微型流體系統用支撐單元及其製造方法

2023-11-05 07:34:57 1

專利名稱：微型流體系統用支撐單元及其製造方法
技術領域：
本發明是關於在支撐體上將中空細絲敷設固定成規定的形狀的微型流體 系統用支撐單元及其製造方法。
背景技術：
在化學或生化學的領域，關於應用微型電子機械系統(MEMS; Micro Electro Mechanical system)技術的反應系統或分析裝置的小型化的研究正在 進行。在以往的研究開發中，存在具備構成要素的微型馬達、微型泵浦的單 一機能的微型化的機械要素(微型機械)。
為了進行目的化學反應與化學分析，需要多個組合微型機械等的各種零 件來加以系統化。 一般，這些系統的完成型被稱為微型反應器系統(Micro Reactor System)、微型化學分析系統(PTAS: Micro Total Analysis System)。 通常，微型機械適用半導體製造過程，形成於矽晶片上。將多個要素形成(聚 積)在一個晶片上而將其系統化，在原理上是可能的，其編組實際上也正在 進行。但是，其製作過程複雜，可預想到在量產規模上是不易製造的。因而
提出在矽基板的規定的位置以蝕刻等形成溝槽做成流路的晶片型基板(毫
微反應器)作為連接多個微型機械等而形成流體迴路(系統)的方法。比起 上述的聚積化的方法具有製造變得更容易的優點。但是，流路斷面積小，流
體與溝槽側的接口阻抗大。在現狀，其流路長度最大為mm單位，在實際進 形合成反應與化學分析，反應與分析的工序數、量受到限制。
但是，其製作過程複雜，可預想到在量產等級是不易製造的。因此，在 近年，提出在矽基板的規定的位置以蝕刻等形成溝槽做成流路的晶片型基 板作為連接多個微型機械等而形成流體迴路的方法。對於該方法，比起上述 的聚積化的方法具有製造變得更容易的優點。但是，另一方面，對於該方法
存在流路斷面積小，流體與溝槽側的接口阻抗大，在現狀，其流路長度最
大為mm單位，在實際進形合成反應與化學分析，反應與分析的工序數、量 受到限制的問題。
在現有的基板狀形成流路的構成中，如US6344229,必須在一個基板上 相互不交叉形成流路，如果使流路立體交叉，則需設置多個基板。

發明內容
本發明是為了解決上述課題而完成的。S卩，本發明的目的是在於提供 製造容易且反應與分析的工序數與量不受限制的cm單位的長距離的微型流 體系統用支撐單元。
本發明的另一目的在於提供即使複雜的流體迴路也不需要場所的小型 微型流體系統用支撐單元。
本發明的又一目的在於提供能夠形成複雜的流體迴路的微型流體系統 用支撐單元的製造方法。
為了實現上述目的，本發明的第l特徵的要旨為具備(a)第一支撐體， (b)設在該第一支撐體的表面的第一粘合劑層，(c)在該第一粘合劑層敷設 成任意形狀的中空細絲，以及(d)具備在該在第一粘合劑層敷設成任意形狀 的作為微型流體系統的流路層來發揮機能的中空細絲的微型流體系統用支撐 單元。在本發明的第1特徵中，由於能以交叉在該中空細絲的形式，更可以 立體地敷設中空細絲，因此，能夠提供精準度良好、容易製造，且反應與
分析的工序數與量不受限制的cm單位的長距離的微型流體系統用支撐單元。
而且，若根據本發明的第1特徵，由於可提供即使複雜的流體迴路，也不需 要場所的小型微型流體系統用支撐單元，因此也可以謀求微型流體系統本身 的細緻化。
本發明的第2特徵的要旨為具備(a)第一支撐體，(b)設在該第一支 撐體的表面的第一粘合劑層，(c)由在該第一粘合劑層敷設成任意形狀、且 分別作為微型流體系統的多個流路層來發揮機能的多個中空細絲所構成的第 一中空細絲組群的微型流體系統用支撐單元。在本發明的第2特徵中，由於 在由多個中空細絲所構成的中空細絲組群，能夠立體地敷設由與這些交叉的
多個中空細絲所構成的第二中空細絲組群，故能夠提供精準度良好、容易
製造，且反應與分析的工序數與量不受限制的cm單位的長距離的微型流體
系統用支撐單元。而且，若根據本發明的第1特徵，由於可提供即使複雜的 流體迴路，也不需要場所的小型微型流體系統用支撐單元，因此也可以謀求 微型流體系統本身的細緻化。其中，優選多個中空細絲的至少一個的一部分 具備由光透過性材質形成的光透過部。
本發明的第3特徵的要旨為包含(a)在第一支撐體的表面形成第一粘 合劑層的步驟和(b)在該第一粘合劑層的表面敷設中空細絲的步驟的微型流 體系統用支撐單元的製造方法。本發明的第3特徵的微型流體系統用支撐單 元的製造方法是使用在第1特徵說明過的微型流體系統用支撐單元。若根據 本發明的第3特徵，能夠提供可形成複雜的流體迴路的小型微型流體系統 用支撐單元的製造方法。
本發明的第4特徵的要旨為包含(a)在第一支撐體的表面形成第一粘 合劑層的步驟和(b)在該第一粘合劑層的表面敷設由多個中空細絲所構成的 第一中空細絲組群的步驟的微型流體系統用支撐單元的製造方法。本發明的 第4特徵的微型流體系統用支撐單元的製造方法是使用在第2特徵說明過的 微型流體系統用支撐單元。若根據本發明的第4特徵，能夠提供可形成復 雜的流體迴路的小型微型流體系統用支撐單元的製造方法。
本發明的以下方案，由於流路是中空細絲，所以即便不使用多個基板,
