專利名稱：用于自復(fù)制制造平臺(tái)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在總體上涉及制造技術(shù)，尤其是涉及一種非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到現(xiàn)有技術(shù)中存在著對(duì)非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)的需求。制造系統(tǒng)通常被用來(lái)生產(chǎn)(或是制造)多種類型的非生物物品，這些物品包括(但并不限于此)商品(例如汽車、衣物、生活用品、計(jì)算機(jī)元件等等)、工業(yè)品(例如用在工廠中的零部件)、甚至是信息(例如由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù))。人們已經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的這些非生物制造系統(tǒng)作了很多的努力和改進(jìn)，目的在于以省時(shí)、經(jīng)濟(jì)的方式高效地制造出最終產(chǎn)品。現(xiàn)有技術(shù)中，制造領(lǐng)域內(nèi)所取得進(jìn)展的一個(gè)較為簡(jiǎn)單的事例是亨利·福特在20世紀(jì)早期創(chuàng)造的、能省時(shí)、低成本地大批量制造汽車的生產(chǎn)線。當(dāng)然，目前在制造領(lǐng)域內(nèi)已取得了很多其它的進(jìn)步，目的在于進(jìn)一步提高各種制造系統(tǒng)的時(shí)間性和經(jīng)濟(jì)效益。
在已取得了很多可提高制造系統(tǒng)最終產(chǎn)品生產(chǎn)能力的進(jìn)展的同時(shí)，也存在要促進(jìn)制造系統(tǒng)本身發(fā)展的需求。例如，人們已經(jīng)意識(shí)到需要改善在研制(或制造)一個(gè)制造系統(tǒng)過(guò)程中所涉及的時(shí)間性和成本效益。例如，一個(gè)工廠可能要建設(shè)一條或多條生產(chǎn)線，以使得工廠能大批量地制造汽車。但是，也存在以省時(shí)、經(jīng)濟(jì)的方式建造出該工廠自身(其具有多條生產(chǎn)線)的需求。在現(xiàn)有技術(shù)中，理論學(xué)家很早就認(rèn)識(shí)到需要一種非生物的自復(fù)制制造系統(tǒng)。這樣的自復(fù)制系統(tǒng)首先是實(shí)現(xiàn)了制造系統(tǒng)的高效復(fù)制，從而可造出另外的相同制造系統(tǒng)。之后，這些制造系統(tǒng)都可以進(jìn)行工作而生產(chǎn)出最終產(chǎn)品。結(jié)果就是，提高了制造一制造系統(tǒng)及最終產(chǎn)品的省時(shí)性和經(jīng)濟(jì)性。
作為這種自復(fù)制理論的主要示例，再一次考慮上述汽車制造廠的例子，該工廠具有多條生產(chǎn)線。如果該工廠屬于自復(fù)制制造系統(tǒng)，則該工廠自身就能生產(chǎn)出另一個(gè)相同的工廠(即自復(fù)制)，且這兩個(gè)工廠可平行工作，而制造最終產(chǎn)品(例如汽車)。當(dāng)然，該自復(fù)制理論不僅可被應(yīng)用在最高層次的制造系統(tǒng)(例如工廠本身)上，而且可應(yīng)用在一制造系統(tǒng)中任何層次上的分系統(tǒng)中(例如該工廠內(nèi)的任何制造系統(tǒng))。例如，如果工廠內(nèi)的某條生產(chǎn)線被設(shè)計(jì)成了自復(fù)制生產(chǎn)線，則該生產(chǎn)線就能自我復(fù)制，而有效地產(chǎn)生出理想數(shù)目的同類生產(chǎn)線，從而在該工廠中發(fā)揮作用。
自復(fù)制不但對(duì)于大規(guī)模制造系統(tǒng)(例如工廠)是一個(gè)很理想的概念，而且小規(guī)模的制造系統(tǒng)也希望實(shí)現(xiàn)這樣的自復(fù)制。納米技術(shù)領(lǐng)域尤其需要這種非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)。也就是說(shuō)，如果最終產(chǎn)品需要進(jìn)行微米級(jí)裝配或納米級(jí)裝配，則制造系統(tǒng)就尤其需要成為這種非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)。例如，由于在納米技術(shù)領(lǐng)域的制造過(guò)程一般是非常復(fù)雜和耗時(shí)的，所以在這一領(lǐng)域非常希望能有一非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)。在過(guò)去的幾十年中，人們已經(jīng)提出了很多理論來(lái)實(shí)現(xiàn)各種規(guī)模的自復(fù)制制造系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的規(guī)模從非常龐大的制造系統(tǒng)(例如可參見(jiàn)由美國(guó)國(guó)家航空和宇航局[NASA]和美國(guó)工程教育協(xié)會(huì)[ASEE]提出的月球工廠，下文將對(duì)此進(jìn)行描述)到制造分子級(jí)別上最終產(chǎn)品的制造系統(tǒng)(例如可參見(jiàn)下文描述的Drexler裝配器)。
宇宙空間開(kāi)發(fā)領(lǐng)域提出的自復(fù)制制造系統(tǒng)的一個(gè)事例是由NASA和ASEE在1980年提出的自復(fù)制月球工廠(可參見(jiàn)在弗吉尼亞州斯普林菲爾德市出版的NASA論文集2255中、由美國(guó)國(guó)家技術(shù)情報(bào)局以及美國(guó)商業(yè)部的Robert A.Freitas，Jr.和William P.Gilbreath編著的“航天任務(wù)的高級(jí)自動(dòng)化”一文，N83-15348)。該提案描述了一種非常復(fù)雜的自復(fù)制系統(tǒng)，該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成可在一個(gè)相對(duì)無(wú)人管理的環(huán)境中(即在月球表面上)進(jìn)行自復(fù)制。更具體來(lái)講，所形成的提案是有150頁(yè)長(zhǎng)的一章，其名稱為“自復(fù)制系統(tǒng)概念自復(fù)制月球工廠及論證”，該提案提出的計(jì)劃是用20年時(shí)間來(lái)發(fā)展一自復(fù)制的、通用的月球上制造設(shè)施(一自復(fù)制系統(tǒng)，或稱為SRS)，該設(shè)施可被設(shè)置在月球表面上。從地球發(fā)射到月球表面上的、啟動(dòng)該計(jì)劃的、作為此設(shè)施原始“種子”的裝置有100噸重(約是四次阿波羅發(fā)射的任務(wù)量)。一旦該100噸重的種子就位后，其它所需的所有原材料都將從月球表面上開(kāi)采，并制出該SRS“生長(zhǎng)”所需的各個(gè)部件。這種空間開(kāi)發(fā)方法的顯著優(yōu)點(diǎn)在于能減少或消除從地球發(fā)射運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)量，而從地球發(fā)射運(yùn)送物資又是較昂貴的。
