KR20140121879A - 물체들 상에 커넥터들을 형성하는 단계를 포함하는, 컴팩트 입자 필름을 이용한 기판 상에 물체들을 전달하는 방법 - Google Patents

물체들 상에 커넥터들을 형성하는 단계를 포함하는, 컴팩트 입자 필름을 이용한 기판 상에 물체들을 전달하는 방법 Download PDF

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올리비에 델리아
필리페 코로넬
니콜라스 드뢰이유
파스칼 퓌지에
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꼼미사리아 아 레네르지 아또미끄 에 오 에네르지 알떼르나띠브스
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Abstract

본 발명은 물체들(50)을 바람직하게는 움직이는 기판(38) 상에 전달하는 방법으로서, 상기 전달될 물체들은 컨베이어를 형성하는 캐리어 액체(16)를 포함하는 전달 영역(14) 내에 배치되고, 컴팩트 입자 필름(4)은 상기 물체들(50)이 상기 전달 영역의 상기 캐리어 액체(16) 상에 플로팅되게 유지하며, 상기 전달 영역 내에서, 상기 물체들(50)은 상기 기판(38) 상에 전달되도록 상기 입자 필름(4)과 함께 이동된다. 또한, 본 방법은 상기 물체들(50) 중 적어도 하나 위에 적어도 하나의 커넥터(74)를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 커넥터는 상기 중합 가능 화합물(72)을 포함하는 물질을 이용하여, 상기 중합 가능 화합물(72)을 상기 전달 영역(14) 내에 배치된 상기 물체와 접촉하도록 위치시키고, 그리고 이어서, 상기 물질(72)의 중합 반응에 의해 형성된다.

Description

물체들 상에 커넥터들을 형성하는 단계를 포함하는, 컴팩트 입자 필름을 이용한 기판 상에 물체들을 전달하는 방법{Method for transferring objects onto a substrate using a compact particle film, including a step of producing connectors on the objects}
본 발명은 기판에, 바람직하게는 움직이는 기판에, 물체들(objects)을 전달하여 다양한 장치들을 제조하는 분야에 관한 것이다.
특히 본 발명은 예를 들어 센서들과 같은 하이브리드 특성(hybrid character)의 장치들을 제조하는 것에 관련된다. 말하자면, 정의에 따른 하이브리드 장치는 다양한 기능들, 예를 들어 전기적, 광학적, 전기-광학적, 압전, 열전, 기계적 등의 기능들을 가지는 물체들을 동일한 기판 상에 결부시킨다.
퇴적/전달될 물체들은 예를 들어 다음과 같다.
- 예를 들어, 트랜지스터들, 마이크로프로세서들, 집적 회로들 등과 같은 능동 전기 소자들;
- 예를 들어, 저항들, 커패시터들, 다이오드들, 포토다이오드들, 코일들, 트랙 도체들(tracks conductors), 용접 프리폼들(welding preforms) 등과 같은 수동 전기 소자들;
- 예를 들어, 렌즈들, 마이크로렌즈들, 회절 격자들, 필터들 등과 같은 광학 소자들;
- 배터리 셀들, 마이크로배터리 셀들, 마이크로 배터리 셀들, 포토 디텍터들, 솔라 셀들, RFID 시스템들 등;
- 나노급 또는 마이크로급 입자들 또는 집합물(aggregates), 활동성 또는 수동성의 예를 들어 산화물 타입, 중합체들(polymers), 금속들, 반도체들, 야누스(Janus)(서로 다른 물성들 또는 속성들의 두 면을 가지는 입자들), 나노 튜브들 등.
좀더 구체적으로는, 본 발명은 크기가 다음과 같은 범위에 이르는 물체들, 예를 들어
- 소자들의 경우에는 마이크로스코픽 스케일(microscopic scale)(수 십 마이크로미터)에서 매크로스코픽 스케일(macroscopic scale)(약 십 센티미터 이상)까지; 그리고
- 입자들 및 집합물들의 경우에는 1 나노미터에서 수백 마이크로미터까지의 물체들의 전달에 관한 기술이다.
본 발명은 또한 2차원 및 3차원 아키텍쳐들에 따른 전자 장치의 분야에 관련되어 있다.
그러한 장치들을 제조하기 위해, 액체 컨베이어(liquid conveyor)를 통해 기판에 물체들을 전달하는 기술이 최근에 개발되었다. 하지만 이러한 장치들은 통상적으로 전기적, 열적, 광학적 또는 기계적 중 어떤 것인지에 따라 커넥터들의 존재를 필요로 한다. 이러한 커넥터들은 장치의 두 물체들을 연결하거나, 그리고/또는 장치의 외부에 있는 요소와 협력하도록 의도된 링크로서 기능한다.
하지만, 이러한 커넥터들(납땜(brazing), 비드 본딩(bead bonding)에 의한 용접(welding), 웨지 용접(wedge welding) 등)을 형성하는 표준적인 기술들이 액체 컨베이어를 이용하여 기판에 물체를 전달하는 것에 관련되는 경우에는 적합한 것으로 입증되지 않았다.
본 발명의 목적은 따라서 앞서 언급된 단점을 적어도 부분적으로 교정하기 위한 것이다. 이를 달성하기 위해, 본 발명의 목적은 물체들을 바람직하게는 움직이는 기판 상에 전달하기 위해, 컨베이어를 형성하는 캐리어 액체를 포함하는 전달 영역을 이용하여 수행되는 방법이고, 상기 물체는 상기 전달 영역의 상기 캐리어 액체 위에 플로팅된 입자들의 컴팩트 필름에 의해 고정되며, 상기 전달 영역 내에서, 상기 물체들이 상기 입자들의 필름과 함께 이동되어 이들이 배출구에 도달할 때에 상기 기판 상으로 전달될 수 있다.
또한, 본 방법은 상기 물체들 중 적어도 하나에 접촉하는 적어도 하나의 커넥터를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 커넥터는 전달 영역 내에 배치된 상기 물체와 접촉하도록 위치한 중합 가능 화합물(polymerisable compound)을 포함하는 물질을 이용하여, 이어서 상기 물질의 중합 반응에 의해 형성된다.
이러한 커넥터들의 제조 기법은 실행하기 간단하다는 점이 증명되고 또한 액체 컨베이어에 의한 물체들의 전달이라는 기술적 맥락에 잘 적응될 수 있다. 특히, 이의 응용 시에, 서로 다른 연결된 물체들 사이에 및/또는 물체들과 입자들의 필름 사이에 레벨 상의 어떠한 차이에 대해서도 여하한 종류의 중합 가능 물질이 적용될 수 있다.
물체와 커넥터의 접촉은 예를 들어 이 물체의 위 또는 아래에서 이루어 질 수 있고, 이는 후술될 것이다.
또한, 형성된 커넥터(들)은 전기적, 열적, 광학적, 압전 또는 기계적 커넥터들로서, 둘 또는 그 이상의 물체들을 연결하거나, 또는 그렇지 않고 제조된 장치의 외부 요소와 협력하도록 의도되는 것일 수 있다. 이들이 둘 또는 그 이상의 물체들을 연결하면, 후자는 예를 들어 입자들의 필름의 평면 내에 위치할 수 있다.
