TWI753065B - 流體裝置及製造其之方法 - Google Patents

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TWI753065B
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約翰 格哈特 伊爾尼
賈斯汀 福樂特恩
凱勒伯 史密斯
巴拉 穆拉尼Ｋ 韋恩卡特斯恩
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美商伊路米納有限公司
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Abstract

本發明提供一種實例方法，其包括提供工作堆疊，該工作堆疊具有第一基板層、第二基板層及安置於該第一基板層與該第二基板層之間的輻射吸收材料。該工作堆疊在其中包括具有指定液體的空腔。結合界面界定於該輻射吸收材料與該第一基板層或該第二基板層中之至少一者之間。該結合界面具有該指定液體之一膜。該方法亦包括將輻射引導至該結合界面上以形成周邊密封部。該周邊密封部分離該空腔與該結合界面的外部區域。該方法亦包括將該輻射引導至該結合界面之該外部區域上以將該第一基板層及該第二基板層緊固在一起。該周邊密封部在當該輻射被引導至該外部區域上時阻止氣泡自該外部區域進入至該空腔中。

Description

流體裝置及製造其之方法
本發明關於流體裝置及製造其之方法。
相關申請的交叉引用
本申請案主張2017年1月31日申請之美國臨時申請案第62/452,923號之權益，該案以全文引用之方式併入本文中。
各種產業使用固持液體或允許液體穿過的裝置。此類裝置廣泛用於生物技術、光電子及微機電系統(MEMS)中。作為一個實例，用於生物研究之系統可使用被稱作流量槽之流體裝置在流動通道內進行指定反應。該些反應(或反應之跡象)係藉由攝影機子系統來成像，該攝影機子系統具有定位成鄰近於流量槽之物鏡。為校準該攝影機子系統，另一裝置定位於流量槽典型地所位於之處。此另一裝置係看起來類似於流量槽之光學對準工具。該光學對準工具具有在大小及形狀上類似於流動通道之封閉腔室。該封閉腔室填充有包括一或多種螢光染料之液體。界定封閉腔室之內部表面具有金屬墊，該些金屬墊具有穿過其的經塑形開口。為對準攝影機子系統，藉由激發封閉腔室中之螢光染料來對金屬墊成像。分析影像中之金屬墊之經塑形開口以判定如何對準攝影機子系統。
上文所描述的諸如流量槽及光學對準工具之流體裝置可包括緊 固至彼此之多個離散結構。然而，在該些結構之特徵變得更小或該些結構之設計變得更複雜時，接合此等結構變得更具挑戰性。用以接合該些結構之一種技術被稱作「雷射熔接」或「雷射結合」，其中沿兩個鄰近結構之間的界面引導光束(例如，雷射光束)以使該些結構中之至少一者的材料熔融。在材料冷卻及凝固之後形成熔接件。
隨流體裝置可能出現之常見問題是液體可經由界面或經由流體裝置之孔口洩漏。除此之外，常常需要液體所在的空腔中不存在(或幾乎不存在)氣泡。氣泡可降低影像品質或阻止諸如液體閥及透鏡之某些機構恰當地操作。儘管雷射熔接對接合該些結構有效，但產生限制洩漏及/或氣泡數目減少的裝置仍具挑戰性。
定義
如本文中所使用，以下術語具有所指示的含義。
「基板層」係能夠耦接至另一層(例如，另一基板層)且雷射熔接(或雷射結合)至另一層的層。基板層可包括或係無機固體、有機固體或其組合。無機固體材料之實例包括玻璃及經改性或官能化玻璃、陶瓷、二氧化矽或二氧化矽基材料，包括矽及經改性矽，及金屬。有機固體材料之實例包括塑膠，諸如熱塑性塑膠及熱固物，包括耐綸、環烯烴共聚物(例如，來自瑞翁(Zeon)之ZEONOR®產品)、環烯烴聚合物、碳纖維及聚合物。實例熱塑性塑膠包括聚丙烯酸酯、聚醯胺、聚醯亞胺(例如，來自E.I.du Pont de Nemours and Co.(Du Pont)之KAPTON®產品)、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚碳酸酯、聚醚酮、聚乙烯、聚苯硫醚、聚縮醛、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碸、聚乙烯醇縮丁醛及聚氯乙烯。可以是合適的熱塑性塑膠之實例包括KAPTON® KJ及黑色KAPTON® KJ。
應理解，除非另外明確地陳述，否則術語「基板層」不限於相 同材料之單個連續主體。舉例而言，基板層可由相同或不同材料之多個子層形成。此外，每一基板層可包括位於其中之包含不同材料的一或多個元件。舉例而言，除諸如玻璃或熱塑性塑膠之基底基板材料外，基板層亦可包括電極或導電跡線。視情況，在基板層熔接至另一基板層之前，該基板層可緊固至其他元件或組件。
「輻射吸收材料」係吸收電磁光譜之指定區或範圍內之輻射的材料。輻射吸收材料可能係或可能不係經由雷射熔接緊固至另一基板層之基板層的部分。輻射吸收材料可呈有機固體之形式，諸如上文所描述之有機固體。舉例而言，諸如KAPTON®(DuPont)膜之聚醯亞胺膜可吸收在低於650nm之波長下的輻射使得聚醯亞胺膜熔融。可將光具有足夠波長(例如，480nm)之雷射光束引導至膜之聚醯亞胺聚合物。
可用輻射吸收材料浸漬基板層。舉例而言，可用染料或碳黑浸漬有機固體，如黑色KAPTON®(碳黑-購自DuPont之浸漬聚醯亞胺)係如此狀況。根據由特定雷射發射之波長與所使用的染料之吸收光譜之間的重疊，該染料可與該雷射匹配。黑色KAPTON®可藉由在1064nm下發射之雷射來活化(例如，經由加熱)。
有機固體可經組態以吸收在包括例如以下各者之光譜的多種區中之任一者中的輻射：光譜的紫外線(UV)(例如，極UV或近UV)、可見光(VIS)(例如，紅光、橙光、黃光、綠光、藍光、青光或紫光)或紅外線(IR)(例如，近IR、中IR或遠IR)區。將理解，可基於包括例如前述區中之一或多者的光譜之一或多個區中不存在吸收來選擇有機固體。無機固體可透射在由有機固體吸收之光譜之至少部分中的輻射。
「固體層」是指不溶於水性液體中之基板。固體層可以是無孔或多孔的。固體層可以是剛性或可撓性的。無孔固體一般提供對液體或氣體之 總體流動的密封。例示性固體層包括玻璃及經改性或功能化玻璃、塑膠(包括丙烯酸聚合物、聚苯乙烯以及苯乙烯及其他材料之共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚胺基甲酸酯、TEFLONTM(DuPont)、環烯烴、環烯烴聚合物(COP)(例如，ZEONOR®)、聚醯亞胺等)、耐綸、陶瓷、樹脂、二氧化矽或二氧化矽基材料(包括矽及經改性矽)、碳、金屬、無機玻璃，及聚合物，包括合成聚合物。尤其適用於固體層之一些實例的固體具有位於流量槽設備內之至少一個表面。
視情況，化學反應層(或子層)在結合步驟期間可存在於兩個其他層之間。「化學反應層」是指表面之間的表面塗層或區，其含有能夠在受到物理或化學刺激後變得共價改性或共價連接至至少一個其他部分的至少一個部分。在一些實例中，界面可藉由含有反應性部分之液體、氣體、固體或電漿佔據。
化學反應層可以是兩個其他層中之任一者或兩者上的塗層。替代地，化學反應層可存在於中間材料中或上，該中間材料存在於兩個其他層之間使得兩個其他層由於進行製造方法而變得經由中間材料附接。類似地，化學反應層可以是含有交聯劑之液體層，該些交聯劑對例如有機層及無機層兩者反應。
可使用例如矽烷化方法在固體層上產生化學反應層。諸如氣相沈積、浸塗、旋塗及噴塗之技術可用以使表面矽烷化。在一些實例中，此等方法可用以跨越整個表面塗覆矽烷塗層。然而，亦有可能例如使用遮罩方法或精確噴塗方法在表面上產生矽烷化圖案。舉例而言，如下文進一步詳細地闡述，可能需要將矽烷(或其他化學反應部分)選擇性地塗覆至無機層之表面上的結合至有機層之區，同時避免或最少化無機層之不想要結合至有機層的其他區之矽烷化(或其他化學改性)。視需要，可使用類似技術藉由矽烷或其他化學反 應塗層對有機層之表面進行圖案化。
可使用的矽烷之實例包括丙烯酸酯官能矽烷、醛官能矽烷、胺基官能矽烷、酐官能矽烷、疊氮基官能矽烷、羧酸酯官能矽烷、膦酸酯官能矽烷、磺酸酯官能矽烷、環氧樹脂官能矽烷、酯官能矽烷、乙烯基官能矽烷、烯烴官能矽烷、鹵素官能矽烷及具有以上官能基中之任一者或無以上官能基的二節配體矽烷。矽烷官能基之選擇可基於將與其反應之有機材料的反應性來進行。舉例而言，胺基官能矽烷與諸如以下各者之熱塑性塑膠反應：聚丙烯酸酯、聚醯胺、聚醯胺-醯亞胺、聚對苯二甲酸伸丁酯、聚碳酸酯、聚醚酮、聚乙烯、聚苯硫醚、聚碸、聚乙烯醇縮丁醛及聚氯乙烯。乙烯基及烯烴官能矽烷與諸如聚縮醛、聚乙烯及聚丙烯之熱塑性塑膠反應。丙烯酸酯官能矽烷與諸如聚丙烯及聚苯乙烯之熱塑性塑膠反應。可使指定表面矽烷化以增強指定表面與指定表面將結合至的另一表面之間的結合。舉例而言，輻射吸收材料或層可具有經矽烷化之表面。該矽烷化表面可在雷射結合製程期間熔融。