也能夠使流路立體交叉
一種微型流體系統用支撐單元，其特徵在於，具備第一支撐體、以及 作為微型流體系統的流路層來發揮功能的至少兩個中空細絲；該中空細絲在
前述第一支撐體上固定為任意形狀，至少一個中空細絲與其他至少一個中空
細絲交叉。


圖1A是本發明的第1實施例的微型流體系統用支撐單元的截面圖；圖 1B是由IA-IA線箭頭方向所看到的截面圖與圖1A對應的平面圖。
圖2是用來說明本發明的第1實施例的微型流體系統用支撐單元的製造 方法的工藝截面圖(其l)。
圖3A是用來說明本發明的第1實施例的微型流體系統用支撐單元的制 造方法的工藝截面圖(其2);圖3B為由IIIA-IIIA線箭頭方向所看到的截面
圖與圖3A對應的平面圖。
圖4A是用來說明本發明的第1實施例的微型流體系統用支撐單元的制 造方法的工藝截面圖(其3);圖4B為由IVA-IVA線箭頭方向所看到的截 面圖與圖4A對應的平面圖。
圖5A是用來說明本發明的第1實施例的微型流體系統用支撐單元的制 造方法的工藝截面圖(其4);圖5B為由VA-VA線箭頭方向所看到的截面 圖與圖5A對應的平面圖。
圖6A是用來說明本發明的第1實施例的微型流體系統用支撐單元的制 造方法的工藝截面圖(其5);圖6B為由VIA-VIA線箭頭方向所看到的截面 圖與圖6A對應的平面圖。
圖7A是用來說明本發明的第1實施例的微型流體系統用支撐單元的制 造方法的工藝截面圖(其6);圖7B為由VIIA-VIIA線箭頭方向所看到的截 面圖與圖7A對應的平面圖。
圖8A是第2實施例的具備中繼部的微型流體系統用支撐單元的俯視圖; 圖8B是圖8A的VIII B-VIIIB線方向的截面圖。
圖9是用來說明本發明的其它實施例的微型流體系統用支撐單元中空細 絲的構造的俯視圖。
圖10是本發明的其它實施例的具備中繼部的微型流體系統用支撐單元的 截面圖。
圖IIA是圖IIC所示的本發明的其它實施例的微型流體系統用支撐單元 的平面圖的由XIA-XIA線箭頭方向所看到的截面圖；圖IIB是圖IIC所示 的平面圖的由XIB-XIB線箭頭方向所看到的截面圖。
圖12是圖11所示的本發明的其它實施例的微型流體系統用支撐單元的 俯視圖。
圖13是表示本發明的其它實施例的微型流體系統用支撐單元的變形例 的俯視圖。
具體實施例方式
參照附圖，說明本發明的實施例。在以下附圖的記載中，對相同或類似 的部分以相同或類似的符號表示。但附圖為示意圖，厚度與平面尺寸的關係、
各層的厚度的比率等與現實的不同。因此，具體的厚度與尺寸應對照以下的 說明來判斷。而且，在附圖相互間當然也含有相互的尺寸的關係與比率不同 的部分。
第1實施例 (微型流體系統用支撐單元)
如圖1所示，本發明的第1實施例的微型流體系統用支撐單元，具備 第一支撐體2;設在此第一支撐體2的表面的第一粘合劑層la;由在第一粘 合劑層la的表面敷設成任意形狀的多個中空細絲501、 502、 503..... 508
所構成的第一中空細絲組群；由敷設於交叉在該第一中空細絲組群的方向的
多個中空細絲511、 512、 513.....518所構成的第二中空細絲組群；設在該
第二中空細絲組群的表面的第二粘合劑層lb;以及設在第二粘合劑層lb的 表面的第二支撐體6。由多個中空細絲501、 502、 503、…、508所構成的第 一中空網絲組群、及由多個中空細絲511、 512、 513、…、518所構成的第二 中空細絲組群分別構成本發明的第1實施例的微型流體系統用支撐單元的試 劑的流路層。
多個中空細絲501、 502、 503、…、508及511~518的內徑及外徑可以根 據目的來選擇，但是，由於流通毫升(mL) 微升(UL)單位的流體，因 此優選內徑為4)0.0 5mm 0.5mm左右。在製作這樣的內徑的中空細絲501 508及511 518的情況時，特別適合使用聚醯亞胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)、 聚醚醯亞胺(PEI)、聚苯硫醚(PPS)、四氟乙烯'全氟環氧乙烯共聚合體(PFA) 等材質。當做成4)0.0 5mm以下的內徑時，就需要考慮中空細絲501 508及 511 518的內壁面與流體的界面阻抗的影響。另一方面，對於較4>0.0 5mm 大的內徑，為了連續地流通流體，而需要高壓，因而增加了對其它零件的負 擔，且會產生氣泡等混入流體中。對流通於由多個中空細絲501 508所構成 的第一中空細絲組群、及由多個中空細絲511 518所構成的第二中空細絲組 群的流體，使其產生化學反應的情況時，優選中空細絲501 508、 511 518 具備耐試劑性。另外，向流通於中空細絲501 508、 511 518的流體照射光， 使其產生光化學反應，或分光分析的情況時，對於中空細絲501 508、 511 518具有光透過性是優選的。光透過率可以是對應目的的值，但是，在目的
波長，優選為80%以上，更優選90%以上。g卩，如圖9A所示，規定位置的 第二支撐體6、第二粘合劑層lb及中空細絲58為透明；或中空細絲58露出， 且至少該位置的中空細絲58為透明為佳。