중합 반응은 당해 기술 분야에 숙련된 자에 의해 적절하게 수행되는 여하한 기술에 의해, 바람직하게는 열적 또는 광학적으로 완료될 수 있다. 이는 물체가 아직 캐리어 액체 위에 있는 동안에 완료되거나 또는 부분적으로 수행될 수 있고, 또는 이와 달리 기판 상으로 전달 후에, 완전히 캐리어 액체 밖에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 기판 상으로 전달되는 시점에, 중합 반응되었거나 중합 반응 되지 않은 물질은, 전달 영역에서 기판 위로 이동 중에 어떠한 굴절(flexion)이라도 지탱할 수 있을 정도로 충분히 유연성을 유지한다.
커넥터들의 요구 기능 및 속성에 따라, 커넥터들은 연속적이거나 비연속적인, 코드(cords)로서, 또는 점들로 형성될 수 있고, 코드들 또는 점들의 직경은 수 십 마이크로미터 내지 수 밀리미터에 가깝다.
바람직한 실시예에 따라, 적어도 하나의 커넥터는 상기 물체들 중 적어도 두 개의 사이에서, 전달 영역 내에서 서로 이격되어 있는 두 물체들을 연결하도록 입자들의 필름에 적용된, 중합 가능 화합물을 포함하는 상기 물질을 이용하여, 이어서 상기 물질의 중합 반응에 의해 형성된다. 이 실시예에서, 커넥터는 두 물체들의 어느 표면이라도 연결할 수 있고, 물체들은 후술되는 바와 같은 서로 다른 형태들에 따라 전달 영역 내에서 필름에 의해 고정된다.
다른 바람직한 실시예에 따라, 적어도 하나의 커넥터는 상기 물체들 중에 서로의 위에 적층되도록 의도된 적어도 두 개 사이에서, 전달 영역 내에 배치된 상기 물체들 중 하나에 적용된 중합 가능 화합물을 포함하는 물질을 이용하여, 이어서, 상기 물질의 중합 반응에 의해 형성된다. 이 기법은 적층되고 서로 연결되는 여러 물체들로부터 3차원으로 장치들을 제조하는 기술 범위 내에서 특히 흥미로운 것이다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 커넥터는 장치의 외부에 있는 어떤 요소와 접촉하도록 구비되며, 따라서 선행하는 실시예들과 달리 전달 영역 내에 위치된 두 물체들을 연결하지 않는다. 이러한 관점에서, 제시되는 모든 실시예들은 조합될 수 있고, 특히 전달 영역 내에 위치한 동일 물체가 서로 다른 종류의 커넥터들을 장착할 수 있다는 점에 유의해야 한다.
상술한 마지막 실시예와 같은 특정한 케이스에서, 상기 기판은 물체의 하부 표면과 입자들의 컴팩트 필름 사이에 형성된 적어도 하나의 커넥터를 수용(house)하도록 의도된 적어도 하나의 쓰루홀(through-hole) 자리가 비워져 있다(devoid). 따라서 이러한 방법으로 형성된 커넥터는 기판의 대향하는 표면 상에 접속 가능하게 되어, 일반적으로 쓰루실리콘비아(Through Silicon Via, TSV)라고 불리는 수직 커넥터에 동화되도록(assimilate) 할 수 있다.
앞서 서술하였듯이, 논의가 되고 있는 실시예에 상관없이, 각 커넥터는 전기적, 열적, 광학적, 압전 또는 기계적 커넥터이고, 당연히 이러한 기능들 중 복수 개가 결합될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 커넥터는 물체들 중 적어도 하나의 상부 표면에 매칭한다.
다른 경우에 또는 동일한 경우에 동시적으로, 하나의 커넥터는 물체들 중 적어도 하나의 하부 표면을, 상기 하부 표면과 입자들의 컴팩트 필름 사이에 개재됨으로써, 상기 하부 표면에 매칭한다.
바람직하게는, 상기 물질은 액체 또는 페이스트(paste) 형태이다.
바람직하게는, 상기 물질은 소수성(hydrophobicity)을 가지며, 또한 바람직하게는, 커넥터의 중합된 고체 상태의 형태일 수도 있다. 좀더 일반적으로는, 캐리어 액체가 물이 아닌 경우에 특히 그러하듯, 중합 가능 화합물을 포함하는 물질은 캐리어 액체와 비혼화성을 갖도록 증명된다는 점에 유의한다.
바람직하게는, 상기 물질은 실리콘 수지, 에폭시 수지 및/또는 폴리우레탄 수지에 기초한다.
바람직하게는, 커넥터를 구체적으로 전기적 전도성으로 및/또는 열적 전도성으로 형성함으로써 커넥터에 주된 기능을 부여할 수 있도록, 상기 물질은 다음의
- 카본 블랙;
- 카본 나노튜브들;
- 그래핀;
- 파이버들, 예를 들어, 카본, 스틸, 알루미늄, 구리 파이버들;
- 금속 파우더들; 및
- 금속 산화물들의 소재들로부터 선택된 적어도 하나의 입자들을 포함한다.
또한, 커넥터의 형성 전에 또는 이후에, 물체(들)은 전달 영역의 캐리어 액체 위에 플로팅된 입자들의 컴팩트 필름에 의해 위치를 잡고 이어서 고정되며, 전달 영역 내에서 상기 물체들은 상기 입자들의 필름과 함께 이동되어 배출구에 도달할 때에 기판 상에 전달된다.
여기서 기본 개념은 물체들을 캐리어 액체 상에서 제자리에 유지시키기 위해, 이어서 이들 물체들을 기판 상에 운반하기 위해 입자들의 컴팩트 필름을 이용하는 것에 기초한다. 물체들의 전달은 후속적으로, 정밀도를 가지고, 쉽고, 믿을 수 있고 또한 반복적으로, 기판 상에 수행될 수 있다. 또한, 커넥터들과 함께 설비된 물체들은 기판 상에 직접 퇴적되지 않을 수 있기 때문에, 이들이 동일 기판 상에 퇴적되기 전에, 전달 영역 내에서 그들의 위치를 용이하게 재조정할 수 있다.
따라서, 입자들의 컴팩트 필름은 균일하거나(homogeneous) 또는 이질적인(heterogeneous), 나노 수준(nanoscopic), 마이크로 수준(microscopic), 밀리미터 수준(millimetric) 또는 거대 크기 수준(macroscopic)인 물체들을 유치(host)할 수 있는 플랫폼(platform)에 상응한다. 이러한 플랫폼 자체도 나노 수준 또는 마이크로 수준의 입자들의 균일하거나 또는 이질적인 세트로 구성될 수 있고, 바람직하게는 전달될 물체들의 조성에 따라 달라지는 조성으로 구성될 수 있다. 아래에서 상세하게 설명되겠지만, 전달될 물체들은 이 플랫폼 내에 통합될 수도 있고, 또는 단지 후자 상에 배치될 수도 있다.
사실, 첫 번째 가능성에 따르면, 전달될 물체의 적어도 하나는 전달 영역 내에서, 입자들의 컴팩트 필름에 의해 포위되도록, 컨베이어를 형성하는 캐리어 액체 상에서 플로팅되게 위치한다. 여기서, 물체들은 이들의 외곽에서 물체들을 포위하는 입자들에 의해 제자리에 고정된다. 물체들은 캐리어 액체와 직접 접촉하는 하부 표면을 제공한다.