「工作堆疊」包括耦接至一起之多個基板層，其中兩個鄰近層形成界面。在一些實例中，工作堆疊包括多個基板層之間的輻射吸收材料。工作堆疊可指裝配製程之每一階段的層之堆疊。
術語「界面」是指兩種材料之邊界處的區。舉例而言，該術語可指兩個固體層之間、固體層與化學反應層之間、兩個固體層上之化學反應層之間、結合層與固體層之間等的區域。該術語可包括在邊界處出現之材料中之一者或兩者的表面。
「結合界面」是指經熔接以將兩個離散基板層附接至彼此之界面。舉例而言，結合界面可包括形成附接之一或多個共價或非共價鍵。共價鍵藉由原子之間電子對共用來特性化。兩個或大於兩個共價鍵之鏈可形成兩個層之間的分子鏈。因此，結合界面可具有一或多個共價鍵長度之厚度。在特定實 例中，每一分子鏈可橫跨不由任何非共價鍵間斷之結合界面。替代地，分子鏈可包括橫跨結合界面之鍵鏈中的一或多個非共價鍵。非共價鍵不涉及電子對共用之化學鍵，且可包括例如氫鍵、離子鍵、凡得瓦爾力(van der Waals force)、親水相互作用及疏水相互作用。在至少一些實例中，結合界面可包括橫跨結合界面之共價分子鏈及橫跨結合界面之至少部分之非共價鏈的組合。接合、緊固、黏附、連接或黏合該些層之多種材料中之任一者可包括於結合界面中。
「空腔」是指能夠含有液體之空間。空腔可封閉使得空腔被圍封或空腔可以是開放式的。該空腔可以是通道或腔室。術語「通道」是指經組態以含有液體或引導液體在固體層中或上之流動的狹長通路。該通道可具有用於進入及/或離開裝置之一或多個孔口。該通道可以是開放式的。舉例而言，開放式通道可以是凹槽、渠溝、直道、邊溝或其類似者。開放通道之橫截面可以是例如U形、V形、曲線形、角形、多邊形或雙曲線形的。閉合通道可塑形為管、管道、隧道或其類似者。閉合通道可具有圓形、橢圓形、正方形、矩形或多邊形橫截面。
「可撓性膜片」是能夠在當力被施加至可撓性膜片之局部區段時使局部區段移位(例如，經由彎曲及/或拉伸)的膜片。可撓性膜片可以是如本文中所描述之基板層。該些局部區段由一或多個外部區段圍繞。在外部區段保持於固定組態中時，該些局部區段移位而不會自外部區段斷裂。當力被施加至可撓性膜片之局部區段時，可撓性膜片之該局部區段可抵抗移動使得抵抗力與可撓性膜片之局部區段的移位/拉伸之量成比例。可撓性膜片之局部區段可自第一組態(例如，形狀)移動至比第一組態彎曲及/或拉伸更多之至少一個第二組態。在一些實例中，該第一組態可以是力未經施加至可撓性膜片時的可撓性膜片之局部區段的鬆弛組態。在其他實例中，第一組態可以是在僅較小力被施 加至可撓性膜片之局部區段時的最少彎曲及/或拉伸組態。當可撓性膜片之局部區段在第二組態中彎曲及/或拉伸時，潛在的力存在於可撓性膜片中以在力被移除之後將可撓性膜片之局部區段移動回至第一組態。可用於可撓性膜片之材料包括例如聚醯亞胺、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)及聚二甲基矽氧烷(PDMS)。視情況，可撓性膜片之表面可沿將雷射熔接至其他材料之區域而矽烷化。視情況，輻射吸收材料可經塗覆至可撓性膜片。
「壓縮」是指強迫兩個物件在一起。舉例而言，可藉由以下操作使兩個基板層在一起：將基板層夾持至彼此；將兩個基板層按壓在一起；在重力場中(例如，在地球重力或離心誘發重力下)將一個層放置於另一層之上；或其類似者。
在一實例中，提供一種方法，其包括提供一工作堆疊，該工作堆疊具有第一基板層、第二基板層及安置於該第一基板層與該第二基板層之間的輻射吸收材料。該工作堆疊包括空腔，在該空腔中具有指定液體。結合界面界定於該輻射吸收材料與該第一基板層或該第二基板層中之至少一者之間。該結合界面具有該指定液體之一膜。該方法亦包括沿預定路徑將輻射引導至該結合界面上以形成周邊密封部。該周邊密封部經定位以分離該空腔與該結合界面的外部區域。該方法亦包括將該輻射引導至該結合界面的該外部區域上以將該第一基板層及該第二基板層緊固在一起。該周邊密封部在當該輻射被引導至該外部區域上時阻止氣泡自該外部區域進入至該空腔中。
在一些態樣中，提供該工作堆疊可包括將該輻射吸收材料定位至該第一基板層上。該輻射吸收材料可經圖案化以包括開放式空腔。提供該工作堆疊亦可包括將輻射引導至該第一基板層與該輻射吸收材料之間的次要界面 上以將該第一基板層及該輻射吸收材料緊固至彼此。提供該工作堆疊亦可包括用該指定液體填充該開放式空腔及相對於該輻射吸收材料及該第一基板層堆疊該第二基板層，藉此覆蓋該開放式空腔且形成該工作堆疊之該空腔。該指定液體之該膜可在當該第二基板層覆蓋該開放式空腔時沿該結合界面存在。
在一些態樣中，將該輻射引導至該結合界面上以形成該周邊密封部包括將該周邊密封部定位成與該空腔相距一距離使得一間隔存在於該周邊密封部與該空腔之間。
在一些態樣中，該工作堆疊及該第二基板層形成一裝置之至少一部分。該第一基板層、該輻射吸收材料及第二基板層可以是連續層，使得該裝置不含准許該指定液體流入或流出該工作堆疊之該空腔的孔口。
在一些態樣中，提供該工作堆疊包括沿該第一基板層或該第二基板層中之至少一者形成一目標層。該目標層可包括以指定圖案位於其上的不透明材料。
在一些態樣中，該輻射吸收材料包括安置於該第一基板層與該第二基板層之間的單獨區段及在該輻射材料之鄰近區段之間的出口通道。該出口通道可與該工作堆疊的外部或儲集器中之至少一者流動連通。在將該輻射引導至該結合界面之該外部區域上時，可准許該指定液體及該些氣泡自該外部區域進入該出口通道。
在一些態樣中，該工作堆疊包括複數個空腔。該方法亦可進一步包括在緊固該第一基板層及該第二基板層以形成複數個裝置之後切割該工作堆疊。
在一些態樣中，該空腔包括成像區及存在於該成像區與該輻射吸收材料之間的溝槽區。該成像區可具有待成像的目標。該溝槽區可不含該目標。
在一些態樣中，該輻射吸收材料包括透明層及不透明層。該不透明層可吸收該輻射以形成複合接合部。
在一些態樣中，經輻照(irradiated)以將該第一基板層及該第二基板層緊固在一起的該外部區域之一部分是該周邊密封部之面積的至少十倍(10X)。
在一些態樣中，沿該預定路徑引導該輻射以形成該周邊密封部及將該輻射引導至該外部區域上係在連續施加該輻射之單個輻射工作階段期間順序地執行。將該輻射引導至該外部區域上可包括以光柵狀方式引導雷射光束以覆蓋該外部區域。
應理解，該方法之任何特徵可以任何所期望的方式及/或組態組合在一起。
在一實例中，提供一種裝置，其包括多層堆疊，該多層堆疊具有基板層及沿該基板層安置之輻射吸收材料。該多層堆疊在其中包括具有指定液體的空腔。該輻射吸收材料及該基板層在其間形成結合界面。該結合界面包括將該輻射吸收材料及該基板層緊固至彼此的複合接合部。該複合接合部包括沿該空腔延伸的周邊密封部及圍繞該周邊密封部的安裝接合部(field joint)。該周邊密封部定位於該空腔與該安裝接合部之間。
在一些態樣中，該周邊密封部及該安裝接合部具有不同組成。
在一些態樣中，該指定液體之殘餘物沿該複合接合部或在該複合接合部內存在。該周邊密封部可定位於該些殘餘物與該空腔之間。
在一些態樣中，該基板層是第一基板層，該裝置進一步包含第二基板層，且該第一基板層、該輻射吸收材料及該第二基板層係連續層使得該裝置不含准許該指定液體流入或流出該空腔之孔口。
在一些態樣中，該裝置亦可包括沿該第一基板層或該第二基板 層中之至少一者的目標層。該目標層可包括以指定圖案位於其上的不透明材料。視情況，該指定液體包括在由一光源激發時發光的材料。
在一些態樣中，該第二基板層可包括可撓性膜片，且該裝置亦可包括以可操作方式定位於該空腔內或定位成鄰近於該空腔的致動器。該致動器可經組態以被啟動及撤銷啟動從而改變該空腔內之壓力且移動該可撓性膜片。
在一些態樣中，該空腔可包括指定成像區及存在於該指定成像區與該輻射吸收材料之間的溝槽區。該指定成像區具有待成像的目標且該溝槽區不含該目標。
應理解，該裝置之任何特徵可以任何所期望的方式組合在一起。此外，應理解，該裝置及/或該方法之特徵的任何組合可一起使用，及/或來自此等態樣中之任一者或兩者的任何特徵可與本文中所揭示之實例中之任一者組合。
