JP2015513448A - 物体上に連結部を形成する工程を含む、緻密粒子フィルムを用いて基材上に物体を移動させる方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、基材（３８）、好ましくは走行する基材の上に、物体（５０）を移動させる方法に関する。輸送用キャリア液（１６）を含有する移動領域（１４）内に移動対象の物体（５０）を配置し、移動領域のキャリア液（１６）上に浮かぶ粒子（４）の緻密フィルムによって物体（５０）を保持する。移動領域において物体（５０）を粒子（４）のフィルムと共に移動させ、物体（５０）を基材（３８）上に移す。この方法は、前記移動領域（１４）中に配置された前記物体（５０）に接触するように重合性化合物を含む材料（７２）を配置した後に、該材料（７２）を重合することで、前記物体（５０）の少なくとも一つと接触した連結部（７４）を少なくとも一つ形成する工程を含む。

Description

本発明は、様々な機器を製造するために、基材（好ましくは走行する基材）上に物体を移動させる方法の領域に関する。

特に、本発明は、センサー等のハイブリッド機器の製造に関する。ハイブリッド機器は、その定義上、多様な機能（電子機能、光学機能、電気光学機能、圧電機能、熱電気機能、機械的機能等）を有する物体を同一の基材上で用いるものである。

堆積／移動させる物体の例としては、
−能動電子部品（トランジスタ、マイクロプロセッサ、集積回路等）、
−受動電子部品（レジスタ、コンデンサ、ダイオード、フォトダイオード、コイル、導電トラック、溶接母材等）、
−光学部品（レンズ、マイクロレンズ、回折格子、フィルター等）、
−バッテリーセル、マイクロバッテリーセル、マイクロバッテリーセル、光検出器、太陽電池、無線自動識別（ＲＦＩＤ）システム等、
−ナノメートル又はマイクロメートルスケールの、活性又は不活性の粒子又は凝集体（酸化物、ポリマー、金属、半導体、性質や特性の異なる２相を有するヤヌス粒子、ナノチューブ等からなるもの）
等が挙げられる。

より詳細には、本発明は、以下の寸法を有する物体の移動に関する。
−部品：顕微鏡スケール（数十ミクロン）から巨視的スケール（約１０センチメートルを超える寸法）、及び
−粒子及び凝集体：１ナノメートルから数百ミクロン。

また、本発明は、２次元構造及び３次元構造を用いた電子機器の分野にも関する。

近年、種々の機器を製造するために、液体輸送装置を用いて物体を基材上に移す技術が開発されている。しかしながら、通常、このような機器は、電気的、熱的、光学的、又は機械的な連結部を必要とする。連結部は機器の２つの物体を連結し、且つ／或いは機器の外部構成要素とのリンケージとしての機能を果たす。

しかしながら、液体輸送装置を用いて物体を基材上に移す際には、一般的な連結部形成技術（ろう着、ビード結合溶接、ウェッジ溶接等）が適しているとは確認されていない。

従って、本発明は、上記欠点を少なくとも部分的に改善することを目的とする。そのため、本発明は、基材（好ましくは走行する基材）上に物体を移動させる方法であって、輸送用のキャリア液を含有する移動領域を利用し、移動領域においてキャリア液上の緻密粒子フィルムで物体を保持し、移動領域において物体を粒子フィルムと共に移動させ、物体が出口に達したときに基材上に移す工程を含む方法を目的とする。

更に、上記方法は、移動領域において、物体に接触するように重合性化合物を含む材料を配置し、該材料を重合させることによって、少なくとも１つの物体と接触する連結部を少なくとも１つ形成する工程も含む。

この連結部形成技術は容易に実行でき、液体輸送装置による物体の移動に非常に適している。特に、異なる物体の間及び／又は物体と粒子フィルムとの間で高さが異なる場合も、重合性材料はその相違に適応できる。

後述するように、連結部は、例えば物体の上部又は下部に接触しうる。

また、連結部は、２つ以上の物体を電気的、熱的、光学的、圧電的、又は機械的に連結するものであってよく、或いは製造した機器に外部構成要素を連結するためのものであってもよい。連結部が２つ以上の物体を連結する場合、物体は例えば粒子フィルムの表面に配置される。

重合は、当業者が適当と考える技術、好ましくは熱的又は光学的技術を用いて行われる。物体がまだキャリア液上に存在する間に、重合を完全に又は部分的に行う。或いは、物体を基材上に移した後、キャリア液の外側で重合を行う。移動領域から基材上に移す際の歪みに対応するために、材料は、重合されているか否かに関わらず、十分な柔軟性を有するのが好ましい。

連結部の要求される機能及び特性を考慮して、連結部は、連続的又は非連続的なコード状或いは点状でありうる。コード及び点の直径は数十ミクロンから数ミリメートル程度である。