두 번째 가능성에 따르면, 전달될 물체의 적어도 하나는 전달 영역 내에서, 물체를 지탱하는 입자들의 침강이 캐리어 액체 내에 발생하도록, 사전에 형성된 입자들의 컴팩트 필름 위에 배치된다.
이러한 두 번째 기법에서, 각 물체 아래에 위치하여 침강된 입자들은 필름의 주변 입자들과 함께 레벨 브레이크(level break)를 한정한다. 각 물체의 외곽을 포위하고, 이러한 방법으로 첫 번째 기법의 경우와 같이 물체들을 제자리에 유지시키고 전송하는 주변 입자들이 바로 이들 입자들이다.
물론, 본 발명의 기술 범위를 벗어나지 않고서, 물체들은 첫 번째 기법에 따른 입자들의 필름 및 두 번째 기법에 따른 다른 입자들의 필름 내에 위치할 수 있다.
또한, 상술하였듯이, 입자들의 컴팩트 필름은 이질적 입자들로부터 형성될 수 있다. 이러한 입자들은 또한 그들의 표면에서 기능화될(functionalized) 수 있고 그에 따라 입자들 사이에 물리적 링크(link), 예를 들어 중합물 타입의(polymer type) 링크가 형성되어 접착성(cohesion)을 보강하고, 그에 따라 컴팩트 필름의 승강 능력(the lift)을 보강할 수 있다.
바람직하게는, 컴팩트 필름의 입자들의 큰 치수(large dimension)와 전달될 물체들의 큰 치수 사이의 비율은 104 내지 108 사이에 있다. 예를 들어, 컴팩트 필름의 입자들은 약 1 nm 내지 500 μm의 수준에 해당하는 큰 치수를 가질 수 있고, 반면에 상기 필름에 의해 운송되는 물체들은 예를 들어 최대 30 cm 까지 이르는 큰 치수를 가질 수 있다.
바람직하게는, 컴팩트 필름의 입자들은 직경이 약 1 μm인 실리카 구슬들(beads)이다. 하지만 필름은 이질적일 수 있고, 특히 서로 다른 크기의 구슬들을 포함한다.
바람직하게는, 전달될 각 물체는 0.2 cm 보다 큰 치수를 가지며, 바람직하게는 30 cm 미만이다. 이 후자의 수치는 전달 영역의 폭의 함수로서 변경될 수 있다. 사실, 각 물체의 큰 치수는 상술한 폭에 근접한 값에 도달할 수 있다. 마이크로미터급 또는 나노미터급 크기의 물체들도 또한 본 발명의 범위에서 벗어나 퇴적/전달될 수 있다.
바람직하게는, 전달될 각 물체는 적어도 하나의 소수성 부분을 가진다. 이는, 이 부분을 캐리어 액체와 접촉하도록 배치함으로써, 물체의 플로팅을 보장하기 위해 제공된다. 액체에 대한 이러한 접촉 면은 전체가 소수성일 수도 있고 또는 최종적인 장치에 유용할 수 있도록, 소수성 영역과 친수성 영역의 소정의 배치를 포함한다.
전달될 물체는 여하한 형태를 가질 수 있고, 반드시 평면상일 필요가 없으며, 선택적으로, 하나 또는 그 이상의 곡률 반경들, 예를 들어 5 cm 미만의 곡률 반경을 가질 수 있고, 또는 심지어 접속에 유용한 핀들을 통합할 수 있다. 이와 유사하게, 필름의 입자들에 관하여서도, 형태들이 가변될 수 있다.
직접적인 예시를 하자면, 전달될 각 물체는 실리콘 칩들, 마이크로-배터리 셀들, 유기 전자 부품들, 금속 소자들, 광전지 셀들, 배터리 셀들 및 마이크로-배터리 셀들로 구성된 그룹에서 선택되는 요소일 수 있다.
또 다른 목표는 복잡한 장치들의 제조이고, 예를 들어, 검출 소자들(예를 들어, 입자들)을 가지는 센서들, 하나 또는 그 이상의 에너지 회수 시스템들(광전지 셀, 압전 필름, 연료 전지), 에너지 저장 시스템(마이크로-배터리), 정보 관리 시스템(실리콘 칩), 통신 시스템(RFID 칩), 전기 연결 소자들(전도성 트랙들), 전자 부품들(저항들, 커패시터들), 용접 소자들(프리폼들(preforms))의 제조이다. 이러한 장치들을 제공하는 데에 필요한 물체들은 액체 컨베이어 상에 결과적으로 배열되고, 필요에 따라서는 중첩된다.
입자들의 컴팩트 필름은, 이에 관한 개념이 예를 들어 Sachin Kinge의 "Self-Assembling Nanoparticles at Surfaces and Interfaces", ChemPhysChem 2008, 9, 20-42 문헌에 공개되는데, 본 발명에 숙련된 자에 알려진 여하한 기술, 예를 들어, 압축(Langmuir-Blodgett) 및/또는 다이폴-다이폴 상호작용(dipole-dipole interaction), 및/또는 자기장(magnetic field) 등에 의해, 캐리어 액체의 표면에서 획득될 수 있다.
다이폴-다이폴 상호작용 기술은 패시트들(facets)을 가지는 입자들, 예를 들어 4면체(tetrahedral), 직육면체(cubic) 또는 나아가 8면체(octahedral) 입자들에 적용된다. 이러한 형태들에 대해, 다이폴-다이폴 상호작용은 입자들의 조직화에 중요한 역할을 한다. 패시트들 사이에 극성의 차이 때문에, 다이폴 모멘트가 이들 입자들 내에 발생된다.
자기장 조직화 기술은 입자들 사이에 강한 상호작용을 일으키는 강한 자기장을 이용하여 정렬될 수 있는 자기 나노 입자들(magnetic nanoparticles)을 가지고 이용된다.
압축 기술은 Lucio Isa et al.의 "Particle Lithography from Colloidal Self-Assembly at Liquid_Liquid Interfaces", ACS Nano, Vol. 4 · No. 10 · 5665-5670 · 2010, 또는 Markus Retsch의 "Fabrication of Large-Area, Transferable Colloidal Monolayers Utilizing Self-Assembly at the Air/Water Interface", Macromol. Chem. Phys. 2009, 210, 230-241, 또는 나아가 Maria Bardosova의 "The Langmuir-Blodgett Approach to Making Colloidal Photonic Crystals from Silica Spheres", Adv. Mater. 2010, 22, 3104-3124의 문헌으로부터 주지적으로 알려져 있다.
이러한 압축 기술은 또한 CA　2,695,449 문헌에 설명된 경사 램프 해법도 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 우선적으로, 입자들의 순환을 위해 전달 영역의 인입구에 부착되며 또한 캐리어 액체가 순환하는 것이 의도되는 경사 램프를 이용한다.
