KR20160108167A - 광학 도파관을 갖는 무금속 모놀리식 에피택시 그래핀-온-다이아몬드 pwb - Google Patents

광학 도파관을 갖는 무금속 모놀리식 에피택시 그래핀-온-다이아몬드 pwb Download PDF

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KR20160108167A
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poly
polycrystalline diamond
layer
optical waveguide
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데이비드 지. 핀들리
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록히드 마틴 코포레이션
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Abstract

일부 실시예에 따르면, 장치는 다결정질 다이아몬드로 이루어진 회로 기판을 포함한다. 회로 기판은 프리세라믹 폴리머 층의 열융해에 의해 형성된다. 회로 기판 내에 형성되는 복수의 튜브는 회로 기판의 하나 이상의 표면에 복수의 단자를 포함한다. 각 튜브는 각 튜브가 전류를 전도할 수 있도록 작동 가능한 그래핀 층을 포함한다. 그래핀의 각 층은 900℃ 이상인 온도에서 다결정질 다이아몬드 회로 기판의 열융해에 의해 형성된다. 또한, 상기 장치는 회로 기판 내에 형성된 복수의 광학 도파관을 포함한다. 각 광학 도파관은 다결정질 다이아몬드에 의해 둘러싸인 다결정질 실리콘 카바이드의 코어를 포함한다. 다결정질 다이아몬드는 폴리(히드리도카르빈)의 열융해에 의해 형성되고 실리콘 카바이드는 폴리(메틸실린)의 열융해에 의해 형성된다.

Description

광학 도파관을 갖는 무금속 모놀리식 에피택시 그래핀-온-다이아몬드 PWB{METAL-FREE MONOLITHIC EPITAXIAL GRAPHENE-ON-DIAMOND PWB WITH OPTICAL WAVEGUIDE}
본 발명은 일반적으로 3-차원(3-D) 프린팅에 관한 것이며, 특히 다이아몬드 형성 프리-세라믹 폴리머(diamond forming pre-ceramic polymer)를 이용하여 인쇄 배선 기판(printed wiring board)(PWB)을 3-D 프린팅하는 것에 관한 것이다.
3-차원(3-D) 프린팅은 물품을 "축조(building up)"함으로써 물품의 제조를 가능케 하는 부가식 제조 공정(additive manufacturing process)이다. 벌크 재료로부터 재료를 제거하여 물품의 형상을 형성하는 기계가공과 같은 삭감식 기술(subtractive technique)에 대비하여, 3-D 프린팅은 재료의 연속 층을 적층함으로써 물품의 형상을 형성한다. 3-D 프린팅에 사용되는 전형적인 재료는 플라스틱, 세라믹, 및 금속을 포함할 수 있다.
인쇄 배선 기판(PWBs) 또는 회로 기판은 컴퓨터 칩과 같은 전자 장치를 연결하는데 일반적으로 사용된다. PWBs는 통상적으로 구리와 같은 금속의 층 및 플라스틱의 층으로 구성된다.
일부 실시예에 따르면, 장치는 다결정질 다이아몬드로 이루어진 회로 기판을 포함한다. 회로 기판은 프리세라믹 폴리머 층의 열융해에 의해 형성된다. 복수의 튜브가 회로 기판 내에 형성되고 회로 기판의 하나 이상의 표면에 복수의 단자를 포함한다. 각 튜브는 각 튜브가 전류를 전도할 수 있도록 작동 가능한 그래핀 층을 포함한다. 각각의 그래핀 층은 900℃ 이상인 온도에서 다결정질 다이아몬드 회로 기판의 열융해에 의해 형성된다. 또한, 상기 장치는 회로 기판 내에 형성된 복수의 광학 도파관을 포함한다. 각 광학 도파관은 다결정질 다이아몬드에 의해 둘러싸인 다결정질 실리콘 카바이드의 코어를 포함한다. 다결정질 다이아몬드는 폴리(히드리도카르빈)의 열융해에 의해 형성되고 실리콘 카바이드는 폴리(메틸실린)의 열융해에 의해 형성된다.
특정 실시예의 기술적 장점은 다이아몬드 물품을 형성하기 위해 3-D 프린터 내에서 다이아몬드 형성 프리-세라믹 폴리머를 이용하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예는 여러 유형의 프리-세라믹 폴리머의 층을 적층함으로써 물품을 형성하는 방법을 제공할 수 있다. 일부 실시예의 추가적인 기술적 장점은 주로 다결정질 다이아몬드로 구성되는 회로 기판의 형성을 포함할 수 있다. 일부 실시예의 다른 기술적 장점은 다결정질 다이아몬드 회로 기판 내에서의 광학 도파관의 형성을 포함할 수 있다. 다른 기술적 장점은 후속하는 도면, 설명 및 청구항으로부터 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확해질 것이다. 또한, 특정한 장점이 위에서 열거되었지만, 다양한 실시예는 열거된 장점의 전부 또는 일부를 포함할 수 있으며 또는 아무것도 포함하지 않을 수도 있다.
본 발명 및 본 발명의 특징 및 장점에 대한 더욱 완전한 이해를 돕기 위해, 첨부된 도면과 함께 취해진 후속하는 설명이 참조된다.
도 1은 특정 실시예에 따른 3-D 프린터의 일 예를 도시한다.
도 2는 특정 실시예에 따른, 세라믹 파우더 내에 도 1의 3-D 프린터에 의해 프린팅되는 물품을 도시한다.
도 3은 특정 실시예에 따른, 도 2에 도시된 3-D 프린팅된 물품의 종단면을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 특정 실시예에 따른, 도 2에 도시된 3-D 프린팅된 물품의 횡단면을 도시한다.
도 5a는 프리-세라믹 폴리머 폴리(히드리도카르빈)의 화학적 구조를 도시한다.
도 5b는 프리-세라믹 폴리머 폴리(메틸실린)의 화학적 구조를 도시한다.
도 6은 특정 실시예에 따른, 프리-세라믹 폴리머를 이용한 세라믹 파우더 내에서 3-D 물품을 프린팅하는 방법을 도시한다.
도 7은 특정 실시예에 따른, 3-D 프린터를 이용하여 프린팅될 수 있는 다결정질 다이아몬드 인쇄 배선 기판(PWB)의 예시적 실시예를 도시한다.
도 8은 특정 실시예에 따른, 도 7의 다결정질 다이아몬드 PWB의 예시적 단면을 도시한다.
도 9는 특정 실시예에 따른, 도 7의 PWB의 전기 전도성 상호연결부의 예시적 기하학적 형상을 도시한다.
도 10은 특정 실시예에 따른, 도 7의 PWB를 프린팅하기 위한 예시적 방법(1000)을 도시한다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 특정 실시예에 따른, 광학 도파관의 예시적 단면을 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 특정 실시예에 따른, 다결정질 다이아몬드 PWB 내에서 광학 도파관을 프린팅하기 위한 예시적 방법이 도시된다.
도 13은 특정 실시예에 따른, 도 1의 3-D 프린터를 제어하는데 사용될 수 있는 예시적 컴퓨터 시스템을 도시한다.
본 발명의 실시예 및 그 장점은 도 1 내지 도 13을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있는데, 다양한 도면의 유사하고 대응되는 부분에 대해서는 유사한 도면 부호가 사용된다.
다이아몬드는 많은 독특한 특성을 갖는 원소 탄소의 한 형태이다. 다이아몬드는 가장 경질로 알려진 재료에 속해 있고, 높은 융점 및 비등점을 갖고, 전기 절연체일뿐만 아니라 우수한 열전도체이다. 다이아몬드로부터 만들어진 물품은 이러한 특성의 장점을 취할 수 있다. 예컨대, 드릴 비트, 톱 또는 칼과 같은 다이아몬드로부터 만들어진 공구는 다이아몬드의 경도로 인해 종래의 재료로 이루어진 공구보다 더 내구력이 있을 수 있다. 다이아몬드는, 다이아몬드 나노입자 형태의 파우더로서 제조되는 것 및 프리-세라믹 폴리머의 열분해로부터 제조되는 것을 포함하는 다양한 방식으로 제조될 수 있다.
본 개시 내용의 교시로부터, 프리-세라믹 폴리머 및 나노입자 파우더를 이용한 3-차원(3-D) 프린팅 기술을 이용함으로써 다양한 유용한 형상으로 다양한 세라믹으로 이루어진 물품을 생성할 수 있다는 것을 알 수 있다. 특히, 다이아몬드 형성 프리-세라믹 폴리머 및 다이아몬드 나노입자 파우더를 이용한 3-D 프린팅 기술을 이용함으로써, 다양한 형상의 다이아몬드 물품을 생성할 수 있다. 예컨대, 다이아몬드 형성 프리-세라믹 폴리머 및 다이아몬드 나노입자 파우더를 이용한 3-D 프린팅을 이용하면, 거의 모든 기하학적 형상을 갖는 다이아몬드 드릴 비트가 프린팅될 수 있다. 다른 예로서, 다이아몬드 형성 프리-세라믹 폴리머 및 다이아몬드 나노입자 파우더를 이용한 3-D 프린팅은 브레이크 패드 인서트, 항공전자기기 박스, 경량 장갑, 다이아몬드 투석 필터, 진공 마이크로-전자기기, 또는 임의의 다른 적절한 물품을 프린팅하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 상이한 프리-세라믹 폴리머 및 나노입자 파우더를 별개로 사용하거나 또는 다이아몬드 형성 프리-세라믹 폴리머 및 다이아몬드 나노입자 파우더에 추가하여 사용함으로써, 프린팅된 물품의 특성은 다양한 설계 목적에 맞게 변화될 수 있다. 또한, 본 개시 내용의 교시로 인해, 소결되지 않은 나노입자 파우더가 3-D 프린팅 공정 동안 물품을 지지하기 위해 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이하는 나노입자 필러와 함께 프리-세라믹 폴리머를 이용한 3-D 프린팅의 방법 및 시스템을 설명한다.
본 개시 내용의 교시로 인해, 프리-세라믹 폴리머와 함께 3-D 프린팅 기술을 이용함으로써 다이아몬드 인쇄 배선 기판(PWB)을 생성할 수 있다는 것을 알 수 있다. 다이아몬드 PWB는 PWB에 통상적으로 사용되는 재료와 비교할 때, 다이아몬드의 낮은 밀도 및 높은 열전도성으로 인해 다양한 기술적 장점을 가질 수 있다. 또한, 다이아몬드의 기판 광학 및 적외 투과도(transparency)는 PWB 내에서 광학 및 적외 데이터 경로(즉, 도파관)을 촉진하는데 사용될 수 있다.
도 1은 3-D 프린터(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 3-D 프린터(100)는 프린트 헤드(110) 및 롤러(120)를 포함한다. 롤러(120)는 세라믹 파우더(125)의 층을 용기(160) 내로 적층한다. 프린트 헤드(110)는 세라믹 파우더(125)의 층 상으로 용매에 용해된 프리-세라믹 폴리머(115)를 적층한다. 일부 실시예에서, 3-D 프린터(100)는 3-D 프린터(100)에 명령어를 제공함으로써 물품의 프린팅을 제어하는 컴퓨터 시스템(150)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(150)은 3-D 프린터(100)의 외부에 있을 수 있거나 3-D 프린터(100)에 통합될 수 있다. 컴퓨터 시스템의 특정 실시예가 도 7에 관하여 이하에 더욱 상세하게 설명된다.
