Устройства для текучих сред и способы изготовления таких устройств
Изобретение относится к многослойной структуре, в которой смежные слои имеют разные характеристики поглощения излучения и может быть использовано в биотехнологии, оптоэлектронике и микроэлектромеханических системах. Способ включает формирование рабочего пакета, содержащего первый слой подложки, второй слой подложки и поглощающий излучение материал, расположенный между первым слоем подложки и вторым слоем подложки. Рабочий пакет содержит полость, содержащую специальную жидкость. Поглощающий излучение материал, и по меньшей мере один слой из первого слоя подложки и второго слоя подложки ограничивают между собой граничную область соединения. Граничная область соединения содержит пленку указанной жидкости. Способ также включает направление излучения на граничную область соединения для формирования периметрального шва. Периметральный шов отделяет полость от внешней зоны граничной области соединения. Способ также включает направление излучения на внешнюю зону граничной области соединения для скрепления первого слоя подложки со вторым слоем подложки. Периметральный шов препятствует проникновению пузырьков из внешней зоны в полость, когда излучение направлено на внешнюю зону. Изобретение позволяет повысить прочность соединения подложки с поглощающим излучение материалом. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 22 ил.
Перекрестная ссылка на родственные заявки
По настоящей заявке испрашивается преимущество приоритета согласно предварительной патентной заявке США № 62/452,923, поданной 31 января 2017 г., которая полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.
Уровень техники
В различных областях техники используют устройства, содержащие жидкость или выполненные с возможностью прохождения жидкости через них. Такие устройства широко используются в биотехнологии, оптоэлектронике и микроэлектромеханических системах (MEMS, англ. Micro-ElectroMechanical Systems). Например, в системах для биологических исследований могут использоваться устройства для текучих сред, называемые проточными ячейками, служащие для проведения заданных реакций внутри проточных каналов. Реакции (или свидетельство этих реакций) регистрируют на изображении, получаемом посредством подсистемы съемочного аппарата, содержащего объектив, расположенный поблизости от проточной ячейки. Для калибровки подсистемы съемочного аппарата на место, где обычно установлена проточная ячейка, устанавливают другое устройство. Это устройство представляет собой средство оптической юстировки и выглядит аналогично проточной ячейке. Средство оптической юстировки содержит замкнутую камеру, аналогичную проточным каналам по размеру и форме. Эту камеру заполняют жидкостью, содержащей один или более флуоресцентных красителей. На внутренней поверхности, ограничивающей замкнутую камеру, имеются металлические площадки со сквозными фасонными отверстиями. Для юстировки подсистемы съемочного аппарата получают изображение этих металлических площадок, для чего возбуждают флуоресцентный краситель (красители), находящийся в замкнутой камере. Чтобы определить, как юстировать подсистему съемочного аппарата, анализируют изображения фасонных отверстий в металлических площадках.
Устройства для текучих сред, например, проточные ячейки и вышеописанные средства оптической юстировки, могут содержать множество отдельных конструктивных элементов, соединенных между собой. Однако по мере того, как детали этих конструктивных элементов уменьшаются в размере или усложняются, соединять эти конструктивные элементы становится все труднее. В одном из способов соединения этих конструктивных элементов, называемом лазерной сваркой или лазерным соединением, световой пучок (например, лазерный пучок) направляют на граничную область между двумя смежными конструктивными элементами, что вызывает плавление материала по меньшей мере одного из конструктивных элементов. После остывания и отверждения материала образуется сварочный шов.
Распространенной проблемой, которая может возникнуть в устройствах для текучих сред, является возможность утечки жидкости через граничные области или через порты этих устройств. Кроме того, часто желательно, чтобы в полостях, где находится жидкость, не было (или почти не было) пузырьков. Пузырьки могут снижать качество изображения или мешать нормальной работе некоторых устройств, например, жидкостных вентилей и линз. Хотя лазерная сварка эффективна при соединении конструктивных элементов, создание устройств, ограничивающих утечку и/или содержащих пониженное количество пузырьков, все еще представляет собой проблему.
Определения
В настоящем документе нижеследующие термины имеют указанное значение.
«Слой подложки» представляет собой слой, который можно связать с другим слоем (например, с еще одним слоем подложки) и сварить или соединить с указанным другим слоем с помощью лазера. Слои подложки могут содержать неорганический твердый материал, органический твердый материал, их сочетание, или состоять из таких материалов. Примерами неорганического твердого материала являются стекло, модифицированное или функционализированное стекло, керамика, диоксид кремния или материалы на его основе, включая кремний и модифицированный кремний, и металлы. Примерами органического твердого материала являются пластические массы, например термопласты и термореактопласты, включая нейлон,
циклоолефиновые сополимеры (например, продукты ZEONOR® компании Zeon), циклоолефиновые полимеры, углеродное волокно, полимеры. Термопластами являются, например, полиакрилат, полиамид, полиимид (например, продукты KAPTON® компании E.I. du Pont de Nemours и Co. (Du Pont)), полибутилентерефталат, поликарбонат, полиэфиркетон, полиэтилен, полиэтиленсульфид, полиацеталь, полипропилен, полистирол, полисульфон, поливинилбутираль и поливинилхлорид. Подходящими термопластами, могут быть, например, KAPTON® KJ и черный KAPTON® KJ.
Следует понимать, что термин «слой подложки» не ограничен единой непрерывной массой одного материала, если иное не указано явно. Например, слой подложки может быть сформирован из множества подслоев одного материала или разных материалов. Кроме того, каждый слой подложки может содержать один или более расположенных в нем элементов, содержащих разные материалы. Например, слой подложки в дополнение к основному материалу подложки, например, стеклу или термопласту, может содержать электроды или проводящие дорожки. В качестве опции, слой подложки до сварки с другим слоем подложки могут соединять с другими элементами или компонентами.
«Поглощающий излучение материал» представляет собой поглощающий излучение материал в заданном участке или диапазоне электромагнитного спектра. Поглощающий излучение материал, может быть или не быть частью слоя подложки, соединяемого с другим слоем подложки посредством лазерной сварки. Поглощающий излучение материал, может находиться в форме органических твердых материалов, например, вышеописанных органических твердых материалов. К примеру, полиимидная пленка, например, пленка KAPTON® (DuPont), может поглощать излучение с длинами волн менее 650 нм и плавиться в результате. Для воздействия на полиимидные полимеры этой пленки можно использовать лазерный пучок, в котором свет имеет надлежащую длину волны (например, 480 нм).
Слой подложки может быть пропитан поглощающим излучение материалом.
Например, органический твердый материал может быть пропитан красителем или сажей, как, например, черный KAPTON® (полиимид, пропитанный сажей, поставляемый компанией DuPont). Используемый краситель для соответствия конкретному лазеру могут выбирать по наличию перекрытия диапазона длин волн, излучаемых этим лазером, со спектром поглощения красителя. Black KAPTON® можно активировать (например, нагревом) лазером, излучающим на 1064 нм.
Органический твердый материал может быть выполнен с возможностью поглощения излучения в любой из различных областей спектра, например, в ультрафиолетовой (УФ, например, в дальней УФ или ближней УФ), видимой (например, в красной, оранжевой, желтой, зеленой, голубой, синей или фиолетовой) или в инфракрасной (ИК, например, в ближней ИК, средней ИК или дальней ИК) области спектра. Должно быть понятно, что органический твердый материал могут выбирать на основании отсутствия поглощения в одной или более областях спектра, в том числе, например, в одной или более из вышеуказанных областей. Неорганический твердый материал может пропускать излучение по меньшей мере в той части спектра, в которой поглощает органический твердый материал.
«Твердый слой» обозначает подложку, нерастворимую в жидкости на основе воды. Твердый слой может быть непористым или пористым. Твердый слой может быть жестким или гибким. Непористый твердый материал, как правило, препятствует объемному течению жидкостей или газов. В число примеров твердых слоев входят стекло, модифицированное или функционализированное стекло, пластические массы (в том числе акриловые, полистирол и сополимеры стирола и других материалов, полипропилен, полиэтилен, полибутилен, полиуретаны, TEFLON™ (DuPont), циклоолефины, циклоолефиновые полимеры (например, ZEONOR®), полиимиды и т.д.), нейлон, керамика, смолы, диоксид кремния или материалы на его основе, в том числе кремний и модифицированный кремний, углерод, металлы, неорганические стекла, полимеры, в том числе синтетические полимеры. У твердых материалов, наиболее подходящих для некоторых примеров твердого слоя, по меньшей мере одна поверхность может находиться внутри устройства с проточной ячейкой.
В качестве опции, в ходе этапа соединения двух слоев между ними может находиться химически активный слой (или подслой). «Химически активный слой» обозначает поверхностное покрытие или область между поверхностями, содержащие по меньшей мере один компонент, который можно ковалентно модифицировать или ковалентно соединить с по меньшей мере одним другим компонентом посредством физической или химической стимуляции. В некоторых
примерах граничную область могут заполнять жидкостью, газом, твердым материалом или плазмой, содержащими активный компонент.
Химически активным слоем может быть покрытие на какой-либо стороне или на обеих сторонах двух других слоев. Как вариант, химически активный слой может находиться на промежуточном материале, присутствующем между двумя другими слоями, или в таком материале, и в результате выполнения способа изготовления эти два других слоя становятся соединенными посредством указанного промежуточного материала. Подобным образом, химически активным слоем может быть жидкий слой, содержащий реагенты, вызывающие образование поперечных связей и активные в отношении, например, и органического слоя, и неорганического слоя.
Химически активный слой могут создавать на твердом слое с использованием, например, способа силанизации. Для силанизации поверхности могут быть использованы такие способы, как осаждение из газовой фазы, нанесение погружением, нанесение на вращающуюся подложку и нанесение распылением. В некоторых примерах эти способы могут использовать для нанесения силанового покрытия на всю поверхность. Однако возможно и создание на поверхности рисунка силанизации, например, с использованием способов маскирования или прецизионного распыления. Например, как подробнее рассматривается ниже, может требоваться нанесение силана (или других химически активных соединений) избирательно на те области поверхности неорганического слоя, которые должны соединяться с органическим слоем, с недопущением или минимизацией силанизации (или иной химической модификации) других областей неорганического слоя, в которых связывание с органическим слоем не нужно. Если требуется, с использованием аналогичных способов рисунок силанизации или другого химически активного покрытия может быть нанесен и на поверхность органического слоя.