該報(bào)告指出“由于在克服地球重力勢(shì)能方面存在困難，所以在任何可能的時(shí)候，向太空發(fā)送信息都將優(yōu)于向太空發(fā)送物質(zhì)，且也是更有效的方法。一旦在太空中建立起了少數(shù)幾個(gè)自復(fù)制設(shè)置之后，它們就可以用非陸地材料實(shí)施自我供應(yīng)，從而，由地球向其輸送的物質(zhì)量將逐漸減少，并最終停止。其獨(dú)特的自復(fù)制能力使得該設(shè)施在太空中原位生長(zhǎng)成一個(gè)非常龐大的制造設(shè)施，該設(shè)施要比在正常情況下可從地球運(yùn)送上去的設(shè)施大得多。這樣，通過(guò)采用可生長(zhǎng)到具有所需能力的自復(fù)制工廠，就可以極大地縮短為完成未來(lái)各種宏大的太空開(kāi)發(fā)計(jì)劃而在太空中將數(shù)目繁多的物質(zhì)組織起來(lái)、并建造起來(lái)所需要的時(shí)間”。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了大規(guī)模的、非常復(fù)雜的非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)，其用在月球上、相對(duì)無(wú)人管理的環(huán)境中。盡管已經(jīng)提出了這樣的系統(tǒng)，但至今還沒(méi)有任何實(shí)施方案能支持這一提議，以使得這樣一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)在無(wú)人管理的環(huán)境中作為一自復(fù)制系統(tǒng)可正常工作/成為可行的方案。在尚未實(shí)施的條件下，由于除了該制造系統(tǒng)所要實(shí)施的無(wú)人管理環(huán)境的不可預(yù)測(cè)性之外、還要涉及大量的復(fù)雜性問(wèn)題，所以這樣的建議仍停留在原理推測(cè)的程度。
已提出的非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)的另一個(gè)事例是由馮·諾伊曼所作的理論工作(參見(jiàn)由馮·諾伊曼所著的《自復(fù)制自動(dòng)機(jī)理論》，該著作由Arthur W.Burks編撰并完成，由伊利諾斯州大學(xué)出版社在1966年出版)。馮·諾伊曼體系的自復(fù)制系統(tǒng)可能是非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)的鼻祖，也是該領(lǐng)域的最原始提議(例如參見(jiàn)由JacquelineSignorini撰寫的、美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)在1989年出版的、有關(guān)匯編超級(jí)計(jì)算技術(shù)的文章“對(duì)馮·諾伊曼的29態(tài)細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的個(gè)案研究單指令多數(shù)據(jù)流機(jī)如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜細(xì)胞自動(dòng)機(jī)？”)。馮·諾伊曼提出了兩種原型系統(tǒng)(1)一種細(xì)胞自動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，以及(2)一種“動(dòng)態(tài)機(jī)”。
馮·諾伊曼所提出的自復(fù)制系統(tǒng)包括兩個(gè)中央元件一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)以及一通用構(gòu)造器。通用計(jì)算機(jī)包括一程序，由該程序指導(dǎo)通用構(gòu)造器的行為。而通用構(gòu)造器反過(guò)來(lái)被用來(lái)制造另一個(gè)通用計(jì)算機(jī)和另一通用構(gòu)造器。一旦構(gòu)造完全后，新制出的通用計(jì)算機(jī)通過(guò)拷貝原始通用計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的程序而變?yōu)槌绦蚩刂疲缓笤儆稍撔轮瞥龅耐ㄓ糜?jì)算機(jī)執(zhí)行該程序。
馮·諾伊曼設(shè)計(jì)出了一種構(gòu)造器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，該構(gòu)造器可工作在理論上的二維細(xì)胞自動(dòng)機(jī)世界中，且其提議的部分內(nèi)容已經(jīng)在計(jì)算上被建模了(參見(jiàn)由Jacqueline Signorini撰寫的文章“對(duì)馮·諾伊曼的29態(tài)細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的個(gè)案研究單指令多數(shù)據(jù)流機(jī)如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜細(xì)胞自動(dòng)機(jī)？”)。構(gòu)造器具有一個(gè)動(dòng)作臂，其可發(fā)生擺動(dòng)；動(dòng)作臂具有一頂端，該頂端可被用來(lái)改變其所停留胞元的狀態(tài)。這樣，通過(guò)程序性地移動(dòng)動(dòng)作臂、并改變?cè)趧?dòng)作臂頂端的胞元的狀態(tài)，就可以在創(chuàng)造出一個(gè)屬于二維細(xì)胞自動(dòng)機(jī)世界的“物體”，該物體完全由控制構(gòu)造器的程序所設(shè)定。理論上講，該由構(gòu)造器創(chuàng)造出的“物體”是一個(gè)相同構(gòu)造器及配套的計(jì)算機(jī)。
盡管該方案顯示出其在理論創(chuàng)意上的有效性，但馮·諾伊曼的動(dòng)態(tài)構(gòu)造器(但沒(méi)有如上面那樣作詳細(xì)的描述)可能會(huì)帶來(lái)更大的影響，這是因?yàn)樵撟詮?fù)制模型更易于應(yīng)用到我們所生活的三維世界中。該動(dòng)態(tài)構(gòu)造器是一個(gè)機(jī)械手，其可以在三維空間中運(yùn)動(dòng)，且其可從周圍的部件集合體中抓取部件。然后將這些部件裝配成另一個(gè)動(dòng)態(tài)構(gòu)造器，該構(gòu)造器與控制計(jì)算機(jī)相連。