在另一實例中，提供一種裝置，其包括基板層及包括輻射吸收材料的可撓性膜片。該輻射吸收材料係沿該基板層安置。該可撓性膜片及該基板層在其間界定一空腔且在該空腔中具有指定液體。該裝置亦包括以可操作方式定位於該空腔內或定位成鄰近於該空腔的致動器。該輻射吸收材料形成將該基板層及該可撓性膜片緊固至彼此的複合接合部。該複合接合部包括圍繞該空腔的周邊密封部及圍繞該周邊密封部的安裝接合部。該致動器經組態以被啟動及撤銷啟動從而改變該空腔內之壓力且移動該可撓性膜片。
在一些態樣中，該致動器、該空腔內之該指定液體及該可撓性膜片共同地操作而作為液體透鏡或流體閥。
在一些態樣中，該致動器包括電極、壓電材料或電阻性加熱器中之至少一者，或該致動器經組態以藉由光來調變。
應理解，該裝置之此實例之任何特徵可以任何所期望的方式組合在一起。此外應理解，來自此裝置及/或其他裝置及/或其他方法之特徵的任何組合可一起使用，及/或來自此等態樣中之任一者或全部的任何特徵可與本文所揭示之實例的特徵中之任一者組合。
100‧‧‧裝置
102‧‧‧第一基板層
104‧‧‧第二基板層
106‧‧‧輻射吸收材料
107‧‧‧材料表面
108‧‧‧多層堆疊
110‧‧‧指定液體
112‧‧‧空腔
114‧‧‧內部表面
115‧‧‧結合界面
116‧‧‧內部表面
117‧‧‧結合界面
118‧‧‧邊緣表面
120‧‧‧複合接合部
122‧‧‧第一安裝接合部
124‧‧‧周邊密封部
125‧‧‧基準標記
126‧‧‧第二安裝接合部
128‧‧‧工作堆疊
131‧‧‧間隔
132‧‧‧空腔
140‧‧‧第一區段
141‧‧‧部分
142‧‧‧第二區段
143‧‧‧部分
144‧‧‧容器
150‧‧‧工作堆疊
151‧‧‧部分
152‧‧‧壓縮力
154‧‧‧膜
155‧‧‧厚度
160‧‧‧光束
166‧‧‧光束點
170‧‧‧外部區域
172‧‧‧間隙
173‧‧‧殘餘物
180‧‧‧預定路徑
182‧‧‧預定路徑
184‧‧‧條紋
186‧‧‧目標層
188‧‧‧不透明材料
190‧‧‧半透明或透明特徵
192‧‧‧窗口
194‧‧‧成像區
196‧‧‧溝槽區
200‧‧‧方法
202‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
206‧‧‧步驟
208‧‧‧步驟
210‧‧‧步驟
212‧‧‧步驟
214‧‧‧步驟
216‧‧‧步驟
250‧‧‧方法
252‧‧‧步驟
254‧‧‧步驟
256‧‧‧步驟
258‧‧‧步驟
260‧‧‧步驟
262‧‧‧步驟
264‧‧‧步驟
266‧‧‧步驟
268‧‧‧步驟
270‧‧‧基板晶圓
272‧‧‧輻射吸收材料
273‧‧‧結合界面
274‧‧‧開放式空腔
275‧‧‧工作堆疊
276‧‧‧開放式出口通道
278‧‧‧輻射吸收框架
280‧‧‧基準標記
282‧‧‧指定液體
284‧‧‧材料表面
285‧‧‧工作堆疊
288‧‧‧半剛性發泡體或海綿
290‧‧‧基板層
292‧‧‧結合界面
294‧‧‧壓縮力
295‧‧‧工具
296‧‧‧周邊密封部
297‧‧‧安裝接合部
298‧‧‧裝置
300‧‧‧裝置
302‧‧‧工作堆疊
304‧‧‧基板層
306‧‧‧可撓性膜片
308‧‧‧空腔
312‧‧‧周邊密封部
314‧‧‧安裝接合部
316‧‧‧液體
319‧‧‧局部區段
320‧‧‧致動器
322‧‧‧覆蓋層
324‧‧‧開放式空腔
325‧‧‧流體通道
326‧‧‧閥通路
328‧‧‧腔室
330‧‧‧第一裝置層級
332‧‧‧靜電閥
334‧‧‧第二裝置層級
400‧‧‧裝置
402‧‧‧陣列
406‧‧‧計算子系統
407‧‧‧記憶體
409‧‧‧處理器或控制器
410A‧‧‧液體透鏡/液體鏡面
410B‧‧‧液體透鏡/液體鏡面
412‧‧‧液體
414‧‧‧空腔
415‧‧‧基板層
416‧‧‧輻射吸收層
417‧‧‧可撓性膜片
418‧‧‧電極
419‧‧‧光線
420A‧‧‧液體透鏡
420B‧‧‧液體透鏡
422‧‧‧液體混合物
424‧‧‧非極性液體
425‧‧‧空腔
426‧‧‧極性液體
428‧‧‧液體界面
430‧‧‧電極
參考以下實施方式及圖式，本發明之實例之特徵將變得顯而易見，在圖式中，類似的參考數字對應於類似但或許不相同的組件。出於簡潔起見，具有先前所描述功能之元件符號或特徵可能或可能不結合出現該些元件符號或特徵之其他圖式來描述。
圖1是根據實例之裝置之平面圖，該裝置經組態以滿足以下情形中之至少一者：含有(或固持)液體，或使液體流動穿過該裝置。
圖2是沿圖1中之線2-2截取的裝置之橫截面。
圖3是說明根據實例的製造圖1之裝置的方法之方塊圖。
圖4是根據實例的可用以裝配圖1之裝置的工作堆疊之橫截面。
圖5是根據實例的在圖1之裝置經裝配時浸入於指定液體內的圖4之工作堆疊之橫截面。
圖6是在基板層已定位以封閉空腔之後的圖5之工作堆疊之橫截面。
圖7是根據實例的圖6之工作堆疊的一部分之放大橫截面，其更詳細地說明在兩個層壓縮時兩個層之間的結合界面。
圖8說明輻射經施加至結合界面以形成周邊密封部。
圖9說明輻射經施加至圖7之結合界面的外部區域以形成圍繞圖8之周邊密封部的安裝接合部。
圖10是圖1之裝置之平面圖，其展示輻射可採用以形成圖8之周邊密封部及 安裝接合部的路徑。
圖11是圖1之裝置之平面圖，其說明溝槽區及成像區。
圖12是說明根據實例之製造裝置的方法之方塊圖。
圖13是在根據實例製造複數個裝置期間之晶圓堆疊的一部分之平面圖。
圖14是在指定液體已提供至晶圓堆疊之空腔中之後的圖13之晶圓堆疊之橫截面。
圖15是在基板層已添加至圖13之工作堆疊之後的圖13之晶圓堆疊之橫截面。
圖16是在工作堆疊已切割以分離個別裝置之後的圖15之晶圓堆疊之橫截面。
圖17是在裝置經裝配時具有根據實例形成之液體閥的裝置之橫截面。
圖18是圖17之裝置的橫截面，其說明液體閥的多工配置。
圖19是根據實例的具有液體透鏡及/或液體鏡面之陣列的裝置之透視圖。
圖20是可由圖19之裝置使用的根據實例形成之液體透鏡之橫截面。
圖21是可由圖19之裝置使用的根據實例形成之其他液體透鏡之橫截面。
圖22說明根據實例之複合接合部，在該實例中周邊密封部與空腔隔開。
本文在一些實例中提供裝置及製造其之方法，該些裝置固持液體或經組態以使液體流動穿過該些裝置。本文中所闡述之實例包括裝置及製造其之方法。該些裝置包括多層結構，在該些多層結構中，鄰近層具有實現雷射結合或雷射熔接之不同吸收特性。該些裝置亦包括存在一或多種液體之空腔。因而，該些裝置可被稱作流體裝置。然而，除液體及多層結構外，流體裝置亦可具有其他組件。舉例而言，流體裝置可包括以通信方式耦接至諸如電極之致 動器的微控制器，該些致動器以可操作方式定位成鄰近於一或多個空腔或定位於一或多個空腔內。
液體可具有均勻組成物或可以是不同(液體)組成物之混合物。在一些實例中，液體包括極性液體(例如，水、水溶液)及非極性液體(例如，油)。流體裝置包括複數個層，其中兩個鄰近層在其間形成界面。流體裝置經組態以阻止液體經由界面洩漏出空腔。在特定實例中，相較於其他已知裝置，流體裝置在空腔內包括的氣泡數目可減少。
在一些實例中，流體裝置包括液體閥、液體鏡面或液體透鏡中之至少一者。液體閥、鏡面或透鏡可包括微空腔，該些微空腔由可撓性膜片封閉且具有安置於其中之液體。該液體可藉由致動器移動，藉此使可撓性膜片之一部分撓曲且改變閥、鏡面或透鏡之狀態。實例可減少或在一些實例中甚至消除存在於微空腔內之氣泡。
在一些實例中，流體裝置係光學對準工具。舉例而言，光學對準工具可用以校準基於螢光及非基於螢光之光學系統的光學部件。在一些狀況下，此等光學系統之精度可處於奈米尺度，其可尤其適用於下一代定序系統(sequencing system)。實例亦可在半導體、生物技術及消費者產業中找到潛在的用途。光學對準工具可用以對準高精度半導體工具，諸如遮罩對準器及步進器。實例亦可用以校準機器視覺系統或消費型裝置，諸如顯微鏡。本文中所闡述之流體裝置亦可用於光學相干斷層掃描及基於螢光之生物成像中。
裝置可包括複數個離散基板層。舉例而言，固體支撐層可具有沿固體支撐層之一側安置的輻射吸收材料。輻射吸收材料可經圖案化以沿基板層形成開放式空腔。可將過度量之液體提供至開放式空腔中。舉例而言，基板層及輻射吸收材料可浸沒於液體內以允許液體流入開放式空腔中。在另一實例中，將液體直接傾倒至空腔中。將另一基板層堆疊至其他層上以封閉開放式空 腔。當將基板層堆疊至其他層上時，液體可能不僅存在於通道內(且無氣泡)，而且沿輻射吸收材料與基板層之間的界面存在。