好ましい実施形態においては、移動領域において、互いに離間した２つの物体を連結するように、重合性化合物を含む材料を粒子フィルムに塗布し、該材料を重合させることによって、２つ以上の物体の間に連結部を少なくとも１つ形成する。この実施形態では、連結部は２つの物体のいかなる面も連結しうる。後述するように、移動領域中、様々な形態の物体がフィルムによって保持される。

他の好ましい実施形態においては、移動領域において重合性化合物を含む材料を１つの物体に塗布し、該材料を重合させることによって、互いに積層される２つ以上の物体の間に連結部を少なくとも１つ形成する。互いに積層・連結された複数の物体を用いて３次元構造の機器を製造する場合、この技術は特に興味深い。

他の好ましい実施形態においては、連結部を機器の外部の構成要素に接触させる。従って、連結部は、上述した実施形態のように移動領域内の２つの物体を連結するわけではない。なお、これら実施形態の全てを組み合わせうる。具体的には、移動領域内の物体は、様々な種類の連結部を有しうる。

特に、上記実施形態のうち最後の実施形態では、基材は少なくとも１つの貫通孔を有さない。物体の下面と緻密粒子フィルムとの間に形成された少なくとも１つの連結部が、貫通孔に収容される。このような連結部は、基材の反対側の面から利用でき、一般にシリコン貫通電極（Through Silicon Via、ＴＳＶ）と称される垂直貫通連結部として使用できる。

上述のとおり、実施形態に関わらず、各連結部は電気的、熱的、光学的、圧電的、又は機械的な機能を有する。勿論、これら機能の幾つかを組み合わせうる。

少なくとも１つの連結部が、少なくとも１つの物体の上面に対向するのが好ましい。

その代わりに、或いはそれと同時に、連結部は少なくとも１つの物体の下面と緻密粒子フィルムとの間に配置され、該下面に対向する。

上記材料は液体状又はペースト状であることが好ましい。

上記材料は疎水性であることが好ましく、また重合した固体連結部の状態にあることも好ましい。概して、特にキャリア液が水ではない場合、上記重合性化合物を含む材料はキャリア液と混和できない。

上記材料はシリコーン樹脂系、エポキシ樹脂系、及び／又はポリウレタン樹脂系の樹脂であることが好ましい。

連結部に主要機能（特に電気伝導機能及び／又は熱伝導機能）を付与するために、上記材料が少なくとも下記材料から選ばれる材料の粒子を含むことが好ましい。
・カーボンブラック
・カーボンナノチューブ
・グラフェン
・炭素繊維、鋼繊維、アルミニウム繊維又は銅繊維等の繊維
・金属粉末
・金属酸化物

加えて、連結部形成の前後に、移動領域において、物体を配置し、キャリア液上の緻密粒子フィルムで保持する。移動領域内で物体を粒子フィルムと共に移動させ、物体が出口に達したときに基材上に移す。

物体をキャリア液上に保持して基材上に移すために、緻密粒子フィルムを使用することがコンセプトである。その結果、物体の基材への移動は、正確且つ容易に、信頼性高く、繰り返し行われうる。また、連結部に付与された物体が基材上に直接載置されるわけではないため、基材上に移す前に、移動領域においてその位置を容易に再調整できる。

従って、緻密粒子フィルムは、均一又は不均一で、ナノスケール、顕微鏡スケール、ミリスケール、又は巨視的スケールの物体を収容するためのプラットフォームに等しい。このプラットフォーム自体が、均一又は不均一でナノスケール又は顕微鏡スケールの粒子を含みうる。プラットフォームの組成は、移動させる物体の組成とは異なるのが好ましい。詳しくは後述するが、移動させる物体はこのプラットフォームに一体化されうる。或いは、物体は単にプラットフォーム上に配列されうる。

実際、第１の可能性としては、移動領域において、少なくとも１つの移動させる物体を、輸送用キャリア液上に浮遊させ、緻密粒子フィルムで取り囲む。ここで、物体は、その周縁を囲む粒子によって、位置決め保持される。物体の下面はキャリア液に直接接触する。

第２の可能性としては、移動領域において、少なくとも１つの移動対象の物体を予め形成した緻密粒子フィルム上に配置し、キャリア液中で粒子の窪みを形成し、物体をこの窪みで支持する。

この第２の手法においては、フィルム中、各物体の下に位置する窪んだ粒子は、その周囲の粒子と共に、高さの差異を規定する。この周囲の粒子は、各物体の外縁を取り囲み、物体の位置を維持し、第１の手法と同様に物体を輸送する。

勿論、本発明の範囲から逸脱することなく、第１又は第２の手法に従って、物体を粒子フィルムに配置しうる。

更に、上述したとおり、緻密粒子フィルムは不均一粒子で形成されうる。また、例えばポリマー粒子の凝集を強化し、それによって緻密フィルムの担持力を増強する目的で、粒子間に物理的結合が形成されるように、粒子表面を官能化させてよい。