일반적으로, 3-D 프린터(100)의 특정 실시예는 롤러(120) 및 프린트 헤드(110)를 사용하여 3-D 다이아몬드 물품을 프린팅한다. 예컨대, 3-D 프린터(100)는 롤러(120)에 의해 용기(160) 내로 적층된 세라믹 파우더(125)의 층 상으로 프린트 헤드(110)를 통해 프리-세라믹 폴리머(115)의 연속 층을 적층시킴으로써 도 2에 도시된 3-D 물품(200)을 프린팅할 수 있다. 구체적으로는, 롤러(120)는 초기에 용기(160) 내로 세라믹 파우더(125)의 제1 층을 적층시킬 수 있다. 이후, 프린트 헤드(110)는 원하는 3-D 물품의 "슬라이스" 또는 제1 단면의 형상으로, 세라믹 파우더(125)의 제1 층 상으로 프리-세라믹 폴리머(115)의 제1 층을 적층시킬 수 있다. 특정 시간 후에, 롤러(120)는 프리-세라믹 폴리머(115)의 제1 층 및 세라믹 파우더(125)의 제1 층의 상부에 세라믹 파우더(125)의 제2 층을 적층시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 특정 시간은 용매를 증발시키기에 충분할 수 있다. 이후, 프린트 헤드(110)는 제1 단면에 인접하며 제1 단면의 위에 있는 물품의 단면의 형상으로, 세라믹 파우더(125)의 제2 층 상으로 프리-세라믹 폴리머(115)의 제2 층을 적층시킬 수 있다. 세라믹 파우더(125) 및 프리-세라믹 폴리머(115)의 후속 층들이 프리-세라믹 폴리머(115)의 층들이 원하는 3-D 물품의 형상을 형성할 때까지 교호 방식으로 적층될 수 있다.
프리-세라믹 폴리머(115) 및 세라믹 파우더(125)의 모든 층이 세라믹 파우더(125) 내에 원하는 3-D 물품의 형상을 형성하도록 용기(160) 내로 적층되면, 용기(160)는 베이킹을 위한 노 안에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 베이킹은 불활성 분위기에서 일어날 수 있다. 베이킹 전에 잉여 파우더가 제거될 수 있는 다른 방법과 달리, 잉여 세라믹 파우더(125)[즉, 프리-세라믹 폴리머(115)로 분무되지 않은 세라믹 파우더(125)]는 베이킹 전에 제거되지 않으며 대신에 베이킹 공정 동안 용기(160) 내에 잔류한다. 이는 베이킹 동안 3-D 물품을 위한 지지를 제공함으로써 이전 공정들에 대해 추가적인 장점을 제공할 수 있다. 베이킹이 완료되고 냉각이 이루어진 후에는, 잉여 세라믹 파우더(125)는 원하는 3-D 다이아몬드 물품을 드러내기 위해 제거된다. 이후, 잉여 세라믹 파우더(125)는 재생 및 재사용되거나 폐기될 수 있다.
프린트 헤드(110)는 임의의 잉크 제트 또는 임의의 에어로졸 제트 프린트 헤드와 같은 임의의 상업적으로 구입 가능한 프린트 헤드일 수 있다. 사용되는 프린트 헤드(110)의 종류에 따라, 물품에 대해 상이한 크기의 형상부가 프린팅될 수 있다. 예컨대, 에어로졸 제트 프린트 헤드(110)는 10 미크론 정도로 작은 형상부가 프린팅되는 것을 허용할 수 있다. 프린트 헤드(110)는 적층된 프리-세라믹 폴리머(115)의 체적을 정확하게 제어할 수 있어서, 프리-세라믹 폴리머(115)가 세라믹 파우더(125)의 가장 최근 층을 통해 세라믹 파우더(125)의 이전에 적층된 층 내로 "흡수"되지 않는 것을 보장한다. 프린트 헤드(110)의 특정 실시예가 설명되었지만, 프리-세라믹 폴리머(115)를 세라믹 파우더(125) 상으로 적층시키는 임의의 적절한 시스템 또는 방법이 이용될 수도 있다. 예컨대, 3-D 프린터(100)의 특정 실시예는, 어떤 형태의 프린트 헤드(110)도 수반하지 않는, 프리-세라믹 폴리머(115)를 세라믹 파우더(125) 상으로 적층시키는 기술을 이용할 수 있다.
롤러(120)는 세라믹 파우더(125)의 층을 적층시키도록 동작 가능한 임의의 장치일 수 있다. 예컨대, 롤러(120)는 세라믹 파우더(125)의 호퍼에 의해 급송되는 롤러일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 롤러(120)는 세라믹 파우더(125)의 층을 균일하게 적층시킬 수 있는 노즐일 수 있다. 세라믹 파우더(125)를 적층시키는 특정 시스템이 설명되었지만, 세라믹 파우더(125)의 층을 적층시키는 임의의 적절한 시스템 또는 방법이 이용될 수 있다. 예컨대, 3-D 프린터(100)의 특정 실시예는, 어떤 형태의 롤러(120)도 수반하지 않으면서 세라믹 파우더(125)의 층을 적층시키는 기술을 이용할 수 있다.
일부 실시예에서, 프리-세라믹 폴리머(115)는 폴리(히드리도카르빈)("PHC"), 폴리(메틸실린)("PMS"), 또는 임의의 sp3-하이브리드형 폴리머일 수 있다. 프리-세라믹 폴리머(115)는 프리-세라믹 폴리머(115)의 분해 또는 열분해 온도로 알려진 특정 온도 위에서 세라믹을 형성하도록 자체 반응[예컨대, 열분해(pyrolyze), 열융해(thermolyze), 또는 분해]할 수 있다. 일부 실시예에서, 프리-세라믹 폴리머(115)는 아세톤, 테트라히드로푸란, 톨루엔, 아세토니트릴, 비양성자성 용매 및 이들 용매 중 임의의 둘 이상의 혼합물 등과 같은 용매에 용해될 수 있다.
일부 실시예에서, 용매에 용해된 프리-세라믹 폴리머(115)의 층을 적층시킨 후, 3-D 프린터(100)는 세라믹 파우더(125)의 다른 층을 적층시키기 전에 용매가 증발할 수 있도록 미리 정해진 시간 동안 중지할 수 있다. 특정 실시예에서 프리-세라믹 폴리머(115)의 층은 비교적 얇기 때문에, 수초 이하의 중지가 용매를 증발시키기에 충분할 수 있다. 프리-세라믹 폴리머(115)의 각 층이 적층된 후 용매가 증발되게 함으로써, 세라믹 파우더(125) 및 프리-세라믹 폴리머(115)의 후속 층이 적층될 때 용매가 세라믹 파우더(125)에 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 이는 임의의 3-D 프린팅된 물품 내에 임의의 흑연 오염물이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
세라믹 파우더(125)는 임의의 적절한 나노입자 필러일 수 있다. 일부 실시예에서, 세라믹 파우더(125)는 이하의 파우더 중 임의의 하나 또는 혼합물일 수 있다: 데토네이션 나노다이아몬드("DND") 파우더, 실리콘 카바이드 파우더, 그래핀 나노-플레이트렛(nano-platelet) 파우더, 그래핀 옥사이드 나노-플레이트렛 파우더, 카본 나노튜브 파우더, 다양한 플러렌[예컨대, 벅민스터플러렌(Buckminsterfullerenes)], 보론 니트라이드 나노-플레이트렛 파우더, 카바이드 형성 금속 파우더, 또는 프리-세라믹 폴리머(115)의 분해 온도에서 소결하지 않는 임의의 다른 파우더. 카바이드 형성 금속의 예는 티타늄, 하프늄 및 텅스텐을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 세라믹 파우더(125)의 평균 입자 직경은 프리-세라믹 폴리머(115)의 콜로이드 입자 직경보다 작을 수 있다. 일부 실시예에서, 세라믹 파우더(125)의 평균 입자 직경은 30 나노미터 미만일 수 있다. 가능한 세라믹 파우더(125)의 일례인 DND는 불활성 분위기 내의 밀폐 공간에서의 폭발물의 폭발(detonation)에 의해 형성될 수 있다. 최종 나노다이아몬드는 2 나노미터와 20 나노미터 사이의 직경을 가질 수 있다. 처리를 통해, 4 나노미터 내지 5 나노미터의 직경을 갖는 나노다이아몬드의 파우더가 형성될 수도 있다. 데토네이션 나노다이아몬드는 대부분의 자연적으로 발생하는 다이아몬드의 입방 결정 구조와 유사한 입방 결정 구조를 갖는다.
일부 실시예에서, 3-D 프린터(100)는 컴퓨터 시스템(150)에 의해 제어될 수 있다. 컴퓨터 시스템(150)은 임의의 적절한 물리적 형태의 임의의 적절한 컴퓨터 시스템일 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터 시스템(150)은 3-D 물품의 디지털 표현을 저장할 수 있고 3-D 프린터(100)에 3-D 물품을 프린팅하기 위한 정보를 제공할 수 있다. 예컨대, 컴퓨터 시스템(150)은 물품의 3-D 컴퓨터 응용 설계(CAD) 모델을 저장할 수 있고 물품을 프린팅할 때 3-D 프린터(100)에 상기 모델을 제공할 수 있다.
컴퓨터 시스템(150)은 3-D 프린터(100)에 통합될 수 있거나, 3-D 프린터(100)에 연결될 수 있거나, 또는 3-D 프린터(100)에 통합될 뿐만 아니라 3-D 프린터(100)와 별개이기도 한 다수의 컴퓨터 시스템일 수도 있다. 일례로서 그리고 비제한적으로, 컴퓨터 시스템(150)은 가상 기계(VM), 임베디드 컴퓨터 시스템, 시스템-온-칩(SOC), 싱글-보드 컴퓨터 시스템(SBC)[예컨대, 컴퓨터-온-모듈(COM) 또는 시스템-온-모듈(SOM)], 데스크톱 컴퓨터 시스템, 랩톱 또는 노트북 컴퓨터 시스템, 메인프레임, 컴퓨터 시스템의 메쉬, 서버, 응용 서버, 또는 이들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 적절한 경우, 컴퓨터 시스템(150)은 하나 이상의 컴퓨터 시스템(150)을 포함할 수 있거나; 통합되거나 분산될 수 있거나; 다수의 위치에 걸쳐 있을 수 있거나; 다수의 기계에 걸쳐 있을 수 있거나; 또는 하나 이상의 네트워크의 하나 이상의 클라우드 컴포넌트를 포함할 수 있는 클라우드에 존재할 수 있다. 적절한 경우, 하나 이상의 컴퓨터 시스템(150)은 상당한 공간적 또는 시간적 제한 없이 본원에 기술 또는 도시된 하나 이상의 방법의 하나 이상의 단계를 실행할 수 있다. 일례로서 그리고 비제한적으로, 하나 이상의 컴퓨터 시스템(150)은 실시간으로 또는 일괄 모드(batch mode)로 본원에 기술 또는 도시된 하나 이상의 방법의 하나 이상의 단계를 실행할 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 시스템(150)은 적절한 경우 상이한 시간에 또는 상이한 위치에서 본원에 기술 또는 도시된 하나 이상의 방법의 하나 이상의 단계를 실행할 수 있다. 컴퓨터 시스템(150)의 특정 실시예가 도 7을 참고하여 이하에서 더 상세하게 기술된다.