為將輻射吸收材料及基板層緊固在一起，該方法包括在液體存在於輻射吸收材料與基板層之間時的兩個雷射熔接階段。該些階段在時間上未必分離或相異(例如，在第一階段之後關閉雷射且接著為第二階段再次開啟雷射)。實情為，該些階段可藉由單個輻射工作階段執行，其中針對每一階段使用不同圖案。舉例而言，第一階段可包括沿包圍封閉空腔之單個路徑引導光束點。此第一雷射熔接階段形成「周邊密封部」。第二雷射熔接階段可接著熔接界面之剩餘部分，其可以是比周邊密封部之面積大得多的面積。此第二雷射結合階段形成「安裝接合部」。周邊密封部可在界面之剩餘部分經雷射熔接以形成安裝接合部時防止或阻止氣泡形形成於封閉空腔內。安裝接合部確保不同層充分接合且不會不經意地分離。
圖1係根據實例之裝置100之平面圖。圖2係沿圖1中之線2-2截取的裝置100之橫截面。裝置100經設計成在其中具有指定液體110。當裝置100含有液體時，裝置100可被稱作流體裝置。在特定實例中，流體裝置100係用以例如校準成像系統或形成液體透鏡之光學裝置。舉例而言，液體110可包括一種多種發光材料。發光材料可包括一或多個螢光或發光分子。在某些實例中，發光材料經組態以藉由不同波長之光激發且發射不同波長下之光信號。舉例而言，螢光分子可包括若丹明(Rhodamine)染料或噁嗪染料中之至少一者。作為另一實例，指定液體110可以是液體溶液，其包括提供所要光發射之一或多種類型之量子點。
發光材料可懸浮於合適液體內。舉例而言，合適液體對意欲穿過液體之波長可以是透明或半透明的。視情況，液體亦可具有高黏度以減小芯吸(wicking)至間隙中之可能性。液體亦可具有高沸點。作為一個實例，懸浮有 發光材料之液體可以是乙二醇。然而，在其他實例中，懸浮有發光材料之液體可以是諸如水之其他液體。
在一些實例中，裝置100不含將准許指定液體110流入或流出裝置100之孔口。指定液體110可囊封於裝置100內，使得在實體上不分離裝置100之組件的情況下不准許指定液體110離開裝置100。然而，在替代實例中，可准許指定液體110流動穿過裝置100。舉例而言，裝置100可形成連續流動系統之部分，在該系統中，具有不同試劑之液體被引導穿過裝置100。
裝置100包括沿各別界面彼此耦接之複數個離散組件。在所說明之實例中，裝置100之離散組件包括第一基板層102(圖2)、第二基板層104(圖1及圖2)，及安置於第一基板層102與第二基板層104之間的輻射吸收材料106(圖2)。對於一些實例，輻射吸收材料106可以是輻射吸收層。在此等實例中，輻射吸收層充當將諸如第一基板層102及第二基板層104之兩個其他層分離的間隔物。
儘管圖1及圖2僅展示裝置100之三個層，但其他實例可包括僅兩個層或其他實例可包括多於三個層。亦應理解，可將其他元件添加至裝置100或可對裝置100進行修改。
當第一基板層102、第二基板層104及輻射吸收材料106沿各別界面並排地定位時，組合的第一基板層102、第二基板層104及輻射吸收材料106可被稱作多層堆疊108。對於正對多層堆疊108進行操縱、處理或以其他方式工作之情況，多層堆疊108可被稱作工作堆疊。
裝置100在其中包括空腔112，該空腔在其中具有指定液體110(圖2)。空腔112可被稱作「工作堆疊的空腔」或「工作堆疊空腔」以區分空腔112與其他空腔。如圖2中所展示，空腔112係完全由裝置100之層之表面界定的封閉空腔。舉例而言，空腔112之底部由第一基板層102之內部表面114界 定。空腔112之頂部由第二基板層104之內部表面116界定，且空腔112之側面由輻射吸收材料106之邊緣表面118界定。在其他實例中，空腔112可對多層堆疊108(或裝置100)之外部開放。舉例而言，空腔112可以是在各自對裝置100之外部開放的入口孔口與出口孔口之間延伸的流動通道。在此等實例中，空腔112可被稱作具有至少一個開放端之覆蓋空腔(或覆蓋通道)。
亦如圖2中所展示，結合界面115界定於輻射吸收材料106與第二基板層104之間，且結合界面117界定於輻射吸收材料106與第一基板層102之間。第一安裝接合部122可沿結合界面117形成，且複合接合部120可沿結合界面115形成。複合接合部120包括周邊密封部124及第二安裝接合部126。如本文中所描述，第一安裝接合部122及複合接合部120可藉由一或多個雷射熔接(或雷射結合)操作產生。
在所說明之實例中，裝置100沿內部表面116具有基準標記125之陣列。基準標記125經組態以藉由成像系統來成像以校準成像系統。基準標記125可具有多種形狀且可經定位以提供多種圖案。該些形狀及/或圖案可經設計以用於評估成像系統之光學對準。舉例而言，基準標記可具有單個大的「+」形狀。此等形狀可用於成像系統之XY定位。基準標記可形成覆蓋視場之針孔的陣列。此等陣列可用以評估影像品質及聚焦量度，諸如成像光點之半高全寬、場曲率、影像傾角、軸向色度位移等。舉例而言，針孔可以是具有一微米(1μm)之直徑的圓形針孔。作為另一實例，該陣列可具有六邊形圖案，其具有3μm間距。可存在圍繞視場分佈之諸如「MTF線對」的其他圖案以評估調變轉移函數。對於將鉻用於基準標記之實例，圖案可經設計以允許自動聚焦雷射穿過視場中心之鉻，其中視場之周邊具有小物件，諸如5μm正方形。此類陣列可用以評估最好聚焦Z位置。
替代地或除沿內部表面116定位之基準標記125外，其他基準標 記可沿內部表面114定位。然而，在其他實例中，流體裝置不包括基準標記。
圖3係根據實例之方法200之方塊圖。舉例而言，方法200可以是製造工作堆疊或多層堆疊之方法。方法200亦可以是製造裝置，諸如流體裝置或更具體而言光學裝置之方法。在所說明之實例中，方法200係製造裝置100(圖1)之方法。圖4至圖11說明方法200之操作或階段。
關於圖3及圖4，方法200包括在202處將輻射吸收材料106塗覆至第一基板層102。具體而言，輻射吸收材料106係沿第一基板層102之表面114定位。視情況，第一基板層102可在其上包括基準標記125之圖案。可使用例如雷射結合製程將輻射吸收材料106緊固至第一基板層102。在雷射結合操作期間，可壓縮輻射吸收材料106及第一基板層102。該雷射可以是紅外線(IR)雷射。在此階段，輻射吸收材料106及第一基板層102形成工作堆疊128。
在一或多個實例中，第一基板層102係無機層，諸如玻璃，且輻射吸收材料106係有機層，諸如聚醯亞胺膜。輻射吸收層106之相對側可經矽烷化以增強本文中所描述之雷射結合。然而，應理解，其他材料可適合於本文所闡述之實例。此外應理解，一層可包括多個子層，其中該些子層中之一者包括輻射吸收材料。
在圖3中之204處，將輻射引導至結合界面以形成安裝接合部。舉例而言，可將光束(例如，IR雷射光束)引導至結合界面117。該光束可類似於或相同於光束160(展示於圖8中)該光束具有經組態以由輻射吸收材料106吸收之預定波長，藉此使輻射吸收材料106熔融。第一基板層102及輻射吸收材料106具有不同吸收特性。第一基板層102可准許具有指定波長(或波長範圍)之光束透射穿過且經引導至輻射吸收材料106上。輻射吸收材料106可基本上吸收具有指定波長(或波長範圍)之光。可選擇之其他參數包括光束之功率、掃描速度、光束之均勻性，及將層壓縮在一起之力。
可按預定方式引導光束以覆蓋結合界面117之顯著部分。舉例而言，可將光束引導於結合界面之至少50%上方。該光束可執行圍繞將形成空腔132之區域引導的區域熔接。儘管在204處將引導指示為在圖案化之前發生，但在206處，應理解，將輻射引導至結合界面117上可在圖案化之後發生。
在圖3中之206處，可對輻射吸收材料106進行圖案化以形成空隙。在所說明之實例中，在輻射吸收材料106沿第一基板層102之表面114安置的同時對輻射吸收材料106進行圖案化。舉例而言，可藉由將光束引導至輻射吸收材料106上及按預定圖案移動光束來選擇性地剝蝕輻射吸收材料106。該光束可以是紫外線(UV)雷射光束。該剝蝕可完全移除輻射吸收材料106，或替代地產生可經移除之輻射吸收材料106的切口。然而，在其他實例中，可在沿表面114定位輻射吸收材料106之前對輻射吸收材料106進行圖案化。輻射吸收材料106可構成預成型膜或層。在此等情況下，在206處之圖案化在202處之定位之前發生。除選擇性剝蝕外，可經由其他技術對輻射吸收材料106進行圖案化。舉例而言，可用化學方式蝕刻或模製輻射吸收材料106以具有預定結構。
在206處之圖案化之後，輻射吸收材料106及第一基板層102界定開放式空腔132。關於圖4，輻射吸收材料106形成第一區段140及第二區段142。第一區段140及第二區段142藉由其間之開放式空腔132彼此間隔開。第一區段140及第二區段142包括輻射吸收材料106之材料表面107的各別部分141、143。在圖4中，材料表面107之部分141、143被曝露。