일반적인 실시예에서 입자들의 정렬을 위해 필요한 에너지의 일부는 캐리어 액체 및 입자들을 전송하는 경사 램프를 통해 여기로 전달된다(directed). 하지만 다른 해법들, 예를 들어 캐리어 액체의 펌프를 이용하여, 그 하류 부분이 입자 전달 영역을 구성하는 수평 평면 상에서 움직이게 설정하는 기법이 가능하다. 또 다른 해법은 입자들과 전달될 물체들이 플로팅되는 캐리어 액체의 표면에 기류(airflow)를 인가하기 위해 펌프 대신에 풍동(wind tunnel)을 설치하는 것을 포함한다. 상술한 바와 같이, 예를 들어 "Langmuir-Blodgett"라 불리는 기법을 통한 입자 압축 동작과 같은 본 발명의 범위를 벗어난 다양한 해법들이 가능하다.
마지막으로, 입자들 및 물체들을 기판 상에 전달하는 것에 이어서, 본 방법은 바람직하게는 이들 입자들 및 물체들을 기판 상에 퇴적과 접착을 용이하게 하기 위해 열적 어닐링(thermal annealing) 단계를 통합한다.
본 발명의 다른 장점들 및 특성들은 다음에 이어지는 상세하고 비한정적인 설명으로부터 도출될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 주어지는데 도면들은 다음과 같다.
도 1은 도 2의 I-I 선을 따라 주어지는 개략적 단면에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전달 설비를 나타낸다.
도 2는 도 1에서 도시된 전달 설비의 개략적 평면도를 예시한다.
도 3 내지 도 7은 이전 도면들에 도시된 설비를 이용하여 수행되는 전달 방법의 서로 다른 단계들을 예시한다.
도 7a 내지 도 7e는 이전 도면들 상에 도시된 바와 같이 전달될 물체들 상에 서로 다른 종류의 커넥터들을 형성하는 단계들을 나타낸다.
도 8 및 도 9는 도 1 및 도 2에 도시된 설비를 이용하여 또한 수행되는 또 다른 전달 방법의 서로 다른 단계들을 예시한다.
도 9a는 도 9에 도시된 바와 같이 전달될 두 물체들 사이에 커넥터를 형성하는 단계를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 전달 설비를 예시한다.
도 11a 내지 도 11e는 전달 영역 내에 물체들을 위치시키는 서로 다른 방안들을 나타낸다.
먼저 도 1 및 도 2를 참조하면, 이들 도면들은 기판에, 바람직하게는 움직이는(running) 기판에 물체들을 전달하기 위한 설비(1)를 나타낸다. 이러한 전달은 퇴적과 비슷하게, 입자들의 컴팩트 필름(compact film of particles)을 이용하여 수행된다.
설비(1)는 그 크기가 수 나노미터에서 수백 마이크로미터 사이에 있을 수 있는 입자들(4)을 분배(dispense)하기 위한 장치(2)를 포함한다. 입자들은, 바람직하게는 구형(spherical form)인데, 예를 들어 실리카 입자들(particles of silica)일 수 있다. 관심 대상인 다른 입자들은 백금, TiO2와 같은 금속 또는 금속 산화물, 카본(carbon), 폴리스티렌(polystyrene) 또는 PMMA과 같은 중합체(polymer) 등으로 만들어질 수 있다.
좀더 정확하게는, 바람직한 실시예에서, 입자들은 직경이 약 1 μm인 구형의 실리카이고, 분배 장치(2) 내의 용액 내에 저장된다. 매질(medium)의 비율은 여기서는 부탄올(butanol)인 용액 200 ml 당 약 7 g의 입자들 정도이다. 당연하지만, 명백한 설명을 위해, 도면 상에 표시된 입자들은 그들의 실제 직경보다 더 큰 직경으로 조절되어 있다.
분배 장치(2)는 제어 가능한 주입 노즐(injection nozzle)(6)을 가지는데 직경이 약 500 μm이다.
설비는 또한 입자들의 순환을 위해 경사 램프(tilted ramp)(12)와, 실질적으로 수평인, 또는 만약 필요한 경우에 설비의 비움(emptying)을 수월하게 할 수 있도록 약간의 기울기를 가지는 전달 영역(transfer area)(14)을 통합한(integrating) 액체 컨베이어(10)를 포함한다. 경사 램프의 상부 말단은 분배 장치(2)로부터 주입된 입자들을 수취(receiving)할 수 있도록 제공된다. 이러한 램프는 직선이면서 5 내지 60 ° 사이, 바람직하게는 10 내지 30 ° 사이의 각도를 포함하는 각도로 기울어지며, 이로써 입자들이 전달 영역(14)을 향해 운반되도록 한다. 나아가, 캐리어 액체(carrier liquid)(16)는 이러한 램프(12)에서 전달 영역에 이르기까지 순환한다. 이러한 액체(16)는 심지어 하나 또는 두 개의 펌프들(18)을 이용하여, 전달 영역(14)과 램프의 상부 말단 사이에서 재순환될 수 있다. 바람직하게 이러한 액체는 여기서는 증류수(de-ionized water)이고, 입자들(4)은 이 액체 위에 플로팅될(float) 수 있다. 그럼에도 불구하고, 개방된 순환 회로를 통해 들어오는 새로운 액체가 선호될 수도 있다. 이러한 액체는 또한 몇몇 비혼화성(non-miscible) 액체들에 관련될 수도 있다.
상기 램프의 하부 말단은 입자 전달 영역(14)의 인입구(inlet)에 부착된다. 이러한 인입구(220)는 램프(12)의 경사면 상에 존재하는 캐리어 액체의 표면과 전달 영역(14)의 수평 부분 상에 존재하는 캐리어 액체의 표면 사이의 접합을 구현하는 만곡 라인(inflextion line)(24)의 레벨(level)에 있다.
입자 인입구(22)는 영역(14) 내에 캐리어 액체(16)을 가두는 두 개의 사이드 에지들(side edges)(28)을 이용하여 입자 배출구(26)로부터 이격된다. 이러한 에지들(28)은, 서로 소정의 간격을 두고 대향하며, 설비 내에서 캐리어 액체 및 입자들의 흐름의 주된 방향에 평행하게 연장되는데, 이러한 방향은 도 1 및 도 2에서 화살표(30)로 표시된다. 상기 영역(14)은 결과적으로, 본 발명의 범위를 벗어나, 다른 기하 구조(geometries)가 적용된다고 하더라도, 그 인입구와 배출구에서 개방된 회랑(corridor) 또는 통로(path)의 형태를 가진다.
전달 영역의 하류 부분(downstream part)의 바닥부(base)는 예를 들어 약 5 내지 10 ° 정도의 값으로 수평 방향에 대해 위쪽으로 살짝 기울어진 평편부(plateau)(27)를 가진다. 이러한 동일한 평편부(27)의 하류 말단은 또한 "블레이드(blade)"라고 불리는데, 이는 부분적으로 입자 배출구(26)를 한정한다.