В число примеров силанов, которые могут быть использованы, входят силаны, функционализированные акрилатом, силаны, функционализированные альдегидом, силаны, функционализированные амином, силаны, функционализированные ангидридом, силаны, функционализированные азидом, силаны, функционализированные карбоксилатом, силаны, функционализированные фосфонатом, силаны, функционализированные сульфонатом, силаны, функционализированные эпоксигруппой, силаны,
функционализированные эфиром, силаны, функционализированные винилом, силаны, функционализированные олефином, силаны, функционализированные галогеном и двухцепные силаны с любой из вышеперечисленных функциональных групп или без них. Выбор функциональности силана могут делать на основании реакционной способности органического материала, с которым этот силан должен реагировать. Например, силаны, функционализированные амином, реагируют с такими термопластами, как, например, полиакрилат, полиамид, полиамид-имид, полибутилентерефталат, поликарбонат, полиэфиркетон, полиэтилен, полиэтиленсульфид, полисульфон, поливинилбутираль и поливинилхлорид. Силаны, функционализированные винилом и олефином, реагируют с такими термопластами, как, например, полиацеталь, полиэтилен и полипропилен. Силаны, функционализированные акрилатом, реагируют с такими термопластами, как, например, полипропилен и полистирол. Заданную поверхность могут силанизировать для улучшения ее связывания с другой поверхностью, с которой эта заданная поверхность должна быть соединена. Например, могут силанизировать поверхность материала или слоя, поглощающего излучение. В ходе операции лазерного соединения силанизированная поверхность может плавиться.
«Рабочий пакет» содержит множество соединенных вместе слоев подложки, при этом два смежных слоя образуют граничную область. В некотором примере рабочий пакет между слоями множества слоев подложки содержит поглощающий излучение материал. Рабочим пакетом могут называть стопу слоев на каждой стадии операции сборки.
Термин «граничная область» обозначает область на границе между двумя материалами. Например, этим термином могут обозначать область между двумя твердыми слоями, между твердым слоем и химически активным слоем, между химически активными слоями на двух твердых слоях, между соединяющим слоем и твердым слоем и т.д. Содержание этого термина может включать поверхность одного или обоих граничащих материалов.
«Граничная область соединения» обозначает граничную область, сваренную для соединения двух отдельных слоев подложки между собой. Например, граничная область соединения может содержать одну или более ковалентных или нековалентных связей, образующих указанное соединение. Ковалентная связь характеризуется обобществлением пар электронов между
атомами. Цепь из двух или более ковалентных связей может образовывать молекулярную связь между двумя слоями. Соответственно, граничная область соединения может быть толщиной в одну или более длин ковалентной связи. В конкретных примерах каждая молекулярная связь может проходить сквозь всю граничную область соединения без прерывания какими-либо нековалентными связями. Как вариант, в цепи связей, проходящей сквозь всю граничную область соединения, молекулярная связь может содержать одну или более нековалентных связей. Нековалентная связь представляет собой химическую связь, в которой не участвует обобществление пар электронов, например, водородные связи, ионные связи, силы ван дер Ваальса, гидрофильные взаимодействия и гидрофобные взаимодействия. В по меньшей мере некоторых примерах граничная область соединения может содержать комбинацию ковалентных молекулярных связей, проходящих сквозь всю граничную область соединения, и нековалентных связей, проходящих по меньшей мере через часть граничной области соединения. В граничной области соединения может содержаться любой из множества материалов, обладающих способностью к соединению, связыванию, склеиванию, сцеплению или скреплению указанных слоев.
«Полость» обозначает пространство, в котором может содержаться 20 жидкость. Полость может быть замкнутой или открытой. Полостью может быть канал или камера. Термин «канал» обозначает удлиненный проход, который может содержать жидкость или направлять течение жидкости в твердый слой или на твердый слой. Канал может иметь один или более портов для входа в устройство и/или выхода из устройства. Канал может быть открытым. Например, открытыми каналами являются желоб, канава, пролив, колея и т.п. Поперечное сечение открытого канала может иметь, например, U-образную, V-образную, криволинейную, угловую, многоугольную или гиперболическую форму. Закрытые каналы могут иметь вид трубок, труб, тоннелей и т.п. Закрытый канал может иметь круговое, эллиптическое, квадратное, прямоугольное или многоугольное поперечное сечение.
«Гибкая мембрана» представляет собой мембрану, внутренний участок которой может смещаться (например, изгибаясь и/или растягиваясь) при приложении силы к нему. Гибкой мембраной может быть описанный здесь слой подложки. Указанные внутренние участки окружены одним или более внешними
участками. Внутренние участки могут смещаться без отрыва от внешних участков, а внешние участки удерживаются в стационарной конфигурации. Внутренний участок гибкой мембраны при приложении силы к нему может оказывать сопротивление, пропорциональное величине смещения/растяжения этого внутреннего участка гибкой мембраны. Внутренний участок гибкой мембраны можно переводить из первой конфигурации (например, формы) в по меньшей мере одну вторую конфигурацию, более изогнутую и/или растянутую, чем первая конфигурация. В некоторых примерах первой конфигурацией может быть ненапряженная конфигурация внутреннего участка гибкой мембраны, 10 реализующаяся, когда к гибкой мембране не приложена сила. В других примерах первой конфигурацией может быть наименее изогнутая и/или растянутая конфигурация, реализующаяся, когда к внутреннему участку гибкой мембраны приложена небольшая сила. Во второй конфигурации при изгибе и/или растяжении внутреннего участка гибкой мембраны в этой гибкой мембране действует потенциальная сила, возвращающая внутренний участок гибкой мембраны обратно в первую конфигурацию после снятия внешней силы. Материалом для гибких мембран может быть, например, полиимид, поликарбонаты, полиэтилентерефталат (ПЭТ) и полидиметилсилоксан (ПДМС). В качестве опции, поверхность гибкой мембраны могут силанизировать в зоне, которая будет приварена лазером к другому материалу. В качестве опции, на гибкую мембрану может быть нанесен поглощающий излучение материал.
«Сжатие» обозначает приложение силы для сведения двух объектов вместе. Например, два слоя подложки могут быть сведены вместе путем прижатия одного слоя подложки к другому, сдавливания вместе двух слоев подложки, помещения одного слоя на другой слой в гравитационном поле (например, в гравитационном поле Земли или гравитационном поле, созданном центрифугой) и т.п.
Раскрытие изобретения
В примере предложен способ, включающий формирование рабочего пакета, содержащего первый слой подложки, второй слой подложки и поглощающий излучение материал, расположенный между первым слоем подложки и вторым слоем подложки. Рабочий пакет содержит полость, содержащую специальную
жидкость. Поглощающий излучение материал и по меньшей мере один слой из первого слоя подложки и второго слоя подложки ограничивают между собой граничную область соединения. Граничная область соединения содержит пленку указанной специальной жидкости. Способ также включает направление излучения на граничную область соединения по заранее заданному пути для формирования периметрального шва. Периметральный шов располагают так, чтобы отделить указанную полость от внешней зоны граничной области соединения. Способ также включает направление излучения на внешнюю зону граничной области соединения для скрепления первого слоя подложки со вторым слоем подложки. Периметральный шов препятствует проникновению пузырьков из внешней зоны в полость, когда излучение направлено на внешнюю зону.
В некоторых аспектах формирование рабочего пакета может включать размещение поглощающего излучение материала на первом слое подложки. В поглощающем излучение материале могут формировать выемку для создания открытой полости. Формирование рабочего пакета также может включать направление излучения на дополнительную граничную область между первым слоем подложки и поглощающим излучение материалом для скрепления первого слоя подложки с поглощающим излучение материалом. Формирование рабочего пакета также может включать заполнение открытой полости специальной жидкостью и наложение на поглощающий излучение материал и на первый слой подложки второго слоя подложки для закрытия открытой полости и формирования полости рабочего пакета. При закрытии открытой полости вторым слоем подложки вдоль граничной области соединения может присутствовать пленка специальной жидкости.
В некоторых аспектах направление излучения на граничную область соединения для формирования периметрального шва включает размещение периметрального шва на расстоянии от полости так, чтобы между периметральным швом и полостью был промежуток.
В некоторых аспектах рабочий пакет и второй слой подложки образуют по меньшей мере часть устройства. Первый слой подложки, поглощающий излучение материал, и второй слой подложки могут быть сплошными слоями, так что в устройстве нет портов, через которые специальная жидкость могла бы течь в полость или из полости.
В некоторых аспектах формирование рабочего пакета включает формирование слоя мишени на по меньшей мере одном слое из первого слоя подложки и второго слоя подложки. Слой мишени может содержать непрозрачный материал, расположенный на слое мишени в соответствии с заданной схемой.
В некоторых аспектах поглощающий излучение материал содержит обособленные участки, расположенные между первым слоем подложки и вторым слоем подложки, и выходной канал между соседними участками поглощающего излучение материала. Выходной канал может быть соединен по текучей среде с наружной областью рабочего пакета и/или резервуаром. Специальная жидкость и пузырьки могут иметь возможность поступления в выходной канал из внешней зоны граничной области соединения, когда излучение направляют на внешнюю зону.
В некоторых аспектах рабочий пакет содержит множество полостей. Способ также может дополнительно включать разрезание рабочего пакета после скрепления первого слоя подложки со вторым слоем подложки, для формирования множества устройств.
В некоторых аспектах полость содержит область получения изображения и область окантовки между этой областью получения изображения и поглощающим излучение материалом. Область получения изображения может содержать мишень, изображение которой следует получить. Мишень может не заходить в область окантовки.
В некоторых аспектах поглощающий излучение материал содержит прозрачный слой и непрозрачный слой. Непрозрачный слой может поглощать излучение для формирования составного стыка.
В некоторых аспектах часть внешней зоны, которую облучают для скрепления первого слоя подложки со вторым слоем подложки по меньшей мере в десять раз (десятикратно) больше площади периметрального шва.
В некоторых аспектах направление излучения по заранее заданному пути для формирования периметрального шва и направление излучения на внешнюю зону выполняют последовательно в одном сеансе облучения без перерыва в воздействии излучением. Направление излучения на внешнюю зону может
включать ведение лазерного пучка подобно растру с покрытием этой внешней зоны.
Следует понимать, что любые отличительные признаки указанного способа могут быть объединены любым требуемым образом и/или в любой требуемой конфигурации.
В примере предложено устройство, содержащее многослойный пакет, содержащий слой подложки и поглощающий излучение материал, расположенный на указанном слое подложки. Многослойный пакет содержит полость, содержащую специальную жидкость. Поглощающий излучение материал и слой подложки образуют между собой граничную область соединения. Указанная граничная область соединения содержит составной стык, скрепляющий поглощающий излучение материал со слоем подложки. Составной стык содержит периметральный шов, проходящий вдоль полости, и защитный стык, окружающий периметральный шов. Периметральный шов расположен между полостью и защитным стыком.
В некоторых аспектах периметральный шов и защитный стык имеют разные конфигурации.
В некоторых аспектах вдоль составного стыка или внутри него присутствуют остатки специальной жидкости. Периметральный шов могут располагать между указанными остатками и полостью.
В некоторых аспектах слой подложки представляет собой первый слой подложки, причем устройство дополнительно содержит второй слой подложки, а первый слой подложки, поглощающий излучение материал, и второй слой подложки представляют собой сплошные слои, так что в устройстве нет портов, через которые специальная жидкость могла бы течь в полость или из полости.
В некоторых аспектах устройство также может содержать слой мишени на по меньшей мере одном слое из первого слоя подложки и второго слоя подложки. Слой мишени может содержать непрозрачный материал, расположенный на слое мишени в соответствии с заданной схемой. В качестве опции, специальная жидкость содержит материал, излучающий свет при возбуждении источником света.
