JP2005342879A - マイクロ部品の状態制御方法、及びそれらを含むアレイシステム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多数のマイクロ部品完全アレイ方法において、アレイ状態における各マイクロ部品の向きを任意に制御することを目的とする。
【解決手段】導電性液体を用い、表面エネルギー差、界面張力メカニズムによる界面張力差を巧みに利用した、多数のマイクロ部品の完全アレイ方法において、各マイクロ部品の向きを制御するにふさわしい所要形状グリッドを有するテンプレート上に、あらかじめ多数のマイクロ部品をアレイさせ、そのグリッド内部において、アレイされたマイクロ部品が完全に埋没するよう、または完全に埋没しない厚みに導電性液体の均一液面を形成する。
次に、この導電性液体の厚みを変化させながら振動を与えることにより、導電性液体、テンプレート表面、各マイクロ部品、各マイクロ部品の向きを制御するにふさわしい所要形状を有した各グリッドとの、それぞれの表面エネルギー差、界面張力メカニズムによる界面張力差によって、多数の各マイクロ部品の向きを一度に一つずつ任意に制御する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、任意の形状を有した多数のマイクロ部品を規則正しくアレイさせるとともに、アレイ状態における各マイクロ部品の向きを任意に制御すること目的とする。

近年マイクロマシンの実用化を目指し、様々な研究および応用が推し進められている。

多数のランダム状態なマイクロ部品を何十、何百、何千、何万個以上と規則的にアレイさせるとともに、アレイ状態における各マイクロ部品の向きを任意に制御することは、今後マイクロマシンを産業的に製造するうえで重要となる技術である。

マイクロマシンを産業的に効率よく組み立てるためには、数μｍから数百μｍサイズの多数のランダム状態なマイクロ部品を、あらかじめパレット上などに所要の状態にアレイさせておき、組み立て工程においてマイクロ部品を扱いやすいよう供給し、マイクロマシン製造の便宜を図ることが必要である。さらに、多数のランダム状態な微細で繊細なマイクロ部品、またそれらアッセンブルされたマイクロユニットを、効率よく品質管理することも必須になる。

これらの要求に答えるべく、本発明の出願人が先に特許文献１を提出した。
特願２００３−３８９８７号

従来から、マイクロマシンなどに用いるマイクロ部品（微小物）の向きや位置決めを行う際には、操作者が顕微鏡下で手にピンセットやピペットなどの道具を持って手作業で行うなど、マイクロマニピュレータ等の使用により一つ一つのマイクロ部品を操作する技術が一般的には公知である。

今後、マイクロマシンを産業的に組み立てるべく、マイクロマシン製造のオートメーション化を推し進めていくためには、組み立て工程において大量のマイクロ部品、またそれらアッセンブルされたマイクロユニットを、効率よく取り扱うことが重要である。そのため、これらマイクロ部品を単体で一つ一つ取り扱っていた従来の技術では、決して大量生産に適しているとは言えない。

以上の問題を解決するべく、本発明の出願人が先に出願した特許文献１では、任意形状を有した多数のマイクロ部品を的確にアレイさせるための技術を提案している。周知の如く、マイクロマシン製造等の上でマイクロ部品を取り扱うには、各マイクロ部品の向きを的確に制御し取り扱うことが必須になってくる。しかしながら、マイクロ部品をアレイさせた後の、各マイクロ部品の状態を任意に制御することには、本文献においても触れられていない。

今後、一度に多数の各マイクロ部品の向きを任意に制御する技術は、マイクロマシン製造等でのオートメーション化を推し進めていく上で重要になってくる。

本発明による、多数の各マイクロ部品の向きを一度に一つずつ任意に制御する方法は、本発明の出願人が先に出願した特許文献１に従い、あらかじめ多数のマイクロ部品を、各マイクロ部品の向きを制御するにふさわしい所要形状グリッドを有するテンプレート上にアレイさせる。次に、そのグリッド内部に収まった各マイクロ部品が、完全に埋没するよう、または完全に埋没しない厚みに導電性液体の均一液面を形成する。