설비(1)는 또한 기판(38)을 이동하도록 세팅시키려는 의도로 기판 컨베이어(36)를 구비한다. 이러한 기판은 강체(rigid)일 수도 있고 유연(supple)할 수도 있다. 후자의 경우에 있어서, 롤러(roller)(40) 상에서 움직이도록 세팅될 수 있는데, 롤러의 회전축은 근접하여 위치하는 전달 영역(14)의 배출구(26)에 평행한다. 사실상, 기판(38)은 배출구(26)에 매우 가깝게 스크롤링(scroll)하도록 의도되는데, 이에 따라, 이러한 배출구에 도달한 입자들이, 기판을 캐리어 액체(16)에 연결시키는, 메니스커스(meniscus)라고도 불리는 모세관형 브리지(capillary bridge)(42)를 통해 용이하게 이러한 기판에 전달될 수 있을 것이다. 다른 방식으로는, 기판은, 본 발명의 범위를 벗어나, 전달 영역에 직접 접촉한 상태가 될 수도 있다. 앞서 언급된 모세관형 브리지는 이 경우에는 더 이상 필요하지 않다.
도면들에서 도시된 예시에서, 기판의 폭은 영역(14) 및 그 배출구(26)의 폭에 상응한다. 이 폭은 기판 상에 퇴적(deposit)될 수 있는 입자들의 필름의 최대 폭에 또한 상응하는 폭(L1)이다. 이러한 폭은 약 25 내지 30 cm의 수준일 수 있다. 하지만 입자들이 적층되어야 하는 기판 상의 폭은 상기 폭(L1)보다 적을 수 있다.
모세관형 브리지(42)는 배출구(26)와 같은 높이의 캐리어 액체(16)와 가이드/드라이브(guide/drive) 롤러(40)에 매칭하는 기판(38)의 일부분 사이에 위치한다(be ensured).
바람직하게는, 수평 방향(46)과, 입자들의 필름 및 물체들이 적층되어야 하는 기판(38) 상의 일부분 사이에서 형성되는 돌출각(protruding angle) A는 160 ° 보다 크고, 좀더 바람직하게는 180 °에 근접하며, 예를 들어 약 175 ° 수준이다.
물체들을 전달하기 위한 방법이 이제 도 3 내지 도 7e를 참조하여 설명될 것이다.
먼저, 주입 노즐(6)이 작동하여 램프(12) 상에 입자들(4)의 분배를 개시한다. 영역(14) 내에 필요한 레벨에서 미리 캐리어 액체(16)를 이용하여 전달 영역(14)을 입자들(4)로 채우는 초기 단계가 있다.
이러한 점화 단계(priming phase) 동안에, 장치(2)에 의해 분배된 입자들은 램프(12) 상에서 순환하다가, 이어서 영역(14)으로 진입하며, 여기서 이들 입자들이 도 3 및 도 4에 나타낸 것과 같이 확산된다.
입자들(4)이 램프(12) 상에 주입되고 전달 영역(14)에 진입함에 따라, 이들은 기판(8)에 의해 대항받아 저지되고, 이들 입자들의 상류 앞면(upstream front)은 상류를 만곡 라인(24)의 방향으로 오프셋시키는(offset) 경향을 보인다. 입자의 주입은 입자들이 경사 램프(12)로 복귀하도록 이러한 상류 앞면이 라인(24)를 초과한 후에도 계속된다.
실질적으로, 입자들(54)의 상류 앞면이 램프(12)로 복귀함으로써 도 5에 표현된 바와 같이 만곡 라인(24)로부터 주어진 수평선 상의 거리 "d"에 있게 되는 것을 보장한다. 이러한 거리 "d"는 약 30 mm의 수준일 수 있다.
이 사례에서, 입자들(4)은 전달 영역 내에서 그리고 램프(12) 상에서 정렬되는데(ordered), 입자들은 특히 앞면(54)에 충돌하는 시점에 이용되는 운동 에너지 및 모세관 힘으로 인해, 다른 보조 수단 없이, 자동으로 정렬된다. 이러한 정렬은, 그 결과로서 얻는 컴팩트 필름이 각 입자(4)가 서로 접촉한 6 개의 다른 입자들(4)에 의해 둘러싸이고 또한 접촉하는 "컴팩트 6각형(compact hexagonal)"이라 불리는 구조를 가지게 되도록 이루어진다. 이것이 입자들의 컴팩트 필름 또는 정렬된 입자들의 필름이다.
일단 이러한 정렬된 입자들(4)이 전달 영역(14) 내에 위치한 캐리어 액체 전체를 뒤덮으면, 퇴적/전달될 물체들(50)이 필름 위에, 미리 지정된 자리들에, 위치하도록 놓일 수 있다. 이러한 배치는 "픽 앤드 플레이스(pick and place)"라고 불리는 기법에 따라, 물체들의 본성, 형태 및 크기에 맞게 조절된 종래의 핸들링 도구 또는 고정(prehension) 도구들, 예를 들어, 플라이어(plier)를 이용하여 수행될 수 있다. 도 11a 내지 도 11e를 참조하여 추후에 설명되는 것과 같은 다른 해결 수단들도 가능하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 필름 상에 물체들(50)을 위치시킴에 따른 결과는 이들 동일 물체들을 지지하는 입자들(4)의, 컨베이어를 형성하는 캐리어 액체(16) 안으로의 침강(depression)을 야기한다. 이러한 물체들은 이 액체의 표면 장력에 의해 액체의 표면에서 유지될 수 있는데, 액체의 표면 장력을 변경하는 입자들의 필름은 이들 물체들의 성능에 어느 정도 기여할 수 있다.
좀더 정확하게는, 각각의 물체(50) 하부에 위치한 침강된 입자들(4)은 다른 주변 입자들(4)과 함께 레벨 브레이크(level break)(52)를 정의한다. 이러한 동일한 주변 입자들은 각 물체(50)의 외곽(periphery)을 둘러싸고, 서로에 대해, 또한 전달 영역의 고정 구조에 대해, 위치를 유지시킨다.
각각의 레벨 브레이크(52)는 바람직하게는 입자들(4)의 직경보다 작은데, 그럼으로써 침강된 입자들(4)도 주변의 입자들에 의해 구속되고 결박된다.
첫 번째 물체들 및 그 후속 물체들의 위치 선정(positioning)은 바람직하게는 램프(12)로부터 유입되는 입자들의 흐름을 중단시키지 않고 수행되지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나, 심지어 달리 수행될 수도 있다.
도 7은, 도 5에 도시된 바와 같이 앞면(54)이 요구되는 레벨에 도달하자마자 개시되는, 기판(38)의 움직임의 촉발 이후에 설비의 상황을 예시한다. 후자에 의해 운반되고(carried), 고정되며(held) 운송되는(conveyed) 입자들의 필름 및 물체들은, 이에 관하여 CA 2,695,449 문서에 설명된 방식으로, 모세관형 브리지(42)의 능력을 빌려, 기판(38) 상에 퇴적된다. 앞서, 도 7a 및 도 7b에 예시된 바와 같이, 상기 방법은 물체(50) 상에 하나 또는 그 이상의 커넥터들을 형성하는 단계를 포함한다.
이를 실현하기 위해, 중합 가능 화합물(polymerisable compound)을 포함하는 물질(substance)(72)을 분배하는 노즐(70)이 전달 영역(14) 내의 바람직한 위치에서 이 물질을 퇴적한다. 도 7a 및 도 7b에 나타낸 실시예에서, 각각의 결과적인 커넥터들(74)은 전달 영역 내에서 필름(4) 상에 세팅된 두 개의 직접적으로 연속하는 물체들(50)을 연결하도록 제공된다. 이들 도면에서, 좌측 커넥터(74)는 첫 번째 물체의 상부 표면과 두 번째 물체의 상부 표면을 연결하고, 이들 두 물체들(50) 사이에 위치하는 입자들(4)의 필름 부분에 매칭한다. 어떤 중합 가능 물질이 레벨 차이를 가지는 복잡한 형상에 적용 가능한 경우, 이러한 물질은 물체가 필름(4)을 가지고 레벨들을 형성할 가능성이 높은 특정한 응용 분야에 완벽하게 적용될 수 있음을 증명한다.