緻密フィルムの粒子の大寸法と、移動させる物体の大寸法との比率は、好ましくは１０^４〜１０^８である。例えば、緻密フィルムを形成する粒子は１ｎｍ〜５００μｍ程度の大寸法を有しうる。一方、このフィルムによって輸送される物体は約３０ｃｍ以下の大寸法を有しうる。

緻密フィルムの粒子は、直径約１μｍのシリカビーズであることが好ましい。一方で、フィルムは不均一でありうる。即ち、フィルムはサイズが異なるビーズを含みうる。

移動させる各物体は、０．２ｃｍを超え、３０ｃｍ未満の大寸法を有するのが好ましい。後者の数値は、移動領域の幅に応じて変わりうる。実際、各物体の寸法は、前述の幅に近い値でありうる。本発明の範囲から逸脱することなく、マイクロメートルサイズ又はナノメートルサイズの物体も堆積／移動させうる。

移動させる各物体は少なくとも１つの疎水性部を有するのが好ましい。疎水性部をキャリア液と接触するよう配置することによって、物体を確実に浮かせることができる。キャリア液と接触する面全体が疎水性であってよく、或いはこの面に最終的な機器に有用な親水性部と疎水性部が配置されていてもよい。

移動される物体はいかなる形状も有しうる。物体は平面状である必要は無く、１つ以上の曲率半径（例えば５ｃｍ未満）を任意に有してよく、また更に連結用ピンを結合してもよい。フィルム中の粒子の形状も同様に変更しうる。

例えば、移動させる各物体は、シリコンチップ、マイクロバッテリーセル、有機エレクトロニクス部品、光起電性部品、ＬＥＤ、ＰＬＥＤ、ＯＬＥＤ、金属部品、バッテリーセル、及びマイクロバッテリーセルからなる群から選ばれた構成要素でありうる。

本発明は複合デバイスの製造についても対象とする。複合デバイスとしては、検出素子（粒子等）を有するセンサー、１つ以上のエネルギー回収システム（光電池、圧電フィルム、燃料電池）、エネルギー貯蔵システム（マイクロバッテリー）、情報管理システム（シリコンチップ）、通信システム（無線自動識別（ＲＦＩＤ）チップ）、電気的接続素子（導電トラック）、電子部品（レジスタ、コンデンサ）、溶接要素（母材）等が挙げられる。これらの機器の製造に要求される物体は液体輸送装置上に配置され、必要に応じて複数の物体が積層される。

また、緻密粒子フィルムの概念は、例えば、サチン・キンゲ（Sachin Kinge）、「表面及び界面における自己集合性ナノ粒子（Self-Assembling Nanoparticles at Surfaces and Interfaces）」、ヨーロピアン・ジャーナル・オブ・ケミカルフィジックス・アンド・フィジカルケミストリー（ChemPhysChem）、２００８年、９、２０〜４２に開示されている。この緻密粒子フィルムは、当業者に公知の技術、例えば圧縮（ラングミュア・ブロジェット）、双極子間相互作用、及び／又は磁場等によって、キャリア液表面に形成されうる。

双極子間相互作用の技術は、四面体、立方体、又は八面体のようなファセットを有する粒子に用いられる。このような形状の場合、双極子間相互作用が粒子の組織化に重要な役割を担う。ファセット間の極性差により、粒子内部に双極子モーメントが生じる。

磁場組織化技術は、強磁場中で強い粒子間相互作用を引き起こすことによって配列可能な磁性ナノ粒子に用いられる。

圧縮技術については、特に、ルシオ・アイザ（Lucio Isa）ら、「液液界面におけるコロイド自己集合による粒子リソグラフィー（Particle Lithography from Colloidal Self-Assembly at Liquid-Liquid Interfaces）」、ＡＣＳナノ、第４巻、第１０号、５６６５−５６７０、２０１０年、マルクス・レッチェ（Markus Retsch）、「空気／水界面における自己集合を利用した大面積移動可能コロイド単層膜の形成（Fabrication of Large-Area, Transferable Colloidal Monolayers Utilizing Self-Assembly at the Air/Water Interface）」、マクロモレキュラー・ケミストリー・アンド・フィジックス（Macromol. Chem. Phys.）、２００９年、２１０、２３０−２４１、及びマリア・バルドソバ（Maria Bardosova）、「ラングミュア・ブロジェット法によるシリカ球からのコロイドフォトニック結晶の作製（The Langmuir-Blodgett Approach to Making Colloidal Photonic Crystals from Silica Spheres）」、アドバンスド・マテリアルズ（Adv. Mater.）、２０１０年、２２、３１０４−３１２４により知られている。

この圧縮技術は、ＣＡ２，６９５，４４９に記載の傾斜路を用いた方法も包含する。即ち、本発明の方法では、好ましくは粒子の流通に傾斜路を用いる。傾斜路は移動領域の入口に取り付けられ、上記キャリア液も傾斜路上を流動する。