應(yīng)當(dāng)指出的是盡管自復(fù)制是重要的，但通常并不是唯一的目標(biāo)。如果一制造裝置能制造出自身的復(fù)制品，但不能制造其它物體(或者是執(zhí)行/實(shí)現(xiàn)其它的任何/功能)，則這樣的制造裝置通常也并沒(méi)有太大的價(jià)值。馮·諾伊曼的提議集中在將一能制造出任何指定物體的通用構(gòu)造器與一可運(yùn)算任何指定程序的通用計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)。這樣的結(jié)合帶來(lái)非常大的價(jià)值，這是因?yàn)樵摻M合體可被編程設(shè)計(jì)成制造很大范圍內(nèi)的任何物體。而人們通常正是需要這種能低成本地制造幾乎任何結(jié)構(gòu)的能力，這種能力被認(rèn)為是有價(jià)值的。裝置可復(fù)制自身的能力通常是用來(lái)實(shí)現(xiàn)低成本的措施，而不是自身的目的。當(dāng)然，為了創(chuàng)造價(jià)值，并不一定需要自復(fù)制系統(tǒng)能制造出除相同制造系統(tǒng)之外的最終產(chǎn)品。例如，一種可復(fù)制自身、但不能制造其它最終產(chǎn)品的椅子對(duì)于其自身而言仍然是有價(jià)值的，椅子一旦被制出之后，其就具有有用的功能(也就是說(shuō)，提供用于乘坐的合適表面)。
最近關(guān)于非生物自復(fù)制系統(tǒng)的構(gòu)思是由Eric Drexler提出的，該提議是關(guān)于一種“裝配器”的(參見(jiàn)由Wiley地方的K.Eric Drexler在1992年撰寫的文章“納米系統(tǒng)分子機(jī)械、制造及分子運(yùn)算”)。Drexler的裝配器遵循了馮·諾伊曼的動(dòng)態(tài)體系，但具體針對(duì)的是對(duì)原子制成的系統(tǒng)進(jìn)行處理。也就是說(shuō)，Drexler方案的重點(diǎn)在于小尺度系統(tǒng)(與馮·諾伊曼的方案相反)一例如分子級(jí)別上的系統(tǒng)。在Drexler的提議中，馮·諾伊曼的計(jì)算機(jī)和構(gòu)造器都被縮小到了分子尺度上，且構(gòu)造器具有另外一些細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)用于在原子的精度上對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作。
Drexler裝配器中的分子構(gòu)造器具有兩個(gè)主要的子系統(tǒng)(1)定位能力、以及(2)頂端化學(xué)能力。定位能力可由一個(gè)或多個(gè)小機(jī)械手來(lái)提供，或者作為備選方案可由很大范圍內(nèi)的某種裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，只要該裝置能實(shí)施位置控制即可(例如可參見(jiàn)由Richard D.Klafter，Thomas A.Chmielewski，以及Michael Negin撰寫的、由Prentice Hall在1989年出版的文章“機(jī)器人工程一種集成方法”)。盡管其重點(diǎn)在于尺寸非常小的定位裝置尺寸可能為0.1微米(100納米)。但應(yīng)當(dāng)理解在納米技術(shù)領(lǐng)域中，目前的掃描探測(cè)顯微鏡(SPM)設(shè)計(jì)一般采用壓電元件進(jìn)行定位控制(例如可參見(jiàn)1988年10月14日出版的《科學(xué)》雜志第242卷第209頁(yè)到216頁(yè)所刊登的、由P.K.Hansma，V.B.Elings，O.Marti以及C.E.Bracker所著的“掃描通道顯微鏡以及原子力顯微鏡在生物領(lǐng)域和技術(shù)上的應(yīng)用”)。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到一般來(lái)講，在自復(fù)制制造系統(tǒng)中，最好是采用機(jī)械定位系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)相對(duì)于其總體尺寸具有很大的運(yùn)動(dòng)范圍，這一點(diǎn)與所能獲得的壓電定位裝置或其它靜電定位裝置相反，它們的運(yùn)動(dòng)范圍相對(duì)于自身總體尺寸很小。通常，在分子尺度上優(yōu)先采用機(jī)械定位裝置的原因類似于在顯微尺度上通常采用機(jī)械裝置的原因即希望結(jié)構(gòu)緊湊、相對(duì)于裝置尺寸大小具有大的運(yùn)動(dòng)范圍、以及高定位精度(例如具有高剛性)。而對(duì)于壓電裝置和靜電裝置，則在這些方面存在障礙。在另一方面，分子機(jī)械裝置在理論上可采用剛性非常大的材料，且可采用適當(dāng)設(shè)計(jì)的接頭，此接頭易于轉(zhuǎn)動(dòng)，但與此同時(shí)，其在其它自由度上則具有很高的剛性(例如可參見(jiàn)在1987年11月由K.Eric Drexler發(fā)表在《IEEE微型機(jī)器人和遙控操作器工廠》上的“納米機(jī)械原子精度齒輪以及軸承”，以及由Ralph C.Merkle發(fā)表在1993年第四卷《納米技術(shù)》的86-90頁(yè)上的“關(guān)于分子軸承的試驗(yàn)”)。
Drexler提議中的頂端化學(xué)在邏輯上類似于馮·諾依曼構(gòu)想中通用構(gòu)造器的效能，其能改變動(dòng)作臂頂端上細(xì)胞的狀態(tài)，但該提議中的“狀態(tài)改變”則對(duì)應(yīng)于真實(shí)世界中分子結(jié)構(gòu)的變化。也就是說(shuō)，必須要具體設(shè)定動(dòng)作臂頂端上發(fā)生的一系列確定的化學(xué)反應(yīng)，且這一系列明確的化學(xué)反應(yīng)必須要足以保證能合成出所需要的分子結(jié)構(gòu)種類。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了用于實(shí)施這種“頂端化學(xué)”的各種方法。例如，通常用化學(xué)氣相淀積(CVD)方法來(lái)在相對(duì)較低的溫度和壓力下合成出鉆石。在此過(guò)程中，一種高反應(yīng)活性的低壓氣體從鉆石生長(zhǎng)表面上經(jīng)過(guò)。該氣體通常包括原子氫和各種碳?xì)浠衔?。鉆石生長(zhǎng)表面通常被氫元素所包圍。一種用于實(shí)現(xiàn)鉆石生長(zhǎng)的、相當(dāng)普通的機(jī)理包括(1)從表面上分離掉一個(gè)或多個(gè)原子氫，從而留下一個(gè)或多個(gè)不飽和鍵，然后(2)用含碳的物種(例如CH3、C2H2等)與未飽和的氫鍵發(fā)生反應(yīng)。可以無(wú)限次循環(huán)地執(zhí)行該分離和淀積過(guò)程。
但是，如果想制出原子結(jié)構(gòu)精確為鉆石形的鉆石，則依賴于氣態(tài)反應(yīng)分子通常并不能得到理想的結(jié)果。氣體分子可與任何部位處的表面發(fā)生反應(yīng)，從而該合成過(guò)程是統(tǒng)計(jì)學(xué)性質(zhì)的，在很大程度上是不受控制的。為了達(dá)到在原子精度上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行控制，一般需要對(duì)反應(yīng)劑執(zhí)行高精度的位置控制?，F(xiàn)有技術(shù)中的一種方案是在定位裝置的頂端上設(shè)置高反應(yīng)活性的分子。例如，當(dāng)反應(yīng)氣體中的原子氫撞擊到鍵接到生長(zhǎng)表面上的氫元素時(shí)，就會(huì)發(fā)生奪氫反應(yīng)。在某些情況中，結(jié)果將會(huì)是H2分子離開(kāi)表面，并在脫氫部位留下一個(gè)不飽和鍵。但不幸的是原子氫在非惰化的情況下很難被保持。當(dāng)將原子氫鍵接到定位裝置的頂端時(shí)，其就變?yōu)榉欠磻?yīng)活性的了。但如果其沒(méi)有被鍵接到某種結(jié)構(gòu)上，則就很難以所需的精度控制其位置。因而，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了一種脫氫工具，該工具(a)的一端是相當(dāng)穩(wěn)定的，從而可鍵接成一個(gè)較大的“手柄”，以及(b)其具有一高活性端，其對(duì)氫具有很好的親和性。
