способ изготовления трехмерно расположенных проводящих и соединительных структур для объемных и энергетических потоков

Формула изобретения

1. Способ изготовления трехмерно расположенных проводящих и соединительных структур для объемных и энергетических потоков в 3-мерной слоистой конструкции, включающий в себя создание структурированных слоев из различных жидких светоотверждаемых материалов, удерживаемых за счет поверхностных явлений между двумя плоскими расположенными параллельно пластинами, по меньшей мере одна из которых является проницаемой для электромагнитного излучения, путем отверждения сегментов слоев этих материалов в соответствии с моделью слоистой конструкции под воздействием электромагнитных волн, причем расстояние между пластинами для создания каждого нового структурированного слоя увеличивается в соответствие с толщиной слоя, отличающийся тем, что после отверждения светом жидкого материала с избранными физическими, химическими или биологическими свойствами структурированный слой очищают от неотвердевшего материала промывкой, сегменты слоев заполняют новым материалом с другими физическими, химическими или биологическими свойствами и проводят последующее отверждение в соответствии с моделью слоистой конструкции, содержащей проводящие и соединительные структуры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что не заполненные светоотверждаемым материалом сегменты слоев оснащают электронными, механическими, оптическими или химическими деталями.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что проводящие и соединительные структуры используют для соединения электронных, механических, химических или биологических/электрических деталей.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что проводящие и соединительные структуры используют для соединения между деталями и окружающей средой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу изготовления трехмерно расположенных проводящих и соединительных структур для объемных и энергетических потоков. Объемные потоки могут быть газообразными, жидкими, твердыми или состоять из смеси этих агрегатных состояний. Энергетические потоки могут иметь акустический, электрический или электромагнитный характер.

Подобные объемные и энергетические потоки в настоящее время могут быть реализованы с помощью различных технологий. Для микросистемной техники чаще всего применяемыми являются направляющие и гибкие металлические проводники. Для транспортировки электромагнитной энергии наряду с полыми проводниками применяются также стекловолокна. Объемные потоки реализуют с помощью каналов, шлангов и трубопроводов. При нарастающей миниатюризации эти проводящие и соединительные элементы удается соединять с большим трудом.

Предложенный способ относится к созданию комплексной микросистемы, в которой, например, рядом расположено несколько соединенных друг с другом интегрированных схем, причем одновременно система может включать в себя и механические детали, например микронасос, и система имеет выводы, предназначенные, например, для соединения с другой подобной системой.

Изобретение решает задачу посредством применения структурообразующей слоистой конструкции. Способы последовательного расположения слоев известны из микротехнологии. Так, например, патент ФРГ DE-PS 4420996 описывает способ, в котором между двумя параллельными друг другу пластинами, из которых, по меньшей мере, одна может пропускать электромагнитные волны, благодаря поверхностному натяжению удерживается небольшое количество отверждаемого светом синтетического материала. Поверхность синтетической жидкости под пластиной, пропускающей электромагнитные волны, отверждается, причем воздействие осуществляют по заранее заданному контуру, например при помощи направляющей матрицы или при помощи лазерного луча, управляемого компьютером согласно заданной трехмерной модели, то есть отверждению подвергается не весь материал, а только его часть, при этом возникает область жидкого материала, окруженная отвержденным материалом.

Целью предлагаемого изобретения является изготовление комплексной микросистемы на базе слоистой конструкции, имеющей полости, в которые могут устанавливаться, например, электрические детали, и при этом существует возможность соединения их между собой посредством проводников.

Для достижения данной цели необходимо формирование слоистой трехмерной конструкции, имеющей полости, и проводящие и соединительные структуры, например каналы. В эти полости могут устанавливаться различные элементы, например ИС. Проводящие и соединительные структуры могут использоваться для транспортировки различных фаз, например газов или жидкостей при использовании микронасоса. При этом каналы или полости могут заполняться светоотверждаемым материалом, имеющим отличные свойства от материала, образующего стенки полостей или каналов, например электрическую проводимость, и использоваться для энергетических потоков.