도 2는, 잉여 세라믹 파우더(125) 내에서 3-D 프린터(100)에 의해 프린팅된 3-D 프린팅된 물품(200)의 일례를 도시한다. 세라믹 파우더(125) 및 프리-세라믹 폴리머(115)의 모든 층이 적층되었을 때, 프리-세라믹 폴리머(115)가 적층된 세라믹 파우더(125)의 체적은 세라믹 파우더(125) 내에서 물품(200)의 형상이 될 것이다. 프리-세라믹 폴리머(115)는, 프린트 헤드(110)가 프리-세라믹 폴리머(115)를 적층시킨 영역에서 세라믹 파우더(125)를 함께 결합하는 바인더로서 작용할 수 있다. 나머지 잉여 세라믹 파우더(125)는 물품을 위한 지지부로서 작용할 수 있다. 예컨대, 잉여 세라믹 파우더(125)는 물품(200)의 얇은 단면을 붕괴되지 않도록 유지시킬 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 3-D 프린팅된 물품(200)의 종단면(300)의 일례를 도시한다. 종단면(300)은, 세라믹 파우더(125)의 후속 층 위에 적층될 때 프리-세라믹 폴리머(115)의 패턴이 물품(200)의 형상을 어떻게 형성하는지를 도시한다. 도 3은 또한 도 4a 및 도 4b에 도시된 횡단면(310 및 320)을 포함한다. 횡단면(310)은 도 2에 도시된 물품(200)의 저부 부근에 적층될 수 있는 프리-세라믹 폴리머(115)의 횡단면에 대응한다. 횡단면(320)은 도 2에 도시된 물품(200)의 상부 부근에 적층될 수 있는 프리-세라믹 폴리머(115)의 횡단면에 대응한다.
도 5a는 일부 실시예에서 프리-세라믹 폴리머(115)에 사용될 수 있는 폴리(히드리도카르빈)의 화학 구조를 도시한다. 폴리(히드리도카르빈)은 불활성 분위기에서 예컨대 약 100℃와 800℃ 사이인 분해 온도까지 가열될 때 다이아몬드-형 카본 또는 다결정질 다이아몬드를 형성하도록 열분해될 수 있다. 특정 시간(예컨대, 12 내지 24 시간) 동안 분해 온도 이상에서 지속된 가열을 하면, 다이아몬드-형 카본은 어닐링되어 다결정질 다이아몬드를 형성할 수 있다. 폴리(히드리도카르빈)의 열분해에 의해 형성된 다이아몬드는 육방 결정 구조를 가질 수 있다. 육방 결정 구조를 갖는 다이아몬드는 론스달라이트로도 알려져 있다. 열분해 온도에서, 폴리(히드리도카르빈)은 세라믹 파우더(125)의 표면과 반응하여 그것에 결합될 수 있다. 예컨대, 세라믹 파우더(125)가 DND로 구성되는 경우, 폴리(히드리도카르빈)은 DND에 결합된 다결정질 다이아몬드를 형성하도록 반응할 수 있다. 결과적으로, 가열 후, 3-D 프린팅된 물품은 다결정질 다이아몬드로 구성될 것이다. 더 구체적으로는, 물품은 다결정질 육방 다이아몬드 내에 결합된 입방 결정 구조 DND로 구성될 수 있다. DND 및 폴리(히드리도카르빈)을 사용하는 3-D 프린팅에 의해, 완전히 고체 다이아몬드로 구성된 물품이 거의 모든 형상으로 프린팅될 수 있다. 예컨대, 석유 산업에서 사용되는 복잡한 기하학적 형상을 갖는 드릴 헤드 등과 같이 땅에 구멍을 뚫기 위해 사용되는 드릴 헤드가 DND 및 폴리(히드리도카르빈)을 사용하여 프린팅되어, 다결정질 다이아몬드 드릴 헤드를 형성할 수 있다.
카바이드-형성 금속 파우더가 세라믹 파우더(125)로서 사용되는 경우, 폴리(히드리도카르빈)은 금속 입자의 표면과 반응하여 금속 카바이드 본드를 형성할 수 있다. 예컨대, 텅스텐 파우더가 세라믹 파우더(125)로서 사용되는 경우, 가열 후의 3-D 프린팅된 물품은 다결정질 다이아몬드 매트릭스 내에 부유된 텅스텐 입자를 포함할 수 있는데, 이때 다결정질 다이아몬드는 텅스텐 카바이드 본드에 의해 텅스텐 입자의 표면에 결합되어 있다. 특정 실시예에서, 금속 입자는 폴리(히드리도카르빈)과 완전히 반응할 수 있어, 동질의 금속 카바이드를 형성할 수 있다.
도 5b는 일부 실시예에서 프리-세라믹 폴리머(115)에 사용될 수 있는 폴리(메틸실린)의 화학 구조를 도시한다. 폴리(메틸실린)은 예컨대 약 100℃와 800℃ 사이인 분해 온도까지 가열될 때 열분해되어 실리콘 카바이드를 형성할 수 있다. 열분해 온도에서, 폴리(메틸실린)은 세라믹 파우더(125)의 표면과 반응하여 그것에 결합될 수 있다. 예컨대, 세라믹 파우더(125)가 DND로 구성되는 경우, 폴리(메틸실린)은 DND에 결합된 실리콘 카바이드를 형성하도록 반응할 수 있다. 결과적으로, 가열 후, 3-D 프린팅된 물품은 실리콘 카바이드 매트릭스 내에서 입방 결정 구조 데토네이션 나노다이아몬드로 구성될 수 있는데, 이때 실리콘 카바이드는 데토네이션 나노다이아몬드의 표면에 결합되어 있다. 세라믹 파우더가 실리콘 카바이드 파우더를 포함하는 경우, 폴리(메틸실린)은 실리콘 카바이드 파우더에 결합된 실리콘 카바이드를 형성하도록 반응하여, 다결정질 실리콘 카바이드의 3-D 물품을 형성할 것이다.
예시적인 실시예의 작동에서, 3-D 프린터(100)는 세라믹 파우더(125) 및 프리-세라믹 폴리머(115)의 교호 층을 적층시킴으로써 물품(200)을 프린팅할 수 있다. 3-D 프린터(100)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 단면과 같은 프린팅되는 물품의 단면의 형상으로 프리-세라믹 폴리머(115)를 적층시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 프리-세라믹 폴리머(115) 및 세라믹 파우더(125)를 사용하는 물품(200)의 3-D 프린팅은 불활성 분위기에서 일어날 수 있다. 불활성 가스의 예는 아르곤, 질소, 네온, 제논 등을 포함하지만, 이들로 제한되지 않는다. 불활성 분위기에서 프리-세라믹 폴리머(115) 및 세라믹 파우더(125)의 층을 적층시킴으로써, 프린트 헤드(110)가 프리-세라믹 폴리머(115)를 적층시키지 않는 잉여 세라믹 파우더(125) 및 물품(200)에 산소가 혼입되는 것이 방지되고 또한 프리-세라믹 폴리머(115)의 산화가 방지될 수 있다.
3-D 프린터(100)가 세라믹 파우더(125) 및 프리-세라믹 폴리머(115)의 모든 층을 적층시킨 후, 물품(200) 및 잉여 세라믹 파우더(125)는 프리-세라믹 폴리머(115)의 분해 온도 이상 및 세라믹 파우더(125)의 소결 온도 미만의 온도까지 베이킹될 수 있다. 일부 실시예에서, 이 온도 범위는 약 100℃와 800℃ 사이일 수 있다. 특정 실시예에서, 3-D 프린터(100)는 프리-세라믹 폴리머(115) 및 세라믹 파우더(125)의 프린팅된 층을 베이킹하기 위한 히터 또는 오븐을 통합할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 프리-세라믹 폴리머(115) 및 세라믹 파우더(125)의 프린팅된 층은 프린팅 후 베이킹을 위해 오븐으로 이동될 수 있다. 예컨대, 일부 실시예에서 프리-세라믹 폴리머(115) 및 세라믹 파우더(125)의 층은 용기(160)에 적층될 수 있고, 용기(160)는 프린팅 후 베이킹을 위해 오븐으로 이동될 수 있다. 대안적 실시예에서, 광학적 광-열분해(optical photo-pyrolysis)가 프리-세라믹 폴리머(115)의 각각의 전체 프린팅된 층을 "노출" 또는 열분해하는데 사용될 수도 있다. 이 실시예에서, 상기 층은 각각의 광-열분해 노출 도중 다이아몬드형 카본 및/또는 다이아몬드로 층층이(layer-by-layer) 변환되기 때문에, 최종 아이템을 베이킹할 필요가 없다.
일부 실시예에서, 베이킹은 세라믹 파우더(125)가 파우더로 유지될 수 있고 프리-세라믹 폴리머(115)가 분해되는 임의의 온도에서 발생한다. 예컨대, 베이킹은 약 100℃와 약 800℃ 사이인 분해 온도에서 발생할 수 있다. 예컨대, 베이킹은 적어도 100℃ + 또는 - 0% 내지 1%, 1% 내지 5%, 5% 내지 10%, 또는 10% 내지 20%, 그러나 800℃ + 또는 - 0% 내지 1%, 1% 내지 5%, 5% 내지 10%, 또는 10% 내지 20% 미만인 온도에서 발생할 수 있다. 특정 베이킹 온도가 개시되었지만, 프리-세라믹 폴리머(115)가 분해되는 한편 세라믹 파우더(125)는 파우더로 유지되는 임의의 적절한 온도[즉, 세라믹 파우더(125)가 자체적으로 소결하지 않는 임의의 온도]가 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
일부 실시예에서, 베이킹은 질소, 아르곤, 제논, 네온 등과 같은 불활성 분위기에서 발생한다. 불활성 분위기에서의 베이킹은 프린팅된 프리-세라믹 폴리머(115) 및 세라믹 파우더(125)가 공기 중의 임의의 산소와 반응하는 것을 방지할 수 있다. 일부 실시예에서, 3-D 프린터(100)가 산소가 존재하는 상황에서 물품을 프린팅하는 경우, 산소는 베이킹 전에 프린팅된 프리-세라믹 폴리머(115) 및 세라믹 파우더(125)로부터 부가적으로 또는 대안적으로 제거될 수 있다. 베이킹 전에 혼입된 산소를 제거하기 위해, 프린팅된 프리-세라믹 폴리머(115) 및 세라믹 파우더(125)는 산소가 확산되어 나갈 수 있도록 진공 또는 불활성 분위기에 배치될 수 있다. 혼입된 산소의 제거는 긴 시간(예컨대, 24시간까지)이 걸릴 수 있다. 프린팅된 프리-세라믹 폴리머(115) 및 세라믹 파우더(125)로부터 산소를 제거하기 위해 필요한 시간의 양을 고려해 볼 때, 3-D 프린팅 프로세스를 더 신속하게 처리하기 위해 불활성 분위기에서의 3-D 프린팅이 바람직할 수 있다.
상술한 바와 같이, 분해 온도는 약 100℃와 약 800℃ 사이일 수 있다. 프리-세라믹 폴리머(115)는 이 온도에서 자체적으로 그리고 세라믹 파우더(125)의 입자의 표면과 반응할 수 있다. 이 온도 범위에서, 세라믹 파우더(125)의 입자는 소결되지 않을 것이고, 이는 세라믹 파우더(125)의 입자가 세라믹 파우더(125)의 다른 입자와 반응하지 않거나 세라믹 파우더(125)의 다른 입자에 결합하지 않는 것을 의미한다. 따라서, 세라믹 파우더(125)는 프리-세라믹 폴리머(115)가 분해되는 온도에서 파우더로 유지될 수 있다. 프리-세라믹 폴리머(115)와 접촉하지 않는 잉여 세라믹 파우더(125)는 가열 동안 프린팅된 물품을 위한 지지부로서 작용할 수 있다.
