复合层状材料和器件的低成本制造方法技术

一种器件制造工艺，包括在至少一个基于片卷的制造步骤期间和至少一个基于片材的制造步骤期间执行多个无接合工艺。这些工艺利用多个模块执行。模块可被独立地控制和／或监管。模块可互换。一个或多个模块可接收和／或传递材料给另一模块。被制造的器件可以是成层器件、智能卡、传感器、致动器、体外诊断器件、微流体器件或层状器件。器件制造装置包括至少一个基于片卷的制造组件和至少一个基于片材的制造组件。至少一个基于片卷的制造组件和至少一个基于片材的制造组件被构造成执行多个无接合工艺。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术 一般涉及具有一层或多层适当改性、变更或外加材料的复合层状 材料和器件的制造。更特别的，本专利技术涉及在变化的手动或自动控制程度下 以低成本、以可变数量且同时以高度的变化性和精度复杂性来制造这些材料 和器件的方法。另外，本专利技术还涉及利用同一制造设施有效制造功能性和复 杂性不同的层状材料和器件的方法。本专利
还延伸至复杂聚合材料和器 件的有效制造，其制造特征是尺寸从厘米至纳米可变化且可控制。
技术介绍
在以下论述中，参考特定的结构和/或方法。然而，此参考不应被解释 为承认这些结构和/或方法构成现有技术。本申请人特别保留权力来证明此结 构和/或方法不被认作现有技术。许多行业已转移到层状材料以利用此合成材料提供的增强的材料特性 和功能性。一个简单例子是气象保护，涂料提供钢材所能提供的强度。 一个复杂例子是通过粘结经蚀刻和切割的适当材料的平面片材(planar sheets )来 制造微型流体槽路和微型反应室。另一复杂例子是制造多层印刷电路板，允 许电路比曾经利用单层或双层材料所实现的电路复杂得多。另一例子是在精 细织物上粘结支承层，从而提高它们的耐用性而不牺牲紋理和视觉外观。层 状多功能器件的一例是"SMART"卡，其中，含有图形、电子、磁性和触 觉特征的许多层被包括在一个多层器件内。已努力研发新工艺来促使用更高的生产率和更低的成本制造此复合层 状材料。随着时间的过去，已研发出两种基本工艺过程。 一种方法致力于单 个器件且使工艺形成流水线以使复杂性和/或功能性分层或叠加。另一方法致 力于批量制造长的层状片材(long layered sheets )，由该层状片材经变型后切 出单个器件。这些方法中的每种都具有它们的优点。第一种方法可制造复杂性高的材 料和器件，但成本高。另一种方法可以低成本批量制造材料和器件，但复杂性相应地降低。这些方法的其它不足和障碍造成了生产危害，这进一步妨碍了实现以低 成本批量制造复合层状器件的目标。已尝试结合这些工艺以实现这些目的， 但成效是不定且有限的。特别自十九世纪四十年代起，聚合物已被用作金属的更廉价替代品来制 造耗材，且自十九世纪九十年代的中早期起，聚合物已被用于批量生产供仪 器使用的复合材料和器件。由于聚合物用在低成本批量制造中的优势是显著 的，所以本论述涉及采用聚合物，但同样应用于采用其它材料，包括金属、 金属氧化物、金属箔、陶瓷、玻璃和这些材料的薄或厚膜面涂层或者它们的 组合。同上述两种主要的一般工艺方法一样，上世纪后期研发的表面特征制造 技术通常可分为两种另外的类别。首先是采用直接机械加工方法，其中，直接在由适当材料制成的层面上 生成预期特征的图案。这些方法包括微磨、基于激光的光刻和射束扫描、等离子蚀刻、采用光致抗蚀剂的湿式化学uv光刻、软光刻、x射线光刻和打 印头沉积。在这些技术中，基于激光的工艺由于易于处理且它们能够在各种 材料内生成空间受限且亚微米尺寸的各向异性特征而已显示出最大的发展。 第二种方法涉及采用母模板来形成预期图案的工艺。这些特征复制工艺 包括软光刻、压花、压塑、热成型、注塑和反应性注塑，且特别适于采用聚 合物，尽管这些技术也可以采用包括低熔点金属和玻璃料在内的其它材料。这些材料或器件制造方法中的大多数都仅限于生成2维或2'/2维的结构。 这些方法的最大共同点是采用计算机数控(CNC)微磨、注塑或热压花中的 一种或多种，这只能生成非常有限的特征复杂度。为制造复杂的3维聚合物 部件，这些微观构造方法通常需要组装若干个单独生成的部件。然而，组装 微观部件是一种存在对准挑战的连续制造工艺，而此进一步导致工艺费力、 产量较低且相关产品的成本高。