JP2019524458A - マニホールドを有するマイク流体デバイス - Google Patents
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Abstract
装置は、マイクロ流体デバイスを含むダイ、該ダイの周囲に形成されたポリマー基板、及び該ダイの上の該ポリマー基板に該ダイと同じ側の該基板の側面において取り付けられた別個の流体マニホールドを備え、該マニホールドは、該ダイに流体を送ることができる。【選択図】図１
Description
マイクロ流体デバイスは、流体サンプルからパラメータを測定するためにますます使用されている。１試験当たりのコスト削減、及び比較的小さなサンプル体積を使用する能力が、マイクロ流体デバイスに関心が向けられる要因のうちの２つである。
添付の図面は、本明細書に記載されている原理の種々の例を示しており、本明細書の一部である。図示の例は、単に説明のために提供されたものであって、特許請求の範囲を限定するものではない。
開示されている実施例と整合する装置の断面図である。
開示されている実施例と整合する装置の平面図（上面図）である。
開示されている実施例と整合する方法を示すフローチャートである。
開示されている実施例と整合する装置の断面図である。
Ａは、開示されている実施例と整合する装置の断面図であり、Ｂは、該装置の平面図（上面図）である。
開示されている実施例と整合する装置の断面図である。
開示されている実施例と整合する処理フローである。
Ａは、開示されている実施例と整合する装置の断面図であり、Ｂは、該装置の平面図（上面図）である。
Ａは、開示されている実施例と整合する装置の断面図であり、Ｂは、該装置の平面図（上面図）である。 図面を通じて、同じ参照番号は、類似するが必ずしも同じではない要素を示している。
マイクロ流体デバイス（マイクロ流体装置ともいう）の分野は、電子デバイスの製造で開発された技術を使用し、それらの技術を電気及び流体を扱う装置に適用する。マイクロ流体デバイスは、流体処理要素及び／又は流体試験要素に加えて、微小電気機械システム（マイクロエレクトロメカニカルシステム：ＭＥＭＳ）及び／又は電子部品を備えることができる。
マイクロ流体部品が小さくなり続けているときの１つの課題は、マイクロ流体デバイスに流体接続及び電気的接続を提供することである。注射器やこれに類似するデバイスでも、マイクロ流体デバイスに利用できるマイクロメートルスケールの部品に比べると大きい。さらに、試験されるために提供される流体は、サンプルを代表するものでなければならない。したがって、マイクロメートルスケールの装置（デバイス）を開発するときには、トラップされた気泡及びこれに類似の問題が課題となりうる。
１つのソリューションは、ミリメートルスケールとマイクロメートルスケールの間で流体を移動させるためのインターフェースを使用することである。そのようなインターフェースをシリコンダイに組み込むことができる。これは、流体接続部のサイズに起因して、ユーザーにとって必要とされるダイよりも大きなダイを生じる結果となる。シリコンダイのコストは、ウェーハ処理過程におけるダイの欠陥の可能性に起因して、サイズと共に急速かつ非線形に高くなる。したがって、（直接的なユーザーインタラクションなどの）より大きなスケールの相互作用に適合する流体ルーティング（流路指定）及び配送を組み込んでいるシリコンダイは、該シリコンダイの増加したサイズに起因して、より高価になる傾向がある。他の材料からなる基板を、マイクロ電子部品、マイクロ流体部品、及びＭＥＭＳ部品を形成するために使用することができるが、シリコンは、シリコン基板を魅力的で、かつ広く使用されるようにする広範囲のプロセス及び特性を提供し続けている。他の基板は、同程度のコストを有しているが、より大きなダイに関連してコストの差は小さい。
別のアプローチは、ダイをパッケージ内に取り付けることである。該パッケージは、それぞれのくぼみがダイを収容する複数のくぼみを備えることができる。これは、たとえば集積化された流体処理（ないし操作）部品なしで、より小さなダイを使用可能にすることができる。これらのより小さなダイは、より大きなダイよりもコストを小さくすることができる。このアプローチは、依然として、ダイに流体を供給するための追加の作業を含む。１つの制限は、パッケージ上のダイと該パッケージの周囲面との間のインターフェースである。流体が該ダイの非表面層に接触することができる場合には、該流体は、電気的接続部と相互作用をし、または該ダイの要素を短絡させて、不安定な応答または誤動作を引き起こす場合がある。そのような接続部は、測定やその他の目的の対象とされた流体の進路を変えうる漏れ口として作用する可能性もある。