通常の実施形態では、粒子配列に要するエネルギーの一部は、キャリア液及び粒子を輸送するための上記傾斜路によってもたらされる。水平面上のキャリア液をポンプによって流動させる等、他の手法を用いてもよい。水平面の下流部は、粒子を移動させるための領域である。或いは、ポンプに替えて風洞を用いる。移動させる粒子及び物体がキャリア液上に浮遊している状態で、風洞を用いてキャリア液表面に気流を付与する。上記のとおり、本発明の範囲から逸脱することなく、他の手法を用いてよい。例えば、いわゆるラングミュア・ブロジェット法を用いて粒子を圧縮加工してよい。

上記方法において、粒子及び物体を基材上に移動させた後、これらの基材への堆積及び付着を促進するための熱アニーリング工程を行うのが好ましい。

本発明の他の利点及び特性は、以下の非限定的な詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の好ましい実施形態による移動設備を示した、図２のＩ−Ｉ線に沿った概略断面図である。 図１の移動設備を示す概略平面図である。 前図の設備を用いた移動方法の様々な工程を示す図である。 前図の設備を用いた移動方法の様々な工程を示す図である。 前図の設備を用いた移動方法の様々な工程を示す図である。 前図の設備を用いた移動方法の様々な工程を示す図である。 前図の設備を用いた移動方法の様々な工程を示す図である。 移動させる前図の物体上に様々な種類の連結部を形成する工程を示す図である。 移動させる前図の物体上に様々な種類の連結部を形成する工程を示す図である。 移動させる前図の物体上に様々な種類の連結部を形成する工程を示す図である。 移動させる前図の物体上に様々な種類の連結部を形成する工程を示す図である。 移動させる前図の物体上に様々な種類の連結部を形成する工程を示す図である。 図１及び図２の設備を用いた他の移動方法の様々な工程を示す図である。 図１及び図２の設備を用いた他の移動方法の様々な工程を示す図である。 図９に示された移動させる２つの物体の間に連結部を形成する工程を示す図である。 本発明の他の好ましい実施形態による移動設備を示す図である。 移動領域に物体を配置するための様々な手法を示す図である。 移動領域に物体を配置するための様々な手法を示す図である。 移動領域に物体を配置するための様々な手法を示す図である。 移動領域に物体を配置するための様々な手法を示す図である。 移動領域に物体を配置するための様々な手法を示す図である。

まず、図１及び図２を参照すると、これらの図は、物体を基材（好ましくは走行する基材）上に移動させるための設備１を示している。この移動は堆積と類似しており、粒子の緻密フィルムを用いて実施される。

設備１は粒子４を供給するための装置２を有し、粒子４の大きさは数ナノメートルから数百マイクロメートルの間でありうる。粒子は好ましくは球状であり、例えばシリカ粒子でありうる。他の興味深い粒子としては、白金やＴｉＯ_２のような金属又は金属酸化物、ポリスチレンやＰＭＭＡのようなポリマー、カーボン等からなるものが挙げられる。

より詳しくは、好ましい実施形態において、粒子は直径約１μｍのシリカ球であり、供給装置２内の溶液中に貯蔵される。溶液２００ｍｌに対する粒子の比率は約７ｇであり、ここでは溶媒はブタノールである。当然ながら、明確化のために粒子は実際の直径よりも大きく図示されている。

供給装置２は直径約５００μｍの制御可能噴射ノズル６を有する。

上記設備は液体輸送装置１０も有する。液体輸送装置１０は、必要に応じて設備の排出を促進するために、上記粒子を流通させるための傾斜路１２と、実質的に水平か僅かに傾斜した移動領域１４とを一体化したものである。傾斜路の上端は、供給装置２から投入された粒子を受領するために形成されている。この傾斜路は直線状で、５°〜６０°（好ましくは１０°〜３０°）の角度で傾斜しており、これにより粒子が移動領域１４に向かって輸送される。また、キャリア液１６が傾斜路１２上を流通し、移動領域に達する。この液１６は、１つ又は２つのポンプ１８を用いて、移動領域１４と傾斜路上端との間で再循環されうる。ここで、この液は好ましくは脱イオン水であり、粒子４は該液上に浮遊可能である。しかしながら、開放循環回路によって新たな液を用いることが好ましい場合もある。また、数種の混和できない液体を併用しうる。

傾斜路の下端は粒子移動領域１４の入口に連結されている。入口２２は屈曲線２４に位置し、屈曲線２４は傾斜路１２の傾斜面上に存在するキャリア液表面と移動領域１４の水平部上に存在するキャリア液表面との接点を形成している。

粒子の入口２２と出口２６との間には間隔があり、２つの側端部２８によってキャリア液１６が領域１４内に保持される。これら側端部２８はある程度離れて互いに対向しており、設備内でのキャリア液及び粒子の主な流動方向に平行に延在している。図１及び図２中、この方向は矢印３０によって示されている。従って、本発明の範囲から逸脱することなく他の配置を採用した場合も、領域１４は入口及び出口が開放された回廊又は通路の形状を有する。