另一种制造复杂聚合材料及器件的新近方法是堆叠、对准并接合 (bonding)若干层已经制好的薄层(膜)。这种层合方法允许采用较简单的 2维制造技术(例如，压光、模切和激光处理)和已确立的接合技术(bonding technologies)来生成复杂的3维材料或器件。这种3维设计方法尤其适于采 用巻轴到巻轴(reel-to-reel)处理的高容量制造，如Mehalso ("TheMicrosystems Road in the USA (美国的微系统公路)"，Mstnews,第4/02巻, 第 6-8 页 (2002))和Schuenemann ( "Packaging f Disposable Chips for Bioanalytical Applications (用于生物测定的一次性芯片的包装)，，，IEEE电 子元件及技术大会，内华达州，美国(2004))等所述的。市场压力已促使批量制造策略离开传统的固定生产线方法朝向机动性 和响应性的制造系统发展，以提供速度和迅速的适应性来满足市场需求。这 种新制造方法通常被机动地用于单个机器，或者当在组装线上制造离散部件 的情况下被用于机动地给多个生产线模块再定向或者再排序。然而，对于生 产线为连续工艺的巻轴到巻轴系统而言，这是更难的建议。尽管美国专利 4805111描述了 一种可重构生产线的模块化片巻系统(modularized web system),但由于在系统使用时原材料供给的连续特征，系统的机动性和所生 成器件的复杂性有限。迄今，对于层状聚合器件的制造，仅描述了批量、串行或连续的巻轴到 巻轴处理技术。在通常的批量处理中，利用一系统处理一批制造大量或者许多产品。微 观技术里，批量处理在制造基于硅或玻璃的器件中相当普遍。 一个例子是集 成电路的制造，其中，硅晶片用作基底，且随后对其进行大量的加减处理以 在该基底的表面内或其上形成电子元件例如门电路和晶体管。在这些处理步 骤完成后，分离并包装器件。在另一批量处理例子中，利用印刷原理印制聚 合物钞票，其中，同时处理含有几十张钞票的片材或票券，然后在最终处理面内相结合。然而，这些批量制造技术相当昂贵，尤其在涉及微观特征时。依据此方 法制造的器件的主要工业应用是组件能被再利用的大型工业、科学和政府实 验室中以高产量为方向的产品，从而在器件的工作寿命内分期偿还成本。对 于微型层状生物测定器件的许多潜在应用，尤其用于即时/即用器件的一次性 部件，这种高生产成本是不恰当的。基于层状聚合物的器件的批量制造可用于经由一系列处理例如模切、接 合、研磨和激光切割来形成多个微型器件。然而，由于微型化和需要此器件 可靠地连接真实世界样品与仪器的技术挑战，按照这种方式制得的层状聚合 器件通常比它们的硅或玻璃复制品大，且存在少见的包装挑战。另外，这些批量工艺难以自动化，使储存、操纵、对准和组装所生成的微型部件本身成 为一项商业和技术挑战。结果，可经由聚合物批量工艺并行地且经济地制造 的器件数量有限，使得这种方法仅适于少量生产。串行制造是一种制造工艺与单个工件(或者相当少量工件)的连续性相 互作用的制造策略。例子是注塑、热压花或机磨。尽管这些工业中广泛采用 的工艺中的每种都最适宜于高产量且用于连接一系列处理的若干自动化策 略可以良好地用于传统产品，但对于微型构造器件而言，所需的高度自动化 工艺程序的周期、复杂性和成本都显著增加。在竟争性的工业环境下储存、 操纵、组装和对准^t型部件仍然是一项技术和经济挑战。因此，串行制造工 艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种器件制造工艺，包括：　执行至少一个基于片卷的制造步骤和至少一个基于片材的制造步骤，其中，　（ａ）在至少一个或多于一个基于片卷的制造步骤内，以及　（ｂ）在至少一个或多于一个基于片材的制造步骤内，　执行多个无接合工艺 。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈卡J阿特金，格雷戈里F伊顿，
申请(专利权)人：迈克罗拉布私人有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]