現(xiàn)有技術(shù)中這種工具的一個(gè)示例表示在圖1中，該工具是丙炔奪氫工具。在圖1所示的示例性原理中，頂端處的碳原子與中間碳原子為叁鍵連接，中間碳原子反過(guò)來(lái)又與底部的碳原子單鍵連接。頂端原子是游離基。如果頂端原子與氫鍵接，則所形成的鍵將是非常強(qiáng)的鍵能約為130千卡/克分子。量子化學(xué)計(jì)算有力地支持了這樣的觀點(diǎn)該工具很容易從大部分鉆石表面上奪氫，尤其是對(duì)奪氫過(guò)程的妨礙或者是很小的，或者干脆是不存在的(例如可參見(jiàn)由Charles B.Musgrave，Jason K.Perry，Ralph C.Merkle以及William A.Goddard在1991年第三版《納米技術(shù)》2的第187-195頁(yè)中所發(fā)表的文章“對(duì)用于納米技術(shù)的奪氫工具的理論研究”)。該工具的基部可被鍵接到一個(gè)延伸的鉆石形“手柄”上，而該“手柄”是可被機(jī)械抓持或定位的。這種工具可以按照位置具體指定的模式從鉆石形工件的表面上去除掉氫，這樣就使為碳淀積工具所設(shè)的一平臺(tái)在該位置上與一個(gè)或多個(gè)碳原子相鍵接。一旦工具執(zhí)行完其任務(wù)之后，則或者可以將其拋棄，或者可以從一適當(dāng)?shù)哪阁w創(chuàng)造出一個(gè)新的工具，或者可以通過(guò)將奪出的氫原子去除來(lái)對(duì)“工具”進(jìn)行刷新。
另外，人們已經(jīng)提出了幾種用于執(zhí)行碳淀積的提議。但總的思想是在一位置受控的頂端上使用與氣相生長(zhǎng)物種相鍵接的工具，然后，采用一種反應(yīng)機(jī)理，該機(jī)理類似于表面淀積過(guò)程中氣相物種所發(fā)生的反應(yīng)。需要指出的是位置控制還能提供一種方便而又非?？煽氐臋C(jī)理，該機(jī)理用于提供活化能量—有時(shí)是需要提供活化能量的該能量可用于施加機(jī)械力(推力)。在化學(xué)反應(yīng)中，該可選項(xiàng)通常是不存在的，因而，這樣就發(fā)展了新的一組非常豐富的反應(yīng)機(jī)理。
由Drexler提出的裝配器不是一個(gè)具體的裝置，而是一類裝置。這類裝置中的具體成員能以特定的方式處理特定的事件。因而，在現(xiàn)有技術(shù)中有人提出要實(shí)現(xiàn)由Drexler提出的這種裝配器，就需要指明這種裝配器的許多細(xì)節(jié)特征(參見(jiàn)由Ralph C.Merkle發(fā)表在1992年第45卷《British Interplanetary Society》407-413頁(yè)上的文章“自復(fù)制系統(tǒng)與分子制造”)。例如，如要標(biāo)明一個(gè)裝配器，就需要指明(1)計(jì)算機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)；(2)定位裝置的類型和結(jié)構(gòu)；(3)在頂端處發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的類型；(4)如何向頂端或從頂端輸送化合物，以及化合物在到達(dá)頂端之前會(huì)如何改變(如果在任何程度上發(fā)生)；(5)該裝配器所能建造的結(jié)構(gòu)類型；(6)該裝配器的工作環(huán)境；以及(7)向裝配器輸送能量的方法。另外，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到往往還希望能向裝配器發(fā)送指令。因而，就還需要指明另一個(gè)元件(8)一接收器，其使得裝配器能接收指令(例如為無(wú)線電傳送指令，下文將對(duì)此作充分的討論)。根據(jù)所要制造系統(tǒng)的類型不同以及該系統(tǒng)所要發(fā)揮功用的環(huán)境不同，可能還需要具體指明裝配器其它的一些特征。
在現(xiàn)有技術(shù)中還存在另一種理論上的非生物自復(fù)制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過(guò)檢查方式獲得的，稱為Richard Laing復(fù)制(可參見(jiàn)由RichardA.Laing撰寫的、刊登在1975年第54卷《理論生物學(xué)學(xué)報(bào)》的63到84頁(yè)的“Some Alternative Reproductive Strategies inArtificial molecular Machines”；刊登在1976年第13卷《Journalof Computer System Science》的172到183頁(yè)的“AutomationIntrospection，Journal of Computer System Science”；以及刊登在1977年第66卷《Journal Theoretical Biology》的437到456頁(yè)的“Automation Models of Reproduction by Self-Inspection”)。這種方法依賴于機(jī)器在馮·諾伊曼動(dòng)態(tài)模型中對(duì)系統(tǒng)所有部件的識(shí)別能力，由此來(lái)確定部件的類型和位置。因而，例如，一復(fù)制系統(tǒng)可包括兩個(gè)裝置，其中一個(gè)為主動(dòng)式的，而另一個(gè)為被動(dòng)式的，但兩裝置都能被動(dòng)地接受主動(dòng)裝置發(fā)出信號(hào)的控制。從兩個(gè)這樣的裝置開(kāi)始(這兩個(gè)裝置不一定是相同的)，其中一個(gè)裝置檢查第二個(gè)裝置，并建造該第二裝置的復(fù)制品。然后第二裝置再檢查第一裝置，而制出第一裝置的復(fù)制品，兩裝置的主動(dòng)狀態(tài)和被動(dòng)狀態(tài)是互換的。結(jié)果就是這兩個(gè)裝置復(fù)制了自身，且它們?cè)讵?dú)立的情況下都不能完成自復(fù)制，但這兩個(gè)裝置都不具有執(zhí)行任何明確的構(gòu)建計(jì)劃。