移動領域の下流部の底には、水平方向よりも上に僅かに傾斜したプラトー部２７が形成される。例えば５°〜１０°程度傾斜している。プラトー部２７は「刃」とも称され、その下流端は部分的に粒子出口２６を規定する。

基材３８を走行させるために、設備１は基材輸送装置３６も有する。基材は硬質基材であっても軟質基材であってもよい。後者の場合、作動したローラー４０上で使用できる。ローラー４０の軸は、近接する領域１４の出口２６に平行である。実際には、基材３８は出口２６に非常に近接してスクロールするよう意図されている。そのため、出口に達した粒子は、キャピラリーブリッジ４２を介して容易に基材上に移動されうる。キャピラリーブリッジ４２はメニスカスとも称され、基材とキャリア液１６とをつなげる。或いは、本発明の範囲から逸脱することなく、基材は直接移動領域に接触しうる。この場合、上記キャピラリーブリッジは必要無い。

図面に示した例では、基材の幅は領域１４及びその出口２６の幅に一致している。これは幅Ｌ１であり、基材上に堆積されうる粒子フィルムの最大幅とも一致している。この幅は２５〜３０ｃｍ程度でありうる。しかしながら、粒子を堆積させる基材の幅は、幅Ｌ１よりも小さく設定しうる。

キャピラリーブリッジ４２は、出口２６に位置するキャリア液１６と、ガイドローラー／駆動ローラー４０に取り付けられた基材３８の一部分との間に設けられる。

水平方向４６に対する、基材３８の粒子フィルム及び物体が配置される部分の突出角度Ａは、好ましくは１６０°よりも大きく、より好ましくは１８０°近く、例えば１７５°程度である。

以下、物体移動方法について、図３〜図７ｅを参照して説明する。

まず、粒子４の傾斜路１２への供給を開始するために、噴射ノズル６を作動させる。初期段階において、粒子４と既に移動領域１４に必要なだけ配置されているキャリア液１６とで、移動領域１４を満たす。

図３及び図４に示すように、この予備段階においては、粒子は装置２によって供給され、傾斜路１２上を流動し、その後に領域１４に侵入し、そこで分散される。

粒子４が傾斜路１２に投入され移動領域１４に導入されると、基材３８によって堰き止められる。その後、粒子の上流端は、屈曲線２４の方向に移動することが多い。上流端が線２４を超えても粒子の供給は継続され、そのため上流端は傾斜路１２へと戻る。

実際、図５に示すように、粒子の上流端５４は確実に傾斜路１２上に戻り、屈曲線２４から所定の水平距離ｄの地点に位置する。距離ｄは３０ｍｍ程度でありうる。

このとき、粒子４は移動領域及び傾斜路１２上に配列される。粒子４は他の補助無しで自動的に、特に端５４と衝突する際の運動エネルギー及び毛細管力を利用して、配列される。得られた緻密フィルムがいわゆる六方最密構造を有し、該構造中で各粒子４が他の６つの粒子４に囲まれ接触している状態に配列される。このフィルムを、緻密粒子フィルム又は配列粒子フィルムとも称する。

堆積／移動させる物体５０は、移動領域１４内で配列粒子４がキャリア液全体を被覆した時点で、上記フィルム上の所定の位置に配置されうる。この配置は、ピックアンドプレースと称される技術に従って、物体の特性、形状、及びサイズに適した従来の操作器具や把持器具（プライヤー等）を用いて行われうる。図１１ａ〜図１１ｅを用いて後述する手法のような他の手法を用いてもよい。

図６に示すように、フィルム上に物体５０を配置した結果、粒子４の窪みが形成される。輸送装置のキャリア液１６中、この窪みが物体を支持する。なお、物体は液体の表面張力によって液体表面に保持されうる。粒子フィルムは液体の表面張力を修飾し、この液体は物体の性能にある程度貢献しうる。

よく詳しくは、各物体５０の下に位置する窪んだ粒子４は、その周囲の粒子４と共に、高さの差異５２を規定する。この周囲の粒子は、各物体５０の外縁を取り囲み、物体５０の互いに対する相対位置及び移動領域の固定構造に対する相対位置を維持する。

また、窪んだ粒子４がその周囲の粒子によって維持され固定されるように、各高さの差異５２は粒子４の直径よりも小さいことが好ましい。

第１及びその他の物体の配置は、本発明の範囲から逸脱することなく、傾斜路１２からの粒子の流動を止めずに行われるのが好ましいが、これに限定されない。

図７は、端５４が図５に示す要求位置に達した後すぐに、基材３８の動作を開始した際の設備の状態を示す。担持・保持・輸送された粒子フィルム及び物体は、文献ＣＡ２，６９５，４４９に記載の方法のように、キャピラリーブリッジ４２を利用して基材３８上に載置される。図７ａ及び図７ｂに示すように、この方法は、物体５０上に１つ以上の連結部を形成する工程を含む。