在圖3中之208處，可將指定液體110提供至空隙，例如圖4中所展示之開放式空腔132中。指定液體110之體積可過量使得指定液體110溢出至材料表面107之部分141、143上。圖5說明用於在208處將指定液體110提供至開放式空腔132中之一種方法。在此實例中，指定液體110固持於容器144內。可將工作堆疊128浸沒或浸入指定液體110內使得指定液體110流動至開放式空腔 132中。
關於圖3、圖5及圖6，在210處，可將第二基板層104定位至工作堆疊128上以封閉開放式空腔132(圖5)，藉此形成封閉空腔112(圖6)，該空腔中具有指定液體110。在第二基板層104經定位至工作堆疊128上之前，開放式空腔132可基本上不含氣泡。為確保此情況，可搖晃或振動容器144以移走附著至表面之任何氣泡。第二基板層104之內部表面116亦可基本上不含氣泡。因而，封閉空腔112可在其中具有指定液體110而無氣泡。如圖6中所展示，第一基板層102、輻射吸收材料106及第二基板層104形成工作堆疊150。
儘管上文描述第二基板層104定位至包括第一基板層102之工作堆疊128上，但應理解，在其他實例中，第一基板層102可定位至包括第二基板層104之工作基板上。
圖7是工作堆疊150之部分151的放大橫截面，其更詳細地說明輻射吸收材料106與第二基板層104之間的結合界面115。當第二基板層104經定位至工作堆疊128(圖5)上時，指定液體110存在於材料表面107之各別部分141、143與第二基板層104之內部表面116之間。當在圖3中之212處，壓縮工作堆疊150或更特定而言，將壓縮力152施加至第二基板層104及第一基板層102時，指定液體110之膜154沿結合界面115延伸。圖7中之膜154的厚度155增加使得膜154在圖中可見。
在一些狀況下，膜154可足夠薄使得表面107、116基本上僅被潤濕。然而，指定液體110存在於表面107與116之間。膜154中之指定液體110的量可基於指定液體110之黏著及黏結力及/或表面107、116之表面能。膜154中之指定液體110的量可基於表面107、116之輪廓。在一些實例中，可選擇以上參數以最小化指定液體110之量。膜154中之指定液體110的量係至少大於在表面107、116乾燥或尚未浸入指定液體110內之情況下的指定液體之量的量。僅藉 由實例，膜154之厚度155的範圍可以是約1微米至約2微米。
圖8說明輻射經施加至結合界面115。在方法200(圖3)之214處，將輻射引導至結合界面115上以形成周邊密封部124。周邊密封部124沿空腔112延伸且將空腔112與結合界面115之外部區域170分離。周邊密封部124可圍封空腔112。周邊密封部124可在後續操作期間阻止氣泡或其他液體自外部區域170進入至空腔112。
藉由來自光源之具有指定波長或波長範圍之光束160(例如，雷射)來提供輻射。可選擇一或多個波長使得光束160可透射穿過第二基板層104而無顯著吸收，但由輻射吸收材料106吸收。舉例而言，第二基板層104可以是透明層，且輻射吸收材料106可以是不透明材料。光束160可集中於光束點166處。光束點166可以是光束160之焦點或接近於該焦點。藉由實例，光束點166可具有範圍在約20微米至約30微米之直徑，但在其他實例中，預期該直徑可更大或更小。
光束160經展示為與結合界面115之平面正交，但在此實例或其他實例中，光束160可相對於該平面以一定角度照射。當產生某些結合圖案時或為避免特徵存在於第二基板層104或輻射吸收材料106上，以一定角度照射可以是有益的。
儘管不希望受限於特定假設，但咸信輻射使輻射吸收材料106及/或第二基板層104之材料熔融以提供較近接觸，從而促進不同材料之間的共價鍵結。不管產生共價鍵抑或非共價相互作用，使結合界面115處之材料中之一者或兩者熔融可以是有用的。視情況，可在施加光束之前使熔融的輻射吸收材料及/或第二基板層104之材料的各別表面矽烷化。所得周邊密封部124可有利於防止洩漏。此外，本文中所描述之雷射熔接技術可形成不同材料之間的接合部而不引起第二基板層104或輻射吸收材料106之顯著變形。
在圖3中之214處，沿預定路徑引導輻射以形成周邊密封部124。更具體而言，光束點166照射結合界面115且沿預定路徑引導光束點。光束點166可沿結合界面115連續地移動使得光束點166形成熔融材料之條紋或條帶。當光束點166沿預定路徑位於一點處時，集中之光由輻射吸收材料吸收。熱能快速地增加且使輻射吸收材料106熔融。指定液體110可被汽化。輻射吸收材料106中之熱能亦可使第二基板層104之材料熔融。當光束點166移動遠離此點時，熱能耗散且輻射吸收材料106及第二基板層104之經熔融材料凝固以形成熔接部。
周邊密封部124經設計以在輻射經施加時阻止氣泡自結合界面115之外部區域170進入至空腔112中。在一些實例中，周邊密封部124大體上沿空腔112之周邊延伸。空腔112之周邊由邊緣表面118界定。如圖8中所展示，周邊密封部124定位成緊鄰空腔112。周邊密封部124可沿類似於空腔112之周邊之形狀的預定路徑繼續。在此等情況下，周邊密封部124可特性化為包圍空腔112。
然而，周邊密封部124並不緊鄰空腔112而延伸。舉例而言，周邊密封部124可與空腔112間隔開。此組態展示於圖22中，其中間隔131存在於周邊密封部124與空腔112(或邊緣表面118)之間。此等實例可用以減小氣泡將由於鄰近於空腔112之局部加熱而產生於空腔112內的可能性。藉由實例，間隔131可以是至少0.2毫米(mm)、至少0.3mm、至少0.4mm或至少0.5mm。然而，可使用更大及更小的間隔，包括無間隔。周邊密封部124可不平行於空腔112之周邊。周邊密封部124經定位以防止可在輻射經施加時產生於外部區域170中之氣泡移向及移入空腔112中。
圖9說明根據圖3中之216將輻射施加至結合界面115之外部區域170以形成圍封周邊密封部124之第二安裝接合部126。在圖9中，光束點166自 左向右或在自周邊密封部124至裝置100(圖1)之外部的方向上連續地移動。在其他情況下，光束點166可移入或移出頁面且平行於周邊密封部124。在施加輻射時，可產生由大量熱被施加至指定液體110、輻射吸收材料106及第二基板層104而引起之氣泡。在輻射經引導至外部區域170上時，周邊密封部分124阻止氣泡自外部區域170進入至空腔112中。
對於周邊密封部124及第二安裝接合部126兩者，相信輻射會使輻射吸收材料106及/或第二基板層104之材料熔融以提供較近接觸，從而促進不同材料之間的共價鍵結。不管產生共價鍵抑或非共價相互作用，使結合界面115處之材料中之一者或兩者熔融可以是有用的。當熱能耗散時，混合材料凝固以形成熔接部。儘管周邊密封部124亦可用於將工作堆疊128固持至第二基板層104，但單獨的周邊密封部124可能不足以防止第二基板層104與裝置100無意地分離。接合部之強度可基於接合部之面積連同其他者。為維持多層結構，沿結合界面115添加第二安裝接合部126。
周邊密封部124及第二安裝接合部126組合以形成複合接合部120。經輻照以將第二基板層104及輻射吸收材料106緊固在一起之外部區域170之部分大於周邊密封部124之總面積。舉例而言，經輻照之外部區域170之部分可以是周邊密封部124之面積的至少五倍(5X)。在一些實例中，經輻照之外部區域170之部分可以是周邊密封部124之面積的至少七倍(7X)。在特定實例中，經輻照之外部區域170之部分可以是周邊密封部124之面積的至少十倍(10X)或是周邊密封部124之面積的至少十五倍(15X)。在更特定實例中，經輻照之外部區域170之部分可以是周邊密封部124之面積的至少二十倍(20X)或係周邊密封部124之面積的至少三十倍(30X)。另外在更特定實例中，經輻照之外部區域170之部分可以是周邊密封部124之面積的至少五十倍(50X)或係周邊密封部124之面積的至少一百倍(100X)。
在一些實例中，經輻照之外部區域170之部分可在周邊密封部124之面積的指定範圍內。此等範圍之下限及上限可獲自上文所描述之因子。舉例而言，在一些實例中，經輻照之外部區域170之部分可介於周邊密封部124之面積的5X與15X之間。在一些實例中，經輻照之外部區域170之部分可介於周邊密封部124之面積的5X與20X之間。在更特定實例中，經輻照之外部區域170之部分可介於周邊密封部124之面積的5X與30X之間，介於周邊密封部124之面積的5X與50X之間或介於周邊密封部124之面積的5X與100X之間。在更特定實例中，經輻照之外部區域170之部分可介於周邊密封部124之面積的10X與30X之間，介於周邊密封部124之面積的10X與50X之間或介於周邊密封部124之面積的10X與100X之間。在更特定實例中，經輻照之外部區域170之部分可介於周邊密封部124之面積的20X與30X之間，介於周邊密封部124之面積的20X與50X之間或介於周邊密封部124之面積的20X與100X之間。
