JP2009539610A - レーザ誘起衝撃波を利用した微小流体装置の製造 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は2006年6月7日に出願された米国仮特許出願第60/811,437号に基づく優先権を主張するものであって、その全内容を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。本願はまた、2006年6月7日に出願されたオーストラリア仮特許出願第2006903098号に基づく優先権も主張するものであって、その全内容を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用する。
本発明は一般に各種材料をレーザ加工するための加工方法及び装置に関する。
−熱影響部が小さい。
−構造物を構成する要素のサイズの改善。
−加工における正確性の改善。
−加工における精密性の改善。
−支持されていない構造を備えた部品(或いは部分)を簡単に製作可能。
−赤外(IR)YAGレーザやCO2レーザ等、低コストのレーザを微細加工に利用可能。
−並行加工が可能。
Claims (140)
- 多層デバイスの少なくとも一部を加工する方法であって、製造プロセスの過程で少なくとも一種のレーザを使用して前記部分の少なくとも一層を改変する方法。
- 一種を超える波長を用いる、請求項1に記載の方法。
- 複数のレーザビームを用いる、請求項1に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、形成された構造を改善する、及び/又は製造プロセスを単純化する、請求項3に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、同じアライメントシステムの少なくとも一部を用いる、請求項3に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、少なくとも部分的に同時作動される、請求項3に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、随意的に、少なくとも部分的に共時的に、或いは少なくとも部分的に断続的に、作動される、請求項3に記載の方法。
- 複数のレーザビームは一以上のタイミング特性で作動される、請求項3に記載の方法。
- レーザビームのエネルギーを増大させる、請求項1に記載の方法。
- 増大されたレーザビームエネルギーがより速い加工を可能にする、請求項9に記載の方法。
- 増大されたレーザビームエネルギーが、熱融解、プラズマ生成、結合手の切断によるアブレージョンとその後の体積膨張、多光子結合解離のうちの任意の一以上である、加工の主メカニズムを変更する、請求項9に記載の方法。
- 複数のレーザビームで製造プロセスを単純にする、請求項3に記載の方法。
- 単純化された製造プロセスは、コスト削減、アライメントの改善、加工スピードの向上、及び、任意的に行われる、複数のビームが同じアライメントシステムの複数部分を利用すること、の一以上を含む、請求項12に記載の方法。
- 第一のレーザビームがメルトを生成し、第二のレーザビームは所望によりレーザ誘起衝撃波によって、また所望によってはパルス化レーザビームで材料を除去する、請求項3に記載の方法。
- 第一のレーザビームは結合エネルギー又は格子エネルギーを励起状態へと高め、第二のレーザビームは所望により高エネルギー密度下で材料を除去する、請求項3に記載の方法。
- 第一のレーザビームは材料を除去し、第二のレーザビームは、所望により、表面リフローの誘起による変形、砕片量の最少化、結晶性の変更、及び/又は表面化学の改変によって表面形状を変更する、請求項3に記載の方法。
- 第一の波長を有する第一のレーザビームを第一の層に向けて用い、第二の波長を有する第二のレーザビームを第二の層に向けて用いる、請求項3に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、層への入射に先立って結合される、請求項3に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、鏡、レンズ等の光学素子を利用して結合される、請求項18に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、当初、同一の出力源から発せられる、請求項18に記載の方法。
- 層中に添加剤を使用して、その層或いは別の層におけるレーザビームの効果を変更する、請求項1に記載の方法。
- 添加剤は、レーザの波長において照射吸収に影響を及ぼし、所望により改善するものである、請求項21に記載の方法。
- 吸収及び/又は反射特性を備えた層を利用してレーザの効果に影響を及ぼす、請求項1に記載の方法。
- 吸収及び/又は反射特性は、吸収層の選択的加工を許容するものである、請求項23に記載の方法。
- 構造の形成を改善するために熱伝導層の利用を含む、請求項1に記載の方法。