そのため、移動領域１４において、重合性化合物を含む材料７２を供給するためのノズル７０を用いて、該材料を好ましい位置に堆積させる。図７ａ及び図７ｂに示す実施形態では、移動領域において、得られた各連結部７４が、フィルム４上で隣り合った２つの物体５０を連結する。これらの図面において、左の連結部７４は、第１の物体の上面と第２の物体の上面とを連結し、粒子４フィルムの２つの物体５０間の部分に適合する。いかなる重合性材料も高さの異なる複雑形状に適応可能であるため、この材料は物体５０がフィルム４と共に高さを成す特定の用途にも完全に適合する。

右の連結部７４は、第２の物体の下面と第３の物体の下面とを連結し、粒子４フィルムの２つの物体５０間の部分に適合する。そのため、物体５０を先に移動領域１４に配置した上記の例とは逆に、物体の配置に先立って、まず材料をビーズフィルムに載置する。従って、材料は、粒子４フィルム上、該フィルムと物体５０の下面との間に配置される。

図７ｂに最も明確に示すように、この場合、連結部は連続的なコードの形状を有するが、点状であってもよい。コードの直径は数十ミクロンから数ミリメートルの間であるのが好ましい。

重合性化合物は、例えば、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、及び／又はポリウレタン樹脂である。重合は例えば熱的及び／又は光学的手順を用いた従来の方法で行われる。好ましくは、材料に接触した物体がまだ移動領域に存在し基材上に移動していないときに、少なくとも部分的に重合を行う。

材料７２は液体状又はペースト状である。連結部を官能化するために、材料７２を供給する前に、粒子を材料７２に添加しうる。連結部は電気的、熱的、光学的、圧電的、及び／又は機械的な機能を有しうる。例えば、電気的及び／又は熱的な機能を有する連結部を形成する場合、添加粒子は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、繊維（炭素繊維、鋼繊維、アルミニウム繊維、銅繊維等）、金属粉末、金属酸化物等からなるものでありうる。

更に、基材は水平方向に対して傾斜角度Ａを有するため、移動領域から基材への移動中の歪みに対処する目的で、移動の際に材料コードがある程度の柔軟性を示す。従って、移動領域内でコードの一部又は全体が重合した後、基材上に移動する前に、この柔軟性を得る必要がある。このことは基材が軟質である場合にも考慮される。

好ましくは、材料７２は液体状態で疎水性を示す。この場合、材料７２が粒子４のフィルム上に供給された後、材料７２がキャリア液表面に達しても、後者が該表面に残存しうる。いずれにせよ、材料７２をフィルム上に堆積させた後、材料７２はその組成により後者に付着する。更に、材料は、液体状態でも重合後の固体状態でも、キャリア液中で不溶性を保持するように選択される。

図７ｃ中、左の連結部７４は、第１の物体５０の上面と第２の物体５０の下面とを連結するという特別な特性を有する。

図７ｄに示す他の実施形態においては、積層された２つの物体５０を連結するために、連結部７４を配置する。この場合、連結部は、積層された一方の物体の下面とその直下に位置する物体の上面とを連結する。これにより、基材上に移動させる前に、装置を３次元状に構築できる。この例では、連結部７４は、上の物体に対して少なくとも機械的支持機能を示す。

図７ｅに示す更に他の実施形態においては、材料７２のコード／点の上に物体を配置する前に、該材料を粒子４フィルム上に堆積させる。これにより、物体５０の下面に連結部７４を設ける。更に、基材３８に貫通孔７６を形成する。基材３８上に移動する際、連結部７４が自動的に対応する孔７６に収容されるよう、堆積／延伸を行う。従って、この移動後、連結部７４の下部は、堆積面と反対の面から利用できる。連結部７４の下部は、任意に接続の邪魔とならない粒子４を担持し続ける。

上述したとおり、堆積後、物体５０を一体化したフィルム４’の幅は、出口２６の幅Ｌ１に一致するが、本発明の範囲から逸脱することなくより小さな幅を採用しうる。

より好ましくは、基材は直接粒子出口に接触する。

移動領域中、配列粒子４がキャリア液１６の全面を覆うと、領域１４の出口２６において堆積させるまで、その配列が維持される。配列を維持することによって、連結部７４を取り付けた物体５０を粒子４と共に基材上に堆積／移動させるまで、物体５０間の位置関係が正確に保持され、また物体５０の固定側端部２８に対する位置関係も正確に保持される。

好ましくはポリマーからなる基材への粒子４及び物体５０の堆積及び付着を容易にするために、移動後に熱アニーリングを行う。熱アニーリングは、例えば８０℃で、ポリエステル系の低温積層マットフィルムを用いて行う。このようなフィルムは、例えばＰＥＲＦＥＸ−ＭＡＴＴ（商標、厚さ１２５μｍ）として市販されている。