好ましくは、同時にそのテンプレートを水平、傾斜、垂直、反転状態に固定、または可変させ、さらに好ましくは、それらのテンプレートに二次元または三次元方向の微振動を加えながら、または微振動の強弱を変化させながらこの導電性液体の厚みを変化させ、導電性液体、テンプレート表面、各マイクロ部品、各マイクロ部品の向きを制御するにふさわしい所要形状を有した各グリッドとの、それぞれの表面エネルギー差、界面張力メカニズムによる界面張力差によって、各マイクロ部品の向きを一度に一つずつ任意に制御することを特徴とし、多数のマイクロ部品の完全アレイを行う。

また本発明によれば、上記方法の如く、グリッド内に収まっている各マイクロ部品は、各々の表面エネルギー差、界面張力メカニズムによる界面張力差によって、導電性液体によりグリッド内部で保持されたままであるから、何十、何百、何千、何万個以上という多数のマイクロ部品の向き補正を、各々のグリッド形状に従いながら歩留まりが向上するまで、本工程を何回でも繰り返すことが可能である。

さらに、これら一連のかかる方法を組み合わせることから成る、各マイクロ部品の状態制御を有したマイクロ部品アレイシステム装置を提供できる。

以上説明したように、一連の本発明に従えば、任意形状の多数のマイクロ部品を効率的にアレイさせたうえで、さらに各マイクロ部品の向きを一度に一つずつ任意に制御することが可能となる。

本発明によれば、様々な形状の多数のマイクロ部品アレイを容易に実現可能としながら、同時に各マイクロ部品の向きを一度に一つずつ任意に制御することができる。

以下、実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１（ａ）（ｂ）は、本実施例１におけるマイクロ部品の形状、（ｃ）はこのマイクロ部品の向きを制御するにふさわしいグリッド形状一例の立体カットモデルである。
図２は、図１（ｃ）のグリッド形状を有するテンプレート上に、図１（ａ）（ｂ）のマイクロ部品をアレイさせたものの平面図、及びアレイ後におけるその一部の立体カットモデル拡大図である。
図３（ａ）（ｂ）は、図１（ａ）（ｂ）のマイクロ部品を例とし、請求項１〜５記載による方法にて、このマイクロ部品の向きを制御する経過状態を、立体カットモデル拡大図で示すものである。
図４は、図１（ａ）（ｂ）のマイクロ部品を例とし、請求項１〜５記載による方法にて、このマイクロ部品の向きを制御し終えたものを、立体カットモデル拡大図で示すものである。
図５（ａ）は、本発明による第２実施例においてのテンプレート一部のカットモデル拡大図、図５（ｂ）（ｃ）、図６（ｄ）（ｅ）（ｆ）の工程は、マイクロ部品の向きを制御する経過状態を示すものである。

本発明は、
（１）導電性液体を用い、表面エネルギー差、界面張力メカニズムによる界面張力差を巧みに利用した、多数のマイクロ部品の完全アレイ方法において、各マイクロ部品の向きを制御するにふさわしい所要形状グリッドを有するテンプレート上に、あらかじめ多数のマイクロ部品をアレイさせる。
（２）次に、そのグリッド内部において、アレイされるマイクロ部品が完全に埋没するよう、または完全に埋没しない厚みに導電性液体の均一液面を形成する。
（３）好ましくは、同時にそのテンプレートを水平、傾斜、垂直、反転状態に固定、または可変させ、
（４）さらに好ましくは、それらのテンプレートに二次元または三次元方向の微振動を加えながら、または微振動の強弱を変化させながらこの導電性液体の厚みを変化させ、
導電性液体、テンプレート表面、各マイクロ部品、各マイクロ部品の向きを制御するにふさわしい所要形状を有した各グリッドとの、それぞれの表面エネルギー差、界面張力メカニズムによる界面張力差によって、各マイクロ部品の向きを一度に一つずつ任意に制御し、多数のマイクロ部品の完全アレイを行う。

また更に、
（５）かかるそれぞれの表面エネルギー差、界面張力メカニズムによる界面張力差によって、グリッド内に収まっている各マイクロ部品は導電性液体によりグリッド内部で保持されたままであるから、本工程を何回でも繰り返す作業により、何十、何百、何千、何万個以上という多数のマイクロ部品の向き補正を、各々のグリッド形状に従いながら歩留まりが向上するまで行い、多数のマイクロ部品の完全アレイを提供する。

以上（１）〜（５）の工程は、
（６）請求工１〜４を組み合わせることから成る、各マイクロ部品の状態制御を有したマイクロ部品アレイシステム装置を提供できることを説明している。