프리-세라믹 폴리머(115)를 포함하는 세라믹 파우더(125)를 가열한 후, 잉여 세라믹 파우더는 물품으로부터 제거될 수 있다. 잉여 세라믹 파우더는 재생되어 다른 3-D 물품을 프린팅하는데 사용될 수 있다. 3-D 프린터(100)는 브러쉬, 진공, 압축 공기, 또는 임의의 다른 적절한 수단을 이용하여 3-D 다이아몬드 물품으로부터 잉여 세라믹 파우더(125)를 제거할 수 있다. 잉여 세라믹 파우더(125)는 또한 가열 후에 수동으로 제거될 수 있다.
일부 실시예에서, 3-D 프린터(100)는 세라믹 파우더(125)의 층 및 프리-세라믹 폴리머(115)의 층을 연속적으로 프린팅할 수 있다. 이러한 실시예에서, 3-D 프린터(100)는 다수의 층을 연속적으로 프린팅하기 위해서 다수의 롤러(120) 및 프린트 헤드(110)를 가질 수 있다. 다수의 롤러(120) 및 프린트 헤드(110)는 프린팅된 층을 가열하기 위한 히터 또는 오븐으로 직접 급송하는 이동 라인에 순차적으로 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 프린팅된 물품은 오븐으로부터 나올 때 권취될 수 있는 프린팅된 직물과 같은 얇은 연속 물품일 수 있다.
일부 실시예에서, 3-D 프린터(100)는 다수의 세라믹 파우더(125) 및 프리-세라믹 폴리머(115)를 사용하여 물품(200)을 프린팅할 수 있다. 상이한 세라믹 파우더(125)의 사용은 상이한 특성을 갖는 물품을 생산할 수 있다. 세라믹 파우더(125)의 선택에 따라 결정되는 특성은 프린팅된 물품의 인성(toughness), 경도, 항복 강도, 밀도, 마찰, 전기 전도도, 열 전도도, 열 팽창 계수, 광 투과도, 굴절률, 또는 다른 물리적인 특성을 포함한다. 예컨대, 카본 나노튜브 파우더를 사용한 물품의 프린팅은 DND를 사용하여 프린팅된 물품보다 더 강인한 물품을 초래하고, 한편 DND를 사용하여 프린팅된 물품은 카본 나노튜브 파우더를 사용하여 프린팅된 물품보다 더 경질일 수 있다.
일부 실시예에서, 특정 세라믹 파우더(125)는 또한 물품(200)의 원하는 특성을 조율하도록 혼합될 수 있다. 예컨대, 카본 나노튜브 및 DND의 혼합물이 원하는 수준의 인성 및 경도를 갖는 물품(200)을 생성하기 위해 세라믹 파우더(125)로서 사용될 수 있다. 부가적으로, 롤러(120)는 상이한 세라믹 파우더(125)의 층을 적층시킬 수 있다. 예컨대, 롤러(120)는 DND의 제1 층을 적층시킬 수 있고, 그 뒤에 벅민스터플러렌의 층이 적층된다. 상이한 세라믹 파우더(125)의 층의 적층은 원하는 특성을 갖는 물품의 프린팅을 가능케 한다. 예컨대, 경질인 특성과 강인한 특성이 교호하는 층을 갖는 물품의 프린팅은 장갑으로서 요구되는 특성을 갖는 물품의 생성을 가능케 한다. 일례로서, 다이아몬드 및 금속 카바이드의 교호 층을 갖는 장갑이 프린팅될 수 있다.
일부 실시예에서, 프린트 헤드(110)는 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린) 양자 모두를 적층시켜 물품(200)을 프린팅할 수 있다. 예컨대, 폴리(히드리도카르빈)은 물품의 일부 층을 프린팅하기 위해 사용될 수 있고, 폴리(메틸실린)은 물품의 다른 층을 프린팅하기 위해 사용될 수 있다. 유사하게, 폴리(히드리도카르빈)은 물품의 일 단면을 프린팅하기 위해 사용될 수 있고, 폴리(메틸실린)은 다른 단면을 프린팅하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 폴리(히드리도카르빈)은 도 2에 나타낸 물품(200)의 손잡이 부분을 프린팅하기 위해 사용될 수 있고, 폴리(메틸실린)은 물품(200)의 컵 부분을 프린팅하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 폴리(히드리도카르빈)은 제1 종류의 세라믹 파우더(125)의 층에 프린팅될 수 있고, 폴리(메틸실린)은 제2 종류의 세라믹 파우더(125)의 층에 프린팅될 수 있다. 여러 종류의 세라믹 파우더(125)와 폴리(메틸실린) 및 폴리(히드리도카르빈) 양자 모두를 사용한 물품(200)의 프린팅은 다른 방법으로는 제조하기가 곤란한 물품의 생성을 가능케 할 수 있다. 예컨대, 구조 요소 및 통합식 전자 소자(integral electronic element) 양자 모두를 갖는 물품이 프린팅될 수 있다. 예컨대, 미사일 레이돔이 고온에서 다이아몬드의 산화를 방지하기 위해 실리콘 카바이드 외부 코팅을 갖도록 다이아몬드로 프린팅될 수 있다. 그러한 레이돔은 도 7에 도시된 바와 같이 인쇄 배선 기판(PWB)의 요소들을 통합할 수 있다. 예컨대, 레이돔은 그러한 내부 그래핀-코팅 튜브들을 상호 연결할 수 있어서, 통합식 무선 주파수 안테나 및 내부 레이돔 표면 상으로 직접 배치되는 데이터 처리 칩을 갖는 다른 내부 그래핀으로 작용한다. 이러한 물품은 레이돔의 구조를 형성하기 위해 DND 및 폴리(히드리도카르빈)의 층을 이용하여, 그리고 레이돔의 외측 표면을 형성하기 위해 실리콘 카바이드 파우더 및 폴리(메틸실린)을 이용하여 프린팅될 수 있다.
도 6은 프리-세라믹 폴리머를 사용하여 세라믹 파우더에 물품(200) 등의 3-D 물품을 프린팅하는 방법(600)을 도시한다. 방법(600)은 3-D 프린터(100)에 의해 실행될 수 있다. 방법(600)은 세라믹 파우더의 층이 적층되는 단계(605)에서 시작된다. 일부 실시예에서, 세라믹 파우더의 층은 롤러(120)와 같은 장치 또는 임의의 다른 적절한 방법에 의해 적층된다. 일부 실시예에서, 단계(605)에서 적층된 세라믹 파우더는 상술한 세라믹 파우더(125)일 수 있다. 일부 실시예에서, 세라믹 파우더는 상기 용기(160) 등의 용기에 적층될 수 있다.
단계(610)에서, 프리-세라믹 폴리머의 층이 단계(605)에서 적층된 세라믹 파우더의 층 위에 원하는 물품의 단면 형상으로 적층된다. 일부 실시예에서, 프리-세라믹 폴리머는 프린트 헤드(110) 또는 임의의 다른 적절한 장치에 의해 단계(610)에서 적층된다. 일부 실시예에서, 프리-세라믹 폴리머는 상기 프리-세라믹 폴리머(115)이다. 단계(610)에서 프리-세라믹 폴리머를 적층시킨 후, 방법(600)의 일부 실시예는 프리-세라믹 폴리머 내의 임의의 용매가 증발되는 것을 허용하기 위해 중지될 수 있다.
단계 (620)에서, 물품을 형성하는데 필요한 프리-세라믹 폴리머의 모든 층이 적층되지 않았으면, 3-D 프린터(100)는 프린팅될 다음 단면을 선택할 것이고 세라믹 파우더의 새로운 층이 적층되는 단계(605)로 되돌아갈 것이다. 단계(610)에서, 프리-세라믹 폴리머(115)는 물품의 다음 단면의 형상으로 적층된다. 모든 단면이 프린팅되었을 때, 방법(600)은 단계(640)로 진행된다.
단계(640)에서, 프린팅된 세라믹 파우더 및 프리-세라믹 폴리머는 프리-세라믹 폴리머의 분해 온도 이상에서 가열된다. 이 온도에서, 프리-세라믹 폴리머는 세라믹을 형성하도록 반응할 수 있고 세라믹 파우더에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(640)는 상술한 바와 같이 불활성 분위기에서 일어난다. 특정 실시예에서, 광학적 광-열분해가 프리-세라믹 폴리머의 각각의 전체 프린팅된 층을 "노출" 또는 열분해하는데 사용될 수 있다. 그러한 실시예에서, 상기 층은 각각의 광-열분해 노출 도중 다이아몬드형 카본 및/또는 다이아몬드로 층층이 변환되기 때문에, 최종 아이템을 베이킹할 필요가 없다.
단계(640)에서의 가열 후, 방법(600)의 일부 실시예는 반응된 프리-세라믹 폴리머와 접촉하지 않는 잉여 세라믹 파우더가 제거되는 단계(650)로 진행된다. 일부 실시예에서, 잉여 파우더는 기계적으로[예컨대, 3-D 프린터(100)에 의해] 제거되거나 수동적으로 제거될 수 있다. 일부 실시예에서, 잉여 세라믹 파우더는 재생되거나 폐기된다.
프린팅, 가열 및 잉여 세라믹 파우더의 제거 후, 물품은 사용을 위한 물품을 준비하기 위해 추가적인 가공 단계를 거칠 수 있다. 후-프린팅 처리의 예는 물품을 페인팅하는 것, 물품을 연마하는 것, 물품의 표면을 화학적으로 불활성이 되게 하거나 화학적으로 활성이 되게 하기 위해 물품의 표면을 처리하는 것, 및 다수의 프린팅된 물품으로부터의 다른 물품 또는 장치를 조립하는 것을 포함할 수 있다.
도 7은 특정 실시예에 따른, 3-D 프린터(100)을 이용하여 프린팅될 수 있으며 종종 인쇄 배선 기판(PWB)으로 지칭되는 회로 기판(700)의 예시적 실시예를 도시한다. 회로 기판(700)은 부착부 패드(720), 상호연결부(721)("튜브"), 상호연결부 단자(722), 튜브 개방부(731), 핀(fin)(740) 및 커패시터(751)를 포함한다. 부착부 패드(720)는 하나 이상의 상호연결부 단자(722)의 일 패턴을 수용할 수 있으며 커패시터, 레지스터, 컴퓨터 칩, 프로세서, 메모리 칩 또는 회로 기판(700)에 결합되는 다른 적절한 장치와 같은 임의의 전자 장치를 위한 부착 지점 역할을 한다.
상호연결부(721)는 상호연결부 단자(722)에 부착된 전자 장치들 사이에서 신호를 전도한다. 특정 실시예에서, 상호연결부(721)는 전기 신호 또는 전력을 전도할 수 있다. 다른 실시예에서, 상호연결부(721)는 도 11a 내지 도 11c를 참조하여 더욱 상세하게 후술되는 바와 같이, 광에 의해 전달되는 신호를 반송하는 광학 또는 적외 도파관일 수 있다. 상호연결부 단자(722)는 회로 기판(700)에 장착될 수 있는 컴퓨터 칩의 접촉을 위한 부착 지점을 제공한다. 튜브 개방부(731)는 상호연결부(721) 내의 압력이 주변 환경과 동일하게 될 수 있도록 대기로 개방될 수 있다. 일부 실시예에서, 일부 상호연결부(721)는 튜브 개방부(731)를 가질 수 있으며, 일부 상호연결부(721)는 튜브 개방부(731)를 갖지 않을 수 있다. 핀(740)은 회로 기판(700)으로부터 멀리 열을 전도하고 회로 기판(700) 또는 회로 기판(700)에 부착된 임의의 구성 요소로부터 발생된 열을 주변 환경으로 전달하는 역할을 할 수 있다. 커패시터(751)는 회로 기판(700)의 생산 도중 회로 기판(700) 내에 형성되는 커패시터일 수 있다. 커패시터(751)는 7000 V/미크론인 다이아몬드의 높은 유전체 상수를 이용할 수 있다.