在一些實例中，周邊密封部124及第二安裝接合部126具有不同組成，使得周邊密封部124及第二安裝接合部126可經由裝置100之檢驗來識別。舉例而言，裝置100可經切割以顯露延伸穿過周邊密封部124及第二安裝接合部126之橫截面。可使用顯微鏡(例如，掃描電子顯微鏡(SEM))來查驗橫截面表面以識別複合接合部120之特性。作為一個實例，可識別周邊密封部124及第二安裝接合部126，其中預定路徑彼此垂直，如圖10中所展示。更具體而言，周邊密封部124之一個條紋或條帶可垂直於第二安裝接合部126之一條紋或條帶。周邊密封部124可圍封空腔112，而第二安裝接合部126可包括外部區域170中之複數個條紋或條帶。
周邊密封部124及第二安裝接合部126之不同組成可包括具有不同特性的周邊密封部124及第二安裝接合部126之微結構。舉例而言，可在沿周邊密封部124及/或第二安裝接合部126之輻射吸收材料106之間識別到指定液體 110之間隙172(圖9)及/或殘餘物173(圖9)。此等殘餘物173及/或間隙172可產生不同微結構。取決於指定液體110，液體110之殘餘物173可在周邊密封部124及/或第二安裝接合部126內或沿周邊密封部124及/或第二安裝接合部126被捕獲。舉例而言，殘餘物173可以是在液體110內溶解或混合之物質及/或在第二安裝接合部126中由熱量經施加至液體110引起的形成物。殘餘物173可沿複合接合部120或在複合接合部120內存在。周邊密封部124定位於殘餘物173與空腔112之間。
圖10係裝置100之剖面之平面圖，其展示光束點可採用以分別形成周邊密封部124及第二安裝接合部126之路徑180、182。在一些實例中，在光束點166(圖8)沿結合界面115掃描時，光束點166自形成周邊密封部124之預定路徑180連續地移動至形成第二安裝接合部126之預定路徑182。此兩階段製程可在單個輻射工作階段期間發生。替代地，可使用兩個單獨的輻射工作階段。第一輻射工作階段可提供周邊密封部124，且第二輻射工作階段可提供第二安裝接合部126。
如所展示，周邊密封部124包圍空腔112。對於第二安裝接合部126，可按光柵狀方式引導光束點166。舉例而言，預定路徑182可形成一系列鄰近或鄰接的條紋184。出於說明性目的，並未展示整個預定路徑182。結合界面115之一部分在圖10中仍待輻照。
圖11係在裝置100準備好操作時的裝置100之平面圖。在特定實例中，裝置100不含將准許液體流入或流出空腔112之一或多個孔口。舉例而言，界定空腔112之層中之每一者係圍封空腔112之連續材料層。在最終構造中，在完成裝置100之前，該些層可能不具有存在通路或通道之任何不連續處。更具體而言，裝置100無跡象表明曾經存在用於將指定液體提供至空腔112中之一或多個孔口。
然而，在其他實例中，至空腔112的一或多個孔口可用以將指定液體110添加至空腔112中。可接著在使用裝置100之前堵塞此等孔口。另外在其他實例中，流體裝置具有在流體裝置之整個操作期間保持開放的孔口。舉例而言，實例可包括流量槽。
在所說明之實例中，裝置100形成允許觀察(例如，成像)空腔112之窗口192。窗口192藉由輻射吸收材料106成框。窗口192包括成像區194及位於成像區194與輻射吸收材料106之間的溝槽區196。溝槽區196圍封成像區194。在所說明之實例中，成像區194包括基準標記125。溝槽區196經設計為無基準標記125。在一些實例中，提供溝槽區196以降低氣泡進入成像區194之可能性。然而，在其他實例中，窗口192不包括溝槽區196。
裝置100包括安置於空腔112內之具有複數個基準標記125的目標層186。目標層186可附接至第一基板層102及/或第二基板層104(圖2)。目標層186可包括沿對應基板層之表面印刷或圖案化的不透明材料188。不透明材料188可具有以有序陣列形成複數個半透明或透明特徵(例如，孔)190之指定圖案。不透明特徵及半透明或透明特徵之指定圖案可形成基準標記125。圖11中之孔190具有較大直徑使得其在圖中可見。舉例而言，直徑可以是至少一微米。
圖12係說明製造複數個裝置298(圖16)之方法250之方塊圖。裝置298可類似或相同於裝置100(圖1)。關於圖13至圖16來描述方法250，且該方法可包括類似或相同於方法200之步驟的步驟。舉例而言，關於圖12及圖13，方法250包括在252處將輻射吸收材料272塗覆至基板晶圓270，藉此形成工作堆疊275。基板晶圓270可類似或相同於第一基板層102(圖1)。
在方法250之254處，沿基板晶圓270對輻射吸收材料272進行圖案化以包括開放式空腔274及開放式出口通道276。可經由雷射剝蝕或化學蝕刻 連同其他製程對輻射吸收材料272進行圖案化。開放式空腔274可類似或相同於空腔132(圖4)。開放式空腔274經設計以變成各別裝置之封閉空腔。在所說明之實例中，開放式空腔274中之每一者完全由輻射吸收框架278及基板晶圓270界定，使得輻射吸收框架278及基板晶圓270之表面係界定開放式空腔274之僅有表面。然而，在其他實例中，開放式空腔274可由其他元件或層界定。舉例而言，輻射吸收框架278及相對於輻射吸收框架278而堆疊之額外層可界定開放式空腔之側向邊界。
然而，出口通道276經設計以在單獨的鄰近輻射吸收框架278之間延伸。不同於開放側空腔274，出口通道276經設計以與工作堆疊275之外部及/或輻射吸收材料272之外部流動連通。在圖12中之256處，將輻射引導至輻射吸收材料272與基板晶圓270之間的結合界面273(圖14)上以形成安裝接合部。
在對輻射吸收材料272進行圖案化及/或沿結合界面273產生安裝接合部之前，可沿基板晶圓270之表面提供基準標記280(圖13)。基準標記280可以是具有經塑形開口之金屬墊。替代地，可在對輻射吸收材料272進行圖案化之後或在對輻射吸收材料272進行圖案化時提供基準標記280。
關於圖12及圖14，可在258處用指定液體282填充空腔274。舉例而言，可將液體282傾倒至工作堆疊275上使得空腔274被填滿液體282。如圖14中所展示，液體282相對於空腔274及出口通道276之組合容積過量。因而，液體282溢出至輻射吸收框架278之材料表面284上。在圖14中，液體282在表面284上看起來類似於薄膜。取決於液體282及輻射吸收材料272之組成物，液體282可以是薄膜或數滴液滴。由於過量液體，基板晶圓270可定位至吸收流出工作堆疊275之液體的半剛性發泡體或海綿288上。
圖15展示工作堆疊285，其包括工作堆疊275及定位於工作堆疊 275上之基板層290。在方法250(圖12)之260處，將基板層290定位至工作堆疊275上以封閉空腔274且覆蓋出口通道276。可按減小將空氣捕獲於基板層290下方之可能性的方式定位基板層290。舉例而言，可按一定角度定位基板層290使得基板層290之一個邊緣最初接觸輻射吸收框架278。可接著藉由減小基板層290與輻射吸收框架278之間的角度來降低基板層290之剩餘部分，使得准許移位空氣逸出。在262(圖12)處，藉由壓縮力294擠壓基板晶圓270、輻射吸收框架278及基板層290。舉例而言，填滿空氣之可撓性透明膜片(圖中未示)可往下按壓至基板層290上以對輻射吸收框架278提供基本上均勻分佈之力。半剛性發泡體或海綿288可具有抵抗工作堆疊285之移動的固定位置。
在基板層290定位至工作堆疊275上時，基板層290擠壓液體282及使液體移位。當液體282沿材料表面284移位時，液體282可流入空腔274中或流入出口通道276中。空腔274界定固定容積。若填滿空腔274，則不准許液體282沿材料表面284流入空腔274中。在此狀況下，液體282可流入開放式出口通道276中。出口通道276與外部流動連通。在液體282沿材料表面284流入出口通道276中時，出口通道276內之液體282流入外部中。在一些實例中，出口通道276可減小在基板層290已定位於輻射吸收框架278上之後沿基板層290與輻射吸收框架之間的結合界面292保留的指定液體282之厚度。