將中空細絲501 508、 511 518固定於第一支撐體2是由於比起做成自 由狀態，具有容易控制周圍的溫度電場、磁場等各種環境的優點。這在進行 化學反應與化學分析時是有利的，特別是在微型化的反應系統及分析系統是 不可或缺的。而且，還具有與零件的調整容易進行且易連接，並且可緊密地 收容大量的中空細絲501 5 0 8、 511 518的優點。
另夕卜，在進行化學分析的情況，具有多個中空細絲5 01 5 0 8、 511 518 在提高作業效率的這一點上是優良的。在此情況，從構成第一中空細絲組群 的中空細絲501 5 0 8同時開始進行分析時，必須大致同時獲得分析結果的 觀點來看，要求相互等長。同樣地，構成第二中空細絲組群的多個中空細絲 511 518也被要求等長。即，從試料的流入部至流出部由外部承受的能量均 勻，且與其它的中空細絲所承受的能量幾乎沒有差異是重要的。從這個角度 來看，優選中空細絲501 508、 511 518夾於兩片以上的支撐體間以使得傳 達至中空細絲501 508、 511 518的熱分布均勻。
另外，優選構成第一中空細絲組群的中空細絲501 508及構成第二中空 組群的中空細絲511 518分別相互地等間隔地排列。而且，構成第一中空細 絲組群的中空細絲501 508及構成第二中空組群的中空細絲511 518的管 厚是均勻的為佳。
多個中空細絲501 508、 511 518能夠使用市售的各種材質的軟管，可 以根據目的選擇任意的材質。例如，有聚氯乙烯樹脂(PVC)、聚偏二氯乙 烯(polyvinylidene chloride)樹脂、聚醋酸乙烯酯(polyvinyl acetate)樹脂、 聚乙烯醇(polyvinylalcohol)樹脂(PVA)、聚苯乙烯樹脂(PS)、丙烯腈-丁二 烯-苯乙烯樹脂、聚乙烯樹脂(PE)、乙烯-醋酸乙烯酯樹脂(EVA)、聚丙烯 樹脂(PP)、聚四甲基戊烯(TPX)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、 PEEK、 PI、 PEI、 PPS、聚四氟乙烯樹脂(PTFE)、聚全氟乙丙烯樹脂(FEP)、 PFA、 四氟乙烯-乙烯共聚合體。(ETFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、 (PVDF)、聚 對苯二甲酸乙二醇酯樹脂(PET)、聚酮胺樹脂(尼龍)、聚甲醛(POM )、
聚苯醚(PPO)、聚碳酸酯樹脂(PC)、聚氨基甲酸酯樹脂、聚酯彈性體、聚 烯烴樹脂、矽酮樹脂、聚醯亞胺樹脂等有機材質，或玻璃、石英、碳等的無 機材質。
第一支撐體2的材質、形狀、尺寸等可以根據目的來選擇。而且，第一 支撐體2的板厚、膜厚的適當範圍根據目的與所需求的性能而不同。例如， 對第一支撐體2要求電絕緣性的情況，選定使用於印刷布線板等的環氧樹脂 板與聚醯亞胺樹脂板，或者使用於可撓性布線板上的杜邦(DuPont)公司制 的Kapton Film所代表的聚醯亞胺樹脂膜與東麗(Tomy )公司制的 LumirrorFilm所代表的PET薄膜。優選第一支撐體2的板厚(膜厚)厚，特 別優選為0.05mm以上。另外，對第一支撐體2要求散熱性的情況，選定鋁 (Al)板、銅(Cu)板、不鏽鋼板、鈦(Ti)板等金屬制板。優選第一支撐 體2的板厚更厚，特別優選為0.5mm以上。再者，對第一支撐體2要求光 透過性的情況，選定玻璃、石英板等透明無機材料板，或聚碳酸酯或丙烯等 透明有機材料板或膜。優選第一支撐體2的板厚(膜厚)薄，特別優選為0.5 mm以下。而且，還可以使用在第一支撐體2的表面以蝕刻或鍍裝形成銅等 的金屬圖案的所謂的可撓性電路基板或印刷電路基板。這樣，能夠形成安裝 微型機械、發熱組件、壓電組件、溫度 壓力 彎曲 振動 電壓 磁場等 各種感應器、阻抗 電容 .線圈 電晶體與IC等電子零件、以及半導體激 光器(LD )、發光二極體(LED)、光二極體(PD)等光部件等各種的部 件或組件的端子與電路，使得容易系統化。
形成在第一支撐體2的表面的第一粘合劑層la優選是具備感壓性和感旋 光性的粘合劑。這些材料因利用施加壓力或光等來產生粘著性或粘合性，所 以適合機械性地敷設中空細絲(中空毛細管)的情況。對於感壓性粘合劑， 高分子量合成橡膠、或聚矽氧垸樹脂類的粘合劑為適宜的。作為高分子量合 成橡膠粘合劑，可以使用例如東內克斯(卜一冬'7 ，》)公司制的必斯達內 克斯MML—120(商品名稱；匕'》夕承7夕》MML—120)這樣的聚異丁烯、 日本ZEON公司制的尼婆魯N1432等丙烯睛-丁二烯樹脂、杜邦公司制的海 帕綸(Hypalon ) 20這樣的醯化聚乙烯氯磺等。在此情況，能將這些材料 溶解於溶劑後直接塗布乾燥於第一支撐體2來形成第一粘合劑層la。而且，
也可根據需要，將交聯劑混合在這些材料中。另外，可以使用日東電工公司