現(xiàn)有技術(shù)中還存在另一種非生物自復(fù)制系統(tǒng)，其采用了“無(wú)線電傳遞結(jié)構(gòu)”。在馮·諾伊曼體系和Drexler的裝配器(以及在生物系統(tǒng))中，系統(tǒng)的整個(gè)計(jì)劃集合都被存儲(chǔ)在某種類型的內(nèi)部存儲(chǔ)器中。在自復(fù)制制造系統(tǒng)中，這一點(diǎn)在邏輯上不是必需的。如果“構(gòu)造器”與“計(jì)算機(jī)”分開(kāi)，并允許許多單個(gè)構(gòu)造器從一個(gè)中央計(jì)算機(jī)接收指令無(wú)線電傳送，則各構(gòu)造器并不需要記住其所要執(zhí)行的計(jì)劃只要在其工作過(guò)程中簡(jiǎn)單地告訴其該干什么就可以了。圖2中表示了這種無(wú)線電傳遞結(jié)構(gòu)的邏輯示例。如圖2所示，可設(shè)置一中央微觀計(jì)算機(jī)202，其向一個(gè)或多個(gè)分子構(gòu)造器204無(wú)線電傳送指令。這種方法不但解決了這樣的需求要在構(gòu)造器(其在當(dāng)前環(huán)境中是執(zhí)行自復(fù)制的部件)中設(shè)置一用于存儲(chǔ)計(jì)劃的中央寄存器，而且還取消了與解碼和解讀這些計(jì)劃相關(guān)的幾乎所有機(jī)構(gòu)。這種無(wú)線電傳遞結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)包括(1)其減小了自復(fù)制部件的尺寸和復(fù)雜性；(2)其使得自復(fù)制部件能快速地轉(zhuǎn)向建造新型物品；以及(3)如果中央計(jì)算機(jī)是宏觀的，且能直接控制，則由于各個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造器缺乏足夠的自動(dòng)動(dòng)作能力，無(wú)線電傳遞結(jié)構(gòu)固有地具有很高的“安全性”(例如能防止構(gòu)造器擅自復(fù)制自身)。
人們已提出了多種方法來(lái)實(shí)施該“無(wú)線電傳遞結(jié)構(gòu)”。Drexler已提出了的方案是將構(gòu)造器浸在能傳遞壓力變化的液體或氣體中，并利用對(duì)壓力敏感的棘輪機(jī)構(gòu)控制構(gòu)造器的運(yùn)動(dòng)。如果每個(gè)壓力敏感的棘輪機(jī)構(gòu)都具有相互不同的壓力閾值(因而，在閾值周圍的壓力轉(zhuǎn)變會(huì)使得棘輪機(jī)構(gòu)按照一定的步驟進(jìn)行循環(huán)，而周圍的壓力變化停留在閾值之下或附近則使棘輪機(jī)構(gòu)保持不動(dòng))，這樣，通過(guò)調(diào)整周圍流體的壓力，就可以簡(jiǎn)單地訪問(wèn)控制各個(gè)棘輪機(jī)構(gòu)。這將極大地降低指令解碼硬件的復(fù)雜性。這種普通的方法類似于在連接機(jī)(參見(jiàn)由麻省理工學(xué)院出版社在1986年出版的、由Daniel Hillis撰寫的“TheConnection Machine”)中所采用的方法，在連接機(jī)中，由一復(fù)雜的中央處理器進(jìn)行解碼，并將指令向存儲(chǔ)能力和處理能力有限的、非常簡(jiǎn)單的數(shù)目眾多的處理器進(jìn)行無(wú)線電傳送。存儲(chǔ)程序、解碼指令以及其它的日?；顒?dòng)都是單個(gè)中央處理器的任務(wù)，而大量的小處理器只需要解讀一小組非常簡(jiǎn)單的指令就可以了。因而，這種“無(wú)線電傳送”方法可減低對(duì)各個(gè)裝配器的存儲(chǔ)量要求。在另一方面，如果裝配器不能接收到無(wú)線電傳送指令，則就需要各個(gè)裝配器具有足夠大的自載存儲(chǔ)器來(lái)記住(a)如何構(gòu)建一個(gè)第二裝配器以及(b)如何構(gòu)件某些有用的產(chǎn)品(或當(dāng)產(chǎn)品完成后執(zhí)行其它有用的任務(wù))。在這一點(diǎn)上，單個(gè)已被適當(dāng)編程的“種子”裝配器就要對(duì)其自身進(jìn)行復(fù)制，并制造出大量已被簡(jiǎn)單編程的自身復(fù)制品。因此，這種方法在經(jīng)濟(jì)上不如無(wú)線電傳送方法。
需要重點(diǎn)指出的是本文特別提到了本發(fā)明著重點(diǎn)是針對(duì)于“非生物”自復(fù)制制造系統(tǒng)(在本文中，其也可被稱為“常規(guī)制造系統(tǒng)”)?，F(xiàn)存的許多生物系統(tǒng)是可自復(fù)制的(例如人類等等)。這樣的生物系統(tǒng)一般都具有自復(fù)制的能力。但是，非生物制造系統(tǒng)(例如工廠)一般不能自我復(fù)制?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)注意到了在非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)與生物系統(tǒng)之間的很多區(qū)別，其中，本申請(qǐng)針對(duì)的是非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)。盡管非生物自復(fù)制系統(tǒng)可模仿生物系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施(即仿生)，但非生物自復(fù)制系統(tǒng)仍然與生物系統(tǒng)具有很大的差別。例如，盡管飛機(jī)在某些方面是仿照鳥(niǎo)類，但仍然與鳥(niǎo)類有非常大的不同，一非生物自復(fù)制系統(tǒng)可仿造一生物系統(tǒng)，但仍然留有不同于生物系統(tǒng)的很大區(qū)別。
盡管在很久以前人們就認(rèn)識(shí)到了實(shí)現(xiàn)自復(fù)制制造系統(tǒng)的好處(例如參見(jiàn)由Richard P.Feynman于1960年2月發(fā)表在《Caltech’sEngineering and Science》上的“There’s Plenty of Room at theBottom”，該文章意識(shí)到需要能有一種從動(dòng)“手”，其能在一定程度上制造出這種“手”的較小復(fù)制品)，目前已經(jīng)有一些小進(jìn)展超過(guò)了上述提出的現(xiàn)有理論。也就是說(shuō)，現(xiàn)有技術(shù)中在實(shí)施非生物自復(fù)制系統(tǒng)方面已取得了一些小進(jìn)展，尤其是在納米技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，該進(jìn)展超過(guò)非生物自復(fù)制系統(tǒng)的理論框架?，F(xiàn)有技術(shù)中的微觀裝配制造平臺(tái)通常是通過(guò)一外部制造源(也就是說(shuō)并非是自復(fù)制的)一次制成的。另外，現(xiàn)有的微觀裝配制造平臺(tái)通常是被按照順次次序或相互并列地制出的?，F(xiàn)有制造技術(shù)的一個(gè)問(wèn)題在于建造制造系統(tǒng)所需的一個(gè)主要因素通常是人的參予。在這種制造平臺(tái)的微觀裝配過(guò)程中，通常都需要人來(lái)執(zhí)行一項(xiàng)或多項(xiàng)至關(guān)重要的操作。