В некоторых аспектах второй слой подложки может содержать гибкую мембрану, а устройство может дополнительно содержать актуатор, функционально расположенный внутри полости или вблизи полости. Актуатор может быть выполнен с возможностью активации и деактивации для изменения давления в полости и перемещения гибкой мембраны.
В некоторых аспектах полость может содержать специальную область получения изображения и область окантовки между специальной областью получения изображения и поглощающим излучение материалом. Специальная область получения изображения содержит мишень, изображение которой следует получить, причем область окантовки не содержит мишень.
Следует понимать, что любые отличительные признаки указанного устройства могут быть скомбинированы любым требуемым образом. Кроме того, следует понимать, что отличительные признаки устройства и/или способа могут использоваться совместно в любой комбинации, и/или любые отличительные признаки из любого из этих аспектов или из обоих аспектов могут быть скомбинированы с любым из примеров, раскрытых в настоящем документе.
В еще одном примере предлагается устройство, содержащее слой подложки и гибкую мембрану, содержащую поглощающий излучение материал. Поглощающий излучение материал размещен на слое подложки. Гибкая мембрана и слой подложки ограничивают собой полость, содержащую специальную жидкость. Устройство также содержит актуатор, функционально расположенный внутри полости или вблизи полости. Поглощающий излучение материал образует составной стык, скрепляющий слой подложки с гибкой мембраной. Составной стык содержит периметральный шов, окружающий полость, и защитный стык, окружающий периметральный шов.
Актуатор выполнен с возможностью активации и деактивации для изменения давления в полости и перемещения гибкой мембраны.
В некоторых аспектах актуатор, специальная жидкость в полости и гибкая мембрана совместно функционируют в качестве жидкостной линзы или вентиля для текучих сред.
В некоторых аспектах актуатор содержит по меньшей мере одно из электрода, пьезоэлектрического материала или резистивного нагревателя, или актуатор выполнен с возможностью его модуляции светом.
Следует понимать, что любые отличительные признаки этого примера устройства могут быть скомбинированы любым требуемым образом. Кроме того, следует понимать, что отличительные признаки этого устройства и/или другого устройства и/или другого способа могут использоваться совместно в любой комбинации, и/или что любые отличительные признаки из любого или всех этих аспектов могут быть скомбинированы с любыми отличительными признаками примеров, раскрытых в настоящем документе.
Краткое описание чертежей
Особенности примеров настоящего изобретения станут понятны при обращении к нижеследующему подробному раскрытию и чертежам, на которых подобные позиции соответствуют аналогичным, хотя, возможно, неидентичным, компонентам. Для краткости ранее описанные ссылочные обозначения или элементы могут не описываться в связи с другими чертежами, на которых они присутствуют.
Фиг. 1 представляет вид в плане устройства, выполненного с возможностью содержания (или удержания) жидкости и/или пропуска потока жидкости, в соответствии с примером.
Фиг. 2 представляет поперечный разрез устройства по линии 2-2 на фиг. 1.
Фиг. 3 представляет схему этапов способа изготовления устройства согласно фиг. 1 в соответствии с примером.
Фиг. 4 представляет в соответствии с примером поперечный разрез рабочего пакета, который может использоваться для сборки устройства согласно фиг. 1.
Фиг. 5 представляет в соответствии с примером поперечный разрез рабочего пакета согласно фиг. 4, погруженного в специальную жидкость при сборке устройства согласно фиг. 1.
Фиг. 6 представляет поперечный разрез рабочего пакета согласно фиг. 5 после размещения слоя подложки для закрытия полостей.
Фиг. 7 представляет увеличенный поперечный разрез части рабочего пакета согласно фиг. 6 в соответствии с примером, более подробно
изображающий граничную область соединения между двумя слоями при их сжатии.
Фиг. 8 представляет воздействие излучением на граничную область соединения для формирования периметрального шва.
Фиг. 9 представляет воздействие излучением на внешнюю зону граничной области соединения согласно фиг. 7 для формирования защитного стыка, окружающего периметральный шов согласно фиг. 8.
Фиг. 10 представляет вид в плане устройства согласно фиг. 1 и возможный путь, по которому излучение ведут при формировании периметрального шва и защитного стыка согласно фиг. 8.
Фиг. 11 представляет вид в плане устройства согласно фиг. 1, показывающий область окантовки и область получения изображения.
Фиг. 12 представляет схему этапов способа изготовления устройства в соответствии с примером.
Фиг. 13 представляет вид в плане части многослойной пластины в ходе изготовления множества устройств в соответствии с примером.
Фиг. 14 представляет поперечный разрез многослойной пластины согласно фиг. 13 после того, как в полости многослойной пластины помещена специальная жидкость.
Фиг. 15 представляет поперечный разрез многослойной пластины согласно фиг. 13 после добавления слоя подложки к рабочему пакету согласно фиг. 13.
Фиг. 16 представляет поперечный разрез многослойной пластины согласно фиг. 15 после разрезания рабочего пакета для разделения индивидуальных устройств.
Фиг. 17 представляет поперечный разрез устройства с жидкостными вентилями, сформированными в соответствии с примером при сборке этого устройства.
Фиг. 18 представляет поперечный разрез устройства согласно фиг. 17, иллюстрирующий конфигурацию с множеством жидкостных вентилей.
Фиг. 19 представляет аксонометрический вид устройства, содержащего группу жидкостных линз и/или жидкостных зеркал в соответствии с примером.
Фиг. 20 представляет поперечный разрез жидкостных линз, которые могут использоваться в устройстве согласно фиг. 19, сформированных в соответствии с примером.
Фиг. 21 представляет поперечный разрез других жидкостных линз, которые могут использоваться в устройстве согласно фиг. 19, сформированных в соответствии с примером.
Фиг. 22 иллюстрирует составной стык в соответствии с примером, в котором периметральный шов отделен от полости.
Осуществление изобретения
Здесь на нескольких примерах представлены устройства, содержащие жидкость или выполненные с возможностью содержать в себе поток жидкости, и способы изготовления таких устройств. Представленные примеры относятся к устройствам и способам изготовления таких устройств. Указанные устройства содержат многослойные структуры, в которых смежные слои имеют разные характеристики поглощения излучения, что делает возможным использование лазерного соединения или лазерной сварки. Указанные устройства также содержат полости, в которых может находиться одна или более жидкостей. Поэтому такие устройства могут называться устройствами для текучих сред.
Однако помимо жидкости и многослойных структур устройства для текучих сред могут содержать и другие компоненты. Например, устройство для текучих сред может содержать микроконтроллер, который с возможностью осуществления связи соединен с актуаторами, например, электродами, расположенными функционально вблизи одной или более полостей или внутри полостей.
Жидкость может быть однородной по составу или может быть смесью разных (жидких) составов. В некоторых примерах жидкость содержит полярную жидкость (например, воду, водный раствор) и неполярную жидкость (например, масло). Устройства для текучих сред содержат множество слоев, в которых два смежных слоя образуют между собой граничную область. Устройства для текучих сред выполнены с возможностью препятствовать утечке жидкости из полости через граничную область. В конкретных примерах устройства для текучих сред могут содержать пониженное количество пузырьков в полости по сравнению с другими известными устройствами.
В некоторых примерах устройства для текучих сред содержат по меньшей мере один из следующих элементов: жидкостный вентиль, жидкостное зеркало или жидкостную линзу. Жидкостные вентили, зеркала или линзы могут содержать микрополости с жидкостью, закрытые гибкой мембраной. Жидкость может перемещаться посредством актуатора, вызывая изгиб части гибкой мембраны и изменение состояния вентиля, зеркала или линзы. В некоторых примерах количество пузырьков в микрополостях может быть снижено, а в каких-то примерах пузырьки могут вовсе отсутствовать.
В некоторых примерах устройства для текучих сред представляют собой средства оптической юстировки. Эти средства оптической юстировки могут использоваться для, например, калибровки оптического узла оптических систем, в работе которых используется или не используется флуоресценция. В некоторых случаях точность этих оптических систем может находиться в нанометровом диапазоне, что может быть особенно полезно для секвенирующих систем следующего поколения. Другими примерами областей возможного использования являются производство полупроводников, биотехнология и изготовление потребительских товаров. Средства оптической юстировки могут использоваться для юстировки высокоточных инструментов, используемых в производстве полупроводниковых приборов, например, установок для совмещения фотошаблонов и литографических установок с последовательным шаговым экспонированием. Варианты средства оптической юстировки могут использоваться для калибровки систем машинного зрения или потребительских устройств, например, микроскопов. Описанные здесь устройства для текучих сред также могут применяться в когерентной оптической томографии и в получении изображений биологических объектов на основе флуоресценции.
Указанное устройство может содержать множество отдельных слоев подложки. Например, твердый несущий слой может содержать поглощающий излучение материал, расположенный на стороне этого твердого несущего слоя. В поглощающем излучение материале, могут формировать выемки для создания открытых полостей на слое подложки. В открытые полости могут помещать избыточное количество жидкости. Например, слой подложки и поглощающий излучение материал, могут погружать в жидкость, чтобы дать этой жидкости возможность затечь в открытые полости. В другом примере жидкость наливают непосредственно в полости. Чтобы закрыть открытые полости, на остальные слои
накладывают еще один слой подложки. Когда этот слой подложки наложен на остальные слои, жидкость (без пузырьков) может находиться не только внутри канала, но и вдоль граничной области между поглощающим излучение материалом, и этим слоем подложки.
Для соединения поглощающего излучение материала, со слоем подложки способ содержит два этапа лазерной сварки, в ходе которых между поглощающим излучение материалом, и слоем подложки присутствует жидкость. Эти этапы не обязательно разделены во времени или перерывом (например, выключением лазера после первого этапа с последующим включением для второго этапа). Напротив, эти этапы могут выполняться в одном сеансе облучения с использованием для каждого этапа разных схем облучения. Например, первый этап может содержать направление пятна пучка по одному пути, окружающему замкнутую полость. На этом первом этапе лазерной сварки создают «периметральный шов». Затем на втором этапе лазерной сварки могут сваривать оставшуюся часть граничной области, которая может быть гораздо больше области периметрального шва. На втором этапе лазерного соединения создают «защитный стык». Периметральный шов может препятствовать образованию пузырьков в замкнутой полости в ходе лазерной сварки остальной части граничной области для формирования защитного стыка. Защитный стык обеспечивает надежное соединение различных слоев, не допуская их самопроизвольного разделения.
Фиг. 1 представляет вид в плане устройства 100 в соответствии с примером. Фиг. 2 представляет поперечный разрез по линиям 2-2 устройства 100 согласно фиг. 1. Устройство 100 рассчитано на содержание внутри него специальной жидкости 110. Когда устройство 100 содержит жидкость, оно может называться устройством для текучих сред. В конкретных примерах устройство 100 для текучих сред представляет собой оптическое устройство, используемое, например, для калибровки системы получения изображений или создания жидкостной линзы. Например, жидкость 110 может содержать один или более светоизлучающих материалов. Светоизлучающий материал может содержать один или более видов флуоресцентных или люминесцентных молекул. В некоторых примерах конфигурация указанных светоизлучающих материалов такова, что эти материалы возбуждаются светом разных длин волн и излучают световые сигналы на разных длинах волн. Например, в число указанных
флуоресцентных молекул может входить по меньшей мере один вид молекул из числа молекул родаминового красителя или оксазинового красителя. В качестве еще одного примера, специальной жидкостью 110 может быть жидкий раствор, содержащий один или более типов квантовых точек, излучающих свет с требуемыми характеристиками.
