所述LDW使用激光剥蚀来粗糙化所述既定表面的至少一区段。

75.根据权利要求70所述的系统，且所述系统包括颗粒施配器，所述颗粒施配器经配置以将微米级颗粒施加到所述既定表面，其中所述处理器经配置以控制所述颗粒施配器将微米级颗粒施加到所述既定表面的至少一区段。

76.根据权利要求75所述的系统，其中所述施配器经配置以对包括浸入于挥发性溶剂中的所述微米级颗粒的经稀释溶液进行施配或喷注。

77.根据权利要求41所述的系统，且所述系统包括激光直写子系统(LDW)，所述激光直写子系统经配置以通过以下方式来形成第一三维(3D)结构：根据预定义图案朝向所述样本的至少固体表面引导熔融材料的第一液滴，使得所述第一液滴在所述固体表面上硬化以在所述固体表面上印刷所述第一3D结构，其中所述第一3D结构包括具有面对所述固体表面的下部表面的第一端以及具有与所述下部表面相对的上部表面的第二端，其中所述LDW经配置以通过以下方式在所述上部表面上形成第二3D结构：朝向所述上部表面引导熔融材料的第二液滴，使得所述第二液滴在所述上部表面上硬化以在所述第一3D结构的所述上部表面上印刷所述第二3D结构，且其中所述处理器经配置以控制所述座架及所述光学组合件以便：(i)形成第一聚合物层以用于在所述固体表面上固定所述第一3D结构的位置；及(ii)形成第二聚合物层以用于在所述第一3D结构的所述上部表面上固定所述第二3D结构的位置。

78.根据权利要求77所述的系统，其中所述第一3D结构及所述第二3D结构中的至少一者包括柱。

79.根据权利要求77所述的系统，其中所述处理器经配置以控制所述座架设定既定厚度，使得当所述光学组合件照射所述上部表面时，所述既定厚度内的全部所述经照射光敏液体发生聚合。

80.根据权利要求77所述的系统，其中所述处理器经配置以通过控制擦拭器来设定所述第一聚合物层的至少第一厚度，所述擦拭器经配置以从所述光敏液体的第一上部表面擦拭所述光敏液体的至少一部分。

81.一种用于制造的方法，所述方法包括：

以预定义图案朝向衬底喷射熔融材料的液滴，使得所述液滴在所述衬底上硬化以在所述衬底上印刷三维(3D)结构；

将其上具有所述3D结构的所述衬底浸入到光敏液体中；及

辐照所述光敏液体以便聚合所述光敏液体以形成含有所述3D结构的至少一部分的一或多个聚合物层。

82.根据权利要求81所述的方法，其中所述液滴包括熔融金属。

83.根据权利要求82所述的方法，且所述方法包括将电子装置放置在所述衬底上，其中喷射所述液滴包括形成到所述电子装置的导电连接。

84.根据权利要求83所述的方法，其中形成所述导电连接包括对柱进行印刷，所述柱延伸穿过通过聚合所述光敏液体而形成的所述聚合物层中的一或多者。

85.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中喷射所述液滴包括引导激光束照射在供体膜上，使得通过激光诱发的正向转移(LIFT)来喷射所述液滴。

86.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中辐照所述光敏液体包括将经图案化辐射施加到所述光敏液体，以便在立体光刻工艺中堆积多个聚合物层。

87.根据权利要求86所述的方法，其中喷射所述液滴包括在第一立体光刻层上印刷所述3D结构，所述第一立体光刻层充当所述3D结构的所述衬底，且其中施加所述经图案化辐射包括在所述第一立体光刻层之上形成至少第二立体光刻层。

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