일반적으로, 회로 기판(700)은 컴퓨터 칩과 같은 전자 장치가 부착되는 컴퓨터 회로 기판일 수 있다. 회로 기판(700)은 실질적으로 다결정질 다이아몬드로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 다결정질 다이아몬드는 육방 다결정질 다이아몬드일 수 있다. 회로 기판(700)은 도 6을 참조하여 상술된 방법에 따른 3-D 프린터(100)에 의해 프린팅될 수 있다. 특정 실시예에서, 3-D 프린터(100)는 나노입자 필러를 사용하지 않고 프리-세라믹 폴리머(115)의 층을 적층함으로써 회로 기판(700)을 프린팅할 수 있다.
도 8은 특정 실시예에 따른, 회로 기판(700)의 예시적 단면(800)을 도시한다. 단면(800)은 회로 기판(700)의 프린팅 중 3-D 프린터(100)에 의해 프린팅되는 한 층을 대표할 수 있다.
특정 실시예에서, 상호연결부(721)는 전기를 전도할 수 있다. 전기 전도 상호연결부(721)는 도 9에 도시된 것과 같은, 임의 형상의 튜브일 수 있다. 이러한 튜브는 실질적으로 중공이며, 내부 지지 구조를 포함하는 다양한 내부 기하학적 형상을 가질 수 있다. 전기 전도 상호연결부(721)의 내측 표면은 그래핀의 층으로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 전도 상호연결부(721)의 내측 표면은 그래핀의 층을 덮는 다결정질 다이아몬드의 층으로 구성될 수 있어서, 그래핀의 층은 2개의 다결정질 다이아몬드 층들 사이에서 "개재"된다. 그래핀 층은 상호연결부(721)를 통해 전기를 전도할 수 있다. 특정 실시예에서, 그래핀은 2개의 다결정질 다이아몬드 층들 사이에 "개재"되는 경우에 더욱 효과적으로 전기를 전도할 수 있다. 다결정질 다이아몬드 층은 그래핀 층 내에서 포논을 구속하는 역할을 할 수 있다.
특정 실시예에서, 상호연결부(721)는 하나 이상의 튜브 개방부(731)를 가질 수 있다. 튜브 개방부(731)는 대기 또는 회로 기판(700)이 사용되는 임의의 다른 환경(예컨대 우주 또는 수중)에 개방될 수 있다. 튜브 개방부(731)는 상호연결부(721) 내의 압력을 외측 환경과 동일하게 할 수 있다. 압력의 동일화는 회로 기판이 압력이 변할 수 있는 환경에서 사용되는 경우에 회로 기판(700)에 대한 손상을 방지할 수 있다. 예컨대, 회로 기판(700)이 항공기 상에서 사용되는 경우, 튜브 개방부(731)는 상호연결부(721)의 내측 압력을 항공기 고도의 압력과 동일하게 할 수 있다. 특정 실시예에서, 상호연결부(721)는 임의의 전기 장치에 연결되지 않으며, 대신에 냉각 유체가 순환될 수 있는 냉각 통로의 역할을 할 수 있다. 이 실시예에서, 튜브 개방부(731)는 냉각 유체가 회로 기판(700)을 진출입하는 지점을 제공할 수 있다.
상호연결부(721)는 회로 기판(700)의 표면에 있는 단자(722)에서 종단한다. 단자(722)들은 부착부 패드(720)로 배열될 수 있다. 부착부 패드(720)는 회로 기판(700)에 대한 전자 장치를 위한 부착 지점 역할을 할 수 있다. 특정 실시예에서, 예컨대 부착부 패드(720)는 볼 그리드 어레이의 형상일 수 있는데, 이로 인해 표준 볼 그리드 어레이 인터페이스를 이용하는 전자 장치의 부착이 허용될 수 있다. 다른 실시예에서, 부착부 패드(720)는 상호연결부 단자(722)와 직접적인 경계를 형성할 수 있는 (예컨대, 전지적 전도성 강모(setae)인) 그래핀 연결 지점을 갖는 전기 장치로부터의 연결부를 수용할 수 있는 상호연결부 단자(722)로 이루어질 수 있다.
일부 실시예에서, 부착부 패드(720)는 부착부 패드(720)에 부착된 전자 장치가 회로 기판(700)의 표면과 동일 평면에 장착될 수 있도록 회로 기판(700)의 표면 내로 입구 확장식 결합될(countersunk) 수 있다. 이러한 입구 확장식 결합된 부착부 패드(720)로 인해, 여러 회로 기판(700)은 서로 인접하게 적층될 수 있다. 인접하게 적층된 회로 기판(700)들은 회로 기판(700)을 수직으로 통과하도록 배열될 수 있는 상호연결부(721)에 의해 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 상호연결부(721)는, 다결정질 다이아몬드의 층에 의해 분리되고 회로 기판(700) 내에서 종단하는 2개의 인접한 상호연결부(721)에 의해 형성될 수 있는 하나 이상의 커패시터(751)를 포함할 수 있다. 다결정질 다이아몬드의 층은 튜브(721)의 내측 표면을 형성하는 그래핀의 층들 사이에서 유전체 층으로 작용할 수 있다. 상호연결부(721)는, 상호연결부(721)들 사이에 다결정질 다이아몬드의 영역에 영향을 주는 다양한 기하학적 형상으로 회로 기판(700) 내에서 종단할 수 있다. 그래핀의 층들 사이의 다결정질 다이아몬드 유전체의 영역은 커패시터(751)의 정전 용량을 적어도 부분적으로 결정할 수 있다.
특정 실시예에서, 핀(740)은 회로 기판(700)의 표면상에 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 핀(740)은 회로 기판(700)의 다결정질 다이아몬드 구조의 일부일 수 있다. 핀(740)은 회로 기판(700)에 의해 또는 회로 기판(700)에 부착된 전자 장치에 의해 발생되는 열을 회로 기판(700)의 외부로 전도할 수 있다. 핀(740)은 회로 기판(700)으로부터의 열전달을 달성하기 위해 적절하게 회로 기판(700)의 임의 표면 위에 다양한 기하학적 형상으로 배열될 수 있다.
도 9는 특정 실시예에 따른 상호연결부(721)의 예시적 기하학적 형상을 도시한다. 상호연결부(721)의 가능한 기하학적 형상은 원형 기하학적 형성(910)(예컨대, 원형 또는 타원형), 다각형 기하학적 형성(920)(예컨대, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형 등과 같은 임의의 n-면 다각형), 별형 기하학적 형상(930), 차원 분열 도형(fractal) 기하학적 형성(도시 생략) 도는 내부 지지 구조(945)를 갖는 기하학적 형상(940)을 포함할 수 있다. 지지 구조(945)는 상호연결부(721)의 임의의 기하학적 형상 내에서 사용될 수 있으며, 상호연결부(721)를 지지하는 역할을 할 수 있는 다결정질 다이아몬드를 포함할 수 있다. 지지 구조(945)는 상호연결부(721)의 내측 표면적을 증가시킬 수도 있다. 지지 구조(945)는 3-D 프린터(100)에 의한 회로 기판(700)의 프린팅 도중에 폴리(히드리도카르빈)으로부터 프린팅될 수 있으며, 프린팅 공정 도중 상호연결부(721)를 지지할 수 있다. 상호연결부(721)의 표면은 일 층의 그래핀(912)으로 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 일 층의 그래핀(912)은 지지 구조(945)의 표면 상에 존재할 수도 있다. 도 9가 지지 구조(945) 및 상호연결부(721)의 예시적 기하학적 형상을 도시하였지만, 임의의 적절한 기하학적 형상이 사용될 수도 있다.
도 10은 특정 실시예에 따른 회로 기판(700)을 프린팅하기 위한 예시적 방법(1000)을 도시한다. 방법(1000)은 단계(1010)에서 시작하는데, 이 단계에서는 프리-세라믹 폴리머의 층이 회로 기판(700)의 기하학적 형상을 갖도록 적층된다. 일부 실시예에서, 프리-세라믹 폴리머는 도 6에 도시된 방법에 따라 적층될 수 있다. 하지만, 특정 실시예에서, 프리-세라믹 폴리머는 세라믹 파우더를 사용하지 않고 적층될 수 있다. 전기 전도 상호연결부로 또는 냉각제 튜브로 작용할 수 있는 튜브를 형성하기 위해, 적층된 프리-세라믹 폴리머의 각 층은, 프리-세라믹 폴리머가 해당 층에서 상기 튜브의 기하학적 형상에 대응하도록 적층되지 않는 영역을 가질 수 있다. 다결정질 다이아몬드로 구성된 회로 기판을 프린팅하기 위해, 폴리(히드리도카르빈)이 프리-세라믹 폴리머로 사용될 수 있다.
단계(1020)에서, 회로 기판(700)의 형상으로 프린팅된 프리-세라믹 폴리머는 프리-세라믹 폴리머의 분해 온도로 가열될 수 있다. 예컨대, 가열은 약 100℃와 약 800℃ 사이에 있는 분해 온도에서 발생할 수 있다. 예컨대, 가열은 적어도 100℃ + 또는 - 0% 내지 1%, 1% 내지 5%, 5% 내지 10%, 또는 10% 내지 20%, 그러나 800℃ + 또는 - 0% 내지 1%, 1% 내지 5%, 5% 내지 10%, 또는 10% 내지 20% 미만인 온도에서 발생할 수 있다. 회로 기판(700)이 세라믹 파우더를 사용하지 않고 프린팅되는 실시예에서, 회로 기판(700)의 가열은 회로 기판(700)에 대한 손상을 방지하기 위해 느린 온도 경사를 이용하여 달성될 수 있다. 예컨대, 온도는 시간당 0.1℃와 1.0℃ 사이로 증가될 수 있다. 일부 실시예에서, 프리-세라믹 폴리머의 가열은 불활성 분위기에서 일어날 수 있다. 가열은 프리-세라믹 폴리머가 분해되게 한다. 폴리(히드리도카르빈)은 육방 다결정질 다이아몬드를 형성하도록 분해될 수 있으며, 폴리(메틸실린)은 실리콘 카바이드를 형성하도록 분해될 수 있다. 특정 실시예에서, 광학적 광-열분해가 프리-세라믹 폴리머의 각각의 전체 프린팅된 층을 "노출" 또는 열분해하는데 사용될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 상기 층은 각각의 광-열분해 노출 도중 다이아몬드형 카본 및/또는 다이아몬드로 층층이 변환되기 때문에, 최종 아이템을 베이킹할 필요가 없다.
단계(1030)에서, 회로 기판(700)은 프리-세라믹 폴리머의 분해 온도보다 높은 제2 온도로 가열될 수 있다. 예컨대, 가열은 약 900℃인 온도에서 일어날 수 있다. 예컨대, 가열은 적어도 900℃ + 또는 - 0% 내지 1%, 1% 내지 5%, 5% 내지 10% 또는 10% 내지 20%인 온도에서 일어날 수 있다. 이 온도에서, 다결정질 다이아몬드는 열융해할 수 있으며, 그래핀은 단계(1020)에서 형성된 회로 기판(700)의 임의의 다결정질 다이아몬드 또는 실리콘 카바이드 부분의 표면상에서 에피택시로(epitaxially) 형성될 수 있다. 예컨대, 그래핀은 회로 기판(700) 내에서 프린팅된 임의의 상호연결부(721)의 내부 표면 상에 형성될 수 있다. 그래핀 층은 상호연결부(721)가 전기를 전도할 수 있게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 그래핀은 단계(1030)에서 회로 기판(700)의 외측 표면상에 형성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 회로 기판(700)의 외측 표면상의 그래핀은 단계(1030) 후에 연마 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 회로 기판(700)의 외측 표면은 단계(1030)에서 가열 전에 카바이드-형성 금속으로 코팅될 수 있다. 카바이드-형성 금속 코팅은 회로 기판(700)의 표면상에서 그래핀이 형상되는 것을 억제하는 금속 카바이드 층을 형성할 수 있다.