Светоизлучающие материалы могут суспендировать в подходящей жидкости. Например, подходящая жидкость может быть прозрачной или полупрозрачной для длин волн, которые через эту жидкость должны проходить. В качестве опции, жидкость также может иметь высокую вязкость для снижения вероятности просачивания в зазоры. Жидкость также может иметь высокую температуру кипения. Например, жидкостью, в которой суспендируют светоизлучающие материалы, может быть этиленгликоль. Однако в других примерах жидкостью, в которой суспендируют светоизлучающие материалы, может быть другая жидкость, например, вода.
В некоторых примерах в устройстве 100 нет портов, которые давали бы специальной жидкости 110 возможность втекать в устройство 100 или вытекать из устройства 100. Специальная жидкость 110 может быть заключена в устройство 100 без возможности выхода из устройства 100 без физического разделения компонентов устройства 100. Однако в других примерах у специальной жидкости 110 может быть возможность протекания через устройство 100. Например, устройство 100 может быть частью системы с непрерывным течением, в которой жидкости, содержащие различные реагенты, направляют через устройство 100.
Устройство 100 содержит множество отдельных компонентов, соединенных между собой по соответствующим граничным областям. В иллюстрируемом примере в число таких отдельных компонентов устройства 100 входят первый слой подложки 102 (фиг. 2), второй слой 104 подложки (фиг. 1 и 2) и поглощающий излучение материал 106, находящийся между первым слоем подложки 102 и вторым слоем 104 подложки (фиг. 2). В некоторых примерах поглощающим излучение материалом 106, может быть слой, поглощающий излучение. В таких примерах слой, поглощающий излучение, работает как прокладка, разделяющая два других слоя, например, первый слой подложки 102 и второй слой 104 подложки.
На фиг. 1 и 2 показаны только три слоя устройства 100, но в других примерах может быть лишь два слоя или более трех слоев. Также следует понимать, что в устройство 100 могут быть добавлены другие элементы или устройство 100 может быть модифицировано.
Первый слой подложки 102, второй слой 104 подложки и поглощающий излучение материал 106, расположенные сторона к стороне по соответствующим граничным областям, могут совместно называться многослойным пакетом 108. Многослойный пакет 108, с которым производят какие-либо действия, выполняют операции или иным образом обрабатывают, может называться рабочим пакетом.
Устройство 100 содержит полость 112, содержащую внутри специальную жидкость 110 (фиг. 2). Полость 112, чтобы отличать ее от других полостей, может называться «полостью рабочего пакета» или «полостью в рабочем пакете». Как показано на фиг. 2, полость 112 представляет собой замкнутую полость, полностью ограничиваемую поверхностями слоев устройства 100. Например, низ полости 112 ограничивается внутренней поверхностью 114 первого слоя подложки 102. Верх полости 112 ограничивается внутренней поверхностью 116 второго слоя 104 подложки, а бока полости 112 ограничиваются краевыми поверхностями 118 поглощающего излучение материала 106. В других примерах полость 112 может открываться наружу многослойного пакета 108 (или устройства 100). Например, полостью 112 может быть проточный канал, идущий между впускным портом и выпускным портом, каждый из которых открыт наружу устройства 100. В таких примерах полость 112 может называться покрытой полостью (или покрытым каналом), имеющей по меньшей мере один открытый конец.
Также на фиг. 2 представлены граничная область 115 соединения, находящаяся между поглощающим излучение материалом 106 и вторым слоем 104 подложки, и граничная область 117 соединения, находящаяся между поглощающим излучение материалом 106 и первым слоем подложки 102. Вдоль граничной области 117 соединения могут формировать первый защитный стык 122, а вдоль граничной области 115 соединения могут формировать составной стык 120. Составной стык 120 содержит периметральный шов 124 и второй защитный стык 126. Как указано в настоящем документе, первый защитный стык 122 и составной стык 120 могут формировать посредством одной или более операций лазерной сварки (или лазерного соединения).
В иллюстрируемом примере устройство 100 содержит группу реперных знаков 125 на внутренней поверхности 116. Конфигурация реперных знаков 125 выполнена такой, чтобы системой получения изображений можно было получать изображение реперных знаков с целью калибровки системы получения изображений. Реперные знаки 125 могут иметь вид разнообразных фигур и могут располагаться, образуя разнообразные миры. Эти фигуры и/или миры могут быть рассчитаны на применение для измерения оптической юстировки системы получения изображений. Например, реперный знак может иметь фигуру отдельного большого знака «+». Такие фигуры могут использовать для позиционирования системы получения изображений в плоскости XY. Реперные знаки могут образовывать группу небольших отверстий, распределенных по полю зрения. Такие группы могут использоваться для определения показателей качества изображения и фокусировки, например, диаметра снятых точек, определяемого по половине интенсивности в максимуме, кривизны поля, наклона изображения, осевого хроматического сдвига и т.д. Например, указанными небольшими отверстиями могут быть круглые проколы диаметром один микрометр (1 мкм). В качестве еще одного примера, указанная группа может содержать шестиугольную миру с шагом 3 мкм. Могут присутствовать и другие миры, например, распределенные по полю зрения пары линий для определения частотно-контрастной характеристики. В примерах с использованием хрома для реперных знаков мира может быть устроена таким образом, чтобы свет лазера автофокусировки проходил через хром в центре поля зрения, по периферии которого размещены небольшие объекты, например, квадраты 5 мкм. Такие группы могут использовать для определения положения наилучшей фокусировки по оси Z.
Как вариант, или дополнительно к реперным знакам 125 на внутренней поверхности 116, другие реперные знаки могут быть размещены на внутренней поверхности 114. Однако в других примерах устройство для текучих сред не содержит реперных знаков.
Фиг. 3 представляет блок-схему способа 200 в соответствии с примером.
Способом 200 может быть, например, способ изготовления рабочего пакета или многослойного пакета. Способом 200 также может быть способ изготовления устройства, например, устройства для текучих сред или, более конкретно, оптического устройства. В иллюстрируемом примере способ 200 представляет
собой способ изготовления устройства 100 (фиг. 1). Операции или этапы способа 200 показаны на фиг. 4-11.
Как показано на фиг. 3 и 4, способ 200 содержит наложение на этапе 202 поглощающего излучение материала 106 на первый слой подложки 102.
Конкретно, поглощающий излучение материал 106 размещают на поверхности 114 первого слоя подложки 102. В качестве опции, на первом слое подложки 102 может быть группа реперных знаков 125. Поглощающий излучение материал 106 могут соединять с первым слоем подложки 102 с использованием, например, операции лазерного соединения. В ходе операции лазерного соединения поглощающий излучение материал 106 и первый слой подложки 102 могут сжимать. Лазером может быть инфракрасный лазер. На этом этапе поглощающий излучение материал 106 и первый слой подложки 102 образуют рабочий пакет 128.
В одном или более примерах первый слой подложки 102 представляет собой неорганический слой, например, стекло, а поглощающий излучение материал 106 представляет собой органический слой, например, полиимидную пленку. Противоположные стороны поглощающего излучение слоя 106 могут силанизировать для повышения качества описанного здесь лазерного соединения. Однако следует понимать, что для описанных здесь примеров могут быть пригодны и другие материалы. Кроме того, следует понимать, что слой может содержать множество подслоев, один из которых содержит поглощающий излучение материал.
На этапе 204 на фиг. 3 излучение направляют на граничную область соединения для формирования защитного стыка. Например, световой пучок (например, пучок ИК лазера) могут направлять на граничную область 117 соединения. Световой пучок может быть аналогичен или идентичен световому пучку 160 (показанному на фиг. 8). Световой пучок имеет заранее заданную длину волны, делающую возможным поглощение этого светового пучка поглощающим излучение материалом 106, в результате которого поглощающий излучение материал 106 плавится. Первый слой подложки 102 и поглощающий излучение материал 106 имеют разные характеристики поглощения. Первый слой подложки 102 может пропускать световой пучок с заданной длиной волны (или диапазоном длин волн), давая возможность направления этого светового пучка на поглощающий излучение материал 106. Поглощающий излучение материал
106 может, в сущности, поглощать свет, имеющий заданную длину волны (или диапазон длин волн). В число других параметров, которые могут задавать, входят мощность светового пучка, скорость сканирования, однородность светового пучка и сила сжатия слоев.
Световой пучок могут направлять заранее заданным образом так, чтобы покрыть значительную часть граничной области 117 соединения. Например, световой пучок могут направлять на по меньшей мере 50% граничной области соединения. Световой пучок может выполнять сварку по площади вокруг зон, где будут сформированы полости 132. Хотя показано, что направление излучения на этапе 204 выполняют до формирования выемок на этапе 206, следует понимать, что направление излучения на граничную область 117 соединения могут выполнять и после формирования выемок.
На этапе 206 на фиг. 3 в поглощающем излучение материале 106 могут формировать выемки для создания незаполненного пространства. В иллюстрируемом примере в поглощающем излучение материале 106 выемки формируют, когда этот материал находится на поверхности 114 первого слоя подложки 102. Например, поглощающий излучение материал 106 могут избирательно испарять, направляя световой пучок на поглощающий излучение материал 106 и перемещая световой пучок по заранее заданной схеме.
Указанным световым пучком может быть пучок ультрафиолетового лазера.
Указанное испарение может полностью удалять поглощающий излучение материал 106 или, как вариант, вырезать части поглощающего излучение материала 106, которые могут быть удалены. Однако в других примерах полости в поглощающем излучение материале 106 могут формировать до размещения материала 106 на поверхности 114. Поглощающий излучение материал 106 может представлять собой заранее сформированную пленку или слой. В таких случаях формирование выемок (этап 206) выполняют до наложения (этап 202). В дополнение к избирательному испарению, выемки в поглощающем излучение материале 106 могут формировать другими способами. Например, поглощающий излучение материал 106 для придания ему заранее заданной структуры могут химически травить или плавить.
После формирования выемок (этап 206) поглощающий излучение материал 106 и первый слой подложки 102 ограничивают открытую полость 132. Как показано на фиг. 4, поглощающий излучение материал 106 образует первый
участок 140 и второй участок 142. Первый участок 140 и второй участок 142 разделены расположенной между ними открытой полостью 132. Первый участок 140 и второй участок 142 содержат соответствующий части 141, 143 поверхности 107 поглощающего излучение материала 106. На фиг. 4 части 141, 143 поверхности 107 материала ничем не покрыты.