우측 커넥터(74)는 이와 같이 두 번째 물체의 하부 표면과 세 번째 물체의 하부 표면을 연결하고, 이들 두 물체들(50) 사이에 위치하는 입자들(4)의 필름 부분에 또한 매칭한다. 이를 구현하기 위해서, 앞서의 사례에서 전달 영역(14) 내에 먼저 자리 잡는 것들이 물체들(50)인 것과 반대로, 연결될 물체들의 퇴적에 앞서, 상기 물질이 먼저 입자들(beads)의 필름 상에 퇴적된다. 그래서, 상기 물질은 관련된 물체(50)의 하부 표면과 후속 물체 사이에서 입자들(4)의 필름 상에 배치된다.
도 7b에 가장 잘 나타나 있듯이, 여기서 커넥터들은 연속하는 코드들(cords)의 형태를 취하는데, 이와 다르게 점들(points)이 될 수도 있다. 이러한 코드들의 직경은 바람직하게는 수십 마이크로미터에서 수 밀리미터 사이가 된다.
중합 가능 화합물은 예를 들어, 실리콘 수지(silicon resin), 수지 에폭시(resin epoxy), 및/또는 폴리우레탄 수지(polyurethane resin)이다. 중합 반응(polymerization)은 예를 들어, 열적으로 및/또는 광학적으로 종래 방식에 따라 수행되고, 이러한 물질에 접촉한 물체들이 기판 상에 아직 퇴적되지 않고, 여전히 전달 영역에 있는 경우 바람직하게는 적어도 부분적으로 수행된다.
상기한 물질(72)은 액상이거나 또는 페이스트 형태(paste form)이고, 기능들이 전기적(electric), 열적(thermal), 광학적(optical), 압전(piezoelectric) 및/또는 기계적(mechanical)인 커넥터들을 기능화(functionalize)할 수 있도록 분배(dispense)되기 전에, 상기 물질에 입자들이 첨가될 수 있다. 지시적인 예시들로써, 전기적 및/또는 열적 커넥터들의 경우에, 첨가되는 입자들은 카본 블랙(carbon black), 카본 나노튜브들(carbon nanotubes), 그래핀(graphene), 파이버(fibers)로서 예를 들어 카본, 강철(steel), 알루미늄, 구리 파이버(copper fiber), 금속 파우더들(metal powders), 금속 산화물들(metal oxides)일 수 있다.
또한, 상기한 물질은 전달 영역에서 기판 상으로 이동하는 중에 구부러짐(flexion)을 지원할 수 있도록, 기판 상에 전달되는 중에 코드의 어느 정도의 유연성을 보장하기 위해 보유되며(retained), 이는 수평 방향에 대한 기판의 기울기 A 때문이다. 따라서 이러한 유연성은, 기판 상에 전달되기 전에, 전달 영역 내에서 코드의 부분적 또는 전부 중합 반응 후에도 유지되어야 한다. 이는 또한 기판이 유연한 때에도 관심의 대상이다.
바람직하게는, 물질(72)은 액체 상태일 때에 소수성(hydrophobicity)을 가지며, 이에 따라 입자들(4)의 필름 상에 분배된 후에 설령 이 물질이 캐리어 액체의 상기 동일한 표면에 도달하더라도, 후자는 캐리어 액체의 표면에 남아 있게 된다. 관련성은 없지만, 필름 상에 퇴적된 후에, 물질(72)은 그 조성 때문에 후자에 접착되기도 한다. 또한, 물질은 액체 상태일 때에 캐리어 액체에서 불용성이 유지되도록, 또한 중합 반응 후에는 고체 상태로 남도록 선택된다.
도 7c에서, 좌측 커넥터(74)는 첫 번째 물체(50)의 상부 표면과 두 번째 물체(50)의 하부 표면을 연결하는 구체적 특징을 가진다.
도 7d에 예시된 또 다른 가능한 구현예에 따르면, 커넥터들(74)은 두 개의 스택(stacked)된 물체들(50)을 연결할 수 있도록 퇴적된다. 이는, 이러한 커넥터들이 스택의 어떤 물체의 하부 표면을 동일 스택 내의 바로 밑에 위치한 물체의 상부 표면에 연결하기 때문에, 기판 상에 전달하기 전에 장치들을 3차원으로 구성할 수 있게 한다. 여기서의 커넥터들(74)은 위쪽 물체의 적어도 하나의 기계적 지지 기능(mechanical support function)을 실현한다.
도 7e에 예시된 또 다른 실시예에 따르면, 커넥터들(74)은, 물질(72)로 만들어지는 코드들/점들(cords/points) 상에 물체들을 퇴적하기에 앞서, 입자들(4)의 필름 상에 물질의 퇴적을 항상 선행함으로써, 퇴적될 물체(50)의 하부 표면에 형성될 수 있다. 또한, 쓰루홀(through-holes)(76)도 기판(38) 상에 형성된다. 이어서 퇴적/드로잉(deposit/drawing)이, 기판(38) 상에 전달 중에 커넥터들(74)이 상응하는 구멍들(orifices)(76)에 자동으로 하우징되도록, 이루어진다. 따라서 이러한 전달 후에, 커넥터들(74)의 하부가, 퇴적이 이루어졌던 기판 상의 표면의 반대쪽 표면으로부터 접근 가능하게(accessible) 되고, 이러한 하부(74)는, 선택적으로(optionally), 연결 기능에 대해 방해가 되지 않는 입자들(4)을 계속 운반할 수도 있다.
위에서 서술하였듯이, 퇴적 후에 물체들(50)이 결합된 이러한 필름(4')의 폭은, 본 발명의 범위를 벗어나, 좀더 적은 폭이 채택되더라도, 배출구(26)의 폭(L1)에 상응한다.
좀더 바람직하게는, 기판은 입자들의 배출구에 직접 접촉할 수 있다.
정렬된 입자들(4)이 전달 영역 내에 존재하는 캐리어 액체(16)의 전체 표면을 뒤덮기 때문에, 정렬(ordering)은 영역(14)의 배출구(26)에서 퇴적의 시간에 이르기까지 유지된다. 이러한 정렬을 유지하는 것은, 이들의 커넥터들(74)이 구비된 물체들(50)이 입자들(4)과 함께 기판 상에 퇴적 또는 전달될 때까지, 물체들(50) 사이의 정확한 상대적 배치와, 나아가 고정된 사이드 에지들(28)에 대한 정확한 상대적 위치가 유지되는 것을 보장한다.
바람직하게는 폴리머로 만들어지는 기판 상에 입자들(4) 및 물체들(50)의 좀더 용이한 퇴적과 접착을 위해, 전달에 이어 열처리(thermal annealing)가 제공된다. 이러한 열처리는 예를 들어 80 ℃에서, 예를 들어 두께 125 μm의, 레퍼런스(reference) PERFEX-MATTTM라는 이름으로 팔리는, 폴리에스테르 기반의 저온 매트 라미네이팅 필름(matte laminating film)을 이용하여 수행된다.