- 熱の減少又は案内によって、改善された構造形態を提供し、或いは周辺の材料や構造に及ぼされる機械加工プロセスの影響を小さくする、請求項1に記載の方法。
- レーザ源と層との間にマスキング要素を使用して、当該層の或る領域のレーザビームへの曝露を制限又は変更する、請求項1に記載の方法。
- マスキング要素は層である、請求項27に記載の方法。
- 並行処理を行ってスループットを向上させることを含む、請求項27に記載の方法。
- マスキング要素は製造において部品のアライメントを取るのに寄与する、請求項27に記載の方法。
- マスキング要素はより高い空間分解能を提供する、請求項27に記載の方法。
- マスキング要素は、層の或る領域から熱を伝導によって逃がすこと、(b)表面を砕片から保護すること、及び/又は(c)加工中に一以上の構造体を支持すること、の内の一以上を行うものである、請求項27に記載の方法。
- 光学要素を利用してレーザビームを変化させ又は集中させる、請求項1に記載の方法。
- 光学要素は一以上のレンズ、プリズム、その他の屈折、回折或いは反射要素を含む、請求項33に記載の方法。
- 光学要素は加工工程での部品のアライメントを単純化する、請求項33に記載の方法。
- 光学要素は、レーザビームの周波数、強度、方向、持続時間、タイミングの一以上を変える、請求項33に記載の方法。
- 加工プロセス中、又はその後に層が除去される、請求項1に記載の方法。
- 除去される前の層は、次の各機能、即ち、表面を砕片から保護すること、熱伝導、切欠き構造や自在正立構造の支持、ビームの集中やマスキング、二次的加工プロセスが起こるようにすること、の内の一以上の機能を果たすものである、請求項37に記載の方法。
- 少なくとも一層がポリマー、金属、金属酸化物、金属箔、紙、ニトロセルロース、ガラス、シリコーン、フォトレジスト、セラミック、木材、布地の内の一以上を含む、請求項1に記載の方法。
- プロセスは少なくとも半連続的ウェブを利用する、請求項1に記載の方法。
- プロセスはウェブに基づくものではない、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも一の非レーザ加工段階を含む、請求項1に記載の方法。
- 非レーザ加工段階は、所望によりレーザ加工段階の前、途中、又は後に行われる、請求項42に記載の方法。
- 非レーザ加工段階は、射出成形、マイクロミリング、ダイ打抜き、ホットフォイル・スタンピング、スタンピング、エンボス加工、熱成形、プリントヘッドによるデポジット、フォトリソグラフィー、コーティング、硬化の内の一種以上を含む、請求項42に記載の方法。
- 非レーザ加工段階は、レーザ加工プロセスで生ずる熱影響部を小さくするための予備処理プロセスを含む、請求項42に記載の方法。
- 予備処理プロセスは、材料の一部に対し冷却又はヒートシンクを提供すること、及び、材料の表面特性やバルク特性を変えて熱伝導性や吸収特性を変更すること、の一以上を含む、請求項45に記載の方法。
- 所望により一以上の部分に対し、構造付与、硬化、表面処理、コーティング又は改変を行うための後処理プロセスを含む、請求項42に記載の方法。
- 層のレーザ加工対象領域、基板やツール上の局所領域の一箇所以上を加熱してツール周辺のマテリアル・フローを改善する、請求項42に記載の方法。
- ツールがエンボス加工ツールである、請求項48に記載の方法。
- エンボス加工の前に、エンボス加工されるべき領域をレーザビームでスキャンする、請求項49に記載の方法。
- エンボス加工を行う間に、エンボス加工されるべき領域をレーザビームでスキャンする、請求項49に記載の方法。
- レーザを層の所定の領域に選択的に照射して該領域を弱くすることで構造体を形成する、請求項1に記載の方法。
- 構造体がバーストバルブである、請求項52に記載の方法。
- 構造体が切離し用ガイドである、請求項52に記載の方法。
- レーザの選択的適用により層のバリア特性を変化させる、請求項52に記載の方法。
- 変化が層の穿孔を含む、請求項55に記載の方法。
- 多層デバイスの或る要素部分を該デバイスの組立ての前にレーザ処理する、請求項1に記載の方法。
- 多層デバイスの組立て後に該デバイスの一部をレーザ処理する、請求項1に記載の方法。
- 多層デバイスの組立てはレーザ処理を含む、請求項1に記載の方法。
- 組立てはレーザ処理結合段階を含む、請求項1に記載の方法。
- アライメント・マーク、ノッチ、溝、アライメントをとるためのエッジガイドの一以上の利用を含む、請求項1に記載の方法。
- コントロールシステムの利用を含む、請求項1に記載の方法。
- コントロールシステムは、機械的センサ・フィードバック、光学的センサ・フィードバック、部品の平行移動及び/又はレーザスキャニング調整の一種以上を含む、請求項62に記載の方法。
- 多層デバイスは微小流体デバイスである、請求項1に記載の方法。
- 請求項1〜64の何れか一項に記載の方法によって多層デバイスの少なくとも一部分を加工するための装置。
- 多層デバイスの少なくとも一部分を加工するための装置であって、加工プロセス中に前記部分の中の少なくとも一層を改変するためのレーザビームを発生する少なくとも一種のレーザ源を有する装置。