したがって、本明細書は、ダイへの流体ルーティングを提供するための別のアプローチを開示している。該ダイは複合構造に成形される。これは、該ダイを周囲の基板に直接接触させて、該基板と該ダイの間のすき間（ギャップ）を回避することができる。該ダイは、上面に流体ルーティング機能（ないし構造）を有していても有していなくてもよい。１例では、該ダイは、パターン形成されたポリマー層（または「高分子層」）を該ダイの上面に備えている。この場合、マニホールドが、該基板に成形された該ダイの上に取り付けられる。該基板内に該ダイを成形することによって、流体を該基板から該ダイにまたは該ダイの外に供給するのをより難しくする、該ダイと該基板との間のすき間（ギャップ）及び／又は不連続性が回避される。
１例によれば、装置は、マイクロ流体デバイスを含むダイと、該ダイの周り（周囲）に形成されたポリマー基板と、該ダイの上の該ポリマー基板に、該ダイと同じ側の該ポリマー基板の側部ないし側面（または該ダイの側面と同じ該基板の側面）において取り付けられた別個の流体マニホールドを備え、該マニホールドは該ダイに流体を送る（供給する）ことができる。
別の例では、装置を形成する方法は、半導体ダイ中にマイクロ流体デバイスを形成することと、該ダイの周り（周囲）にポリマー基板を形成することと、該ダイの上の該基板に別個のマニホールドを取り付けることを含み、該マニホールドは、該ダイの該マイクロ流体デバイスに流体を伝えるためのチャンネルを提供する。
別の例では、装置は、マイクロ流体デバイスを含むダイと、ポリマー基板と該ダイの間にすき間がない状態で、該ダイの周り（周囲）に形成された該ポリマー基板であって、該ダイの上面は、該ポリマー基板の上面と同じ平面上にある、該ポリマー基板と、プラスチックから形成されて、該ポリマー基板に取り付けられた別個の流体マニホールドであって、該ダイの該マイクロ流体デバイスに流体を送る（供給する）ための流体チャンネル（流路）を有する該流体マニホールドを備える。
本明細書及び特許請求の範囲で使用されている「ミリメートルスケール」という用語は、流体が接触する全ての寸法が１００マイクロメートルよりも大きくかつ１００ミリメートルよりも小さい流体処理（または流体操作）構造を含むものとして広義に理解されるべきことが意図されている。
本明細書及び特許請求の範囲で使用されている「マイクロメートルスケール」という用語は、少なくとも１つの寸法が、１０００マイクロメートルよりも小さくかつ１００ナノメートルよりも大きい流体処理（または流体操作）構造を含むものとして広義に理解されるべきことが意図されている。たとえば、１００マイクロメートルだけ離れた１０ミリメートルの幅を有する一対のプレート（板）は、マイクロスケールの流体部品とみなされる。なぜなら、該一対のプレートは、上記の範囲内の少なくとも１つの寸法を有しているからである。
本明細書及び特許請求の範囲で使用されている「流体インターフェース」という用語は、流体入口の位置からダイ上のマイクロ流体デバイスへと流体を移動させるための流体供給要素（流体供給部品）の集合として広義に理解されるべきことが意図されている。
図１は、開示されている実施例と整合する装置（１００）の断面図である。図１は、マイクロ流体デバイスを含むダイ（１２０）と、該ダイの周り（周囲）に形成されたポリマー基板（１１０）と、ダイ（１２０）の上のポリマー基板（１１０）に、ダイ（１２０）と同じ側の基板（１１０）の側面（ないし側部）において取り付けられた別個の流体マニホールド（１３０）であって、ダイ（１２０）に流体を送る（供給する）ためのマニホールド（１３０）とを備える装置（１００）を示している。
ダイ（１２０）は、マイクロ流体デバイスと、該マイクロ流体デバイス及びその構成要素を機能させるための流体及び電気ルーティング部とを備えている。図１では、基板（１１０）に対して、該ダイの上面だけが完全に露出している。該ダイのこの露出した表面は、該マニホールドによって送られてきた流体を受ける。
マイクロ流体デバイスは、種々の機能及び目的を有している。マイクロ流体デバイスのいくつかの代表的な例には、酵素センサ、ｐＨセンサ、伝導度センサ、流体ポンプ、タンパク質センサ、液体吸光度センサ、透過センサ及び反射センサ、タンパク質分離器、細胞形状検出器（cell topography detector）、及び細胞計数システムが含まれる。