在微機(jī)械或微電子制造領(lǐng)域中，現(xiàn)有技術(shù)中常用的整體并行技術(shù)的一個(gè)事例就是平版印刷技術(shù)。平版印刷技術(shù)是一種公知的制造技術(shù)，其具有并行度很高的性質(zhì)，可用該技術(shù)同時(shí)處理幾百萬(wàn)個(gè)裝置，但該技術(shù)卻是非自復(fù)制的。平版印刷本身不屬于其所能制造的部件，例如，用平版印刷技術(shù)制造出的部件不能再進(jìn)一步地制造平版印刷的相同部件。因而，盡管平版印刷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了制造元件的整體并行，但并不能實(shí)現(xiàn)自復(fù)制。在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)發(fā)展出了多種制造技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種部件的大規(guī)模并行制造；但是，現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有出現(xiàn)成功的、用于微裝配部件的自復(fù)制制造系統(tǒng)。盡管在制造過(guò)程中采用大規(guī)模并行技術(shù)一般能使制造系統(tǒng)的效率高于串行式制造技術(shù)，但并行制造的效率并不能達(dá)到自復(fù)制制造系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的效率。
希望能設(shè)計(jì)出非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)的原因有很多。首先，自復(fù)制是一種降低制造成本的有效途徑。另外，自復(fù)制能改善制造過(guò)程的時(shí)間性，例如能縮短制造最終產(chǎn)品所需的總時(shí)間。此外，自復(fù)制還能使得制造過(guò)程精確而保持低的出錯(cuò)率。例如，自復(fù)制幾乎就能消除“人為錯(cuò)誤”的發(fā)生(或其它“外部制造源”的錯(cuò)誤)，在制造過(guò)程中通常會(huì)引入這種類型的錯(cuò)誤。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述情況，需要能有一種非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)。尤其是希望能有這樣一種非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)其可用來(lái)執(zhí)行小尺度的裝配工作，例如執(zhí)行微米尺度上的裝配和納米尺度的裝配。另一個(gè)需求是需要這樣一種非生物制造系統(tǒng)其能有效地構(gòu)建出多個(gè)裝配平臺(tái)。
通過(guò)一種系統(tǒng)和方法實(shí)現(xiàn)了上述這些、以及其它的目的、特征和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，此系統(tǒng)和方法提供了一種非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)(即“SRMS”)。一優(yōu)選實(shí)施例提供了一種SRMS，該系統(tǒng)能對(duì)裝配平臺(tái)進(jìn)行復(fù)制(也就是說(shuō)，構(gòu)建相同的裝配平臺(tái))。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)采用定位裝配的方式構(gòu)建出一個(gè)相同的裝配平臺(tái)。此外，在一種最佳實(shí)施例中，這樣的裝配平臺(tái)是小尺度上的裝置，它們能對(duì)小尺度部件進(jìn)行操作，而構(gòu)建出相同的裝配平臺(tái)。例如，這樣的裝配平臺(tái)可以是微米尺度上的裝置，該裝置可用微米尺度的部件裝配出相同的裝配平臺(tái)。當(dāng)然，該裝配平臺(tái)的備選實(shí)施例也可以是較大尺度的裝置。
一優(yōu)選實(shí)施例提供了一種SRMS，在該系統(tǒng)中執(zhí)行的是面對(duì)面的裝配。也就是說(shuō)，由一第一表面，即表面A上的一裝配平臺(tái)構(gòu)建出一個(gè)位于另一表面，即表面B上的相同裝配平臺(tái)。這樣的構(gòu)建過(guò)程最好是通過(guò)定位裝配的方式來(lái)完成的。相應(yīng)地，要在表面B上精確地(可接受一定限度的位置誤差)預(yù)先布置好那些構(gòu)造一相同裝配平臺(tái)所必需的部件，并將這些部件提交給表面A上的裝配平臺(tái)。例如，每一表面都可以是一晶片，晶片上帶有一個(gè)或多個(gè)印模地址，必需的部件預(yù)設(shè)置在這些位置上。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，兩表面由SRMS中的一平移機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)，該平移機(jī)將表面A上的裝配平臺(tái)定位在表面B上部件的對(duì)面。然后向裝配平臺(tái)發(fā)送指令(例如從一控制計(jì)算機(jī))，使得裝配平臺(tái)用表面B上的預(yù)置部件構(gòu)建出一相同裝配平臺(tái)。從而，一優(yōu)選實(shí)施例就提供了一種SRMS在該系統(tǒng)中，可由一個(gè)相同的裝配平臺(tái)構(gòu)建出一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)。
在一種最佳的實(shí)施例中，這樣來(lái)實(shí)施SRMS使其能有效地構(gòu)建出相同的裝配平臺(tái)(即裝配平臺(tái)的復(fù)制)。例如，構(gòu)建裝配平臺(tái)所必需的部件既可設(shè)置在表面A上，也設(shè)置在表面B上，且兩表面上的裝配平臺(tái)可在另一相對(duì)表面上構(gòu)建出相同的裝配平臺(tái)。舉例來(lái)講，表面A上的裝配平臺(tái)可在表面B上構(gòu)建出一個(gè)相同裝配平臺(tái)，而表面B上的裝配平臺(tái)則可在表面A上構(gòu)建出一個(gè)相同的裝配平臺(tái)。這樣的構(gòu)建過(guò)程可以在兩表面之間以往復(fù)的方式來(lái)回進(jìn)行。作為備選方案，這樣的構(gòu)建過(guò)程也可以在表面之間并行執(zhí)行，即表面A上的裝配平臺(tái)在表面B上構(gòu)建出一個(gè)相同裝配平臺(tái)，而與此同時(shí)，表面B上的裝配平臺(tái)也在表面A上構(gòu)建出一個(gè)相同裝配平臺(tái)。在一種優(yōu)選實(shí)施方式的SRMS中，可以實(shí)現(xiàn)各種其它的裝配過(guò)程。作為優(yōu)選的過(guò)程是裝配平臺(tái)以指數(shù)的速率進(jìn)行復(fù)制。例如，在一種實(shí)施例中，裝配平臺(tái)是按Fibonacci(斐波納契)數(shù)列的規(guī)律進(jìn)行復(fù)制的。在另一種實(shí)施例中，裝配平臺(tái)是以指數(shù)的形式復(fù)制，從而在經(jīng)過(guò)n次迭代復(fù)制后，裝配平臺(tái)的數(shù)級(jí)將為2n，也就是說(shuō)，具有“O(2n)”個(gè)裝配平臺(tái)。