단계(1030)에서 형성된 그래핀 층을 다결정질 다이아몬드로 코팅하는 것이 요구되면, 회로 기판(700) 내에서 프린팅된 임의의 상호연결부(721)는 단계(1040)에서 폴리(히드리도카르빈)과 같은 적절한 물질로 플러싱될 수 있다. 다결정질 다이아몬드로 그래핀 층을 코팅함으로써, 포논 속박(phonon confinement)을 제공할 수 있으며 그래핀 층의 전기 전도성을 증가시킬 수 있다. 그래핀 층을 다결정질 다이아몬드의 층으로 코팅하는 것이 요구되지 않으면, 방법(1000)은 종료될 수 있다. 단계(1040)에서 폴리(히드리도카르빈)으로 회로 기판(700)의 상호연결부(721)를 플러싱함으로써, 상호연결부(721)의 내부 표면상에 폴리(히드리도카르빈)의 코팅을 초래한다. 폴리(히드리도카르빈)은 단계(1020)에서 사용된 온도와 대략 동일한 온도로 회로 기판(700)을 가열함으로써 단계(1050)에서 다결정질 다이아몬드로 변환될 수 있다. 예컨대, 가열은 적어도 100℃ + 또는 - 0% 내지 1%, 1% 내지 5%, 5% 내지 10%, 또는 10% 내지 20%, 그러나 800℃ + 또는 - 0% 내지 1%, 1% 내지 5%, 5% 내지 10%, 또는 10% 내지 20% 미만인 온도에서 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1050)에서의 가열은 불활성 분위기에서 일어날 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(1050)에서의 가열은 폴리(히드리도카르빈)의 분해를 유발할 수 있어서, 회로 기판(700) 내에 형성된 상호연결부(721)의 내부 표면상에서 그래핀 층을 덮는 다결정질 다이아몬드를 형성할 수 있다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 특정 실시예에 따른, 광학 도파관(1100)의 예시적 단면을 도시한다. 광학 도파관(1100)은 하나 이상의 상호연결부(721)를 포함할 수 있으며, 회로 기판(700) 상의 단자(722)들 사이에 광을 전달할 수 있다. 광학 도파관(1100)은 다결정질 다이아몬드 클래딩(1160)에 의해 둘러싸인 다결정질 실리콘 카바이드 코어(1150)를 포함할 수 있다. 다결정질 다이아몬드 코어(1150)는 광학 도파관(1100)의 길이를 따라 광을 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, 다결정질 실리콘 카바이드 코어(1150)는 대략 2.69인 굴절률을 가질 수 있으며, 다결정질 다이아몬드 클래딩(1160)은 대략 2.419인 굴절률을 가질 수 있다.
도 11a는 광학 도파관(1100)이 가열 전후에 광을 전달하는 방향을 가로지르는 광학 도파관(1100)의 예시적 단면을 도시한다. 3-D 프린터(100)는 폴리(히드리도카르빈)(560)에 의해 둘러싸이는 폴리(메틸실린)(550)의 코어를 갖는 구조를 형성하기 위해 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)을 적층함으로써 광학 도파관(1100)을 프린팅할 수 있다. 일부 실시예에서, 3-D 프린터(100)는 폴리(히드리도카르빈)(560)의 층, 후속하여, 폴리(메틸실린)(500)의 양 측부에서 그에 인접하게 배열된 폴리(히드리도카르빈)(560)의 층, 그리고, 후속하여 폴리(메틸실린)(550)의 프린팅된 길이를 보호하도록(encapsulate) 배열된 폴리(히드리도카르빈)(560)의 층을 적층할 수 있다. 프린팅 후에, 광학 도파관(1100)을 포함하는 회로 기판(700)은 폴리(메틸실린)(550)을 다결정질 실리콘 카바이드(즉, 다결정질 실리콘 카바이드 코어(1150))로 그리고 폴리(히드리도카르빈)(560)을 다결정질 다이아몬드(즉, 다결정 다이아몬드 클래딩(1160))로 변환하기 위해 폴리(메틸실린)(550) 및 폴리(히드리도카르빈)(560)의 분해 온도로 가열될 수 있다. 예컨대, 가열은 약 100℃와 약 800℃ 사이인 분해 온도에서 일어날 수 있다. 예컨대, 가열은 적어도 100℃ + 또는 - 0% 내지 1%, 1% 내지 5%, 5% 내지 10%, 또는 10% 내지 20%, 그러나 800℃ + 또는 - 0% 내지 1%, 1% 내지 5%, 5% 내지 10%, 또는 10% 내지 20% 미만인 온도에서 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, 가열은 불활성 분위기에서 일어날 수 있다.
도 11b는 다결정질 다이아몬드로 구성된 회로 기판(700) 내에서 광학 도파관(1100)이 광을 전달하는 방향을 가로지르는 광학 도파관(1100)의 예시적 단면을 도시한다. 광학 도파관(1100)은 회로 기판(700)를 형성하는 다결정질 다이아몬드에 의해 둘러싸일 수 있다. 다른 실시예에서, 회로 기판(700)은 다결정질 실리콘 카바이드로 구성될 수 있으며, 광학 도파관(1100)은 회로 기판(700)을 형성하는 다결정질 실리콘 카바이드에 의해 둘러싸일 수 있다. 도 11b는 각각이 폴리(메틸실린) 및 폴리(히드리도카르빈)의 프린팅된 층에 대응할 수 있는 다결정질 실리콘 카바이드(1150)의 층 및 다결정질 다이아몬드(1160)의 층을 도시한다. 일부 실시예에서, 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 프린팅된 층들은 다결정질 실리콘 카바이드(1150) 및 다결정질 다이아몬드(1160)으로의 변환 후에 구별 불가능하게 되어, 상기 프린팅된 층들 사이에 명확한 경계가 없는 다결정질 실리콘 카바이드(1150) 및 다결정질 다이아몬드(1160)의 연속적인 구조를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서, 다결정질 실리콘 카바이드 코어(1150) 및 다결정질 다이아몬드 클래딩(1160)의 단면은 원형 기하학적 형성(예컨대, 원 또는 타원), 다각형 기하학적 형성(예컨대, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형 등과 같은 임의의 n-면 다각형), 별형 기하학적 형상 또는 차원 분열 도형 기하학적 형상과 같은 임의의 적절한 기하학적 형상을 가질 수 있다.
도 11c는 다결정질 실리콘 카바이드(1150)로 구성되는 회로 기판(700) 내에서 광학 도파관(1100)이 광을 전달하는 방향을 따르는 광학 도파관(1100)의 예시적 단면을 도시한다. 다른 실시예에서, 회로 기판(700)은 다결정질 다이아몬드로 구성될 수 있다. 광학 도파관(1100)은 상호연결부 단자(722)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상호연결부 단자(722)는 다결정질 다이아몬드 또는 다결정질 실리콘 카바이드로 형성되는 렌즈(예컨대, 키노폼(kinoform) 또는 굴절 렌즈)일 수 있다. 단자(722)는 광학 도파관(1100)을 통해 전달된 광을 컴퓨터 칩과 같은 회로 기판(700)에 장착된 전자 장치로 전달하거나 또는 회로 기판(700)에서 벗어나 다른 PWB로 전달하는 역할을 할 수 있다. 특정 실시예에서, 단자(722)는 적층된 PWB들의 어레이를 통해 회로 기판(700)으로부터 다른 PWB로 광을 전달할 수 있어서, PWB들 사이에서 광학 데이터 버스를 형성할 수 있다. 특정 실시예에서, 다수의 광학 도파관(1100) 및 다수의 전기 전도 상호연결부(721)는 회로 기판(700) 전체에 걸쳐 배열될 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 특정 실시예에 따른, 회로 기판(700)과 같은 다결정질 다이아몬드 또는 다결정질 실리콘 카바이드 PWB 내에서 광학 도파관을 프린팅하기 위한 예시적 방법(1200 및 1210)을 도시한다. 방법(1200)은 단계(1210)에서 시작하며, 이 단계에서 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 층들이 폴리(히드리도카르빈)에 의해 둘러싸인 폴리(메틸실린)의 코어의 기하학적 형상을 형성하도록 적층될 수 있다. 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 층들은 프린팅 도중 회로 기판의 나머지 부분을 형성하는 폴리(히드리도카르빈) 또는 폴리(메틸실린)의 층과 함께 적층될 수 있어서, 광학 도파관을 형성하는 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 층들은 회로 기판을 형성하는 폴리(히드리도카르빈) 또는 폴리(메틸린)의 층 내에 "수납(encased)"될 수 있다.
도 12b는 회로 기판 내에서 광학 도파관의 수평 길이를 프린팅하기 위한 방법(1200)의 단계(1210)의 일 예를 도시한다. 도 12b에 도시된 단계들은 수직 길이, 경사진 길이 또는 만곡된 길이와 같은 광학 도파관의 다른 기하학적 형상을 프린팅하는 것을 수용하기 위해 적절하게 변경될 수 있다. 광학 도파관의 수평 길이를 프린팅하기 위한 단계(1210)는 단계(1211)에서 시작하는데, 이 단계에서 폴리(히드리도카르빈)의 층이 광학 도파관의 수평 길이를 따라 적층될 수 있다. 다음으로 단계(1212)에서, 일 층의 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)이 단계(1211)에서 적층된 폴리(메틸실린)의 층의 상부에 프린팅된다. 단계(1212)에서 적층된 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 층은, 폴리(히드리도카르빈)이 적층된 폴리(메틸실린)의 어느 한 측상에 그리고 그에 인접하게 적층되도록 배열될 수 있다. 단계(1213)에서, 폴리(히드리도카르빈)의 층이 단계(1212)에서 적층된 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 층의 상부에 적층될 수 있다. 단계(1213) 이후에, 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 추가의 층이 적층될 수 있다. 예컨대, 추가의 층이 회로 기판의 표면에서 광학 도파관을 종단하기 위해 요구될 수 있다. 인쇄 회로 기판 내에서 광학 도파관을 형성하는데 필요한 모든 층들을 적층한 후에, 방법(1200)은 단계(1220)로 계속될 수 있다.
단계(1220)에서, 폴리(메틸실린)의 층은 광학 도파관의 말단에서 회로 기판의 표면상에 적층될 수 있다. 특정 실시예에서, 폴리(메틸실린)의 층은 렌즈의 형상으로 적층될 수 있다. 특정 실시예에서, 폴리(히드리도카르빈)의 층은 광학 도파관의 단자에 적층될 수 있으며, 폴리(히드리도카르빈)의 층은 렌즈의 형상으로 적층될 수 있다. 단계(1230)에서, 회로 기판은 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)을 각각 다결정질 다이아몬드 및 실리콘 카바이드로 변환하기 위해 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 분해 온도로 가열될 수 있다. 특정 실시예에서, 광학적 광-열분해가 프리-세라믹 폴리머의 각각의 전체 프린팅된 층을 "노출" 또는 열분해하는데 사용될 수도 있다. 이 실시예에서, 상기 층은 각각의 광-열분해 노출 도중 다이아몬드형 카본 및/또는 다이아몬드로 층층이 변환되기 때문에, 최종 아이템을 베이킹할 필요가 없다.