基板（１１０）は、ダイ（１２０）の周り（周囲）に形成される。基板（１１０）は、ダイ（１２０）に支持体を提供し、及び、マニホールド（１３０）と相互作用するためにダイ（１２０）の領域を超える領域をマニホールド（１３０）に提供する。基板（１１０）は、ダイ（１２０）へのスムーズな移行（部）を提供する。ダイ（１２０）と基板（１１０）の間にすき間（ギャップ）は存在しない。
１例では、基板（１１０）及びダイ（１２０）は、同一平面上にある上面を形成する。しかしながら、該ダイを、該基板の表面に対してへこませることができまたは盛り上げることができる。基板（１１０）とダイ（１２０）の間の平坦な継ぎ目は、マニホールド（１３０）を用いて、該継ぎ目を横断して流体チャンネル（流路）を形成するのを容易にする。これは、該継ぎ目と該チャンネルの間のマニホールド（１３０）が漏れを防ぐ（回避する）のを可能にする。したがって、マニホールド（１３０）の取り付けられた部分は、流体を失うことなく該継ぎ目を横断して延びることができる。
基板（１１０）をポリマーとすることができる。該基板を複合物とすることができる。該基板を、異種の要素からなるものまたは同種のものからなるものとすることができる。該基板を、熱可塑性物質、たとえば、ポリエチレン（ＰＥ、ＨＤＰＥ、ＬＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアミドなどとすることができる。該基板を、熱硬化性ポリマー、たとえば、エポキシ、ポリウレタン、またはポリエステルとすることができる。他の適当なポリマーが、所望の透過率、機械的強度、及び装置（１００）のコストパラメータに依存して適切な場合がある。
ダイ（１２０）を、シングルダイ（single die）（１２０）またはマルチダイ（multiple die）とすることができる。ダイ（１２０）を、半導体、たとえばシリコンから形成することができる。ダイ（１２０）を、非半導体（たとえばポリマーやガラスなど）上に形成することができる。
用語「ダイ（die）」は、本明細書及び特許請求の範囲では、単数形と複数形の両方として使用されている。他の複数形である「dice（ダイス）」及び「dies（ダイ）」も当技術分野では認識されている。ダイの数を定める修飾語、たとえば、「多数の」、「単一の」、もしくは「複数の」が付いていないかぎり、用語「ダイ」は、単一のダイを指すが、複数のダイを許容するものと理解されるべきである。たとえば、図面のほとんどは、１つのダイを示しているが、複数のダイを使用することも許容している。
図示されているように、基板（１１０）を複数のダイの周りに形成することができる。異なるダイ（１２０）を、同じまたは異なるプロセスを用いて形成することができる。異なるダイ（１２０）は、同じまたは異なる厚さを有することができる。ダイ（１２０）をそれらの関連する材料及びプロセスとうまく組み合わせる能力は、装置（１００）の設計及び実装に柔軟性をもたらす。たとえば、ポジティブ及びネガティブプルダウンネットワークを、追加のダイ（１２０）プロセス層なしで、共通の設計に容易に組み込むことができる。フォールアウトを制限するために、基板（１１０）を形成する前に、ダイ（１２０）を機能的に評価することができる。
マニホールド（１３０）は、ミリメートルスケールの流体素子（流体部品）とマイクロメートルスケールの流体素子（流体部品）との間のインターフェースを提供する。マイクロ流体デバイスの機能を妨害しうる気泡を生ずることなく該マイクロ流体デバイスによって使用される小体積（ないし少量）の流体を提供することは、いくかの設計における課題でありうる。サブミリメートルの体積の流体を取り扱い（ないし処理し）及び供給する（ないし送り出す）ことも同様に課題でありうる。１例では、該マニホールドは、より大きな体積内でまたは入口などのより大きな構造を通じて流体を受け取る。該入口を、マニホールド（１３０）に一体化された（ないし組み込まれた）金属及び／又はセラミック要素とすることができる。該入口を、マニホールド（１３０）のポリマー部分とすることができる。