制的No.500或3M公司制的A—10、 A—20、 A—30等丙烯樹脂類的雙面粘 合帶等。作為聚矽氧烷樹脂類粘合劑，以由高分子量的聚二甲基矽氧烷或甲 苯基矽氧烷所構成且在末端具有矽烷醇基的聚矽氧垸橡膠、與甲基聚矽氧烷 樹脂或甲苯基聚矽氧烷這樣的聚矽氧垸樹脂為主成分的聚矽氧烷粘合劑是適 宜的。為控制凝集力可以進行各種交聯。例如，能夠利用矽烷的加成反應、 垸氧基縮合反應、乙酸基縮合反應、過氧化物引起的自由基反應等來進行交 聯。作為這樣的粘合劑，市售的有YR3286 (GE東芝聚矽氧垸公司制、商品 名稱)、TSR1521 (GE東芝聚矽氧垸公司制、商品名稱)、DKQ9—9009 (DOW CORNING公司制、商品名稱)。作為感旋光性粘合劑，可以適用例如作為印 刷基板的防蝕塗層來使用的幹膜光阻劑或焊劑光阻劑墨水或印刷基板的感旋 光性聚集材等。具體來說，有日立化成工業公司制的H—K440和CIBA GEJGY 公司制的普羅必麻。特別是，作為聚集布線板用途所提供的光通過材料能夠 承受印刷電路板的製造過程或錫焊的部件安裝過程。作為這樣的材料，只要 是包括具有可利用光來進行交聯的官能基的共聚合體或單體的組成物和/或 將除了光以外能以熱來進行交聯的官能基與熱聚合開始劑混合的組成物，均 可以使用。作為第一粘合劑層la，可以列舉出環氧樹脂、溴化環氧樹脂、 橡膠改性環氧樹脂、橡膠分散環氧樹脂等脂環式環氧樹脂，或者雙酚-A類環 氧樹脂及這些環氧樹脂的酸改性物等。特別是在進行光照射來進行光硬化的 情況，優選為這些環氧樹脂與不飽和酸的改性物。作為不飽和縮酸，可以列 舉出無水馬來酸酐、四氫化鄰萘二甲酸酐、衣康酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸 等。這些可利用對環氧樹脂的環氧基以相等量或相等量以下的配合比率使不 飽和羧酸反應來獲得。除此之外，三聚氰胺樹脂、氰酸酯樹脂這樣的熱固化 性材料、或者其和酚樹脂的組合等也是優選的適用例之一。另外，可撓性賦 予材料的使用也適宜的組合，作為其例子，可以列舉出丁二烯-丙烯腈橡膠、 天然橡膠、丙烯酸橡膠、SBR、羧酸改性丁二烯-丙烯腈橡膠、羧酸改性丙烯 酸橡膠、交聯NBR粒子、羧酸改性交聯NBR粒子等。通過加上這樣的種種 的樹脂成分，能夠在保持有光固化性、熱固化性這樣的基本性能的狀態下賦 予固化物各種性質。例如，利用與環氧樹脂或酚樹脂的組合，可賦予固化物
良好的電絕緣性。在混合有橡膠成分時，對硬化物賦予強韌的性質的同時， 可以利用氧化性試劑的表面處理來簡單地進行固化物表面的粗化。另外，也 可以添加通常被使用的添加劑(聚合穩定劑、平坦劑、顏料、染料等)。即使 混合填充劑也不會沒有關係。作為填充劑，可以列舉出熔融氧化矽、滑石、 氧化鋁、水合氧化鋁、硫酸鋇、氫氧化鈣、超微粒子氧化矽、碳酸鈣等無機 微粒子，粉末狀環氧樹脂、粉末狀聚亞胺樹脂等有機微粒子，粉末狀聚四氟 乙烯粒子等作為填充劑。對於這些填充劑，可以預先實施偶合處理。其分散 可以利用捏合、球磨、珠磨、三輥滾筒等已知的混煉方法來實現。這樣的感 旋光性樹脂的形成方法能夠使用以滾筒塗布、刮式塗布、浸漬塗布等方法來 塗布液狀的樹脂的方式，或者使絕緣樹脂在載體薄膜上薄膜化後以層壓薄膜 方式進行粘合的方式。具體來說，有日立化成工業公司制的光通過薄膜BF —
謂o等。
第二支撐體6能夠使用在第一支撐體2中所示的各種材料。而且，通過 在第二支撐體6與由多個中空細絲501 508所構成的第二中空細絲組群的間 插入第二粘合劑層lb，由於能使保護由多個中空細絲501 508所構成的第 一中空細絲組群、以及由多個中空細絲511 518所構成的第二中空細絲組群 的作用進一步增加，所以優選。如果選擇網狀或多孔性的薄膜作為第二支撐 體6，則不易產生層壓薄膜時的氣泡生成這樣的不利情況。作為該網狀薄膜 或織品有東京SCREEN公司制的聚酯網TB —70等，作為多孔性薄膜有 Celanese公司制的杜拉保護膜和大薛魯(DAICEL)化學工業公司制的薛魯保 護膜2400等。
第二粘合劑層lb可以使用在第一粘合劑層la中所示的各種材料。
(微型流體系統用支撐單元的製造方法) 接著，使用圖2 圖8說明關於本發明的第1實施例的微型流體系統用 支撐單元的製造方法。
(a)首先，如圖2所示，在第一支撐體2的表面，形成與第一支撐體2 相同形狀且大致相同尺寸的第一粘合劑層la。然後，如圖3所示，在第一粘 合劑層la的表面的周邊部均勻地形成4個矩形離形層3a、 3b、 3c、 3d。為了 在第一粘合劑層la的表面形成這樣的離形層3a、 3b、 3c、 3d，有在第一粘合 劑層la表面的規定的位置預先塗布市售的離形劑的方法、或者粘合離形薄膜 的方法等。接著，用切削器等在該第一支撐體2上設置細縫4a、 4d、 4c、 4d。 細縫4a、 4b、 4c、 4d如圖3B所示，例如形成在4個離形層3a、 3b、 3c、 3d
的各自的內側邊的附近。