На этапе 208 на фиг. 3 в незаполненное пространство, например, в открытую полость 132, представленную на фиг. 4, могут помещать специальную жидкость 110. Объем специальной жидкости 110 может быть избыточным, вследствие чего специальная жидкость 110 натекает на части 141, 143 поверхности 107 материала. Фиг. 5 иллюстрирует один способ помещения специальной жидкости 110 в открытую полость 132 на этапе 208. В данном примере специальная жидкость 110 находится в контейнере 144. Рабочий пакет 128 могут заливать специальной жидкостью 110 или погружать в специальную жидкость 110, в результате чего специальная жидкость 110 затекает в открытую полость 132.
Как показано на фиг. 3, 5 и 6, второй слой 104 подложки могут на этапе 210 размещать на рабочем пакете 128, чтобы закрыть открытую полость 132 (фиг. 5), в результате чего образуется закрытая полость 112 (фиг. 6), содержащая внутри специальную жидкость 110. До размещения второго слоя 104 подложки на рабочем пакете 128 открытая полость 132 может, по существу, не содержать пузырьков. Это может быть обеспечено встряхиванием или вибрацией контейнера 144 для высвобождения пузырьков воздуха, прикрепившихся к поверхности. Внутренняя поверхность 116 второго слоя 104 подложки также может, по существу, не содержать пузырьков. Таким образом, закрытая полость 112 может содержать внутри специальную жидкость 110 без пузырьков. Как показано на фиг. 6, первый слой подложки 102, поглощающий излучение материал 106, и второй слой 104 подложки образуют рабочий пакет 150.
Хотя выше описано, что второй слой 104 подложки размещают на рабочем пакете 128, содержащем первый слой подложки 102, следует понимать, что в других примерах первый слой подложки 102 могут размещать на рабочей подложке, содержащей второй слой 104 подложки.
Фиг. 7 с увеличением представляет поперечный разрез части 151 рабочего пакета 150 с более подробным изображением граничной области 115 соединения
между поглощающим излучение материалом 106, и вторым слоем 104 подложки. После размещения второго слоя 104 подложки на рабочем пакете 128 (фиг. 5) между соответствующими частями 141, 143 поверхности 107 материала и внутренней поверхностью 116 второго слоя 104 подложки находится специальная жидкость 110. Когда рабочий пакет 150 сжимают, или, более конкретно, на этапе 212 на фиг. 3 прикладывают ко второму слою 104 подложки и первому слою подложки 102 сжимающую силу 152, специальная жидкость 110 растекается пленкой 154 по граничной области 115 соединения. Толщина 155 пленки 154 на фиг. 7 увеличена, чтобы пленку 154 было видно на чертеже.
В некоторых случаях пленка 154 может быть достаточно тонкой, так что поверхности 107, 116 могут, по существу, быть лишь смоченными. Тем не менее, между поверхностями 107, 116 специальная жидкость 110 присутствует. Количество специальной жидкости 110 в пленке 154 может зависеть от адгезивных и когезивных сил, присущих специальной жидкости 110, и/или от поверхностной энергии поверхностей 107, 116. Количество специальной жидкости 110 в пленке 154 может зависеть от контура поверхностей 107, 116. В некоторых примерах вышеуказанные параметры могут выбирать с целью минимизации количества специальной жидкости 110. Как бы то ни было, количество специальной жидкости 110 в пленке 154 больше количества специальной жидкости в случае, если бы поверхности 107, 116 были сухими или их не погружали бы в специальную жидкость 110. Лишь в качестве примера, толщина 155 пленки 154 может быть в диапазоне от приблизительно одного микрометра до приблизительно двух микрометров.
Фиг. 8 представляет воздействие излучением на граничную область 115 соединения. На этапе 214 способа 200 (фиг. 3) излучение направляют на граничную область соединения 115 для формирования периметрального шва 124. Периметральный шов 124 идет вдоль полости 112 и отделяет полость 112 от внешней зоны 170 граничной области 115 соединения. Периметральный шов 124 может окружать полость 112. Периметральный шов 124 может препятствовать проникновению пузырьков или другой жидкости из внешней зоны 170 в полость 112 в ходе последующих операций.
Излучение передается световым пучком 160 из источника света (например, лазера) с заданной длиной волны или с заданным диапазоном длин волн. Длину волны или длины волн могут выбирать таким образом, чтобы световой пучок 160
мог пройти через второй слой 104 подложки без существенного поглощения, но поглощался бы поглощающим излучение материалом 106. Например, вторым слоем 104 подложки может быть прозрачный слой, а поглощающим излучение материалом 106 может быть непрозрачный материал. Световой пучок 160 могут концентрировать в пятно 166 пучка. Пятном 166 пучка может быть фокальная точка или окрестность фокальной точки светового пучка 160. Например, пятно 166 пучка может иметь диаметр в диапазоне от приблизительно 20 микрометров до приблизительно 30 микрометров, хотя можно представить, что в других примерах этот диаметр может быть больше или меньше.
Световой пучок 160 показан перпендикулярным плоскости граничной области 115 соединения, но в этом или других примерах световой пучок 160 может падать на указанную плоскость и под углом. Падение под углом может быть полезно при создании определенных рисунков соединения или для обхода элементов на втором слое 104 подложки или поглощающем излучение материале 106.
Не ограничивая настоящее изобретение какой-либо конкретной гипотезой, можно отметить распространенное объяснение, согласно которому излучение плавит поглощающий излучение материал 106 и/или материал второго слоя 104 подложки, обеспечивая более тесный контакт, упрощающий ковалентное связывание между разными материалами. Плавление одного или обоих материалов на граничной области 115 соединения может быть полезно независимо от того, возникают ли в результате ковалентные связи или нековалентные взаимодействия. В качестве опции, до воздействия световым пучком соответствующие поверхности поглощающего излучение материала и/или материала второго слоя 104 подложки, которые плавят, могут силанизировать.
Получающийся в результате периметральный шов 124 может давать преимущества в предотвращении утечки. Кроме того, описанные здесь способы лазерной сварки дают возможность соединения разных материалов без существенной деформации второго слоя 104 подложки или поглощающего излучение материала 106.
На этапе 214 на фиг. 3 излучение направляют по заранее заданному пути для формирования периметрального шва 124. Более конкретно, пятно 166 пучка, падающего на граничную область 115 соединения, направляют по заранее заданному пути. Пятно 166 пучка могут непрерывно перемещать по граничной
области 115 соединения таким образом, чтобы пятно 166 пучка создавало полосы или дорожки расплавленного материала. Когда пятно 166 пучка находится в точке заранее заданного пути, сконцентрированный свет поглощается поглощающим излучение материалом. Быстро выделяется тепловая энергия, которая плавит поглощающий излучение материал 106.
Специальная жидкость 110 может испаряться. Тепловая энергия в поглощающем излучение материале 106 также может вызывать плавление материала второго слоя 104 подложки. Когда пятно 166 пучка уходит из указанной точки, тепловая энергия рассеивается, расплавленный поглощающий излучение материал 106, и расплавленный материал второго слоя 104 подложки отверждаются с образованием сварного соединения.
Периметральный шов 124 предназначен для создания препятствия проникновению пузырьков в полость 112 из внешней зоны 170 граничной области 115 соединения в ходе воздействия излучением. В некоторых примерах периметральный шов 124 проходит, в основном, вдоль периметра полости 112.
Периметр полости 112 определяется краевыми поверхностями 118. Как показано на фиг. 8, периметральный шов 124 расположен в непосредственной близости к полости 112. Периметральный шов 124 может идти по заранее заданному пути, подобному форме периметра полости 112. В таких случаях можно сказать, что периметральный шов 124 окружает полость 112.
Однако периметральный шов 124 не приближается вплотную к полости 112. Например, периметральный шов 124 может быть отделен от полости 112. Такая конфигурация показана на фиг. 22, где между периметральным швом 124 и полостью 112 (или краевыми поверхностями 118) имеется зазор 131. Такие примеры могут использоваться для снижения вероятности образования пузырьков в полости 112 вследствие локального нагрева вблизи полости 112. Лишь в качестве примера, зазор 131 может иметь размер по меньшей мере 0,2 миллиметра (мм), по меньшей мере 0,3 мм, по меньшей мере 0,4 мм или по меньшей мере 0.5 мм. Однако может использоваться и зазор большего или меньшего размера, или зазор может отсутствовать. Периметральный шов 124 может быть непараллельным периметру полости 112. Периметральный шов 124 располагают так, чтобы предотвратить перемещение пузырьков, которые могут образоваться во внешней зоне 170 в ходе воздействия излучением, к полости 112 и в нее.
Фиг. 9 иллюстрирует воздействие излучением в соответствии с этапом 216 на фиг. 3 на внешнюю зону 170 граничной области 115 соединения для формирования второго защитного стыка 126, окружающего периметральный шов 124. На фиг. 9 пятно 166 пучка перемещают непрерывно слева направо или в направлении от периметрального шва 124 наружу устройства 100 (фиг. 1). В других случаях пятно 166 пучка могут перемещать вглубь страницы или обратно параллельно периметральному шву 124. В ходе воздействия излучением из-за действия большого количества тепла на специальную жидкость 110, поглощающий излучение материал 106 и второй слой 104 подложки могут образовываться пузырьки. Периметральный шов 124 препятствует проникновению этих пузырьков из внешней зоны 170 в полость 112 при направлении излучения на внешнюю зону 170.
И для периметрального шва 124, и для второго защитного стыка 126 применимо распространенное объяснение, согласно которому излучение плавит поглощающий излучение материал 106, и/или материал второго слоя 104 подложки, обеспечивая более тесный контакт, упрощающий ковалентное связывание между разными материалами. Плавление одного или обоих материалов на граничной области 115 соединения может быть полезно независимо от того, возникают ли в результате ковалентные связи или нековалентные взаимодействия. Когда тепловая энергия рассеивается, соединенные материалы отверждаются с формированием сварного соединения.
Хотя периметральный шов 124 может работать и на удержание рабочего пакета 128 в соединении со вторым слоем 104 подложки, все же одного периметрального шва 124 может быть недостаточно для предотвращения самопроизвольного отделения второго слоя 104 подложки от устройства 100.
Прочность соединения может, среди прочего, зависеть от площади соединения. Чтобы способствовать сохранению целостности многослойной конструкции, вдоль граничной области 115 соединения добавлен второй защитный стык 126.
Периметральный шов 124 и второй защитный стык 126 объединяются с образованием составного стыка 120. Часть внешней зоны 170, облучаемая для соединения второго слоя 104 подложки и поглощающего излучение материала 106, больше общей площади периметрального шва 124. Например, облучаемая часть внешней зоны 170 может быть по меньшей мере в пять раз (пятикратно) больше площади периметрального шва 124. В некоторых примерах облучаемая
часть внешней зоны 170 может быть по меньшей мере в семь раз (семикратно) больше площади периметрального шва 124. В конкретных примерах, облучаемая часть внешней зоны 170 может быть по меньшей мере в десять раз (десятикратно) больше площади периметрального шва 124 или по меньшей мере в 15 раз (пятнадцатикратно) больше площади периметрального шва 124. В других конкретных примерах площадь облучаемой части внешней зоны 170 может быть по меньшей мере в двадцать раз (двадцатикратно) больше площади периметрального шва 124 или по меньшей мере в тридцать раз (тридцатикратно) больше площади периметрального шва 124. Еще в конкретных примерах площадь облучаемой части внешней зоны 170 может быть по меньшей мере в пятьдесят раз (пятидесятикратно) больше площади периметрального шва 124 или по меньшей мере в сто раз (стократно) больше площади периметрального шва 124.