基材として用いられるこのようなフィルムは、８０℃程度の温度で一面が粘着性を示すという利点を有する。これにより、粒子４及び物体５０の基材への付着が容易になる。この温度は、物体（本発明ではシリコンチップ又は光電池等）の加工温度と比較すると低いため、物体の取り付けは劣化を引き起こすことなく行われうる。

より詳しくは、この温度において、粒子４は軟化したフィルム３８中に沈み込み、これにより物体がフィルムに直接接触し付着することが可能となる。

また、基材３８は、ケイ素、ガラス、又は圧電フィルムからなるものでありうる。

移動の際には、粒子の端部が実質的に同じ位置に留まるよう、粒子の投入と基材の走行速度とを調整する。そのためには、粒子流速は０．１ｍｌ／分から数ｍｌ／分程度とされうる。一方で基材３８の線速度（延伸速度とも称される）は数ｍｍ／分〜数百ｍｍ／分程度でありうる。勿論、物体５０及び材料７２の集合体を基材３８上に堆積／移動させるが、この集合体が基材３８に達する前に、移動領域１４において物体５０及び材料７２を配列粒子４のフィルム上に堆積させる。

上記移動させる物体は、所望の用途に応じた様々な種類のものでありうる。各物体５０は、好ましくは０．２ｃｍより大きくＬ１以下（３０ｃｍ近く）の大寸法を有する。厚さは約１０マイクロメートルから数十ミリメートルの間である。

太陽電池、マイクロバッテリーセル、有機部品等、移動させるある種の物体は、正方形、長方形、又は円盤のような単純な形状を有し、厚さは小さく、表面積は０．１〜１００ｃｍ^２程度である。

これら構成要素を接続するために、該構成要素は、液体と接触するピンを表面に有しうる。例えば元素検出、発電、情報輸送等を目的とするような他の種の物体は、湾曲形状やらせん形状のような複雑な形状を有しうる。

また、移動させる粒子４と物体５０との大寸法の比率は、好ましくは１０^４から１０^８の間である。実際には、粒子の大寸法は例えば１ｎｍ〜５００μｍ程度であり、一方で輸送される物体５０は約３０ｃｍ以下の大寸法を有しうる。

好ましくは、各物体５０のキャリア液と接触する面は疎水性である。或いは、この面に親水性部と疎水性部が配置されていてもよい。上述のとおり、キャリア液の表面張力も、これら物体を浮かせるために重要な役割を担う。

上記物体５０の幾つかの好適な例を以下の表に示す。

次に、図８及び図９を参照すると、これらは他の実施形態における物体移動方法の工程を示している。

この方法は、物体５０が配列粒子４のフィルム上に配置されず、キャリア液１６上に浮きフィルムに囲まれる点で、上記方法とは異なる。ここで、緻密粒子フィルムを形成する前に、物体５０をキャリア液上に配置するのが好ましい。その後、物体の周囲に緻密粒子フィルムを形成し、物体がその周縁のフィルムによって取り囲まれその位置が保持されるようにする。物体の下面は直接キャリア液に接触する。本実施形態においては、配列粒子フィルムが物体を適当な位置に保持し、更に物体を堆積用基材上に輸送する。

この方法の他の工程は上記方法のそれらと類似しており、特に図９ａに示す連結部７４の形成は類似している。

また、図１０は他の物体移動設備１を示す。この設備１は、特に走行基材３８が硬質である点で上記のものと異なる。図１０の構成要素のうち、上記図に示したものと同一又は類似の構成要素については、同じ参照記号で示す。

上記のとおり、物体５０を堆積するために幾つかの手法を用いうる。好ましい手法の１つとして、物体を移動領域に輸送するために１つ以上の輸送装置を用いる方法が挙げられる。当然ながら、図示はしないが、材料を堆積させ物体５０上に様々な連結部を形成する方法に加え、このような技術も提供される。

図１１ａに示すように、各輸送装置６０は傾斜路１２に平行であることが好ましい。輸送装置６０は固定装置又は可動装置であり、当業者が適当と考えるいかなる形態で形成されていてもよく、通常はリボン型又は連続ローラー型の装置である。物体は輸送装置６０によって輸送・堆積されるが、粒子４フィルム上で物体が好ましく配置されるような関数で決定された速度で輸送される。

また、この技術では、図１１ａに示すように、粒子４フィルム上に物体５０を堆積させうる。更に、図１１ｃに示すように、物体５０を粒子４で取り囲む前に、移動領域１４内で物体５０をキャリア液１６上に直接堆積させることも可能である。或いは、図１１ｂ及び図１１ｄに示すように、物体５０を他の類似の物体上に堆積させることもできる。図１１ｂでは、粒子フィルム上に配置された他の物体５０の上に、物体５０を堆積させる。一方、図１１ｄの例では、既に粒子４フィルムと一体化された他の物体５０の上に、物体５０を堆積させる。