規則正しくアレイさせ、各マイクロ部品の向きを制御するにふさわしい所要形状グリッドを有するテンプレートを形成するには、マイクロ機械加工、エッチング法、マイクロ射出整形法など幾つかの手法があるが、テンプレート形成方法に限定はない。テンプレートの材質は特に限定されず、使用する液体に対し濡れ性の良好なものが好ましい。

使用する液体として、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、エチルアルコール、水など、あるいはそれらの混合液体であってもよく、導電性を有した液体であれば、マイクロ部品形状、グリッド形状、テンプレート表面形状、及びそれら材質によるそれぞれの表面エネルギー差、界面張力メカニズムによる界面張力差等の特性を考慮した上で適当に決めればよい。

なおここで「ふさわしい」「任意」とは、各々のマイクロ部品を、意とする向きへ制御するために、導電性液体、テンプレート表面、各マイクロ部品、各マイクロ部品の向きを制御するにふさわしい所要形状を有した各グリッドとの、それぞれの表面エネルギー差、界面張力メカニズムによる界面張力差の力の釣り合いを考慮したうえで、最適なグリッド形状を適当に決めるということである。

図５（ｂ）（ｃ）、図６（ｄ）（ｅ）（ｆ）の工程は、図５（ａ）のグリッド形状を例とし、第２実施例としたマイクロ部品の向きを制御する経過状態を示すものである。
本実施例は、実施例１と同様の方法による。

以上、これらの実施例１及び２は、本発明を説明するためになされた一具体例であって、この具体例により本方法案が限定されるものではない。本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

（ａ）（ｂ）は、本実施例１におけるマイクロ部品の形状、（ｃ）はこのマイクロ部品の向きを制御するにふさわしいグリッド形状一例の立体カットモデルである。 は、図１（ｃ）のグリッド形状を有するテンプレート上に、図１（ａ）（ｂ）のマイクロ部品をアレイさせたものの平面図、及びアレイ後におけるその一部の立体カットモデル拡大図である。 （ａ）（ｂ）は、図１（ａ）（ｂ）のマイクロ部品を例とし、請求項１〜５記載による方法にて、このマイクロ部品の向きを制御する経過状態を、立体カットモデル拡大図で示すものである。 は、図１（ａ）（ｂ）のマイクロ部品を例とし、請求項１〜５記載による方法にて、このマイクロ部品の向きを制御し終えたものを、立体カットモデル拡大図で示すものである。 （ａ）は、本発明による第２実施例においてのテンプレート一部のカットモデル拡大図、（ｂ）（ｃ）の工程は、マイクロ部品の向きを制御する経過状態を示すものである。 （ｄ）（ｅ）（ｆ）の工程は、本発明による第２実施例において、マイクロ部品の向きを制御する経過状態を示すものである。

符号の説明

２１ マイクロ部品をアレイさせたテンプレート
３２１、３２２、５２１、５２２、６２１、６２２ 導電性液体の厚み
４３ ６３ グリッド形状に従ったマイクロ部品
５４ グリッド形状
５５ マイクロ部品

Claims (5)

1. 導電性液体を用い、表面エネルギー差、界面張力メカニズムによる界面張力差を巧みに利用した、多数のマイクロ部品の完全アレイ方法において、各マイクロ部品の搭載状態を制御するにふさわしい所要形状のグリッドを有するテンプレートを用いる。そのグリッド内部において、アレイされているマイクロ部品が完全に埋没するよう、または完全に埋没しない厚みに導電性液体の均一液面を形成し、この導電性液体の厚みを変化させ、多数の各マイクロ部品の搭載状態を一度に一つずつ任意に制御することを特徴とする、多数のマイクロ部品の完全アレイ方法。
2. 全てのグリッド内部のマイクロ部品搭載状態を補正するために、請求項１の工程を複数回とすることを特徴とする、多数のマイクロ部品の完全アレイ方法。
3. 請求項１または１〜２において、テンプレートを水平、傾斜、垂直、反転状態に固定、または可変させながら行うことを特徴とする、多数のマイクロ部品の完全アレイ方法。
4. 請求項１または１〜３において、テンプレートを二次元または三次元方向に微振動を加えながら、また好ましくは、微振動の強弱を変化させながら行うことを特徴とする、多数のマイクロ部品の完全アレイ方法。
5. 請求項１〜４を組み合わせることから成る、マイクロ部品アレイシステム装置。

Images