- 複数のレーザビームを含む、請求項65又は請求項66に記載の装置。
- 複数のレーザビームは、少なくとも部分的に同時的に作動される、請求項67に記載の装置。
- 複数のレーザビームは、所望により少なくとも部分的に共時的に、又は少なくとも部分的に断続的に、作動される、請求項67に記載の装置。
- レーザビームを改変又は集中させるための光学要素を含む、請求項65又は請求項66に記載の装置。
- 光学要素は一以上のレンズ、プリズム、その他の屈折、回折或いは反射要素を含む、請求項70に記載の装置。
- 光学要素は加工工程での部品のアライメントを単純化する、請求項70に記載の装置。
- 光学要素は、レーザビームの周波数、強度、持続時間、タイミングの一以上を変える、請求項70に記載の装置。
- プロセスは少なくとも半連続的ウェブを利用する、請求項65又は請求項66に記載の装置。
- プロセスはウェブに基づくものではない、請求項65又は請求項66に記載の装置。
- 少なくとも一の非レーザ加工要素を含む、請求項65又は請求項66に記載の装置。
- 非レーザ加工要素は、射出成形、マイクロミリング、ダイ打抜き、ホットフォイル・スタンピング、スタンピング、エンボス加工、熱成形、プリントヘッドによるデポジット、フォトリソグラフィー、コーティング、硬化の内の一種以上を含む、請求項76に記載の装置。
- 多層デバイスは微小流体デバイスである、請求項65又は請求項66に記載の装置。
- 先の請求項の何れか一項に記載の方法又は装置を利用して加工される、多層デバイスの一部分。
- 請求項1〜79に記載の方法又は装置を利用して加工される多層デバイス。
- 多層デバイスは微小流体デバイスである、請求項79又は請求項80に記載の部分又は装置。
- 基板を含むデバイスの少なくとも一部分を加工するための方法であって、製造プロセスにおいて少なくとも一種のレーザを用いて基板の一部を改変する方法。
- 一種を超える波長を用いる、請求項82に記載の方法。
- 複数のレーザビームを用いる、請求項82に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、形成された構造を改善する、及び/又は製造プロセスを単純化する、請求項84に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、同じアライメントシステムの少なくとも一部を用いる、請求項84に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、少なくとも部分的に同時作動される、請求項84に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、随意的に、少なくとも部分的に共時的に、或いは少なくとも部分的に断続的に、作動される、請求項84に記載の方法。
- 複数のレーザビームは一以上のタイミング特性で作動される、請求項84に記載の方法。
- レーザビームのエネルギーを増大させる、請求項82に記載の方法。
- 増大されたレーザビームエネルギーがより速い加工を可能にする、請求項90に記載の方法。
- 増大されたレーザビームエネルギーが、熱融解、プラズマ生成、結合手の切断によるアブレージョンとその後の体積膨張、多光子結合解離のうちの任意の一以上である、加工の主メカニズムを変更する、請求項90に記載の方法。
- 複数のレーザビームで製造プロセスを単純にする、請求項84に記載の方法。
- 単純化された製造プロセスは、コスト削減、アライメントの改善、加工スピードの向上、及び、任意的に行われる、複数のビームが同じアライメントシステムの複数部分を利用すること、の一以上を含む、請求項93に記載の方法。
- 第一のレーザビームがメルトを生成し、第二のレーザビームは所望によりレーザ誘起衝撃波によって、また所望によってはパルス化レーザビームで材料を除去する、請求項84に記載の方法。
- 第一のレーザビームは結合エネルギー又は格子エネルギーを励起状態へと高め、第二のレーザビームは所望により高エネルギー密度下で材料を除去する、請求項84に記載の方法。
- 第一のレーザビームは材料を除去し、第二のレーザビームは、所望により、表面リフローの誘起による変形、砕片量の最少化、結晶性の変更、及び/又は表面化学の改変によって表面形状を変更する、請求項84に記載の方法。
- 第一の波長を有する第一のレーザビームは基板中の特定の化学結合を標的とし、第二の波長を有する第二のレーザビームは基板中のこれとは異なる化学結合を標的として用いられる、請求項84に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、層への入射に先立って結合される、請求項84に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、鏡、レンズ等の光学素子を利用して結合される、請求項99に記載の方法。
- 複数のレーザビームは、当初、同一の出力源から発せられる、請求項84に記載の方法。
- 基板の一部に添加剤を使用して、該基板の当該部分或いは別の部分におけるレーザビームの効果を変更する、請求項82に記載の方法。