도 13은 예시적 컴퓨터 시스템(1300)을 도시한다. 컴퓨터 시스템(1300)은 도 1의 컴퓨터 시스템(150)에 의해 이용될 수 있다. 특정 실시예에서, 하나 이상의 컴퓨터 시스템(1300)이 본원에 기술 또는 도시된 하나 이상의 방법의 하나 이상의 단계를 수행한다. 특정 실시예에서, 하나 이상의 컴퓨터 시스템(1300)은 본원에 기술 또는 도시된 기능을 제공한다. 특정 실시예에서, 하나 이상의 컴퓨터 시스템들(1300)에서 실행중인 소프트웨어가 본원에 기술 또는 도시된 하나 이상의 방법의 하나 이상의 단계들을 실행하거나, 또는 본원에 기술 또는 도시된 기능을 제공한다. 특정 실시예는 하나 이상의 컴퓨터 시스템(1300)의 하나 이상의 부분을 포함한다. 본원에서, 컴퓨터 시스템에 대한 언급은 연산 장치를 포함할 수 있고, 적절한 경우 그 반대일 수도 있다. 또한, 컴퓨터 시스템에 대한 언급은 적절한 경우 하나 이상의 컴퓨터 시스템을 포함할 수 있다.
본 개시 내용은 임의의 적절한 수의 컴퓨터 시스템(1300)을 고려한다. 본 개시 내용은 임의의 적절한 물리적인 형태를 취하는 컴퓨터 시스템(1300)을 고려한다. 일례로서 그리고 비제한적으로, 컴퓨터 시스템(1300)은 임베디드 컴퓨터 시스템, 시스템-온-칩(SOC), 싱글-보드 컴퓨터 시스템(SBC)(예컨대, 컴퓨터-온-모듈(COM) 또는 시스템-온-모듈(SOM) 등), 데스크톱 컴퓨터 시스템, 랩톱 또는 노트북 컴퓨터 시스템, 대화형 키오스크, 메인프레임, 컴퓨터 시스템들의 메쉬, 휴대 전화, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 서버, 태블릿 컴퓨터 시스템 또는 이들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 적절한 경우에, 컴퓨터 시스템(1300)은 하나 이상의 컴퓨터 시스템(1300)을 포함하거나; 통합되거나 분산될 수 있거나; 다수의 위치에 걸쳐 있을 수 있거나; 다수의 기계에 걸쳐 있을 수 있거나; 다수의 데이터 센터에 걸쳐 있을 수 있거나; 또는 하나 이상의 네트워크의 하나 이상의 클라우드 컴포넌트를 포함할 수 있는 클라우드에 존재할 수 있다. 적절한 경우에, 하나 이상의 컴퓨터 시스템들(1300)은 상당한 공간적 또는 시간적 제한 없이 본 명세서에 기술 또는 도시된 하나 이상의 방법들의 하나 이상의 단계들을 실행할 수 있다. 일례로서 그리고 비제한적으로, 하나 이상의 컴퓨터 시스템(700)은 실시간으로 또는 일괄 모드로 본원에 기술 또는 도시된 하나 이상의 방법의 하나 이상의 단계를 실행할 수 있다. 하나 이상의 컴퓨터 시스템(1300)은 적절한 경우에 상이한 시간 또는 상이한 위치에서 본원에 기술 또는 도시된 하나 이상의 방법의 하나 이상의 단계를 실행할 수 있다.
특정 실시예에서, 컴퓨터 시스템(1300)은 프로세서(1302), 메모리(1304), 저장 장치(storage)(1306), 입력/출력(I/O) 인터페이스(1308), 통신 인터페이스(1310) 및 버스(1312)를 포함한다. 본 개시 내용이 특정의 배열로 특정의 수의 특정의 구성 요소를 갖는 특정의 컴퓨터 시스템을 기술하며 도시하고 있지만, 본 개시 내용은 임의의 적당한 배열로 임의의 적당한 수의 임의의 적당한 구성 요소를 갖는 임의의 적당한 컴퓨터 시스템도 고려한다.
특정 실시예에서, 프로세서(1302)는 컴퓨터 프로그램을 구성하는 명령어와 같은 명령어를 실행하기 위한 하드웨어를 포함한다. 예로서 그리고 비제한적으로, 명령어를 실행하기 위해, 프로세서(1302)는 내부 레지스터, 내부 캐시, 메모리(1304), 또는 저장 장치(1306)로부터 명령어를 검색(또는 페치)하고; 이 명령어를 디코딩 및 실행하며; 이어서 하나 이상의 결과를 내부 레지스터, 내부 캐시, 메모리(1304) 또는 저장 장치(1306)에 기입할 수 있다. 특정 실시예에서, 프로세서(1302)는 데이터, 명령어 또는 어드레스를 위한 하나 이상의 내부 캐시를 포함할 수 있다. 본 개시 내용은 적절한 경우에 임의의 적절한 수의 임의의 적절한 내부 캐시를 포함하는 프로세서(1302)를 고려한다. 일례로서 그리고 비제한적으로, 프로세서(1302)는 하나 이상의 명령어 캐시, 하나 이상의 데이터 캐시, 및 하나 이상의 변환 색인 버퍼(translation lookaside buffer)(TLB)을 포함할 수 있다. 명령어 캐시(instruction cache) 내의 명령어는 메모리(1304) 또는 저장 장치(1306) 내의 명령어의 사본일 수 있으며, 명령어 캐시는 프로세서(1302)에 의한 그 명령어의 검색의 속도를 높일 수 있다. 데이터 캐시 내의 데이터는 동작할 프로세서(1302)에서 처리되는 명령어를 위한 메모리(1304) 또는 저장 장치(1306) 내의 데이터의 사본; 프로세서(1302)에서 처리되는 후속 명령어에 의한 액세스를 위한 또는 메모리(1304) 또는 저장 장치(1306)에 기입하기 위한 프로세서(1302)에서 처리된 이전의 명령어의 결과; 또는 다른 적당한 데이터일 수 있다. 데이터 캐시는 프로세서(1302)에 의한 읽기 및 쓰기 동작의 속도를 높일 수 있다. TLB들은 프로세서(1302)를 위한 가상-어드레스 변환의 속도를 높일 수 있다. 특정 실시예에서, 프로세서(1302)는 데이터, 명령어, 또는 어드레스를 위한 하나 이상의 내부 레지스터를 포함할 수 있다. 본 개시 내용은 적절한 경우에 임의의 적절한 수의 임의의 적절한 내부 레지스터를 포함하는 프로세서(1302)를 고려한다. 적절한 경우에, 프로세서(1302)는 하나 이상의 산술 논리 연산 장치(ALU)를 포함할 수 있거나; 다중-코어 프로세서일 수 있거나; 또는 하나 이상의 프로세서(1302)을 포함할 수 있다. 본 개시 내용이 특정의 프로세서를 설명 및 도시하고 있지만, 본 개시 내용은 임의의 적절한 프로세서를 고려한다.
특정 실시예에서, 메모리(1304)는 프로세서(1302)가 실행할 명령어 또는 프로세서(1302)가 조작할 데이터를 저장하기 위한 메인 메모리를 포함한다. 예로서 그리고 비제한적으로, 컴퓨터 시스템(1300)은 명령어를 저장 장치(1306) 또는 다른 소스[예컨대, 다른 컴퓨터 시스템(1300)]로부터 메모리(1304)로 로딩할 수 있다. 이후, 프로세서(1302)는 메모리(1304)로부터의 명령어를 내부 레지스터 또는 내부 캐시에 로딩할 수 있다. 명령어를 실행하기 위해, 프로세서(1302)는 내부 레지스터 또는 내부 캐시로부터 명령어를 검색하고 이를 디코딩할 수 있다. 명령어의 실행 동안 또는 실행 후에, 프로세서(1302)는 (중간 또는 최종 결과일 수 있는) 하나 이상의 결과를 내부 레지스터 또는 내부 캐시에 기입할 수 있다. 이후, 프로세서(1302)는 하나 이상의 이러한 결과를 메모리(1304)에 기입할 수 있다. 특정 실시예에서, 프로세서(1302)는 (저장 장치(1306) 또는 다른 곳이 아닌) 하나 이상의 내부 레지스터 또는 내부 캐시 내의 또는 메모리(1304) 내의 명령어만을 실행하고, (저장 장치(1306) 또는 다른 곳이 아니라) 하나 이상의 내부 레지스터 또는 내부 캐시 내의 또는 메모리(1304) 내의 데이터만을 조작한다. (각각 어드레스 버스 및 데이터 버스를 포함할 수 있는) 하나 이상의 메모리 버스가 프로세서(1302)를 메모리(1304)에 연결할 수 있다. 버스(1312)는 후술되는 바와 같이 하나 이상의 메모리 버스를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 하나 이상의 메모리 관리 유닛(MMU)이 프로세서(1302)와 메모리(1304) 사이에 상주하고, 프로세서(1302)에 의해 요청된 메모리(1304)에 대한 액세스를 용이하게 한다. 특정의 실시예에서, 메모리(1304)는 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 포함한다. 이 RAM은, 적절한 경우에 휘발성 메모리일 수 있다. 적절한 경우에, 이 RAM은 다이내믹 RAM(dynamic RAM) DRAM 또는 스태틱 RAM(static RAM)(SRAM)일 수 있다. 또한, 적절한 경우에 이 RAM은 단일 포트식 또는 다중 포트식 RAM일 수 있다. 본 개시 내용은 임의의 적합한 RAM을 고려한다. 메모리(1304)는 적절한 경우에 하나 이상의 메모리(1304)를 포함할 수 있다. 본 개시 내용은 특정의 메모리를 설명 및 도시하고 있지만, 본 개시 내용은 임의의 적당한 메모리를 고려한다.
특정 실시예에서, 저장 장치(1306)는 데이터 또는 명령어를 위한 대용량 저장 장치를 포함한다. 일례로서 그리고 비제한적으로, 저장 장치(1306)는 하드 디스크 드라이브(HDD), 플로피 디스크 드라이브, 플래시 메모리, 광디스크, 광자기 디스크, 자기테이프, 또는 범용 직렬 버스(USB) 드라이브 또는 이들 중 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 경우, 저장 장치(1306)는 착탈형 또는 착탈불가형(또는 고정형) 매체를 포함할 수 있다. 저장 장치(1306)는 적절한 경우에 컴퓨터 시스템(1300)의 내부 또는 외부에 존재할 수 있다. 특정의 실시예에서, 저장 장치(1306)는 비휘발성 솔리드-스테이트 메모리이다. 특정 실시예에서, 저장 장치(1306)는 판독 전용 메모리(ROM)를 포함한다. 적절한 경우에, 이 ROM은 마스크-프로그램 ROM(mask-programmed ROM), 프로그램 가능 ROM(programmable ROM)(PROM), 소거 가능 PROM(erasable PROM)(EPROM), 전기적 소거 가능 PROM(electrically erasable PROM)(EEPROM), 전기적 가변 ROM(electrically alterable ROM)(EAROM), 또는 플래시 메모리 또는 이들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 본 개시 내용은 임의의 적합한 물리적 형태를 취하는 대용량 저장 장치(1306)를 고려한다. 저장 장치(1306)는 적절한 경우에 프로세서(1302)와 저장 장치(1306) 사이의 통신을 용이하게 하는 하나 이상의 저장 장치 제어 유닛을 포함할 수 있다. 적절한 경우에, 저장 장치(1306)는 하나 이상의 저장 장치(1306)를 포함할 수 있다. 본 개시 내용이 특정의 저장 장치를 설명 및 도시하고 있지만, 본 개시 내용은 임의의 적절한 저장 장치를 고려한다.