(b) 其次，如圖4所示，在形成有第一粘合劑層la的第一支撐體2的 表面，在從離形層3b向離形層3d的垂直方向敷設由多個中空細絲501 508 所構成的第一中空細絲組群。在該敷設時，省略了圖示，可以使用與圖5A 所示的相同的NC布線機61 (作為這樣的布線機，有特開2001—59910號公 報所揭示的布線裝置。另外，在特公昭50—9346號公報所揭示的裝置能夠在 布線時施加載荷和超聲波振動。進而，特公平7—95622號公報所揭示的裝置 可進行載荷的施加與雷射器光的照射。)NC布線機61能夠控制數值而進行 超聲波振動與載荷的輸出控制，通過使用NC布線機61，可以精密地控制由 多個中空細絲501 508所構成的第一中空細絲組群的敷設圖案。具體來說， 一邊使NC布線機61相對第一支撐體2水平地移動， 一邊對由中空細絲501 508所構成的第一中空細絲組群施加載荷及超聲波的振動作用。
(c) 其次，如圖5所示，由離形層3a朝向離形層3c的方向敷設由多個 中空細絲511 518所構成的第二中空細絲組群，使其與已經敷設的由多個中 空細絲501 508所構成的第一中空細絲組群交叉。在進行該敷設時，如圖 5A所示，使用NC布線機61。能夠精密地控制由多個中空細絲511 518所 構成的第二中空細絲組群的敷設圖案。具體而言， 一邊使NC布線機61相對 第一支撐體2水平地移動， 一邊對由中空細絲511 518所構成的第二中空細 絲組群施加載荷及超聲波的振動作用。但是，該NC布線機61要設定成在 由多個中空細絲501 508所構成的第一中空細絲組群與由多個中空細絲 511 518所構成的第二中空細絲組群的交叉部分，停止載荷與超聲波振動。 通過在第一中空細絲組群與第二中空細絲組群的交叉部的附近，停止載荷和 /或超聲波振動，可以降低對中空細絲501 508、 511 518的應力，防止中 空細絲501 508、 511 518的破損。
(d) 接著，如圖6所示，形成與第一支撐體2相同形狀且大致相同尺 寸的第二粘合劑層lb，使其覆蓋已經敷設的由多個中空細絲501 508所構
成的第一中空細絲組群、及由多個中空細絲511 518所構成的第二中空細絲 組群。進而，準備與第一支撐體2相同形狀且相同尺寸的第二支撐體6，在 第二粘合劑層lb上粘合(層壓)第二支撐體6。為了層壓第二支撐體6，各 種方法可以被考慮。此時，在第二支撐體6為網狀或多孔性薄膜的情況，通 過施加稍許的壓力，可以沒有進入界面的空氣等而使保護膜密合於第二粘合 劑層lb上。但是，在第二支撐體6為均勻的薄膜的情況，無法避免殘存的氣 泡。在此情況，可考慮以高壓進形衝壓的方法，但對中空細絲501 508、 511 518施加大的壓力則中空部分會產生變形。並且，存在在第一中空細絲組群 與第二中空細絲組群交叉部局部地產生大的壓力，從而造成破損等的問題。 在這樣的情況下，由於通過使用真空層壓裝置，在將第二支撐體6密合於第 二粘合劑層lb前做成真空狀態，然後在低壓下進行壓合，不會有空氣進入界 面，在中空細絲501 508、 511 518中不會殘存大的應力且也不會產生破損， 因此為優選。
(e)然後，沿著如圖7B的虛線所示的期望的形狀的切斷線7，來加工 切斷。作為層壓第二支撐體6後，將微型流體系統用支撐單元加工成期望的 形狀的方法，有利用切削器的切斷或者按壓預先製作成期望的形狀的金屬制 的刀模來進行切斷加工等方法。但是，對於切削器不易做成自動化，而刀模 在製作鑄造工具時費功夫，因此，NC驅動的雷射加工機僅需準備數據即可進 行作業為優選的。另外，在雷射加工機中，比起切斷專用的輸出大的加工機， 印刷基板用的開小直徑孔用途的雷射開孔機也是優選的。印刷基板用的雷射 開孔機每單位時間的能量輸出大，可以在同一場以多個射擊數開孔，以孔徑 的一半左右逐漸移動，且雷射器的燒焦非常少，因此為優選。如圖7B所示， 對切斷線7進行加工切斷，使重疊於預先形成的細縫4a、 4b、 4c、 4d的位置 4a。如圖7A所示，利用預先形成細縫4a、 4b、 4c、 4d，在於中空細絲518 的端部附近，第一粘合劑層la與第二粘合劑層lb自動地剝離掉。雖省略了 圖示，但是，其它的中空細絲501 518、 511、 512、 513、 ...、 517的端部也 同樣地，第一粘合劑層la與第二粘合劑層lb會自動地剝離。對於在第一粘 合劑層la敷設由多個中空細絲501 508所構成的第一中空細絲組群、及由 多個中空細絲511 518所構成的第二中空細絲組群，然後通過第二粘合劑層
lb粘合第二支撐體6的構造，使多個中空細絲501 508、 511 518的端部
露出的工序變得複雜。因此，如果在不需要且最後被去除的部分、與作為第 一支撐體2而殘存的部分的境界線的位置，預先設置細縫4a、 4b、 4c、 4d，
則會使中空細絲501 508、 511 518的端部露出的處理變得容易。
(f)如果沿著圖7B的虛線所示的切斷線7進形切斷加工後，去除配置 於中空細絲501 508的端部附近的離形層3b及離形層3d、和配置於中空細 絲511 518的端部附近的離形層3a及離形層3c，則可以完成如圖1所示的
微型流體系統用支撐單元。