１例では、マニホールド（１３０）は、モノリシック要素（モノリシック部品）である。該マニホールドを成形し、及び／又は鋳造し、及び／又は熱成形することができる。マニホールド（１３０）を成形品（成形部品）とすることができる。たとえば、マニホールド（１３０）をトランスファー成形することができる。マニホールド（１３０）を射出成形することができる。射出成形は、部品毎のコストの点及び部品間のばらつきが小さい点で比較的有利である。マニホールド（１３０）を鋳造品（鋳造部品）とすることができる。たとえばエポキシを使用する鋳造は、型に供する前にプロトタイプ部品及び試験設計を生成するための費用効果がよい方法である。１例では、３次元印刷された部品は、ネガティブシリコーン型（negative silicone mold）を形成するために使用される。この場合、該シリコーン型は、鋳造部品を生成するために使用される。このアプローチは、試験設計を素早くかつ安価に形成する能力を提供する。
マニホールド（１３０）を熱成形によって形成することができる。熱成形は、熱可塑性部品を最終的な形状に作り直す能力を提供する。比較的小さな寸法を有するマニホールド（１３０）などの設計ないし構造において、熱成形された部品の深さは、モールディング（鋳造など）で達成できる深さよりも一般に浅いが、熱成形は、射出成形に比べてより速い応答かつより単純な鋳型設計を提供することができる。熱成形における材料の選択性の多様性は、射出成形ほど幅広くはないが、射出成形に比べて少ない資本コスト及び短いターンアラウンドタイムで、適切な力学的性質及び表面特性を一般に達成することができる。
マニホールド（１３０）を積層構造とすることができる。マニホールド（１３０）を、接着剤と共に積層された材料の層から形成することができる。１例では、該材料は高分子シート（ポリマーシート）である。該積層材料として高分子シートを使用することによって、迅速で費用効果がよいカッティング（切削など）、パンチング、またはレーザー切断が可能になる。カッティングの前または後に該接着剤を加える（たとえば塗布する）ことができる。該接着剤を該基板に加える（たとえば塗布する）ことができ、切断されたシートを該接着剤の上に貼り付けることができる。マニホールド（１３０）は、位置合わせを容易にするための位置合わせ構造（たとえば、位置合わせピン、窓、ガイド、ルーラーなど）を備えることができる。積層マニホールド（１３０）を組み立てて、その後、基板（１１０）に取り付けることができる。積層マニホールド（１３０）を基板（１１０）上で組み立てることができる。
マニホールド（１３０）は、追加の能動要素または能動部品を備えることができる。たとえば、マニホールド（１３０）は、レンズ、窓、電極、導体、フィルターなどを備えることができる。これらの能動要素は、機能を追加することができ、ダイ（１２０）上の構成要素の動作を支援することができ、及び／又は、装置（１００）にさらなる能力を追加することができる。該マニホールドに能動要素を含めることによって、ダイ（１２０）の製造作業における作業工程の数を少なくすることができる。これは、最終の装置（１００）のコストを低減するという利点を有しうる。ダイ（１２０）とマニホールド（１３０）の製造を分離する能力は、スクラップの減少及び／又はコストの削減の機会を提供することができる。これは、装置（１００）に組み込む前に欠陥のある構成要素を識別する能力に起因しうる。
マニホールド（１３０）は、容器を備えることができる。該容器は流体を保持する働きをすることができる。該容器は、供給された流体に溶解する固体物質（固形物）を含むことができる。流体を準備してダイ（１２０）に供給するために、マニホールド（１３０）内でさまざまな異なるチャンネル寸法を使用することができる。
図２は、開示されている実施例と整合する装置（１００）の上面図である。装置（１００）は、ダイ（１２０）と共に基板（１１０）を示している。マニホールド（１３０）は、ダイ（１２０）と基板（１１０）の両方の上にある。マニホールド（１３０）のエッジは、ダイ（１２０）と基板（１１０）の間の移行部を横切っている。
同様に、マニホールド（１３０）内の流路は、ダイ（１２０）と基板（１１０）の間の移行部（点線）を横切っている。換言すれば、図２の例では、該マニホールドから該ダイへの流体通路が、該マニホールドと該ダイの間の流体インターフェースの一部として該基板の上面の一部を含むように、該マニホールドの少なくとも一部が、該ダイから離れた該基板に取り付けられている。