В некоторых примерах облучаемая часть внешней зоны 170 может находиться в заданном диапазоне кратности площади периметрального шва 124.
Нижний и верхний пределы таких диапазонов могут браться из вышеописанных множителей кратности. Например, в некоторых примерах площадь облучаемой части внешней зоны 170 может быть между пятикратным значением и пятнадцатикратным значением площади периметрального шва 124. В некоторых примерах площадь облучаемой части внешней зоны 170 может быть между пятикратным значением и двадцатикратным значением площади периметрального шва 124. В других конкретных примерах площадь облучаемой части внешней зоны 170 может быть между пятикратным и тридцатикратным значением площади периметрального шва 124, между пятикратным и пятидесятикратным значением площади периметрального шва 124 или между пятикратным и стократным значением площади периметрального шва 124. В других конкретных примерах площадь облучаемой части внешней зоны 170 может быть между десятикратным и тридцатикратным значением площади периметрального шва 124, между десятикратным и пятидесятикратным значением площади периметрального шва 124 или между десятикратным и стократным значением площади периметрального шва 124. В других конкретных примерах площадь облучаемой части внешней зоны 170 может быть между двадцатикратным и тридцатикратным значением площади периметрального шва 124, между двадцатикратным и пятидесятикратным значением площади
периметрального шва 124 или между двадцатикратным и стократным значением площади периметрального шва 124.
В некоторых примерах периметральный шов 124 и второй защитный стык 126 имеют разные конфигурации, что дает возможность идентификации периметрального шва 124 и второго защитного стыка 126 путем осмотра устройства 100. Например, устройство 100 можно разрезать с обнажением поперечного сечения, проходящего через периметральный шов 124 и второй защитный стык 126. Используя микроскоп (например, сканирующий электронный микроскоп (СЭМ)), поверхности этого поперечного сечения могут обследовать для определения характеристик составного стыка 120. Например, периметральный шов 124 и второй защитный стык 126 можно идентифицировать там, где заранее заданные пути перпендикулярны друг другу, как показано на фиг. 10. Более конкретно, одна полоса или дорожка периметрального шва 124 может быть перпендикулярна полосе или дорожке второго защитного стыка 126.
Периметральный шов 124 может окружать полость 112, а второй защитный стык 126 может содержать множество полос или дорожек во внешней зоне 170.
Разные конфигурации периметрального шва 124 и второго защитного стыка 126 могут включать в себя микроструктуры периметрального шва 124 и второго защитного стыка 126, имеющие различные характеристики. Например, между поглощающим излучение материалом 106 вдоль периметрального шва 124 и/или вдоль второго защитного стыка 126 могут находиться зазоры 172 (фиг. 9) и/или остатки 173 (фиг. 9) специальной жидкости 110. Эти остатки 173 и/или зазоры 172 могут быть причиной различия микроструктур. В зависимости от использованной специальной жидкости 110 ее остатки 173 могут быть захвачены внутри или вдоль периметрального шва 124 и/или вдоль второго защитного стыка 126.
Остатками 173 может быть, например, вещество, которое было растворено в жидкости 110 или смешано с ней, и/или образования во втором защитном стыке 126, возникшие вследствие нагревания жидкости 110. Остатки 173 могут находиться вдоль составного стыка 120 или внутри составного стыка 120.
Периметральный шов 124 может располагаться между остатками 173 и полостью 112.
Фиг. 10 представляет вид в плане профиля устройства 100 с путями 180, 182, по которым могут перемещать пятно пучка для формирования периметрального шва 124 и второго защитного стыка 126, соответственно. В
некоторых примерах в ходе сканирования пятном 166 пучка (фиг. 8) по граничной области 115 соединения пятно 166 пучка переводят с заранее заданного пути 180, по которому создается периметральный шов 124, на заранее заданный путь 182, по которому создается второй защитный стык 126, без разрыва. Эту двухэтапную операцию могут выполнять в одном сеансе облучения. Как вариант, могут использовать два отдельных сеанса облучения. В первом сеансе облучения могут создавать периметральный шов 124, а во втором сеансе облучения могут создавать второй защитный стык 126.
Как показано, периметральным швом 124 окружена полость 112. Для 10 формирования второго защитного стыка 126 пятно 166 пучка могут направлять подобно растру. Например, заранее заданный путь 182 может образовывать последовательность близко расположенных или перекрывающихся полос 184. Для иллюстративных целей весь заранее заданный путь 182 не показан. На фиг. 10A часть граничной области 115 соединения ожидает облучения.
Фиг. 11 представляет вид в плане готового к работе устройства 100. В конкретных примерах в устройстве 100 нет ни одного порта, через которые жидкость могла бы втекать в полость 112 или вытекать из нее. Например, каждый из слоев, ограничивающих полость 112, представляет собой непрерывный слой материала, окружающего полость 112. В окончательной конструкции в указанных слоях может не быть никаких нарушений целостности в тех местах, где до завершения сборки устройства 100 был проход или канал. Более конкретно, по устройству 100 невозможно определить, что в нем когда-то был порт (порты) для размещения специальной жидкости в полости 112.
Однако в других примерах для добавления специальной жидкости 110 в полость 112 может использоваться один или более портов, ведущих в полость 112. Перед использованием устройства 100 могут выполнять присоединение к этим портам. Еще в некоторых примерах устройства для текучих сред содержат порты, остающиеся открытыми в ходе функционирования такого устройства. В числе примеров могут быть проточные ячейки.
В иллюстрируемом примере устройство 100 образует окно 192, позволяющее наблюдать полость 112 (например, получать ее изображение). Окно 192 обрамлено поглощающим излучение материалом 106. Окно 192 содержит область 194 получения изображения и область 196 окантовки,
находящуюся между областью 194 получения изображения и поглощающим излучение материалом 106. Областью 196 окантовки окружена область 194 получения изображения. В иллюстрируемом примере область 194 получения изображения содержит реперные знаки 125. В область 196 окантовки реперные знаки 125 не заходят. В некоторых примерах область 196 окантовки предназначена для снижения вероятности прохода пузырьков в область 194 получения изображения. Однако в других примерах окно 192 не содержит область 196 окантовки.
Устройство 100 содержит слой 186 мишени, содержащий множество реперных знаков 125, размещенных в полости 112. Слой 186 мишени может быть прикреплен к первому слою подложки 102 и/или ко второму слою 104 подложки (фиг. 2). Слой 186 мишени может содержать непрозрачный материал 188, нанесенный на поверхность соответствующего слоя подложки печатью или содержащий выемки. Непрозрачный материал 188 может содержать заданный рисунок, образующий множество полупрозрачных или прозрачных элементов (например, отверстий) 190 в упорядоченной группе. Заданный рисунок непрозрачных элементов и полупрозрачных или прозрачных элементов может образовывать реперные знаки 125. Отверстия 190, чтобы их можно было показать на чертеже, на фиг. 11 показаны с увеличенными диаметрами. Эти диаметры, например, могут быть равны по меньшей мере одному микрометру.
Фиг. 12 представляет схему этапов способа 250 изготовления множества устройств 298 (фиг. 16). Устройства 298 могут быть аналогичны или идентичны устройству 100 (фиг. 1). Способ 250 описывается в соответствии с фиг. 13-16 и может содержать этапы, аналогичные или идентичные этапам способа 200.
Например, как показано на фиг. 12 и 13, способ 250 содержит, на этапе 252, наложение поглощающего излучение материала 272 на пластину-подложку 270, что формирует рабочий пакет 275. Пластина-подложка 270 может быть аналогична или идентична первому слою подложки 102 (фиг. 1).
На этапе 254 способа 250 в поглощающем излучение материале 272 формируют выемки вдоль пластины-подложки 270 для создания открытых полостей 274 и открытых выходных каналов 276. Выемки в поглощающем излучение материале 272 могут, в числе других способов, формировать лазерным испарением или химическим травлением. Открытые полости 274 могут быть аналогичны или идентичны полостям 132 (фиг. 4). Конфигурация открытых
полостей 274 предусматривает их превращение в закрытые полости соответствующих устройств. В иллюстрируемом примере каждая из открытых полостей 274 полностью ограничена поглощающей излучение рамкой 278 и пластиной-подложкой 270, и только поверхности поглощающей излучение рамки 278 и пластины-подложки 270 ограничивают открытые полости 274. Однако в других примерах открытые полости 274 могут ограничиваться другими элементами или слоями. Например, поглощающая излучение рамка 278 и наложенные на нее дополнительный слои могут определять боковые границы открытых полостей.
Между соседними поглощающими излучение рамками 278, разделяя их, проходят выходные каналы 276. В отличие от открытых полостей 274, выходные каналы 276 выполнены с возможностью соединения по текучей среде с наружной областью рабочего пакета 275 и/или поглощающего излучение материала 272. На этапе 256 на фиг. 12 излучение направляют на граничную область 273 соединения (фиг. 14) между поглощающим излучение материалом 272 и пластиной-подложкой 270 для формирования защитных стыков.
Перед формированием выемок в поглощающем излучение материале 272, и/или созданием защитных стыков вдоль граничной области соединения 273, вдоль поверхности пластины-подложки 270 могут создавать реперные знаки 280 (фиг. 13). Реперными знаками 280 могут быть металлические площадки с фасонными отверстиями. Как вариант, реперные знаки 280 могут создавать после или во время формирования выемок в поглощающем излучение материале 272.
Как показано на фиг. 12 и 14, на этапе 258 полости 274 могут заполнять специальной жидкостью 282. Например, чтобы заполнить полости 274 жидкостью 282, жидкость 282 могут наливать на рабочий пакет 275. Как показано на фиг. 14, объем жидкости 282 больше объединенного объема полости 274 и выходных каналов 276. Как следствие, жидкость 282 из поглощающих излучение рамок 278 натекает на поверхности 284 материала. На фиг. 14 жидкость 282 показана в виде тонкой пленки на поверхности 284. В зависимости от состава жидкости 282 и поглощающего излучение материала 272, жидкость 282 может принимать форму тонкой пленки или множества капель. С целью поглощения избытка жидкости, вытекающей из рабочего пакета 275, пластина-подложка 270 может быть помещена на полужесткий вспененный материал или губку 288.