如上所述，如果在不需要且最後被去除的第一支撐體2的端部的表面， 如圖4所示，預先設置離形層3a、 3b、 3c、 3d，則可以使從微型流體系統用 支撐單元的端部分別取出由多個中空細絲501 508所構成的第一中空細絲 組群、及由多個中空細絲511 518所構成的第二中空細絲組群的處理更容易 地進行。但是，中空細絲501 508、 511 518需要注意露出部分的長度。中 空細絲501 508、511 518的不露出的部分被固定，相對中空細絲501 508、 511 518中的流體，容易控制溫度、流速分布、泳動速度及施加電壓等因素。 另一方面，由於中空細絲501 508、 511 518的露出的部分沒有被固定而呈 自由狀態，所以，不易控制前述各因素。另外，中空細絲501 508、 511 518的露出部分容易產生處理不注意所造成的折損。因此，露出的長度盡可 能的作短的是重要的，優選至少露出的部分的長度比沒有露出的部分的長度 短。
另外，在本發明的第1實施例的微型流體系統用支撐單元的製造方法中， 由於使用中空的部件(中空細絲)501 508、 511 518，所以，在設計或制 造上需要一定的工夫。除了上述第一中空細絲組群與第二中空細絲組群的交 叉部的敷設條件之外，在成為保護膜層的第二支撐體6的形成條件上也正在 鑽研。而且，由多個中空細絲501 508所構成的第一中空細絲組群、及由多 個中空細絲511 518所構成的第二中空細絲組群的各自的敷設條件與中空 細絲501 50S、 511 518的曲率條件也需要考慮。這些的條件很大程度地依 賴於中空細絲501 508、 511~518的材質、與第一粘合劑層la的製造方法， 所以， 一般無法設定。即，需要設定適於所使用的中空細絲501 508、 511
518與第一粘合劑層la的設計、製造條件。 一旦忽視該作業，則不僅無法確 保良好的中空部，而且還會發生在中空細絲501 508、 511 518產生缺陷從 而流體外漏這樣的事故等。 第2實施例
本發明的第2實施例的微型流體系統用支撐單元如圖8所示，具備將第 一粘合劑層la、第二粘合劑層lb及第二支撐體6作為壁部而將第一支撐體2 作為底部的中繼部8，對於這一點，與如圖1所示的本發明的第1實施例的 微型流體系統用支撐單元不同，其它均與本發明的第1實施例相同，因此， 省略重複的記載。
中繼部8如圖8所示，形成從第一粘合劑層la與第二粘合劑層lb的間 露出中空細絲58的構造。露出的中空細絲58用來排出流體。中繼部8將已 排出的流體混合或分流。中繼部8的形狀和尺寸可以根據流體的流量來決定。 例如，在以2 3根內徑為4)200um的中空細絲58形成的流路、用來保持該 中空細絲58的第一粘合劑層la以及第二粘合劑層lb的厚度總共為200um 的情況，中繼部8可以為4)2mm 4)7mm左右的圓柱形狀。
對於成為中繼部8的規定位置的第一粘合劑層la、第二粘合劑層lb及中 空細絲58的去除加工，優選使用雷射加工。特別是去除部分的體積也就是中 繼部8的體積為mr^單位以下的極小的情況，非常適合以雷射加工來進行。 用於雷射加工的雷射器是二氧化碳雷射器、YAG雷射器、激生分子雷射器 等，可以根據第一粘合劑層la、第二粘合劑層lb及中空細絲58的材質來選 擇。另外，以雷射器加工中繼部8的情況，可以採用在第一支撐體2的表面 形成成為雷射器的制動器的銅、鋁這樣的金屬薄膜。在去除中繼部8的體積 為cr^單位以上的大的範圍的情況，也可以適用鑽機等機械加工。在機械加 工的情況，可以追加去除在切削時所產生的樹脂屑的去膠渣處理。
作為將第二支撐體6做成中繼部8的一部分的方法，有將第二支撐體6 粘合於第二粘合劑層lb後，對第二支撐體6進形加工形成中繼部8的一部分 的形狀的工序。在此情況時，適合以注射針等的針來刺入第二支撐體6的方 法等。
另外，作為其他方法，有在第一粘合劑層la與第二粘合劑層lb形成中
繼部8時，同時在第二支撐體6也進行加工使其成為中繼部8的一部分的方 法。在此情況，適合以前述的雷射器進行一併加工的方法。
而且，作為另一其他方法，有預先將第二支撐體6加工成形成中繼部8 的一部分的形狀，再將其粘合於第二粘合劑層lb的方法。作為對第二支撐體 6實施的加工方法，有鑽機加工、鑿孔及雷射加工等。
如果根據本發明的第2實施例的微型流體系統用支撐單元，通過具備中 繼部8，能夠來使流過中空細絲58的流體混合或分流。而且，通過將第二支 撐體6做成中繼部8的一部分，能夠形成打開中繼部8的結構，所以，能夠 由外部向中繼部注入新的流體、或者將位於中繼部8的流體取出至外部。
實施例1
將厚度75 y m的杜邦公司制的Kapton300H用於第一支撐體2，在其表 面如圖2所示，對厚度250 u m且在室溫下具有粘合性的3M公司制的VBH A—10薄膜做成的第一粘合劑層la進行滾筒層壓。在該第一支撐體2的期望 的位置，如圖3所示，設置單面離形紙作為離形層3a、 3b、 3c、 3d，使離形 面與粘合劑面密合。而且，如圖4所示，以切削器在第一支撐體2的期望的 位置製作細縫4a、 4b、 4c、 4d。在其上，如圖5所示，使用能夠進行超聲波 振動和載荷的輸出控制、且利用NC控制可以移動X—Y工作檯的NC布線 機61，來敷設由仁禮工業公司的高性能工程塑料軟管(材質PEEK、內徑 0.2mm、外徑0.4mm) 6 2所構成的中空細絲501 508、 511 518。對於敷設 的中空細絲501 508、 511 518,施加載荷80g和頻率30kHz的超聲波振動。 