図３は、開示されている実施例と整合する方法（３００）を示すフローチャートである。該方法は、半導体ダイ（１２０）内にマイクロ流体デバイスを形成すること（３１０）、ダイ（１２０）の周りにポリマー基板（１１０）を形成すること（３２０）、及び、ダイ（１２０）の上の基板（１１０）に別個のマニホールド（１３０）を取り付けること（３３０）を含み、マニホールド（１３０）は、ダイ（１２０）のマイクロ流体デバイスに流体を伝えるためのチャンネル（流路）を提供する。
方法（３００）は、半導体ダイ（１２０）内にマイクロ流体デバイスを形成すること（３１０）を含む。ダイ（１２０）は、複数のマイクロ流体デバイスを備えることができる。ダイ（１２０）は、流体処理（ないし流体操作）要素（ないし部品）及び／又はセンサーを備えることができる。ダイ（１２０）は、複数（ないし多数）のマイクロ流体要素（ないし部品）を備えることができる。ダイ（１２０）は、電子部品または微小電気機械部品を備えることができる。
方法（３００）は、ダイ（１２０）の周りにポリマー基板（１１０）を形成すること（３２０）を含む。このアプローチは、ダイ（１２０）と基板（１１０）が、それらの間にすき間（ギャップ）がない状態で直接接触できるようにする。したがって、マニホールド（１３０）を、ダイ（１２０）と基板（１１０）の間の境界部（インターフェース）を横断して配置するときに、漏れが生じないように配置することができる。
方法（３００）は、ダイ（１２０）の上の基板（１１０）に別個のマニホールド（１３０）を取り付けること（３３０）を含み、この場合、マニホールド（１３０）は、ダイ（１２０）のマイクロ流体デバイスに流体を伝えるためのチャンネル（流路）を提供する。１例では、マニホールド（１３０）は、ダイ（１２０）及び基板（１１０）の上に配置された面上にチャンネルを備える。流体を、基板（１１０）の上の該チャンネルに供給して、該流体が、基板（１１０）からダイ（１２０）へと該チャンネル内を流れることができるようにすることができる。流体を、マニホールド（１３０）内に形成された該チャンネルの壁によって閉じ込める（または囲む）ことができる。このタイプのチャンネルの１つの利点は、該マニホールドの表面に露出したチャンネルを形成するために使用される型は、マニホールド（１３０）内に内部チャンネルを形成するために使用される型よりも単純であるということである。内部チャンネルは、所望の分配を提供するために、インサートピン、複数のショット、または多層マニホールドアセンブリ（１３０）を備えることができる。より単純な型を使用することによって、試作時間及び製造コストを低減することができる。該チャンネルの壁を提供して流体がダイ（１２０）内の該デバイスに移動するときに該流体を閉じ込める（または囲む）ために、ダイ（１２０）及び基板（１１０）の表面を用いることは、マニホールド設計を簡単にするのに役立ちうる。
図４は、開示されている実施例と整合する装置（１００）の断面図である。この例では、ダイは、マニホールドに隣接する（該ダイの）上面において、薄膜回路の上に形成されたマイクロメートルスケールの流体通路を備えており、該流体通路は、該マニホールドからマイクロ流体デバイスの構成要素に流体を伝えることができる。図４に示されているように、該装置は、基板（１１０）内にダイ（１２０）を備えている。ダイ（１２０）は、薄膜回路の真上のダイ（１２０）の上面の一部の上にパターン形成されたポリマー層（４４０）を有している。パターン形成されたポリマー層（４４０）は、ダイ（１２０）とマニホールド（１３０）の間の流体ルーティングを容易にするために使用される。パターン形成されたポリマー層（４４０）を複数の層とすることができる。
１例では、パターン形成されたポリマー層（４４０）は、リソグラフィーによりパターン形成された、ポリマーなどの放射線感受性または感光性の材料の層である。１例では、パターン形成されたポリマー層（４４０）は、ＳＵ−８である。該放射線感受性ポリマーを、正の（すなわちポジティブな）または負の（すなわちネガティブな）感受性層とすることができる。紫外線などの放射線への｛ほうしゃせん｝暴露は、該放射線感受性ポリマー層の露出した部分または露出していない部分を交差結合（ないし架橋結合）させる場合があり、及び／又は、他の点でそれらの部分を除去するのを困難にしうる。