На фиг. 15 показан рабочий пакет 285, содержащий рабочий пакет 275 и расположенный на нем слой 290 подложки. На этапе 260 способа 250 (фиг. 12) на рабочий пакет 275 укладывают слой 290 подложки для замыкания полостей 274 и покрытия выходных каналов 276. Слой 290 подложки могут укладывать так, чтобы снизить вероятность захвата воздуха под слоем 290 подложки. Например, слой 290 подложки могут располагать под углом так, чтобы один край слоя 290 подложки изначально касался поглощающих излучение рамок 278. Затем остальной слой 290 подложки могут постепенно наклонять, уменьшая угол между слоем 290 подложки и поглощающими излучение рамками 278 и тем самым давая захваченному воздуху возможность выйти. На этапе 262 (фиг. 12) пластину-подложку 270, поглощающие излучение рамки 278 и слой 290 подложки сжимают приложением сжимающей силы 294. Например, к слою 290 подложки могут прижимать гибкую прозрачную мембрану (не показана), наполняемую воздухом, что дает возможность прикладывать к поглощающей излучение рамке 278 силу, распределенную, по существу, равномерно. Полужесткий вспененный материал или губка 288 могут иметь фиксированное положение и оказывать сопротивление движению рабочего пакета 285.
Слой 290 подложки при его укладке на рабочий пакет 275 выдавливает и вытесняет жидкость 282. Вытесняемая с поверхности 284 материала жидкость 282 может течь либо в полости 274, либо в выходные каналы 276. Полостями 274 ограничен фиксированный объем. Жидкость 282 с поверхности 284 материала не может течь в полости 274, если они заполнены. В этом случае жидкость 282 может течь в выходные каналы 276, открытые на конце. Выходные каналы 276 соединены по текучей среде с наружной областью. При течении жидкости 282 с поверхности 284 материала в выходные каналы 276 жидкость 282, находящаяся в выходных каналах 276, вытекает наружу. В некоторых примерах выходные каналы 276 дают возможность снизить толщину специальной жидкости 282, остающейся на граничной области 292 соединения между слоем 290 подложки и поглощающими излучение рамками 278 после наложения на них слоя 290 подложки.
На этапе 264 (фиг. 12) излучение могут направлять на граничную область 292 соединения между слоем 290 подложки и поглощающими излучение рамками 278 для формирования периметральных швов 296. Периметральные швы 296 могут быть аналогичны или идентичны периметральным швам 124 (фиг. 2). На
этапе 266 (фиг. 12) излучение могут направлять на внешние зоны граничной области 292 соединения для формирования защитных стыков 297.
На этапе 268 (фиг. 12) индивидуальные устройства 298 (или многослойные пакеты) могут разделять. Например, как показано на фиг. 16, рабочий пакет 285 могут разрезать инструментом 295 (например, лезвием) или лазером (не показан). В конкретных примерах инструмент 295 могут направлять по выходным каналам 276 (фиг. 13). Ширина инструмента может быть больше ширины выходных каналов 276. В таких случаях можно получить чистую боковую поверхность или край устройств 298 без каких-либо признаков выходных каналов 276. Таким образом может быть изготовлено множество устройств 298.
На фиг. 17 и 18 показаны поперечные разрезы устройства 300 при сборке устройства 300. Устройство 300 могут собирать подобно устройству 100 (фиг. 2) и устройству 298 (фиг. 16). Как показано на фиг. 17, устройство 300 содержит рабочий пакет 302, содержащий слой подложки (или первый слой подложки) 304 и гибкую мембрану (или второй слой подложки) 306. Гибкая мембрана 306 может содержать поглощающий излучение материал, например, гибкую полиимидную мембрану. В некоторых примерах гибкая мембрана 306 может иметь состав с содержанием поглощающего излучение материала. Как вариант, гибкая мембрана 306 может содержать множество подслоев. В число указанных подслоев может входить первый подслой, содержащий гибкий материал, и второй подслой, содержащий поглощающий излучение материал. Первый и второй подслои могут иметь равные размеры, и тогда первый и второй подслои представляют собой два листа, сложенных сторона к стороне, или могут задавать нужное положение второго подслоя на первом подслое. Например, во втором подслое могут формировать выемки испарением или травлением.
Слой 304 подложки и гибкая мембрана 306 соединены между собой составным стыком 310, содержащим периметральные швы 312 и защитные стыки 314. Рабочий пакет 302 также содержит множество полостей 308, содержащих внутри себя жидкость 316. Периметральные швы 312 окружены защитными стыками 314. Периметральные швы 312 расположены так, чтобы отделять защитные стыки 314 от соответствующих полостей 308. В иллюстрируемом примере полости 308 ограничены слоем 304 подложки и гибкой мембраной 306. Жидкость 316 могут помещать в полости 308 аналогично вышеописанным способам. Например, гибкую мембрану 306 могут накладывать на полость 308
после размещения жидкости 316 в полости 308. Каждая из полостей 308 окружена соответствующим периметральным швом 312. Периметральные швы 312 окружены по меньшей мере одним защитным стыком 314.
Рабочий пакет 302 также содержит множество актуаторов 320. Актуаторы 320 выполнены с возможностью повышения давления в полости 308, приводящего к перемещению части гибкой мембраны 306. Актуатором 320 может быть, например, электрод, пьезоэлектрические материалы или резистивный нагреватель. Каждый актуатор 320 расположен функционально внутри или поблизости от по меньшей мере одной из полостей 308. Например, каждый актуатор 320 могут размещать так, чтобы поверхность актуатора 320 была открыта для жидкости 316 внутри соответствующей полости 308. В еще одном примере актуаторы 320 могут размещать внутри слоя 304 подложки так, что материал слоя 304 подложки покрывает поверхность актуатора 320, но достаточная близость актуатора 320 к полости 308 обеспечивает ему возможность повышать давление в полости 308.
Также на фиг. 17 показано, что устройство 300 содержит покровный слой 322, размещенный на гибкой мембране 306. Когда покровный слой 322 объединяют с рабочим пакетом 302, формируется первый уровень 330 устройства. Покровный слой 322 содержит открытую полость 324. Когда покровный слой 322 размещен на гибкой мембране 306, открытая полость 324 и гибкая мембрана 306 ограничивают канал 325 для текучих сред, содержащий множество вентильных проходов 326 и камер 328. Размер и форма каждого из вентильных проходов 326 таковы, что возможно перекрытие вентильного прохода 326 соответствующим внутренним участком 319 гибкой мембраны 306. Например, активация актуатора 320, расположенного функционально вблизи полости 308 или внутри нее, может вызывать выпучивание соответствующего участка 319 гибкой мембраны 306 под воздействием жидкости 316 и перекрытие (или закупоривание) вентильного прохода 326. Внешний участок или участки, окружающие соответствующие участки 319, имеют фиксированное положение относительно слоя 304 подложки. В проиллюстрированном примере полостями 308, жидкостью 316, актуаторами 320 (например, электродами) и гибкой мембраной 306 образовано множество электростатических вентилей 332. Активация вентилей 332 показана на фиг. 18. Избирательно управлять актуаторами 320 может вычислительная подсистема, например, вычислительная
подсистема 406 (фиг. 19). Таким образом могут быть сформированы многоуровневые многослойные структуры и микроструктуры для текучих сред.
На фиг. 18 показано полностью собранное устройство 300. Устройство 300 содержит первый уровень 330 устройства и второй уровень 334 устройства. В качестве опции, первый уровень 330 и второй уровень 334 устройства могут соединяться по текучей среде через один или несколько межуровневых проходов (не показан). Первый уровень 330 устройства и второй уровень 334 устройства могут изготавливать индивидуально, а затем объединять для создания устройства 300. Как вариант, устройство 300 могут изготавливать уровень за уровнем с добавлением и фиксацией каждого слоя к нижележащему рабочему пакету. Хотя фиг. 18 показано только два уровня 330, 334 устройства, для создания трехмерной конструкции могут формировать большее количество уровней устройства (3, 4, 5, …, n, где n целое число).
Таким образом, могут быть изготовлены устройства, содержащие заключенные в них вентили для текучей среды с каналом для текучей среды вдоль гибкой мембраны. Каждый вентиль можно активировать, увеличивая давление в замкнутой полости соответствующего вентиля, что приводит к отклонению гибкой мембраны. Это отклонение может по высоте составлять, например, 50 нанометров (нм) или более. В других примерах эта высота может быть больше. Например, высота указанного отклонения может быть в диапазоне от приблизительно одного микрометра (мкм) до приблизительно 100 мкм или более. Отклонение гибкой мембраны может блокировать течение жидкости через канал. В зависимости от использованных материалов активация может осуществляться электрическим, пьезоэлектрическим, термическим, оптическим и/или электрохимическим способом.
Фиг. 19 представляет аксонометрический вид устройства 400, содержащего массив 402 жидкостных линз и/или жидкостных зеркал в соответствии с примером. Устройство 400 может содержать вычислительную подсистему 406. Вычислительная подсистема 406 может содержать, например, память 407 для хранения запрограммированных инструкций и процессор или контроллер 409 для исполнения запрограммированных инструкций. Эти запрограммированные инструкции могут селективно управлять активацией актуаторов, находящихся в устройстве 400. Каждый актуатор может быть индивидуально адресуемым
вычислительной подсистемой 405 и/или адресуемой может быть одна или более групп актуаторов.
На фиг. 20 и 21 представлены поперечные разрезы жидкостных линз и/или жидкостных зеркал, которые могут использоваться с устройством 400 и могут быть созданы с использованием описанных здесь способов капсулирования текучих сред. Например, фиг. 20 представляет поперечный разрез жидкостных линз 410A, 410B. Жидкостные линзы 410A, 410B создаются жидкостью 412, помещенной в полость 414, ограниченную слоем подложки 415, поглощающим излучение слоем 416 и гибкой мембраной 417. Жидкостью 412 является жидкость с высоким показателем преломления (например, масло с высоким показателем преломления). Электроды 418 могут активировать эту жидкость электромагнитным, термическим или оптическим способом, вызывая увеличение давления (например, электроосмотического давления) в полости 414. Жидкостная линза 410A находится в выключенном состоянии, а жидкостная линза 410B находится во включенном состоянии. При активированных электродах 418 и пребывании жидкостной линзы 410B во включенном состоянии изменяется кривизна гибкой мембраны 417. Как следствие, меняется кривизна линзы, что приводит к изменению длины оптического пути и изменению характера преломления световых лучей 419 (по сравнению со световыми лучами 419 жидкостной линзы 410A).
Конфигурации жидкостных зеркал могут быть аналогичны конфигурациям жидкостных линз 410A, 410B, представленным на фиг. 20. В таких примерах световые лучи 419 могут падать на жидкостное зеркало 410A, 410B сверху. Мембрана 417 может быть покрыта металлическим слоем с возможностью отражения падающих световых лучей 419. Более конкретно, когда жидкостные зеркала 410A, 410B активированы, кривизна металлического слоя (основой которого служит гибкая мембрана 417) может вызывать рассеяние падающих световых лучей 419. Когда жидкостные зеркала 410A, 410B не активированы, указанный металлический слой может быть, по существу, плоским и может отражать падающие световые лучи 419. Соответствующие примеры могут быть аналогичны микрозеркальным дисплеям с матрицами светлых и темных пикселов.
Фиг. 21 представляет поперечный разрез жидкостных линз 420A, 420B.