因此，在一種最佳的實(shí)施例中，一旦在構(gòu)建出了一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)之后，就可以向這些裝配平臺(tái)提供必需的部件和自復(fù)制指令。另外，最為理想的是一旦構(gòu)建出了一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)之后，這些裝配平臺(tái)能執(zhí)行至少一個(gè)其它任務(wù)(指除自復(fù)制之外的其它任務(wù))。例如，在一最佳的實(shí)施例中，可向這樣的一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)提供必需的部件和指令，使得裝配平臺(tái)能裝配出不同的裝置(例如與裝配平臺(tái)不同的裝置)、或能執(zhí)行其它的一些功能。
應(yīng)當(dāng)理解的是一優(yōu)選實(shí)施例可提供一種通用制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)能裝配出某種專用制造系統(tǒng)。此專用制造系統(tǒng)可與通用制造系統(tǒng)完全相同(也就是說(shuō)，該系統(tǒng)實(shí)際上是另一個(gè)“通用制造系統(tǒng)”)，或者該特定制造系統(tǒng)也可以是與通用制造系統(tǒng)不同的。例如，一優(yōu)選實(shí)施例中的SRMS被設(shè)計(jì)成能實(shí)現(xiàn)裝配平臺(tái)的多代成長(zhǎng)，在該實(shí)施例中，裝配平臺(tái)的第一代能裝配出第二代裝配平臺(tái)(即后代裝配平臺(tái))。之后，該后代裝配平臺(tái)還可以裝配出更后一代的裝配平臺(tái)，如此等等。應(yīng)當(dāng)指出的是各代裝配平臺(tái)也可以是相同的。但是，在某些實(shí)施方式中，各代裝配平臺(tái)可以是“相似的”裝配平臺(tái)，但并不必須是完全相同的。例如，其中一代或多代裝配平臺(tái)的尺寸可以與早先幾代裝配平臺(tái)的尺寸不同。舉例來(lái)講，第一代裝配平臺(tái)可以裝配出一第二代裝配平臺(tái)，該裝配平臺(tái)可以是第一代裝配平臺(tái)的微縮版或放大版。作為另一種舉例，后一代或后幾代的裝配平臺(tái)可以與早先幾代裝配平臺(tái)完全不同。
另外，應(yīng)當(dāng)指出的是每個(gè)裝配平臺(tái)實(shí)際上都可包括多個(gè)裝配平臺(tái)(或多個(gè)“亞裝配平臺(tái)”)，每個(gè)裝配平臺(tái)負(fù)責(zé)裝配另一裝配平臺(tái)中的一部分。舉例來(lái)講，第一裝配平臺(tái)可包括兩個(gè)亞裝配平臺(tái)A和B。亞裝配平臺(tái)A的作用是在一相面對(duì)的表面上裝配出一亞裝配平臺(tái)B，亞裝配平臺(tái)B的功能是在該相面對(duì)表面上裝配出一亞裝配平臺(tái)A，這樣，就形成了一個(gè)包括亞裝配平臺(tái)A和B的一第二裝配平臺(tái)。例如，一SRMS是一集合體，其由兩個(gè)或多個(gè)不同類型的裝配平臺(tái)組成，這些裝配平臺(tái)通過(guò)執(zhí)行順序的面對(duì)面制造過(guò)程，就能協(xié)作地復(fù)制出另一套相同的集合體，這樣的過(guò)程被稱為非單純復(fù)制。下面作舉例說(shuō)明，但該舉例并不排斥本發(fā)明范圍內(nèi)的其它實(shí)施方式，考慮這樣一個(gè)集合體的情況其是由一A型裝配平臺(tái)和一B型裝配平臺(tái)組成的。最初的兩個(gè)平臺(tái)A和B是由人工建造的(例如為手工制造的)。在一相對(duì)表面上，平臺(tái)A可構(gòu)建一“子平臺(tái)”A的50％，而平臺(tái)B則構(gòu)建子平臺(tái)B上不同的50％。之后，由平臺(tái)B構(gòu)建子平臺(tái)A上剩下的50％，而由平臺(tái)A構(gòu)建子平臺(tái)B上剩下的50％，這樣就完成了兩個(gè)子平臺(tái)的構(gòu)建。因而，在非單純式復(fù)制過(guò)程中，裝配平臺(tái)A和B可能是不能獨(dú)立自復(fù)制的，但整個(gè)集合體(由平臺(tái)A+B組成)卻可以以指數(shù)規(guī)律自復(fù)制另外一個(gè)相同的集合體。
從而，一最佳實(shí)施例提供了一種制造系統(tǒng)，該制造系統(tǒng)采用面對(duì)面的裝配方式。另外，這樣的面對(duì)面制造系統(tǒng)還可按照并行方式執(zhí)行面對(duì)面裝配(例如，可在同時(shí)執(zhí)行多個(gè)面對(duì)面裝配)。更進(jìn)一步，這樣的面對(duì)面裝配還可以按照往復(fù)折返的方式進(jìn)行，從而在兩個(gè)或多個(gè)表面上高效地構(gòu)造裝配平臺(tái)。此外，一種最佳實(shí)施例提供了一種可用于小尺度裝配(例如在微米的尺度上進(jìn)行裝配)的面對(duì)面裝配方案。還需要指出的是一最佳的實(shí)施例中涉及一個(gè)或多個(gè)表面，每個(gè)表面上都包括一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)，并使一個(gè)或多個(gè)表面能共同發(fā)生平動(dòng)，這樣就能在同時(shí)、以共同的方式平移表面上的一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)。在一種最佳實(shí)施例中，通過(guò)將多個(gè)表面(或“工作區(qū)”)堆疊起來(lái)，而將面對(duì)面的制造過(guò)程延伸到了三維空間。如下文將要詳細(xì)介紹的那樣，一種優(yōu)選實(shí)施例提供了一種定位裝配制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)將預(yù)先設(shè)置在晶片(或其它類型的面安裝部件保持器)上的適當(dāng)部件提交給一裝配平臺(tái)，然后，由該裝配平臺(tái)將部件裝配到晶片(或其它表面上)。更進(jìn)一步，在一種最佳實(shí)施例中，所述部件是微米尺度上的部件(例如用平板印刷方法、基于集成電路的制造方法制造的MEMS部件)。在一種最佳的實(shí)施例中，一制造系統(tǒng)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度(該系統(tǒng)在本文中稱為“MS2R”)，如本文所述，該系統(tǒng)被作為SRMS中的裝配平臺(tái)。但是，在其它的可選實(shí)施例中，SRMS中可采用能進(jìn)行自復(fù)制的任何類型裝配平臺(tái)。
上面的敘述相當(dāng)寬地勾勒了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，為了更好地對(duì)其進(jìn)行理解，下面將對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述。在下文中將描述本發(fā)明中能構(gòu)成權(quán)利要求技術(shù)主題的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能理解很容易以所公開(kāi)的本發(fā)明概念及具體實(shí)施例為基礎(chǔ)，改動(dòng)或設(shè)計(jì)出其它能同樣實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到這樣的等效構(gòu)造并不悖離由權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明思想和范圍。