該感光性ポリマー層をパターン形成した後で、該層の一部を、化学的方法、及び／又は機械的方法、及び／又はプラズマ法、及び／又はその他の方法によって除去して、ダイ（１２０）の上面にポリマーのパターンを生成することができる。該パターンは、マイクロ流体構造または流体処理（ないし流体操作）要素を含むことができる。たとえば、該パターンは、ダイ（１２０）のいくつかの部分に流体を送るためのチャンネルを含むことができる。該パターンは、共通のマニホールド（１３０）設計（ないし構造）と相互作用するための標準化されたインターフェースを含むことができる。パターン形成されたポリマー層（４４０）は、位置合わせ構造を含むことができる。単一のマニホールド設計（ないし構造）（１３０）を、さまざまな異なるダイ（１２０）設計（ないし構造）と共に使用することができる。｛ばくろ｝別の例では、さまざまな装置（１００）を生成するために、さまざまなマニホールド（１３０）設計（ないし構造）が、共通のダイ（１２０）設計（ないし構造）と共に使用される。ダイ（１２０）とマニホールド（１３０）を組み合わせることによって最終の装置をカスタマイズする能力は、在庫部品の数及び関連するコストを低減することができる。
１例では、パターン形成されたポリマー層（４４０）は、ダイ（１２０）のフットプリントと同一の広がりを持っている。１例では、パターン形成されたポリマー層（４４０）は、ダイ（１２０）の上面の全体より小さい領域を覆っている。これは、マニホールド（１３０）とダイ（１２０）の間で（流体が）直接流れることを可能にすることができる。第３の例では、パターン形成されたポリマー層（４４０）は、基板（１１０）の一部の上をダイ（１２０）のフットプリントを超えて広がる。たとえば、ダイ（１２０）を、基板（１１０）によってオーバーモールドすることができ、この場合、ダイ（１２０）−基板（１１０）アセンブリ（組立品）は、該アセンブリの上に形成されたパターン形成されたポリマー層（４４０）を有することができる。
図５のＡ、Ｂは、それぞれ、開示されている実施例と整合する装置の断面図、上面図である。図５のＡ及びＢは、ダイ（１２０）を有する装置（１００）を示している。該ダイは基板（１１０）によって囲まれている。ダイ（１２０）の上面の一部は、パターン形成されたポリマー層（４４０）によって覆われている。１例では、パターン形成されたポリマー層（４４０）は、ダイ（１２０）の上面の全部を覆う。マニホールド（１３０）は、パターン形成されたポリマー層（４４０）の一部及び基板（１１０）の一部を覆う。１例では、パターン形成されたポリマー層（４４０）は、基板（１１０）の一部の上をダイ（１２０）のフットプリントを超えて広がる。該マニホールドのエッジは、パターン形成されたポリマー層（４４０）と基板（１１０）の間の境界部（インターフェース）を横断している。マニホールド（１３０）内のチャンネルのエッジは、パターン形成されたポリマー層（４４０）と基板（１１０）の間の境界部（インターフェース）を横断している。
マニホールド（１３０）は、流体を受けるためのポートを、該マニホールドの上部（ないし上面）または側部（ないし側面）に有することができる。該ポートを金属とすることができる。該ポートをセラミックとすることができる。該ポートをポリマーとすることができる。該ポートは管（チューブ）を備えることができる。マニホールド（１３０）は、金属チューブ、及び／又はプラスチックチューブ、及び／又はセラミックチューブ（セラミック管）を備えることができる。該ポートは、ルアーフィッティングまたはこれに類似の取り付け具を備えることができる。該マニホールドは、マイクロ流体層（１２０）を通じてダイ（１２０）に流体を供給するためにパターン形成されたポリマー層（４４０）に接続するポートを備えることができる。マニホールド（１３０）は、基板（１１０）及びパターン形成されたポリマー層（４４０）に接触する該マニホールドの面内にチャンネルを備えている。該チャンネルを通る流体が閉じ込められて漏れないように、ダイ（１２０）と基板（１１０）の間の移行部は、滑らかで連続しているべきである。
１例では、ダイ（１２０）と基板（１１０）の間の該滑らかですき間（ギャップ）のないインターフェース（境界面）は、ダイ（１２０）の周りに基板（１１０）を形成した結果である。これは、基板（１１０）とダイ（１２０）の間のすき間（ギャップ）を回避し、または、それらの間の二次的なギャップ充填処理を行う必要をなくす。１例では、基板（１１０）とダイ（１２０）の間のすき間のないインターフェース（境界面）は、基板（１１０）内にダイ（１２０）を鋳造することによって達成される。別の例では、該すき間のないインターフェース（境界面）は、ダイ（１２０）の周りに基板（１１０）をオーバーモールドすることによって達成される。第３の例では、ダイ（１２０）と基板（１１０）の間のすき間のないインターフェース（境界面）は、ダイ（１２０）の周りに基板（１１０）を圧縮成形することによって生成される。