在264(圖12)處，可將輻射引導至基板層290與輻射吸收框架278之間的結合界面292上以形成周邊密封部296。周邊密封部296可類似或相同於周邊密封部124(圖2)。在266(圖12)處，可將輻射引導至結合界面292之外部區域上以形成安裝接合部297。
在268(圖12)處，個別裝置298(或多層堆疊)可彼此分離。舉例而言，如圖16中所展示，可藉由工具295(例如，刀片)或藉由雷射(圖中未示)來切割工作堆疊285。在特定實例中，可引導工具295穿過出口通道 276(圖13)。工具之寬度可大於出口通道276之寬度。在此等情況下，可提供裝置298之乾淨側面或邊緣而無任何出口通道276之跡象。因此，可形成複數個裝置298。
圖17及圖18說明在裝置300經裝配時的裝置300之橫截面。可按類似於裝置100(圖2)及裝置298(圖16)之方式裝配裝置300。關於圖17，裝置300包括工作堆疊302，該工作堆疊具有基板層(或第一基板層)304及可撓性膜片(或第二基板層)306。可撓性膜片306可包括輻射吸收材料，諸如可撓性聚醯亞胺膜片。在一些實例中，可撓性膜片306可具有包括輻射吸收材料之組成物。替代地，可撓性膜片306可包括多個子層。該些子層可包括具有可撓性材料之第一子層及具有輻射吸收材料之第二子層。第一子層與第二子層可具有相等大小，使得第一子層及第二子層係並排定位之兩個薄片或第二子層可沿第一子層選擇性地定位。舉例而言，第二子層可經由剝蝕或蝕刻來圖案化。
基板層304及可撓性膜片306經由複合接合部310緊固至彼此，該複合接合部包括周邊密封部312及安裝接合部314。工作堆疊302亦包括複數個空腔308，其具有安置於其中之液體316。安裝接合部314圍封周邊密封部312。周邊密封部312經定位以分離安裝接合部314與各別空腔308。在所說明之實例中，空腔308界定於基板層304與可撓性膜片306之間。可按類似於上文所描述之方法的方式將液體316提供至空腔308。舉例而言，可撓性膜片306可在液體316經提供至空腔308中之後定位於空腔308上方。空腔308中之每一者由對應周邊密封部312圍封。周邊密封部312由至少一個安裝接合部314圍封。
工作堆疊302亦包括複數個致動器320。致動器320經組態以增加空腔308內之壓力，藉此移動可撓性膜片306之一部分。舉例而言，致動器320可以是電極、壓電材料或電阻性加熱器。致動器320中之每一者以可操作方式定位於空腔308中之至少一者內或定位成鄰近於空腔308中之至少一者。舉例而 言，致動器320中之每一者可經定位使得致動器320之表面曝露於對應空腔308內之液體316。作為另一實例，致動器320可定位於基板層304內，使得基板層304之材料覆蓋致動器320之表面，但致動器320足夠靠近空腔308使得致動器可增加空腔308內之壓力。
亦展示於圖17中，裝置300具有定位至可撓性膜片306上之覆蓋層322。當覆蓋層322與工作堆疊302組合時，形成第一裝置層級330。覆蓋層322包括開放式空腔324。當覆蓋層322定位至可撓性膜片306上時，開放式空腔324及可撓性膜片306界定具有複數個閥通路326及腔室328之流體通道325。閥通路326中之每一者經大小設定及塑形使得可撓性膜片306之對應局部區段319可閉合閥通路326。舉例而言，當啟動以可操作方式定位成鄰近於空腔308或定位於空腔308內的致動器320時，液體316可使可撓性膜片306之對應區段319凸出且閉合(或阻塞)閥通路326。圍封對應區段319之一或多個外部區段相對於基板層304具有固定位置。在所說明之實例中，由空腔308、液體316、致動器320(例如，電極)及可撓性膜片306形成複數個靜電閥332。閥332之啟動展示於圖18中。致動器320可藉由計算子系統，諸如計算子系統406(圖19)選擇性地控制。因此，可形成多層級、多層微流體及流體電路。
圖18說明經完全裝配之裝置300。裝置300包括第一裝置層級330及第二裝置層級334。視情況，第一裝置層級330及第二裝置層級334可經由一或多個層級通路(圖中未示)流動連通。可個別地製造第一裝置層級330及第二裝置層級334中之每一者，且接著將其組合以形成裝置300。替代地，可逐層級製造裝置300，其中將每一層添加及緊固至其下方之工作堆疊。儘管圖18僅展示兩個裝置層級330、334，但可製造較大數目個裝置層級(3個、4個、5個、……n個，其中n係整數)以實現三維架構之製造。
因而，可製造包括經囊封流體閥之裝置，該些流體閥具有沿可 撓性膜片之流體通道。可啟動該些閥中之每一者以增加用於對應閥之密封空腔中的壓力，從而導致可撓性膜片偏轉。偏轉可具有例如50奈米(nm)或大於50奈米之高度。在其他實例中，該高度可較大。舉例而言，偏轉可具有範圍為約1微米(μm)至約100μm或大於100μm之高度。當可撓性膜片經偏轉時，液體穿過通道之流動可被阻塞。取決於所使用之材料，可用電、壓電、熱、光學及/或電化學方式執行啟動。
圖19係根據實例的具有液體透鏡及/或液體鏡面之陣列402的裝置400之透視圖。裝置400可包括計算子系統406.舉例而言，計算子系統406可包括用於儲存程式化指令之記憶體407及用於執行程式化指令之處理器或控制器409。程式化指令可選擇性地控制安置於裝置400內之致動器之啟動。致動器中之每一者可藉由計算子系統405個別地定址，及/或致動器的一或多個集合可以是可定址的。
圖20及圖21說明可供裝置400使用且可使用此處所描述之流體囊封技術形成之液體透鏡及/或液體鏡面之橫截面。舉例而言，圖20係液體透鏡410A、410B之橫截面。液體透鏡410A、410B由安置於空腔414內之液體412界定，該空腔由基板層415、輻射吸收層416及可撓性膜片417界定。液體412係高折射率液體(例如，高折射率油)。電極418可用電磁或熱或光學方式使液體活化，藉此增加空腔414內之壓力(例如，電滲壓)。液體透鏡410A係在關閉狀態中，且液體透鏡410B係在開啟狀態中。當電極418經啟動且液體透鏡410B在開啟狀態中時，可撓性膜片417之曲率改變。因而，透鏡之曲率改變，導致光學路徑長度之改變且亦使光線419以不同方式折射(相較於液體透鏡410A之光線419)。
液體鏡面組態可類似於圖20中所展示之液體透鏡410A、410B。在此等實例中，光線419可自上方靠近液體鏡面410A、410B。膜片417可塗佈有 經組態以反射入射光線419之金屬層。更具體而言，當液體鏡面410A、410B經活化時，金屬層(由可撓性膜片417支撐)之曲率可散射入射光線419。當液體鏡面410A、410B未經活化時，金屬層(由可撓性膜片417支撐)可基本上平坦且反射入射光線419。因此，實例可類似於具有像素化明暗陣列之微鏡顯示器。
圖21係液體透鏡420A、420B之橫截面。液體混合物422安置於各別空腔425內且包括非極性液體424(例如，油)及極性液體426(例如，水)。當電極430經啟動時，液體424、426之間的液體界面428的形狀改變。對於液體透鏡420A，液體界面428平坦。然而，對於液體透鏡420B，液體界面428具有彎曲輪廓。彎曲液體界面428引起將光線引導至焦點之透鏡化效應。
儘管已針對有機固體層吸收引起有機固體層與無機固體層之間的界面處之結合的輻射的實例而例示了方法，但將理解，無機固體層可替代地或另外由吸收雷射輻射之材料製成。舉例而言，可用輻射吸收材料浸漬無機固體層，或可用輻射吸收材料塗佈無機固體層。此外，輻射吸收材料可以是在結合多層支撐件期間或之後存在於無機固體層與有機固體層之間的液體或其他材料。可基於吸收包括例如以下各者之光譜的多種區中之任一者中的輻射的能力而選擇此類材料：光譜的UV(例如，極UV或近UV)、VIS(例如，紅光、橙光、黃光、綠光、藍光、青光或紫光)或IR(例如，近IR、中IR或遠IR)區。可部分地基於包括例如前述區中之一或多者的光譜之一或多個區中不存在吸收而選擇材料。在一些實例中，無機固體層將透射光譜之至少部分中的輻射，該輻射由輻射吸收材料吸收。
額外注意事項
應瞭解，涵蓋前述概念及下文更詳細論述之額外概念的所有組合(限制條件為此等概念並不相互矛盾)作為本文中所揭示之本發明主題的部 分。詳言之，在本發明結尾處出現之所主張主題的所有組合預期為本文中所揭示之本發明主題的部分。亦應瞭解，本文中明確使用的亦可出現在以引用方式併入之任何揭示內容中的術語應符合與本文中所揭示之特定概念大部分一致的含義。