이러한 기판으로서 필름의 장점은 약 80 ℃ 정도의 온도에서 두 표면 중 한쪽이 접착성으로 된다는 점으로서, 이는 후자 상에 입자들(4)과 물체들(50)의 접착을 촉진한다. 이러한 온도가, 본 발명에서 구체화되는, 실리콘 칩들 또는 광전 셀들(photovoltaic cells)과 같은 물체들의 동작 온도에 비해 상대적으로 낮음에 따라, 이러한 물체들을 고정하는 것은 성능 저하 없이 수행될 수 있다.
좀더 정확하게는, 이러한 온도에서, 입자들(4)은 연약해진 필름(38) 내부로 가라앉고(sink)하고, 물체들이 필름에 직접 접촉할 수 있게 하여, 이들의 접착이라는 결과를 얻는다.
이와 달리, 기판(38)은 실리콘, 유리 또는 압전 필름 타입일 수도 있다.
전달 중에, 입자들의 주입와 기판의 이동 속도는 입자 앞면이 실질적으로 동일한 위치에 남아 있도록 조절된다. 이를 달성하기 위해, 입자들의 속도는 약 0.1 ml/min 내지 수 ml/min에 이르는 수준일 수 있고, 반면에 기판(38)의 직선 속도(linear speed), 또는 인출 속도(drawing speed)는 수 mm/min 내지 수백 mm/min의 수준일 수 있다. 물론, 물체들(50) 및 물질(72)은 이러한 요소들에 의해 형성되는 조립체(ensemble)가 이후에 퇴적/전달되는 기판(38)에 도달하기 전에, 전달 영역(14)에서, 정렬된 입자들(4)의 필름 상에 퇴적된다.
전달될 물체들은 바람직한 응용 분야의 기능으로서 다양한 종류일 수 있다. 바람직하게는, 각 물체(50)는 0.2 cm보다는 크고, L1보다는 작거나 같은, 즉 30 cm에 가까운 큰 치수(large dimension)를 가진다. 두께는 10 마이크로미터 내지 수십 밀리미터 사이이다.
몇몇 종류의 전달될 물체들, 예를 들어 솔라 셀들, 마이크로 배터리 셀들 및 유기 부품들은 정사각형, 직사각형, 심지어 최소한의 두께를 가지는 원반(disc)과 같은 단순한 형상을 가지며, 약 0.1 내지 100 cm2 정도의 표면적을 가진다.
이러한 부품들은 이들의 연결부를 생성하기 위해 액체와 접촉하는 면 상에 핀들(pins)을 포함할 수 있다. 다른 종류의 물체들은, 예를 들어, 성분들의 검출, 전력 생산 또는 정보의 전송과 같은 물체들은 예를 들어 곡선 또는 나선형 부분들과 같은 복잡한 형상을 가질 수 있다.
또한, 입자들(4)의 큰 치수(large dimension)와 전달될 물체들(50)의 큰 치수 사이의 비율은 바람직하게는 104 내지 108 사이일 수 있다. 사실, 입자들의 큰 치수는 예를 들어 약 1 nm 내지 500 μm의 수준인데 반해, 운반되는 물체들은 약 30 cm에 이르는 큰 치수를 가질 수 있다.
바람직하게는, 캐리어 액체와 접촉하는 각 물체(50)의 면은 소수성을 가지는데, 또한 이 면에 친수성 부분과 소수성 부분의 배열을 구비하는 것도 가능하다. 상술한 바와 같이, 캐리어 액체의 표면 장력은 또한 이들 물체들의 플로팅(floating)에 중요한 역할을 한다.
아래 표 1은 이러한 물체들(50)에 대한 몇몇 바람직한 예시들을 나열한 것이다.
속성 크기 응용 분야
표면에 구조화된 골드 층을 가지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) PET: 3×4cm2; 두께 250 μm;
PET: 1.5×0.9cm2; 두께 250 μm,
Au: 두께 30 nm		 유기 전자 장치
표면에 광전지 셀을 구비하는 유리판 25×25mm2; 두께 1.08 mm 광전지 셀
실리콘 칩 3×3cm2; 두께 500 μm
1×1cm2; 두께 500 μm		 전자 장치
실리콘 상의 마이크로 배터리 1×1cm2; 두께 500 μm 에너지 저장
바이메탈 블레이드 메탈 재질(Bi-metal blade metal material) (예: 아연/구리) 3.5×2cm2; 두께 140 μm
5×1.6cm2; 두께 200 μm
7×1.6cm2; 두께 200 μm		 열, 센서들
이제 도 8 및 도 9를 참조하면, 이들 도면들은 또 다른 실시예에 따라 물체들을 전달하는 방법의 단계들을 나타낸다.
본 방법은 상술한 방법들과는 다른데, 물체들(50)이 정렬된 입자들(4)의 필름 위에 놓이지 않고, 캐리어 액체(16) 상에 플로팅되고 이러한 동일한 필름에 의해 둘러싸이기 때문이다. 여기서, 물체들(50)은 바람직하게는, 입자들의 컴팩트 필름의 형성 전에 캐리어 액체 상에 놓이며, 필름은 이들 물체들 주변에 형성되어 이들 물체 외곽에서 물체들을 포위함으로써 이들 물체들이 특정 위치를 지키도록 할 수 있다. 물체들은 캐리어 액체와 직접 접촉하는 하부 표면을 가진다. 이 실시예에서, 물체들을 위치에 유지하고 물체들을 순서 대로, 물체들이 퇴적되어야 하는 기판 상에 전송시키는 것은 또한 정렬된 입자들의 필름이다.
본 발명의 다른 단계들은 앞의 방법에 관하여 기술된 단계들과 유사하며, 특히 도 9a에 나타낸 커넥터들(74)의 형성과 관련하여 그렇다.
마지막으로, 도 10은 물체의 전달을 위한 또 다른 설비(1)를 예시하는데, 이는 이동하는 기판(38)이 강체(rigid)인 점 때문에 앞의 설비와 본질적으로 다르다. 이 도면에서, 이전 도면들의 요소들에 대한 참조 번호들과 동일한 참조 번호들을 가지는 요소들은 동일하거나 유사한 요소들에 상응한다.
위에서 서술한 바와 같이, 물체들(50)의 퇴적에 관하여 몇몇 방안들이 가능하다. 바람직한 방안들 중에, 이들 물체들을 전달 영역으로 전송하기 위해 하나 또는 복수의 컨베이어들을 제공하는 것을 포함하는 방안이 있다. 당연히, 이 방안이 도시되지는 않았지만, 이러한 기술들은 물체들(50) 상에 서로 다른 커넥터들을 생성하도록 물질을 퇴적하기 위한 기술들과 함께 제공될 수 있다.