如圖5B所示，中空細絲501 508、 511 518的敷設以半徑5mm的圓弧狀進 行，也設置在交叉的部分。在該交叉的部分的附近，做成停止載荷與超聲波 振動。作為第二支撐體6，使用在杜邦公司制的Kapton300H的表面上滾筒層 壓3M公司制的VBH A—10薄膜後形成的物質，如圖6所示，以真空層壓 在敷設有由多個中空細絲511 518所構成的第二中空細絲組群的表面進行 層壓。對於隨後的外形加工，使用印刷基板用的開小孔用的雷射開孔機，以 脈衝寬5ms、射擊次數4次，以0.1mm的間隔移動4)0.2mm的孔，沿著圖7 所示的期望的切斷線7，加工切斷成寬廣的十字形。此時，對以0.4mm的間 距匯集8根中空細絲形成扁平電纜狀的部分進行加工，使其與預先製作的細
縫4a、 4b、 4c、 4d重疊。然後，能夠容易地去除在中空細絲501 508、 511 518的端部附近的第一支撐體2上粘合有離形層3a、 3 b、 3 c、 3 d的部分。 而且，能夠以使由8根全長20cm的中空細絲501 508所構成的第一中空細 絲組群、及由8根全長20cm的中空細絲511 518所構成的第二中空細絲組 群露出各自端部10mm長度的形狀來製作微型流體系統用支撐單元。在敷設 部分全體、特別是在交叉的部分不會產生中空細絲的破損。
其結果是，使得以由多個中空細絲501 508所構成的第一中空細絲組 群、及由多個中空細絲511 518所構成的第二中空細絲組群的流體所形成的 流路的位置偏差相對設計圖，能夠納入在士10ixm以內。在將微型流體系統 用支撐單元放入溫度調節器內，保持在80°C，將液狀的著色墨水由一端流入， 以馬表等的計時機器測量截至流出的時間的情況，8根均在大致相同的時間 (土l秒以下)由另一端流出。 實施例2
將厚度0.5mm的鋁用於第一支撐體2，如圖2所示，在其表面層壓DOW CORNING ASIA公司制的非粘合型感壓粘合劑S9009做成厚度100 u m的第 一粘合劑層la。另外，如圖3所示，在中空細絲的端部附近的表面不需要的 部分，設置由單面離形紙構成的離形層3a、 3b、 3c、 3d作為不具粘合性的薄 膜，使離形面密合於粘合劑面。如圖4及圖5所示，在其上使用能夠進行超 聲波振動與載荷的輸出控制且可利用NC控制移動X—Y工作檯的NC布線 機61，敷設由HAGITEC公司制的玻璃軟管ESG—2 (內徑0.8mm 、外徑 lmm )。對於敷設的中空細絲501 508、 511 518施加載荷100g與頻率 20kHz的超聲波振動。如圖5B所示，中空細絲501 508、 511 518的敷設 以半徑10mm的圓弧狀進行，也設置有交叉的部分。在該交叉的部分的附近， 做成停止載荷與超聲波振動。對於第二支撐體6，使用和薄膜支撐體相同的 杜邦公司制的Kapton200H，如圖6所示，使用真空層壓，在敷設有中空細絲 501 508、 511 518的支撐單元上進行層壓。這時，在流入部、流出部及交 叉部的中空細絲501 508、 511 518附近，埋入溫度測定用的熱電偶。在隨 後的如圖7所示的外形加工中，使用印刷基板用的外形加工機切斷成期望的 形狀。這時，對以lmm的間距匯集12根中空細絲形成的扁平電纜狀的部分 進行加工，使其與預先製作的細縫4a、 4b、 4c、 4d重疊。然後，能夠容易地 去除在中空細絲501 508、 511 518的端部附近的第一支撐體2粘合有離形 層3a、 3b、 3c、 3d的部分，並且能夠製作使全長40cm的12根中空細絲501 508、 511 518露出50mm長度的形狀的微型流體系統用支撐單元。以中空 細絲501 508、 511 518所構成的流路的位置偏差相對設計圖，可以納入在 士20um以內。在敷設部分全體、特別是在交叉布線的部分不會產生中空細 絲501 508、 511 518的破損。
將共立電子產業制的熱膜FTH—40貼合於鋁板內面的整個面，將溫度設 定在90°C。將約20°C的水由一端流入，測定由另一端流出的水的溫度，其 為88士1。C。另外，流入部、流出部及交叉部的各溫度為89±0.5°C，從而能 夠進行精準度良好的溫度控制。
實施例3
如圖8所示，將在表面具有厚度18 um的銅的銅粘合層壓板(板厚 0.2mm)用於第一支撐體2，在其表面滾筒層壓在室溫下為非粘合性粘合劑的 DOWCORNINGASIA公司制的S9009 (厚度200nm)作為第一粘合劑層la 及第二粘合劑層lb。在其上，使用能夠進行超聲波振動與載荷的輸出控制且 利用NC控制可以移動X—Y工作檯的多絲用布線機，敷設仁禮工業公司的 高性能工程塑料軟管(材質PEEK、內徑0.2mm、外徑0.4mm)。對於敷設 的中空細絲58施加載荷80g與頻率30kHz的超聲波振動。中空細絲58的敷 設以半徑5mm的圓弧狀進行，也設置有交叉的部分。在該交叉的部分的附近， 做成停止載荷與超聲波振動。使用在杜邦公司制的Kapton200H的表面滾筒層 壓DOW CORNING ASIA公司制的S9009 (厚度200u m)後的物質作為第二 支撐體6，再以真空層壓在敷設有中空細絲58的表面進行層壓。