應理解，上文描述意欲為說明性而非限定性的。舉例而言，上文所描述之實例(及/或其態樣)可彼此結合而使用。此外，在不背離本發明主題之範圍的情況下，可對實例作出許多修改以便適應特定情形或材料。雖然本文中所描述之特定組件及製程意欲界定各種實例之參數，但其絕非限制性的而係例示性實例。熟習此項技術者在審閱上文描述後即將顯而易見許多其他實例。因此，應參考所附申請專利範圍連同此申請專利範圍所授權之等效物的完整範圍，判定本發明主題之範圍。在所附申請專利範圍中，術語「包括」及「其中(in which)」用作各別術語「包含」及「其中(wherein)」的通俗易懂的等效者。此外，在以下申請專利範圍中，術語「第一」、「第二」及「第三」等僅用作標示，且並不意欲對其對象強加數值要求。
本文在說明書及申請專利範圍中所使用之術語「包含」、「包括」、「含有」等以及其變化形式意欲為開放式的，不僅包括所敍述之要素，而且進一步涵蓋任何額外要素。貫穿本說明書對「一個實例」、「另一實例」、「一實例」等之參考意謂結合該實例所描述之特定要素(例如，特徵、結構及/或特性)包括於本文中所描述之至少一個實例中，且可能或可能不存在於其他實例中。此外應理解，除非上下文另外清楚地規定，否則關於任何實例所描述之要素可在各種實例中以任何合適方式組合。
應理解，本文中所提供之範圍包括所陳述範圍及所陳述範圍內之任何值或子範圍。舉例而言，約1微米(μm)至約2μm之範圍應解譯為不僅包括自約1μm至約2μm之間的明確敍述之限值，而且包括諸如約1.2μm、約1.5 μm、約1.8μm等之個別值以及諸如約1.1μm至約1.9μm、約1.25μm至約1.75μm等之子範圍。另外，當「約」及/或「實質上」用以描述值時，其意謂涵蓋所陳述值之較小變化(達至+/-10%)。
雖然已詳細描述若干實例，但應理解，可修改所揭示之實例。因此，前述描述應被視為非限制性的。儘管已參考上文所提供之實例描述本發明主題，但應理解，可在不背離本發明主題之範圍的情況下，對實例進行各種修改。因此，本發明主題之範圍僅受申請專利範圍限制。
100‧‧‧裝置
102‧‧‧第一基板層
104‧‧‧第二基板層
106‧‧‧輻射吸收材料
108‧‧‧多層堆疊
110‧‧‧指定液體
112‧‧‧空腔
114‧‧‧內部表面
115‧‧‧結合界面
116‧‧‧內部表面
117‧‧‧結合界面
118‧‧‧邊緣表面
120‧‧‧複合接合部
122‧‧‧第一安裝接合部
124‧‧‧周邊密封部
125‧‧‧基準標記
126‧‧‧第二安裝接合部

Claims (22)

  1. 一種製造流體裝置的方法，其包含：提供一工作堆疊，該工作堆疊具有一第一基板層、一第二基板層及安置於該第一基板層與該第二基板層之間的一輻射吸收材料，該工作堆疊包括一空腔在該空腔中具有一指定液體，其中一結合界面被界定於該輻射吸收材料與該第一基板層或該第二基板層中之至少一者之間，該結合界面具有該指定液體之一膜；沿一預定路徑將輻射引導至該結合界面上以形成一周邊密封部，該周邊密封部經定位以分離該空腔與該結合界面之一外部區域；及將該輻射引導至該結合界面之該外部區域上以將該第一基板層及該第二基板層緊固在一起，該周邊密封部在當該輻射被引導至該外部區域上時阻止氣泡自該外部區域進入至該空腔中。
  2. 如請求項1所述之方法，其中提供該工作堆疊包括：將該輻射吸收材料定位至該第一基板層上，該輻射吸收材料經圖案化以包括一開放式空腔；將輻射引導至該第一基板層與該輻射吸收材料之間的次要界面上以將該第一基板層及該輻射吸收材料緊固至彼此；用該指定液體填充該輻射吸收材料的該開放式空腔；及相對於該輻射吸收材料及該第一基板層堆疊該第二基板層，藉此覆蓋該開放式空腔且形成該工作堆疊之該空腔，該指定液體之該膜在該第二基板層覆蓋該開放式空腔時沿該結合界面存在。
  3. 如請求項1所述之方法，其中將輻射引導至該結合界面上以形成該周邊密封部包括將該周邊密封部定位成與該工作堆疊之該空腔相距一距離使得一間隔存在於該周邊密封部與該空腔之間。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該工作堆疊及該第二基板層形成一裝置之至少一部分，且其中該第一基板層、該輻射吸收材料及第二基板層是連續層，使得該裝置不含准許該指定液體流入或流出該工作堆疊之該空腔的孔口。
  5. 如請求項1所述之方法，其中提供該工作堆疊包括沿該第一基板層或該第二基板層中之至少一者形成一目標層，該目標層包括以一指定圖案位於其上之一不透明材料。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該輻射吸收材料包括安置於該第一基板層與該第二基板層之間的單獨區段及在該輻射材料之鄰近區段之間的一出口通道，該出口通道與該工作堆疊之一外部或一儲集器中之至少一者流動連通，其中當將該輻射引導至該結合界面之該外部區域上時，准許該指定液體及該些氣泡自該結合界面之該外部區域進入該出口通道。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該工作堆疊包括複數個該些空腔，且該方法進一步包含在緊固該第一基板層及該第二基板層以形成複數個裝置之後切割該工作堆疊。
  8. 如請求項1所述之方法，其中該工作堆疊之該空腔包括一成像區及存在於該成像區與該輻射吸收材料之間的一溝槽區，該成像區具有待成像之一目標，該溝槽區不含該目標。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該輻射吸收材料包括一透明層及一不透明層，該不透明層吸收該輻射以形成一複合接合部。
  10. 如請求項1所述之方法，其中經輻照以將該第一基板層及該第二基板層緊固在一起的該外部區域之一部分是該周邊密封部之一面積的至少十倍(10X)。
  11. 如請求項1所述之方法，其中沿該預定路徑引導該輻射以形成 該周邊密封部及將該輻射引導至該外部區域上是在連續施加該輻射的單個輻射工作階段期間被依序地執行，其中將該輻射引導至該外部區域上包括以光柵狀方式引導雷射光束以覆蓋該外部區域。
  12. 一種流體裝置，其包含：多層堆疊，其包括基板層及沿該基板層安置的輻射吸收材料，該多層堆疊包括空腔，該空腔具有一指定液體；其中在該輻射吸收材料及該基板層之間形成一結合界面，該結合界面包括將該輻射吸收材料及該基板層緊固至彼此的複合接合部，該複合接合部包括沿該空腔延伸的周邊密封部以及圍繞該周邊密封部的安裝接合部，該周邊密封部定位於該空腔與該安裝接合部之間。
  13. 如請求項12所述之裝置，其中該周邊密封部及該安裝接合部具有不同組成。
  14. 如請求項12所述之裝置，其中該指定液體之殘餘物沿該複合接合部或在該複合接合部內存在，該周邊密封部定位於該些殘餘物與該空腔之間。
  15. 如請求項12所述之裝置，其中該基板層係一第一基板層，其中該裝置進一步包含第二基板層，且其中該第一基板層、該輻射吸收材料及該第二基板層是連續層使得該裝置不含准許該指定液體流入或流出該空腔之孔口。
  16. 如請求項15所述之裝置，其進一步包含沿該第一基板層或該第二基板層中之至少一者的目標層，該目標層包括以一指定圖案位於其上的不透明材料。
  17. 如請求項16所述之裝置，其中該指定液體包括在由光源激發時發光的材料。
  18. 如請求項15所述之裝置，其中該第二基板層包含可撓性膜片， 且該裝置進一步包含以可操作方式定位於該空腔內或定位成鄰近於該空腔的致動器，其中該致動器可經組態以被啟動及撤銷啟動從而改變該空腔內的壓力且移動該可撓性膜片。
  19. 如請求項12所述之裝置，其中該空腔包括指定成像區及存在於該指定成像區與該輻射吸收材料之間的溝槽區，該指定成像區具有待成像的目標且該溝槽區不含該目標。
  20. 一種流體裝置，其包含：基板層；可撓性膜片，其包含輻射吸收材料，該輻射吸收材料沿該基板層安置，在該可撓性膜片及該基板層之間界定空腔且在該空腔中具有指定液體；及一致動器，其以可操作方式定位於該空腔內或定位成鄰近於該空腔；其中該輻射吸收材料形成將該基板層及該可撓性膜片緊固至彼此的複合接合部，該複合接合部包括圍繞該空腔的周邊密封部及圍繞該周邊密封部的安裝接合部，其中該致動器經組態以被啟動及撤銷啟動從而改變該空腔內的壓力且移動該可撓性膜片。
  21. 如請求項20所述之裝置，其中該致動器、在該空腔內的該指定液體以及該可撓性膜片共同地操作而為液體透鏡或流體閥。
  22. 如請求項20所述之裝置，其中該致動器包括電極、壓電材料或電阻性加熱器中之至少一者，或該致動器經組態以藉由光來調變。
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