특정 실시예에서, I/O 인터페이스(1308)는 컴퓨터 시스템(1300)과 하나 이상의 I/O 장치 사이의 통신을 위한 하나 이상의 인터페이스를 제공하는, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들 양자 모두를 포함한다. 컴퓨터 시스템(1300)은 적절한 경우에 이들 I/O 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이들 I/O 장치 중 하나 이상은 사람과 컴퓨터 시스템(1300) 사이의 통신을 가능하게 할 수 있다. 예로서 그리고 비제한적으로, I/O 장치는 키보드, 키패드, 마이크, 모니터, 마우스, 프린터, 스캐너, 스피커, 스틸 카메라, 스타일러스, 태블릿, 터치스크린, 트랙볼, 비디오 카메라, 다른 적절한 I/O 장치 또는 이들 중 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. I/O 장치는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 본 개시 내용은 임의의 적합한 I/O 장치 및 이를 위한 임의의 적합한 I/O 인터페이스(1308)를 고려한다. 적절한 경우에, I/O 인터페이스(1308)는 프로세서(1302)가 이 I/O 장치 중 하나 이상을 구동할 수 있게 하는 하나 이상의 장치 또는 소프트웨어 드라이버를 포함할 수 있다. 적절한 경우에, I/O 인터페이스(1308)는 하나 이상의 I/O 인터페이스(1308)를 포함할 수 있다. 본 개시 내용이 특정의 I/O 인터페이스를 설명 및 도시하고 있지만, 본 개시 내용은 임의의 적당한 I/O 인터페이스를 고려한다.
특정 실시예에서, 통신 인터페이스(1310)는 컴퓨터 시스템(1300)과 하나 이상의 다른 컴퓨터 시스템(1300) 또는 하나 이상의 네트워크 사이의 통신(예컨대, 패킷-기반 통신 등)을 위한 하나 이상의 인터페이스를 제공하는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 양자 모두를 포함한다. 예로서 그리고 비제한적으로, 통신 인터페이스(1310)는 이더넷 또는 다른 유선-기반 네트워크와 통신하기 위한 네트워크 인터페이스 컨트롤러(network interface controller)(NIC) 또는 네트워크 어댑터 또는 WI-FI 네트워크와 같은 무선 네트워크와 통신하기 위한 무선 NIC(wireless NIC)(WNIC) 또는 무선 어댑터를 포함할 수 있다. 본 개시 내용은 임의의 적절한 네트워크 및 이를 위한 임의의 적절한 통신 인터페이스(1310)를 고려한다. 예로서 그리고 비제한적으로, 컴퓨터 시스템(1300)은 애드 혹 네트워크(ad hoc network), 개인 영역 네트워크(PAN), 근거리 통신 네트워크(LAN), 광역 통신 네트워크(WAN), 대도시 통신 네트워크(MAN), 또는 인터넷의 하나 이상의 부분들, 또는 이들 중 둘 이상의 네트워크들의 조합과 통신할 수 있다. 이들 네트워크 중 하나 이상의 네트워크의 하나 이상의 부분이 유선 또는 무선일 수 있다. 예로서, 컴퓨터 시스템(1300)은 무선 PAN(WPAN)(예컨대, 블루투스 WPAN 등), WI-FI 네트워크, WI-MAX 네트워크, 셀룰러 폰 네트워크(예컨대, GSM(Global System for Mobile Communications) 네트워크), 또는 다른 적합한 무선 네트워크 또는 이들 중 둘 이상의 네트워크들의 조합과 통신할 수 있다. 컴퓨터 시스템(1300)은 적절한 경우에 이 네트워크들 중 임의의 네트워크를 위한 임의의 적절한 통신 인터페이스(1310)를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(1310)는 적절한 경우 하나 이상의 통신 인터페이스(1310)를 포함할 수 있다. 본 개시 내용이 특정의 통신 인터페이스를 설명 및 도시하고 있지만, 본 개시 내용은 임의의 적당한 통신 인터페이스를 고려한다.
특정 실시예에서, 버스(1312)는 컴퓨터 시스템(1300)의 구성 요소들을 서로 연결하는 하드웨어, 소프트웨어 또는 양자 모두를 포함한다. 예로서 그리고 비제한적으로, 버스(1312)는 AGP(Accelerated Graphics Port) 또는 다른 그래픽 버스, EISA(Enhanced Industry Standard Architecture) 버스, FSB(front-side bus), HYPERTRANSPORT(HT) 인터커넥트, ISA(Industry Standard Architecture) 버스, INFINIBAND 인터커넥트, LPC(low-pin-count) 버스, 메모리 버스, MCA(Micro Channel Architecture) 버스, PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스, PCIe(PCI-Express) 버스, SATA(serial advanced technology attachment) 버스, VLB(Video Electronics Standards Association local) 버스, 또는 다른 적합한 버스 또는 이들 중 둘 이상의 버스들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 경우에, 버스(1312)는 하나 이상의 버스(1312)를 포함할 수 있다. 본 개시 내용이 특정의 버스를 설명 및 도시하고 있지만, 본 개시 내용은 임의의 적당한 버스 또는 상호연결부를 고려한다.
컴퓨터 시스템(1300)의 구성 요소는 일체형이거나 분리형일 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터 시스템(1300)의 구성 요소는 단일 섀시 내에 각각 수용될 수 있다. 컴퓨터 시스템(1300)의 동작은 더 많은 구성 요소, 더 적은 구성 요소, 또는 다른 구성 요소에 의해 실행될 수 있다. 부가적으로, 컴퓨터 시스템(1300)의 동작은 스프트웨어, 하드웨어, 다른 로직, 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있는 임의의 적절한 로직을 사용하여 실행될 수 있다.
본 발명의 범주 내에서 본원에 기술된 방법에 대한 변형, 추가 또는 생략이 이루어질 수 있다. 예컨대, 적절한 경우에 단계들이 조합되거나, 변형되거나, 생략될 수 있고, 다른 단계가 추가될 수 있다. 부가적으로, 단계들은 본 개시 내용의 범주 내에서 임의의 적절한 순서로 실행될 수 있다.
본 발명을 몇몇 실시예로 기술하였지만, 무수히 많은 변화, 변동, 변경, 변환 및 변형이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 제안될 수 있으며, 본 발명은 첨부된 청구항의 범주 내의 이러한 변화, 변동, 변경, 변환 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 장치이며,
    다결정질 다이아몬드로 이루어진 회로 기판으로서, 상기 회로 기판은 프리세라믹 폴리머 층의 열융해(thermolysis)에 의해 형성되어 있는 회로 기판과,
    회로 기판 내에 형성되는 복수의 튜브로서, 상기 복수의 튜브는 회로 기판의 하나 이상의 표면에 복수의 단자를 포함하고, 각 튜브는 각 튜브가 전류를 전도할 수 있도록 작동 가능한 그래핀 층을 포함하고, 각각의 그래핀 층은 900℃ 이상인 온도에서 다결정질 다이아몬드 회로 기판의 열융해에 의해 형성되는, 복수의 튜브와,
    회로 기판 내에 형성되는 복수의 광학 도파관으로서, 각 광학 도파관은 다결정질 다이아몬드에 의해 둘러싸인 다결정질 실리콘 카바이드의 코어를 포함하고, 다결정질 다이아몬드는 폴리(히드리도카르빈)의 열융해에 의해 형성되었으며, 실리콘 카바이드는 폴리(메틸실린)의 열융해에 의해 형성된, 복수의 광학 도파관을 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 프리세라믹 폴리머는 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린) 중 하나 이상을 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 복수의 단자 중 적어도 일부는 회로 기판에 장착될 구성 요소의 연결부를 수용하도록 회로 기판의 특정 표면상에 패턴으로 배열되는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 다결정질 다이아몬드는 육방 다결정질 다이아몬드를 포함하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 광학 도파관은 다결정질 실리콘 카바이드를 포함하는 렌즈 내에서 종단되는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 복수의 튜브 중 적어도 일부는 복수의 튜브 중 하나 이상과 대기 사이에서 압력을 동일하게 하기 위해 대기로 개방되도록 구성되는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 복수의 튜브 중 적어도 일부는 튜브의 외측 표면을 형성하는 다결정질 다이아몬드의 층을 더 포함하고, 상기 다결정질 다이아몬드의 층은 그래핀 층 위에 적층되는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 튜브는 하나 이상의 내부 지지 구조를 더 포함하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 회로 기판의 표면에 형성되는 복수의 열 싱크 핀을 더 포함하고, 상기 복수의 핀은 다결정질 다이아몬드로 이루어지며, 상기 복수의 핀은 회로 기판에서 외부로 열을 전도하도록 작동 가능한 장치.
  10. 제1항에 있어서, 회로 기판 내에 형성되는 커패시터를 더 포함하고, 상기 커패시터는
    제1 그래핀 층과,
    제2 그래핀 층과,
    제1 그래핀 층과 제2 그래핀 층 사이에 위치되는 다결정질 다이아몬드의 층을 포함하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 회로 기판 내에 형성되는 냉각 튜브를 더 포함하고, 냉각 튜브는 회로 기판에서 외부로 열을 전도하기 위해 회로 기판의 적어도 일부를 통해 액체를 전달하도록 구성되는 장치.
  12. 방법이며,
    폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 복수의 층을 적층하기 위해 3-차원(3D) 프린터를 사용하는 단계로서,
    폴리(히드로카르빈)의 복수의 층은 광학 도파관을 위한 클래딩의 기하학적 형상으로 적층되고,
    폴리(메틸실린)의 복수의 층은 광학 도파관의 코어의 형상을 형성하도록 적층되는,
    3-차원(3D) 프린터를 사용하는 단계와,
    광학 도파관을 형성하기 위해 제1 온도로 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 복수의 층을 가열하는 단계로서, 광학 도파관은 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 복수의 층의 가열 후에 다결정질 다이아몬드에 의해 둘러싸인 다결정질 실리콘 카바이드의 코어로 형성되는, 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 복수의 층을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 렌즈의 기하학적 형상으로 광학 도파관의 단자에 폴리(메틸실린)의 층을 적층하는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 제1 온도는 100℃ 이상이고 800℃ 이하인 방법.
  15. 제12항에 있어서, 폴리(히드리도카르빈) 및 폴리(메틸실린)의 복수의 층은 불활성 분위기 내에서 제1 온도로 가열되는 방법.
  16. 장치이며,
    다결정질 다이아몬드로 이루어진 회로 기판과,
    회로 기판 내에 형성되는 광학 도파관을 포함하고,
    상기 도파관은 회로 기판의 하나 이상의 표면에서 종단하고, 상기 도파관은 다결정질 다이아몬드에 의해 둘러싸인 다결정질 실리콘 카바이드의 코어를 포함하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 광학 도파관은 회로 기판에 장착될 구성 요소의 연결부를 수용하도록 회로 기판의 특정 표면상에 패턴으로 배열되는 복수의 단자를 포함하는 장치.
  18. 제16항에 있어서, 다결정질 다이아몬드는 육방 다결정질 다이아몬드를 포함하는 장치.
  19. 제16항에 있어서, 광학 도파관은 다결정질 실리콘 카바이드를 포함하는 렌즈 내에서 종단되는 장치.
  20. 제16항에 있어서, 회로 기판의 표면에 형성되는 복수의 열 싱크 핀을 더 포함하고, 상기 복수의 핀은 다결정질 다이아몬드로 이루어지며, 상기 복수의 핀은 회로 기판의 외부로 열을 전도하도록 작동 가능한 장치.
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