Внутри соответствующих полостей 425 размещена жидкая смесь 422,
содержащая неполярную жидкость 424 (например, масло) и полярную жидкость 426 (например, воду). При активации электродов 430 меняется форма поверхности 428 раздела между жидкостями 424, 426. В жидкостной линзе 420A поверхность 428 раздела между жидкостями плоская. Однако в жидкостной линзе 420B поверхность 428 раздела между жидкостями искривлена. Искривленная поверхность 428 раздела между жидкостями создает эффект линзы, направляющей световые лучи в фокальную точку.
Хотя здесь пояснялись способы для примеров, в которых излучение, вызывающее образование соединения между органическим твердым слоем и неорганическим твердым слоем, поглощается этим органическим твердым слоем, должно быть понятно, что, как вариант или в дополнение, из материала, поглощающего это лазерное излучение, может быть сделан неорганический твердый слой. Например, неорганический твердый слой может быть наполнен или покрыт поглощающим излучение материалом. Кроме того, поглощающим излучение материалом, может быть жидкость или другой материал, находящийся между неорганическим твердым слоем и органическим твердым слоем в ходе присоединения многослойного носителя или после указанного присоединения. Такие материалы могут выбирать на основании их способности к поглощению излучения в любой из различных областей спектра, например, в УФ (например, в дальней УФ или ближней УФ), видимой (например, в красной, оранжевой, желтой, зеленой, голубой, синей или фиолетовой), или ИК (например, в ближней ИК, средней ИК или дальней ИК) области спектра. Материал могут выбирать, в качестве одного из критериев, на основании отсутствия поглощения в одной или более областях спектра, в том числе, например, в одной или более из вышеуказанных областей. В некоторых примерах неорганический твердый слой пропускает излучение по меньшей мере в той части спектра, в которой поглощает поглощающий излучение материал.
Дополнительные замечания
Следует понимать, что все комбинации вышеизложенных концепций и дополнительных концепций, подробно рассматривающихся ниже (при условии, что эти концепции не являются несовместимыми) считаются частью объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе. Конкретно, все комбинации заявленного объекта изобретения, представленного в конце настоящего раскрытия, считаются частью объекта изобретения, раскрытого в настоящем
документе. Также следует понимать, что термины, которые явным образом используются в настоящем документе и могут встретиться в любом раскрытии изобретения, включенном в настоящий документ посредством ссылки, следует понимать в смысле, наилучшим образом согласующимся с конкретными концепциями, раскрытыми в настоящем документе.
Следует понимать, что вышеприведенное раскрытие имеет иллюстративную, а не ограничивающую цель. Например, вышеописанные примеры (и/или их аспекты) могут использоваться в сочетании между собой. Кроме того, для соответствия конкретной ситуации или материалу в примерах без выхода за пределы сущности изобретения могут быть сделаны разнообразные модификации. Даже если параметры разнообразных примеров определяются описанными здесь конкретными компонентами и операциями, эти компоненты и операции никоим образом не являются ограничивающими, а использованы лишь в иллюстративных целях. Специалисту после изучения вышеприведенного раскрытия станут очевидными и многие другие примеры.
Объем изобретения, соответственно, должен определяться согласно прилагаемой формуле изобретения вместе с полным объемом эквивалентов, для которых данная формула изобретения является основанием. В прилагаемой формуле изобретения термины «включающий» и «в котором» используются в качестве изложенных простым английским языком эквивалентов соответствующих терминов «содержащий» и «характеризующийся тем, что». Кроме того, в нижеследующей формуле изобретения термины «первый», «второй», «третий» и т.д. используются лишь в качестве меток и не накладывают никаких количественных ограничений на свои объекты.
Используемые в настоящем документе в раскрытии и в формуле изобретения термины «содержать», «включать», «состоять из» и т.д., а также их разновидности, применены в открытом значении, т.е. указывают на содержание не только названных элементов, но распространяются и на любые дополнительные элементы. Указание «один пример», «другой пример», «пример» и т.п. означает, что конкретный элемент (например, особенность, конструкция и/или характеристика), описываемые в связи с указанным примером, содержится в по меньшей мере одном примере, описанном в настоящем документе, и может содержаться или не содержаться в других примерах. Кроме того, следует понимать, что описанные элементы любого примера могут быть скомбинированы любым подходящим способом в различных примерах, если из контекста явным образом не следует иное.
Следует понимать, что представленные в настоящем документе диапазоны значений содержат указанный диапазон и любое значение или поддиапазон из указанного диапазона. Например, диапазон от приблизительно одного микрометра (мкм) до приблизительно 2 мкм следует интерпретировать как содержащий не только явно указанные границы в интервале между приблизительно 1 мкм и приблизительно 2 мкм, но и как содержащий индивидуальные значения, например, приблизительно 1,2 мкм, приблизительно 1,5 мкм, приблизительно 1,8 мкм и т.д., и поддиапазоны, например, от приблизительно 1,1 мкм до приблизительно 1,9 мкм, от приблизительно 1,25 мкм до приблизительно 1,75 мкм и т.д. Кроме того, когда для описания значения используются выражения «приблизительно» и/или «по существу», эти выражения следует понимать как содержащие и небольшие (до +/- 10%) отклонения от указанного значения.
Хотя было подробно раскрыто несколько примеров, следует понимать, что раскрытые примеры могут быть модифицированы. Соответственно, вышеприведенное описание следует рассматривать как неограничивающее. Хотя сущность изобретения описана со ссылкой на приведенные выше примеры, следует понимать, что в указанных примерах без выхода за пределы объема изобретения могут быть сделаны разнообразные модификации. Соответственно, объем изобретения ограничен только формулой изобретения.
1. Способ изготовления устройства для текучих сред, включающий: формирование рабочего пакета, содержащего первый слой подложки, второй слой подложки и поглощающий излучение материал, расположенный между первым слоем подложки и вторым слоем подложки, причем рабочий пакет содержит полость, содержащую заданную жидкость, причем между поглощающим излучение материалом и по меньшей мере одним слоем из первого слоя подложки и второго слоя подложки образована граничная область соединения, содержащая пленку указанной заданной жидкости;
направление излучения на граничную область соединения по заранее заданному пути для формирования периметрального шва, расположенного так, чтобы отделять указанную полость от внешней зоны граничной области соединения и по существу изолировать заданную жидкость в указанной полости;
и направление излучения на внешнюю зону граничной области соединения для скрепления первого слоя подложки со вторым слоем подложки, при этом периметральный шов препятствует проникновению пузырьков из внешней зоны в указанную полость, когда излучение направлено на внешнюю зону, при этом полость рабочего пакета содержит область получения изображения и область окантовки, расположенную между областью получения изображения и поглощающим излучение материалом, причем область получения изображения содержит мишень, изображение которой следует получить, причем область окантовки не содержит мишени.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование рабочего пакета включает: размещение на первом слое подложки поглощающего излучение материала, с формированием в поглощающем излучение материале выемки для создания открытой полости;
направление излучения на дополнительную граничную область между первым слоем подложки и поглощающим излучение материалом для скрепления первого слоя подложки с поглощающим излучение материалом;
заполнение открытой полости поглощающего излучение материала заданной жидкостью; и наложение на поглощающий излучение материал и на первый слой подложки второго слоя подложки для закрытия открытой полости и формирования полости рабочего пакета, причем при закрытии открытой полости вторым слоем подложки вдоль граничной области соединения присутствует пленка заданной жидкости.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что направление излучения на граничную область соединения для формирования периметрального шва
включает размещение периметрального шва на расстоянии от полости рабочего пакета так, чтобы между периметральным швом и полостью был промежуток.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рабочий пакет и второй слой подложки образуют по меньшей мере часть устройства, причем первый слой подложки, поглощающий излучение материал и второй слой подложки представляют собой сплошные слои, так что в устройстве нет портов, через которые заданная жидкость могла бы течь в полость или из полости рабочего пакета.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование рабочего пакета содержит формирование слоя мишени на по меньшей мере одном слое из первого слоя подложки и второго слоя подложки, причем слой мишени содержит непрозрачный материал, расположенный на слое мишени в соответствии с заданной схемой.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поглощающий излучение материал содержит обособленные участки, расположенные между первым слоем подложки и вторым слоем подложки, и выходной канал между соседними участками поглощающего излучение материала, который соединен по текучей среде с наружной областью рабочего пакета и/или резервуаром, причем заданная жидкость и пузырьки имеют возможность поступления в выходной канал из внешней зоны граничной области соединения, когда излучение направлено на внешнюю зону.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рабочий пакет содержит множество полостей, причем способ дополнительно включает разрезание рабочего пакета после скрепления первого слоя подложки со вторым слоем подложки для формирования множества устройств.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поглощающий излучение материал содержит прозрачный слой и непрозрачный слой, поглощающий излучение для формирования составного стыка.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что часть внешней зоны, которую облучают для скрепления первого слоя подложки со вторым слоем подложки, по меньшей мере в десять раз (десятикратно) больше площади периметрального шва.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что направление излучения по заранее заданному пути для формирования периметрального шва и направление излучения на внешнюю зону выполняют последовательно в одном сеансе облучения без перерыва в воздействии излучением, при этом направление излучения на внешнюю зону включает ведение лазерного пучка подобно растру с покрытием внешней зоны.
11. Устройство для текучих сред, содержащее: многослойный пакет, содержащий слой подложки, поглощающий излучение материал, расположенный на слое подложки, и полость, содержащую заданную жидкость;
при этом поглощающий излучение материал и слой подложки образуют между собой граничную область соединения, содержащую составной стык, который скрепляет поглощающий излучение материал со слоем подложки, причем составной стык содержит периметральный шов, проходящий вдоль полости, и защитный стык, окружающий периметральный шов, причем периметральный шов расположен между полостью и защитным стыком и по существу изолирует заданную жидкость в полости, при этом полость содержит специальную область получения изображения и область окантовки между специальной областью получения изображения и поглощающим излучение материалом, причем специальная область получения изображения содержит мишень, изображение которой следует получить, причем область окантовки не содержит мишени.
12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что периметральный шов и защитный стык имеют разные конфигурации.
13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что вдоль составного стыка или внутри него присутствуют остатки заданной жидкости, а периметральный шов расположен между указанными остатками и полостью.
14. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что слой подложки представляет собой первый слой подложки, причем устройство дополнительно содержит второй слой подложки, причем первый слой подложки, поглощающий излучение материал и второй слой подложки представляют собой сплошные слои, так что в устройстве нет портов, через которые заданная жидкость могла бы течь в полость или из полости.
15. Устройство по п. 14, дополнительно содержащее слой мишени на по меньшей мере одном слое из первого слоя подложки и второго слоя подложки, причем слой мишени содержит непрозрачный материал, расположенный на слое мишени в соответствии с заданной схемой.
16. Устройство по п. 15, отличающееся тем, что заданная жидкость содержит материал, излучающий свет при возбуждении источником света.
17. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что второй слой подложки содержит гибкую мембрану, а устройство дополнительно содержит актуатор, функционально расположенный внутри полости или вблизи полости, выполненный с возможностью активации и деактивации для изменения давления в полости и перемещения гибкой мембраны.