図６は、開示されている実施例と整合する断面図である。該図は、基板（１１０）によって囲まれたダイ（１２０）を示している。接着剤（５５０）が、マニホールド（１３０）と基板（１１０）の間に加えられている（塗布されている）。接着剤（５５０）は、マニホールド（１３０）とダイ（１２０）の間に加えられている。接着剤（５５０）は、マニホールド（１３０）の一部とダイ（１２０）間には加えられていない。場合によっては、マニホールド（１３０）のいくつかの部分と基板（１１０）の間に接着剤（５５０）を加えなくてもよい。
接着剤（５５０）を一液型接着剤とすることができる。接着剤（５５０）を二液型接着剤とすることができる。該接着剤をマニホールド（１３０）に加える（塗布する）ことができる。接着剤（５５０）をダイ（１２０）に加えることができる。接着剤（５５０）を基板（１１０）に加えることができる。接着剤（５５０）を、感圧性接着剤とすることができる。接着剤（５５０）を紫外光で硬化可能なものとすることができる。接着剤（５５０）を熱硬化可能なものとすることができる。接着剤（５５０）を室温で硬化可能なものとすることができる。
１例では、接着剤（５５０）は、固体として加えられ、その後、隣接する表面に接着させられる。たとえば、該接着剤をエポキシプリフォーム（epoxy preform）とすることができる。接着剤（５５０）を、液体、及び／又はペースト、及び／又はスラリー、及び／又はエマルジョン、及び／又はゲル、及び／又は懸濁液、及び／又は流体として加えることができる。
１例では、接着剤（５５０）は、ダイ（１２０）、及び／又は基板（１１０）、及び／又はマニホールド（１３０）の表面にパターン形成される。マニホールド（１３０）、ダイ（１２０）、及び基板（１１０）の表面が位置合わせされた後、接触させられる。該接着剤を用いて、チャンネルの壁もしくはその他の部分または類似の流体処理（または流体操作）部品を形成することができる。
図７は、開示されている実施例と整合するプロセスフローである。該プロセスフローは、説明されている原理を実施できるやり方の１例を示している。
左上隅の最初のイメージは、ダイ（１２０）取り付け工程を示している。ダイ（１２０）は、仮接着用のボンディングテープ上に置かれる。該テープは台上にある。該台は、剛性を提供することができる。該台は、処理（ないし操作）及び／又は成形を容易にすることができる。該テープを両面テープとすることができる。装置（１００）の所望の最終形状を提供するように該テープを形づくることができる。
右上隅の２番目のイメージは、ダイ（１２０）の上の基板（１１０）の圧縮成形を示している。該テープは、基板（１１０）がダイ（１２０）の構造に浸入するのを阻止する。該圧縮成形を鋳造工程とすることができる。該圧縮成形を射出成形工程とすることができる。ダイ（１２０）の周りに基板（１１０）を成形することは、ダイ（１２０）と基板（１１０）の間に滑らかですき間のないインターフェース（境界面）を提供する。該テープは、基板（１１０）とダイ（１２０）の間のインターフェース（境界面）を滑らかで平らにするのに役立ちうる。
中間の左側のイメージは、該台及び仮接着用のボンディングテープの取り外しを示している。該仮接着用のボンディングテープは、高温ベーク工程または紫外線照射によって、その接着強度及び／又は粘着力を失う。基板（１１０）及びダイ（１２０）は、逆さまにされて、上を向いている。
中間の右側のイメージは、基板（１１０）及びダイ（１２０）上に接着剤（５５０）を加える（たとえば塗布する）ことを示している。１例では、接着剤（５５０）は、小さな液滴及び／又はドットとして加えられる。該接着剤は、基板（１１０）及びダイ（１２０）の一部に加えられ、基板（１１０）及びダイ（１２０）の他の部分には加えられない。
一番下の左側のイメージは、基板（１１０）及びダイ（１２０）へのマニホールド（１３０）の取り付けを示している。該接着剤は、マニホールド（１３０）をダイ（１２０）及び基板（１１０）に固定する。
図８のＡ、Ｂは、開示されている実施例と整合する装置（１００）の断面図、上面図である。装置（１００）は、ダイ（１２０）を取り囲む基板（１１０）を備えている。マニホールド（１３０）が、ガスケット（８６０）によって基板（１１０）及びダイ（１２０）に接続されている。