각 컨베이어(60)는 도 11a에서 도시된 바와 같이, 바람직하게는 램프(12)와 평행하다. 컨베이어(60)는, 고정식이거나 이동식이고, 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 적절해 보이는 여하한 방식으로든, 통상적으로 리본(ribbon) 또는 연속하는 롤러들을 이용하여 구현될 수 있다. 물체들은 입자들(4)의 필름에 상대적인 물체들의 바람직한 배치의 함수로서 결정되는 속도(rate)에 따라, 컨베이어(60)에 의해 전송되고 퇴적된다.
또한, 이러한 기술에 의해 도 11a에 도시된 바와 같이, 입자들(4)의 필름 상에 물체들(50)을 퇴적할 수 있을 뿐 아니라, 도 11c에 도시된 바와 같이, 전달 영역(14)에서 입자들이 물체를 둘러싸기 전에 캐리어 액체(16) 바로 위에 물체들(50)을 퇴적할 수 있다. 이와 달리, 도 11b 및 도 11d에 도시된 바와 같이, 다른 유사한 물체들 상에 물체들(50)을 퇴적하는 것도 가능하다. 도 11b에서, 물체들(50)은 입자들의 필름 상에 위치한 다른 물체들(50) 위에 차례로 퇴적되고, 반면에 도 11d의 예에서는, 물체들(50)은 입자들(4)의 필름 내로 이미 통합된 다른 물체들(50) 위에 적층될 수 있다.
마지막으로, "무결박(unwound)"으로 불리는 물체들의 퇴적을 위한 이러한 기법들에 있어서, 물체들(50)이 컨베이어(60)에서 이탈하고 필름을 관통하여, 도 11e에 도시된 것처럼 필름 아래로 미끄러져 들어가게 될 수도 있다. 안정화(stabilisation) 후에, 캐리어 액체(16) 상에 플로팅된 각 물체(50)은 이것들을 포위하는 입자들(4)의 필름에 의해 강하게 고정된다.
컨베이어(60)에 부가되는, 이미지 프로세싱 소프트웨어를 가지는 비전 모듈(vision module)(미도시)이 실시간으로 컨베이어(60) 위의 물체들의 이동(shift), 이러한 요소들의 전달, 및 마지막으로 기판 상의 전체 드로잉(drawing)을 추적할 수 있다. 이러한 비전 모듈은 또한 컴팩트 필름 상에 퇴적되는 물체들 사이의 기하학적 거리들을 산출할 수 있고 최적으로 이러한 거리들을 이론적으로 사전 프로그램된 도면에 비교함으로써 퇴적된 물체들의 적절한 위치 선정을 검증할 수 있다.
물론, 지금까지 비제한적 예제들에 의해 설명된 본 발명에 대해 당해 기술분야에서 숙련된 자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있을 것이다.

Claims (16)

  1. 물체들(50)을 바람직하게는 움직이는 기판(38) 상에 전달하는 방법으로서, 상기 방법은 컨베이어(conveyor)를 형성하는 캐리어 액체(carrier liquid)(16)를 포함하는 전달 영역(14)을 이용하여 실행되고, 상기 물체들(50)은 상기 전달 영역의 상기 캐리어 액체(16) 상에 플로팅된(floating) 입자들(4)의 컴팩트 필름(compact film)에 의해 고정되며, 상기 전달 영역 내에서, 상기 물체들(50)은 상기 물체들(50) 및 상기 입자들(4)의 상기 필름이 배출구(26)에 도달할 때에 상기 기판(38) 상에 전달되도록 상기 입자들(4)의 상기 필름과 함께 옮겨지고(displaced),
    상기 방법은 또한 상기 물체들(50) 중 적어도 하나에 접촉하는 적어도 하나의 커넥터(74)를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 커넥터는 상기 전달 영역(14) 내에 배치된 상기 물체와 접촉하도록 위치한 중합 가능 화합물(polymerisable compound)(72)을 포함하는 물질을 이용하여, 이어서, 상기 물질(72)의 중합 반응에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 커넥터(74)는 상기 물체들(50) 중 적어도 두 개의 사이에서, 상기 전달 영역(14) 내에 서로 이격되어 있는 상기 두 물체들(50)을 연결하도록 상기 입자들(4)의 상기 필름에 적용된, 중합 가능 화합물(72)을 포함하는 상기 물질을 이용하여, 이어서, 상기 물질의 중합 반응에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 커넥터(74)는 상기 물체들(50) 중에 서로의 위에 적층되도록 의도된 적어도 두 개 사이에서, 상기 전달 영역(14) 내에 배치된 상기 물체들 중 하나에 적용된 중합 가능 화합물(72)을 포함하는 상기 물질을 이용하여, 이어서, 상기 물질의 중합 반응에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 기판(38)은 물체(50)의 하부 표면과 상기 입자들(4)의 상기 컴팩트 필름 사이에 형성된 적어도 하나의 커넥터(74)를 수용(house)하도록 의도된 적어도 하나의 쓰루홀(through-hole)(76)이 제공된 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 커넥터(74)는 전기적, 열적, 광학적, 압전 또는 기계적 커넥터인 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    적어도 하나의 커넥터(74)는 상기 물체들 중 적어도 하나의 상부 표면에 매칭하는(matching) 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    적어도 하나의 커넥터(74)는 상기 물체들 중 적어도 하나의 하부 표면과 상기 입자들(4)의 상기 컴팩트 필름 사이에 상기 하부 표면이 개재(interposed)됨으로써, 상기 하부 표면에 매칭하는 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 물질(72)은 액체 또는 페이스트(paste) 형태인 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 물질(72)은 소수성(hydrophobicity)을 가지는 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 물질(72)은 실리콘 수지(resin), 에폭시 수지 및/또는 폴리우레탄 수지에 기초하는 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 물질(72)은 다음의
    - 카본 블랙(carbon black);
    - 카본 나노튜브들(carbon nanotubes);
    - 그래핀(graphene);
    - 파이버들(fibers), 예를 들어, 카본, 강철(steel), 알루미늄, 구리 파이버들;
    - 금속 파우더들(metal powers); 및
    - 금속 산화물들(metal oxides)의 소재들로부터 선택된 적어도 일부 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    전달될 상기 물체들(50) 중 적어도 하나는 상기 전달 영역(14) 내에서, 상기 입자들의 상기 필름에 의해 포위되도록(enclosed), 컨베이어를 형성하는 상기 캐리어 액체(16) 상에 플로팅되게 위치하는 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    전달될 상기 물체들(50) 중 적어도 하나는 상기 전달 영역(14) 내에서, 상기 물체를 지탱하는 입자들의 침강(depression)이 상기 캐리어 액체(16) 내에 발생하도록, 사전에 형성된 상기 입자들(4)의 상기 컴팩트 필름 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    전달될 각 물체(50)는 0.2 cm 보다 큰 치수(large dimension)를 가지는 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    전달될 각 물체(50)는 실리콘 칩들, 마이크로-배터리 셀들, 유기 전자 부품들, 금속 소자들, 광전지 셀들, 배터리 셀들 및 마이크로-배터리 셀들로 구성된 그룹에서 선택되는 요소인 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 방법은 입자들의 순환을 위해, 상기 전달 영역의 인입구에 부착된 경사 램프(12)를 이용하고, 상기 캐리어 액체(16)가 또한 상기 경사 램프(12) 상에서 순환되는 것이 의도되는 것을 특징으로 하는 물체들을 기판 상에 전달하는 방법.
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