Процесс формирования слоистой трехмерной конструкции заключается в послойном отверждении лазерным лучом по трехмерной слоистой модели синтетической жидкости между двумя параллельными друг другу пластинами, из которых, по меньшей мере, одна может пропускать электромагнитные волны, и на поверхности одной из пластин благодаря поверхностному натяжению удерживается небольшое количество отверждаемой светом жидкости, причем после отверждения слоя расстояние между пластинами увеличивается соответственно на толщину слоя так, что свежий синтетический материал только вследствие своего поверхностного натяжения может стекать в создаваемое пространство между отвержденным слоем и пластиной, таким образом очень точно могут быть созданы структуры в микрометрическом диапазоне.

При этом для получения слоев применяются различные отверждаемые светом материалы. Эти материалы могут иметь различные физические, химические и биологические свойства, например, электропроводящие, электроизолирующие, различные оптические расчетные показатели. При замене материалов, области слоев, в которых на предшествующей операции процесса отверждение не состоялось, также заполняются новым материалом, и подвергаются последующему отверждению. Тем самым совокупность последовательных слоев образует структуры с отличающимися свойствами. Таким же образом могут быть образованы каналы, используемые для объемных потоков. Эти каналы могут использоваться также как полые проводники для высокой частоты, когда стенки каналов изготавливаются из материала с соответствующими свойствами.

Из материалов с разным показателем преломления также можно получать светопроводящие структуры. Эти светопроводящие структуры в соединении со светотранзисторами (ключевые слова: свет включает свет) могут использоваться в оптических интегральных схемах.

Таким образом, согласно данному способу может создаваться комплексная микросистема, включающая несколько интегральных схем (ИС), соединенных между собой, причем от одной ИС с помощью присоединений (контактных площадок) можно образовать проводящую структуру или канал с проводящим материалом, который затем можно провести до следующей ИС, а также к выполненным штепсельным разъемам.

Далее изобретение поясняется графически.

На фиг.1-6 показана последовательность создания комплексной микросистемы, причем на каждой последующей фигуре содержится большее число трехмерно расположенных проводящих и соединительных структур, а также полостей.

Способ согласно изобретению осуществляется между двумя пластинками, между которыми за счет поверхностного натяжения удерживается некоторое количество светоотверждаемой жидкости. Подобного небольшого количество жидкости достаточно для образования тонкого слоя соответствующей толщины. При осуществлении способа пластины отодвигаются друг от друга на толщину слоя, что позволяет послойно создавать комплексную микросистему, состоящую из структурированных слоев. При данном способе сначала формируют днище микросистемы в виде сплошного слоя, как изображено на фиг.1. Слой 1 выполняется в форме круга. После отверждения данного слоя пластины раздвигают на толщину следующего слоя, а зазор между ними любым способом, например при помощи пипетки, заполняют подаваемой сбоку новой порцией светоотверждаемого материала. Следующий слой структурирован таким образом, что в нем имеется полость. Материал, находящийся в области 2, полностью отверждают, а остаток неотвержденного материала из области 3 удаляют. При формировании следующий слоев так же как и предыдущего образуется вертикальный канал или полость 4. Таким образом, может быть создана полость, подходящая для установки ИС. Как следует из фиг.2 в полость 4 может устанавливаться ИС 5, к которой подводят выводы 6, выполненные из электропроводного материала послойным методом, таким образом образуется электропроводное соединение 7.

При этом электропроводное соединение 7 внедрено в основной материал, из которого состоит корпус, причем при формировании корпуса, те места, в которых должен располагаться электрический проводник, не подвергаются воздействию электромагнитных волн, после чего происходит промывка и удаление неотвержденного материала. Следующим шагом в пространство между пластинками или в качестве следующего слоя подается электропроводный материал, который заполняет оставленные для него полости и подвергается отверждению только в них, после чего также вымывается из остальных областей. Так послойно формируют слоистую конструкцию, содержащую структуры, которые изображены на фиг.4.

На фиг.5 и фиг.6 изображено, что электропроводное соединение достигает второй полости 8, в которой также устанавливается электрическая деталь, например вторая ИС 9. При дальнейшем формировании системы также образуют полость 10, в которую входит канал 11. По этому каналу может подаваться среда, например химический реагент, который транспортируется к реактору 12 для осуществления химической реакции. Канал 13 в свою очередь является внешним выводом, например для подачи реагента. Таким образом создается комплексная микросистема, включающая несколько ИС 5, 9, соединенных между собой посредством электропроводных соединений 7, а также включающая каналы 11, 13 для объемных потоков и реактор 12 для осуществления химических реакций.