最後に、曲がっていない物体を堆積させる際には、図１１ｅに示すように、物体５０を輸送装置６０から投入し、フィルムを穿通させ、フィルムの下に滑り込ませることができる。安定化した後、キャリア液１６上の各物体５０は、それを取り囲むフィルム粒子４によって堅固に保持される。

画像処理ソフトウェアを用いた視覚モジュール（図示せず）を輸送装置６０に取り付け、これにより輸送装置６０上の物体の変位、構成要素の移動、更には基材上での全ての延伸をリアルタイムで追跡しうる。この視覚モジュールは、緻密フィルム上に配置された物体間の幾何学的距離を算出することもできる。更に、好ましくは、物体の配置が適切か確認するために、事前に作成した理論プログラム図に対してその距離を比較することもできる。

上記の例は非限定的であり、本発明において当業者は種々の変更が可能であることは勿論である。

Claims (16)

1. 輸送用のキャリア液（１６）を含有する移動領域（１４）によって、前記移動領域の前記キャリア液（１６）上に浮かぶ粒子（４）の緻密フィルムによって保持された物体（５０）を基材（３８）上に、好ましくは走行する基材の上に移動させる方法であって、
   前記物体（５０）は、前記移動領域において、前記粒子（４）のフィルムと共に移動することで、出口（２６）に達したときに基材（３８）上に移動され、
   前記方法は、
   前記移動領域（１４）中に配置された前記物体（５０）に接触するように重合性化合物を含む材料（７２）を配置した後に、該材料（７２）を重合することで、前記物体（５０）の少なくとも一つと接触した連結部（７４）を少なくとも一つ形成する工程を含むことを特徴とする方法。
2. 前記移動領域（１４）において互いに離間して配置された２つの前記物体（５０）を連結するように、前記重合性化合物を含む材料（７２）を前記粒子（４）のフィルムに塗布した後、前記材料を重合することで、２つ以上の前記物体（５０）の間に、前記連結部（７４）の少なくとも１つを形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記重合性化合物を含む材料（７２）を前記移動領域（１４）内に配置された前記物体（５０）の一つに塗布した後、前記材料を重合することで、互いに積層される２つ以上の前記物体（５０）の間に、前記連結部（７４）を少なくとも１つ形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記基材（３８）は、前記物体（５０）の下面と前記粒子（４）の緻密フィルムとの間に形成された少なくとも１つの連結部（７４）が収容される少なくとも一つの貫通孔（７６）を有することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の方法。
5. 前記連結部（７４）は、電気的、熱的、光学的、圧電的、又は機械的な連結部であることを特徴とする請求項１から請求項４うちのいずれか一項に記載の方法。
6. 少なくとも１つの前記連結部（７４）は、少なくとも１つの前記物体の上面に対向することを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の方法。
7. 少なくとも１つの前記連結部（７４）は、少なくとも１つの前記物体の下面と前記粒子（４）の緻密フィルムとの間に配置されることで、前記少なくとも１つの前記物体の下面に対向することを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の方法。
8. 前記材料（７２）は、液体状又はペースト状であることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の方法。
9. 前記材料（７２）は、疎水性であることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の方法。
10. 前記材料（７２）がシリコーン樹脂系、エポキシ樹脂系、及び／又はポリウレタン樹脂系の樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載の方法。
11. 前記材料（７２）が少なくとも下記材料から選ばれた材料の粒子を含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載の方法。
    ・カーボンブラック
    ・カーボンナノチューブ
    ・グラフェン
    ・炭素繊維、鋼繊維、アルミニウム繊維又は銅繊維等の繊維
    ・金属粉末
    ・金属酸化物
12. 少なくとも１つの移動対象の前記物体（５０）を前記移動領域（１４）に配置して、前記粒子フィルムで取り囲むように輸送用の前記キャリア液（１６）上に浮遊させることを特徴とする請求項１から請求項１１のうちいずれか一項に記載の方法。
13. 少なくとも１つの移動対象の前記物体（５０）を予め形成した前記粒子（４）の緻密フィルム上の前記移動領域（１４）に配置し、前記キャリア液（１６）中に前記物体（５０）を支持する前記粒子の窪みを形成することを特徴とする請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載の方法。
14. 移動対象の各前記物体（５０）が０．２ｃｍを超える大寸法を有することを特徴とする請求項１から請求項１３うちのいずれか一項に記載の方法。
15. 移動対象の各前記物体（５０）が、シリコンチップ、マイクロバッテリーセル、有機エレクトロニクス部品、金属部品、光電池、バッテリーセル、及びマイクロバッテリーセルからなる群から選ばれた構成要素であることを特徴とする請求項１から請求項１４のうちいずれか一項に記載の方法。
16. 前記粒子を流通させるための傾斜路（１２）が前記移動領域の入口に取り付けられ、前記キャリア液（１６）も前記傾斜路（１２）上を流動することを特徴とする請求項１から請求項１５のうちいずれか一項に記載の方法。

Images