- 添加剤は、レーザの波長において照射吸収に影響を及ぼし、所望により改善するものである、請求項82に記載の方法。
- レーザ源と基板の間にマスキング要素を使用して、当該基板の或る部分のレーザビームへの曝露を制限又は変更する、請求項82に記載の方法。
- マスキング要素は基板中の層である、請求項104に記載の方法。
- 並行処理を行ってスループットを向上させることを含む、請求項82に記載の方法。
- マスキング要素は製造において部品のアライメントを取るのに寄与する、請求項104に記載の方法。
- マスキング要素はより高い空間分解能を提供する、請求項104に記載の方法。
- マスキング要素は、基板の一部から熱を伝導によって逃がすこと、(b)表面を砕片から保護すること、及び/又は(c)加工中に一以上の構造体を支持すること、の内の一以上を行うものである、請求項104に記載の方法。
- 光学要素を利用してレーザビームを変化させ又は集中させる、請求項82に記載の方法。
- 光学要素は一以上のレンズ、プリズム、その他の屈折、回折或いは反射要素を含む、請求項110に記載の方法。
- 光学要素は加工工程での部品のアライメントを単純化する、請求項110に記載の方法。
- 光学要素は、レーザビームの周波数、強度、方向、持続時間、タイミングの一以上を変える、請求項110に記載の方法。
- プロセスは少なくとも半連続的ウェブを利用する、請求項82に記載の方法。
- プロセスはウェブに基づくものではない、請求項82に記載の方法。
- 少なくとも一の非レーザ加工段階を含む、請求項82に記載の方法。
- 非レーザ加工段階は、所望によりレーザ加工段階の前、途中、又は後に行われる、請求項116に記載の方法。
- 非レーザ加工段階は、射出成形、マイクロミリング、ダイ打抜き、ホットフォイル・スタンピング、スタンピング、エンボス加工、熱成形、プリントヘッドによるデポジット、フォトリソグラフィー、コーティング、硬化の内の一種以上を含む、請求項116に記載の方法。
- 非レーザ加工段階は、レーザ加工プロセスで生ずる熱影響部を小さくするための予備処理プロセスを含む、請求項116に記載の方法。
- 予備処理プロセスは、材料の一部に対し冷却又はヒートシンクを提供すること、及び、材料の表面特性やバルク特性を変えて熱伝導性や吸収特性を変更すること、の一以上を含む、請求項82に記載の方法。
- 所望により一以上の部分に対し、構造付与、硬化、表面処理、コーティング又は改変を行うための後処理プロセスを含む、請求項82に記載の方法。
- 基板のレーザ加工対象部分又はツールの一箇所以上を加熱してツール周辺のマテリアル・フローを改善する、請求項82に記載の方法。
- ツールがエンボス加工ツールである、請求項122に記載の方法。
- エンボス加工の前に、エンボス加工されるべき領域をレーザビームでスキャンする、請求項123に記載の方法。
- エンボス加工を行う間に、エンボス加工されるべき領域をレーザビームでスキャンする、請求項123に記載の方法。
- 請求項82〜125の何れか一項に記載の方法によってデバイスの少なくとも一部を加工する装置。
- 基板を含むデバイスの少なくとも一部分を加工するための装置であって、該装置は、製造プロセスにおいて少なくとも一種のレーザ源を有し、該レーザ源は基板の少なくとも一部を改変するためのレーザビームを発生する装置。
- 複数のレーザビームを用いる、請求項126又は請求項127に記載の装置。
- 複数のレーザビームは、少なくとも部分的に同時作動される、請求項128に記載の装置。
- 複数のレーザビームは、随意的に、少なくとも部分的に共時的に、或いは少なくとも部分的に断続的に、作動される、請求項128に記載の装置。
- レーザビームを変化させ又は集中させるための光学要素を含む、請求項126又は請求項127に記載の装置。
- 光学要素は一以上のレンズ、プリズム、その他の屈折、回折或いは反射要素を含む、請求項131に記載の装置。
- 光学要素は加工工程での部品のアライメントを単純化する、請求項131に記載の装置。
- 光学要素は、レーザビームの周波数、強度、方向、持続時間、タイミングの一以上を変える、請求項131に記載の装置。
- プロセスは少なくとも半連続的ウェブを利用する、請求項126又は請求項127に記載の装置。
- プロセスはウェブに基づくものではない、請求項126又は請求項127に記載の装置。
- 少なくとも一の非レーザ加工要素を含む、請求項126又は請求項127に記載の装置。
- 非レーザ加工要素は、射出成形、マイクロミリング、ダイ打抜き、ホットフォイル・スタンピング、スタンピング、エンボス加工、熱成形、プリントヘッドによるデポジット、フォトリソグラフィー、コーティング、硬化の内の一種以上を含む、請求項137に記載の装置。
- 請求項82〜138の何れか一項に記載の方法又は装置を利用して加工される、デバイスの一部分。
- 請求項82〜138に記載の方法又は装置を利用して加工されるデバイス。
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