ガスケット（８６０）を、基板（１１０）及びダイ（１２０）にマニホールド（１３０）を接続する圧縮性層とすることができる。ガスケット（８６０）は接着剤（５５０）を備えることができる。ガスケット（８６０）を、基板（１１０）及び／又はダイ（１２０）から取り外し可能なものとすることができる。
図９のＡ、Ｂは、開示されている実施例と整合する装置（１００）の断面図、上面図である。装置（１００）は、ダイ（１２０）を取り囲む基板（１１０）を備えている。パターン形成されたポリマー層（４４０）がダイ（１２０）の一部を覆っている。マニホールド（１３０）は、ガスケット（８６０）によって、基板（１１０）及びパターン形成されたポリマー層（４４０）に接続されている。
上記の説明は、説明されている原理の例を例示して説明するために提示されたものである。この説明は、それらの原理を網羅することも開示されている形態そのものに限定することも意図していない。上記の教示に照らして多くの修正及び変形が可能である。
Claims (15)
- 装置であって、
マイクロ流体デバイスを含むダイと、
前記ダイの周囲に形成されたポリマー基板と、
前記ダイの上の前記ポリマー基板に、前記ダイと同じ側の前記ポリマー基板の側面において取り付けられた別個の流体マニホールドであって、前記ダイに流体を送るための流体マニホールド
を備える装置。 - 前記ダイは、薄膜回路の上に形成されたマイクロメートルスケールの流体通路を備え、該流体通路は、前記マニホールドからの流体を前記マイクロ流体デバイスの構成要素に伝えることからなる、請求項１の装置。
- 前記ポリマー基板は、前記ダイの周囲にすき間がない状態で形成される、請求項１の装置。
- 前記ダイの上面は、前記基板の上面と同じ平面上にある、請求項１の装置。
- 前記マニホールドは、成形プラスチックから形成される、請求項１の装置。
- 前記マニホールドは、金属またはプラスチックまたはセラミックから形成された管を備える、請求項１の装置。
- 前記マニホールドから前記ダイ内の前記マイクロ流体デバイスの対応する部分に流体を送るために、前記ダイと前記マニホールドとの間にリソグラフィーによりパターン形成された材料からなるマイクロ流体ルーティング層をさらに備える、請求項１の装置。
- 前記マニホールドから前記ダイへの流路が、前記基板の上面の一部を、前記マニホールドと前記ダイの間の流体インターフェースの一部として含むように、前記マニホールドの少なくとも一部が、前記ダイから離れて前記基板に取り付けられる、請求項１の装置。
- 装置を形成する方法であって、
半導体ダイ中にマイクロ流体デバイスを形成するステップと、
前記ダイの周囲にポリマー基板を形成するステップと、
前記ダイの上の前記基板に別個のマニホールドを取り付けるステップであって、前記マニホールドは、前記ダイの前記マイクロ流体デバイスに流体を伝えるためのチャンネルを提供することからなる、ステップ
を含む方法。 - 前記ポリマー基板は、前記ダイをすき間なく囲む、請求項９の方法。
- 前記ポリマー基板の上面は、前記ダイの上面と同じ平面上にある、請求項９の方法。
- 前記マニホールドを形成するためにプラスチックを射出成形するステップをさらに含む請求項９の方法。
- 台に支持された剥離テープ上に前記半導体ダイを配置するステップと、
前記基板を前記ダイの周囲に成形するステップと、
前記マニホールドを前記基板に取り付ける前に、前記台及び前記剥離テープを取り外すステップ
をさらに含む請求項９の方法。 - 前記ダイ中にマイクロメートルスケールの流体通路を形成するステップと、
前記ダイの前記マイクロメートルスケールの流体通路を、前記マニホールドのミリメートルスケールの流体チャンネルに位置合わせするステップ
をさらに含む請求項９の方法。 - 装置であって、
マイクロ流体デバイスを含むダイと、
ポリマー基板と前記ダイの間にすき間がない状態で、前記ダイの周囲に形成された該ポリマー基板であって、前記ダイの上面は、該ポリマー基板の上面と同じ平面上にあることからなる、ポリマー基板と、
プラスチックまたは金属またはセラミックから形成されて、前記ポリマー基板に取り付けられた別個の流体マニホールドであって、前記ダイの前記マイクロ流体デバイスに流体を送るための流体チャンネルを有する流体マニホールド
を備える装置。
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