然後，對形成中繼部8的位置的第二支撐體6、第一粘合劑層la、第二 粘合劑層lb及中空細絲58，使用印刷基板用的開小孔用的雷射開孔機，以 脈衝寬5ms、射擊次數4次，幵40.2mm的孔。接著，以銑床進行外形加工， 從而能夠製作具有多個流路連接的中繼部8的微型流體系統用支撐單元。
其它實施例
本發明通過上述方式進行了記載，並不應該理解成本發明限定於該公開
的部分及附圖。由該公開對於本領域技術人員，各種的代替實施例、實施例 及運用技術是明顯的。
例如，如圖9A所示，在微型流體系統用支撐單元的一部分設置貫通孔， 以具有凸輪的馬達等對中空細絲58的一部分施加時間周期性的力，使此處所 的中空細絲變形，從而使得在此處的流體移動，產生脈動流的微型泵浦、或 微型閥這樣的使用方法的情況，可以在中空細絲58具有彈性。特別是，優選 中空細絲58在楊氏模數103MPa以下。
另外，如圖9B所示，在露出的中空細絲58的一部分形成金屬膜59，可 以形成用來施加電壓等的端子。在該情況，將銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、 鉻(Cr)、金(Au)等單層或多層化後，以電鍍或蒸鍍等來形成。
再者，微型流體系統用支撐單元如圖8A、圖8B所示，具備為開口部的 中繼部8，但是，在中繼部8僅進行流體的混合或分流的情況，如圖IO所示， 可以進行除去加工而將第二支撐體6做成封閉的構造。
進而，第一中空細絲組群與第二中空細絲組群並不一定要呈90度正交， 也可以交叉。因此，例如，不僅第一及第二中空細絲組群，還可以敷設第三 中空細絲組群。
另一方面，中空細絲並非一定要交叉，也可以如圖11及圖12所示，僅 由朝向一個方向的多個中空細絲501 508形成的第一中空細絲組群所構成。
如圖13所示，也可以敷設表現出彎曲的中空細絲511 518。
另外，中空細絲可以不必敷設多個，即，中空細絲也可以為單數。 產業上的利用可能性
如上所述，通過本發明，能夠提供製造容易且不限制反應或分析的工序 數和量的cm單位的長距離的微型流體系統用支撐單元。
其結果是，通過本發明，能夠提供精度良好且製造偏差少的流體迴路(微 型流體系統)。而且，由於可立體地敷設由多個中空細絲所構成的第一中空細 絲組群、及與其正交的由多個中空細絲所構成的第二中空細絲組群，因此， 即使是複雜的流體迴路，也能夠提供小型的微型流體系統。
另外，通過本發明，能夠提供排列中空細絲作為流體的流路的微型流體 系統用支撐單元、以及精度良好且製造偏差少的製造該微型流體系統用支撐 單元的方法。
權利要求
1.一種微型流體系統用支撐單元，其特徵在於，具備第一支撐體、以及作為微型流體系統的流路層來發揮功能的至少兩個中空細絲；該中空細絲在前述第一支撐體上固定為任意形狀，至少一個中空細絲與其他至少一個中空細絲交叉。
2. 根據權利要求1所述的微型流體系統用支撐單元，其特徵在於，前述 中空細絲的一部分從前述第一支撐體露出。
3. 根據權利要求1或2所述的微型流體系統用支撐單元，其特徵在於， 在前述中空細絲的至少一個的一部分形成有金屬膜。
4. 根據權利要求1 3中的任一項的微型流體系統用支撐單元，其特徵 在於，前述中空細絲的至少一個的一部分具備由光透過性材質形成的光透過 部。
5. 根據權利要求1 4中的任一項的微型流體系統用支撐單元，其特徵 在於，前述中空細絲的至少一個的一部分具有光透過性。
6. 根據權利要求1 5中的任一項的微型流體系統用支撐單元，其特徵 在於，前述中空細絲的敷設形狀是通過由前述粘合劑構成的粘合劑層來固定 的
7. 根據權利要求1 6中的任一項的微型流體系統用支撐單元，其特徵 在於，前述中空細絲是在埋入由前述粘合劑構成的粘合劑層的狀態下粘接的。
8. 根據權利要求1 7中的任一項的微型流體系統用支撐單元，其特徵 在於，在前述中空細絲周圍有空隙。
9. 根據權利要求1 8中的任一項的微型流體系統用支撐單元，其特徵 在於，在前述第一支撐體的表面形成端子或電路。
10. 根據權利要求1 9中的任一項的微型流體系統用支撐單元，其特徵 在於，在前述第一支撐體的表面安裝從微型機械、發熱組件、壓電組件、感 應器、電子零件、光部件中選擇的至少一個。
全文摘要
本發明涉及微型流體系統用支撐單元及其製造方法，所述微型流體系統用支撐單元具備第一支撐體(2)；設在該第一支撐體(2)的表面的第一粘合劑層(1a)；由在第一粘合劑層(1a)的表面敷設成任意形狀的多個中空細絲(501～508)所構成的第一中空細絲組群；由正交於該第一中空細絲組群的方向敷設的多個中空細絲(511～518)所構成的第二中空細絲組群；設在該第二中空細絲組群的表面的第二粘合劑層(1b)；以及設在第二粘合劑層(1b)的表面的第二支撐體(6)。第一及第二中空網絲組群構成流路層。
文檔編號B01L3/00GK101096008SQ20061014273
公開日2008年1月2日 申請日期2003年2月25日 優先權日2002年2月25日
發明者中祖昭士, 有家茂晴, 河添宏 申請人:日立化成工業株式會社