為了能更完整地理解本發(fā)明及其所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，可參見(jiàn)下文中結(jié)合附圖所作的描述，在附圖中圖1表示了現(xiàn)有技術(shù)中一種示例性的分離氫工具；圖2示例地表示了無(wú)線電傳遞結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)；圖3A表示了一個(gè)示例性表面，該表面可被用在SRMS的一優(yōu)選實(shí)施例中；圖3B表示了第二種示例表面，該表面可用在SRMS的一優(yōu)選實(shí)施例中，該表面所處坐標(biāo)系與圖3所示表面的坐標(biāo)系鏡面對(duì)稱；圖4是一個(gè)示例性的流程圖，表示了最佳實(shí)施例的制造過(guò)程；圖5表示了兩個(gè)示例性表面，它們被設(shè)置成可在SRMS最優(yōu)選的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)裝配平臺(tái)的自復(fù)制；圖6表示了兩個(gè)示例性表面，它們被設(shè)置成可在SRMS最優(yōu)選的實(shí)施例中進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)裝配平臺(tái)的自復(fù)制；圖7A到圖7H表示了一最佳實(shí)施例的示例性制造過(guò)程，該制造過(guò)程使得裝配平臺(tái)能以指數(shù)函數(shù)的速率進(jìn)行復(fù)制；圖8A表示了一些部件的實(shí)現(xiàn)形式，這些部件可裝配成一裝配平臺(tái)，該平臺(tái)在本文中被稱為MS2R，其可用在一最佳實(shí)施例中；圖8B表示了一些部件的實(shí)現(xiàn)形式，這些部件可被MS2R平臺(tái)裝配成一新的MS2R裝配平臺(tái)，其中的前者M(jìn)S2R平臺(tái)是由圖8A所示構(gòu)件裝配成的；圖9A是對(duì)一MS2R平臺(tái)所作的示例性俯視圖，該平臺(tái)已抓持了一個(gè)部件，用于構(gòu)建一個(gè)相同的裝配平臺(tái)；圖9B是一MS2R的示例性側(cè)視圖，該平臺(tái)抓持著一個(gè)部件，正在構(gòu)建一個(gè)相同的裝配平臺(tái)；圖10表示了一對(duì)鏡像坐標(biāo)系的舉例，用來(lái)說(shuō)明在優(yōu)選實(shí)施例中如何訪問(wèn)印模地址的實(shí)施措施；以及圖11表示了一種示例性的制造過(guò)程，該過(guò)程可用來(lái)制造具有電絕緣性的、可完全脫離的MEMS元件，這樣的元件使得根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的裝配平臺(tái)變?yōu)榱丝赡堋?br> 具體實(shí)施例方式
I.概論本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例采用了定位裝配技術(shù)，用以實(shí)現(xiàn)一種非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)(SRMS)。在一最佳實(shí)施例中，這樣的一種非生物SRMS在執(zhí)行自復(fù)制過(guò)程中，采用的部件是在微米尺度上或納米尺度上。但是，也可以有其它可選形式的實(shí)施例，這些實(shí)施例能實(shí)現(xiàn)任何尺度上的SRMS，任何這樣的實(shí)施例都應(yīng)當(dāng)被看作是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如下文將要詳細(xì)討論的那樣，一最佳實(shí)施例對(duì)部件施以推算定位的拾取-放置操作，這樣就極大地簡(jiǎn)化了制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并能用非常簡(jiǎn)單的指令實(shí)現(xiàn)很多裝置的同時(shí)并行制造。
如本領(lǐng)域公知的那樣，基于平版印刷的過(guò)程就其本質(zhì)上而言是二維的。從而，一最佳實(shí)施例的自復(fù)制也是二維的。如下文將要詳細(xì)討論的那樣，在一最佳的實(shí)施例中，一裝配平臺(tái)(例如機(jī)械手)安裝在一表面上，在本文中，該平面也被稱為“工作區(qū)”，裝配平臺(tái)可在一對(duì)置表面(或“對(duì)置工作區(qū)”)上制造出一個(gè)自身的復(fù)制品。例如，假定一機(jī)械手是由平板印刷部件組成的，并進(jìn)一步假定有一個(gè)表面被設(shè)置成與該機(jī)械手相面對(duì)，其中，這樣的一個(gè)正對(duì)表面是一個(gè)晶片，該晶片上具有合適的平板印刷元件，這些元件用來(lái)在此表面上裝配出一個(gè)相同的機(jī)械手，這個(gè)被制出的機(jī)械手在其表面上的位置是預(yù)先確定的。機(jī)械手可從所提供的元件中進(jìn)行選取，其甚至可在存有適度定位誤差(對(duì)于目前采用的平板印刷工藝，該誤差通常在一到兩個(gè)微米的數(shù)量級(jí)上，但該誤差也可依工藝精度要求而比例變化)的情況下“抓取”(或“夾持”)這樣的元件。近來(lái)在適當(dāng)?shù)膴A鉗和互補(bǔ)連接點(diǎn)(例如“手柄”)方面取得了一些進(jìn)展，例如可參見(jiàn)這樣一個(gè)美國(guó)專利申請(qǐng)其受讓人與本申請(qǐng)人相同，并同時(shí)提交，申請(qǐng)?zhí)枮閇代理人備案號(hào)為第50767-P004US-10006225]，名稱為“用于微型元件的夾鉗及互補(bǔ)型手柄”，該申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容也結(jié)合到本文中作為參考，實(shí)施該申請(qǐng)中的內(nèi)容，就可以使機(jī)械手以可接受的定位誤差“抓取”表面上的預(yù)定位元件(或部件)。假定這樣的裝配平臺(tái)能“抓取”所需的部件，則如果裝配平臺(tái)能接收(并執(zhí)行)完成裝配所必需的指令，其就可以將提交給它的這些部件裝配成一個(gè)相同裝配平臺(tái)。結(jié)果就是，通過(guò)定位裝配的方式實(shí)現(xiàn)了裝配平臺(tái)的自復(fù)制—甚至是對(duì)于小尺度的裝配，例如對(duì)于微米尺度或納米尺度上的裝配。
此外，一最佳實(shí)施例采用了推算定位裝配方法(“DRPA”)，也就是說(shuō)，采用了無(wú)反饋的定位裝配。一最佳實(shí)施例的裝配過(guò)程是以這樣的方式實(shí)施的能自修正小量的定位誤差(例如，在部件在對(duì)置表面上定位不正確的情況下)，由此就防止由這些小定位誤差造成誤差累積。例如，一最佳實(shí)施例的制造系統(tǒng)采用了自對(duì)齊機(jī)構(gòu)(“SAMs”)來(lái)修正未能正確定位部件的位置，并防止出現(xiàn)位置誤差的累積。舉例來(lái)講，在受讓人與本申請(qǐng)人相同、且同時(shí)提交的申請(qǐng)?zhí)枮閇代理人備案號(hào)為第50767-P004US-10006225]、名稱為“用于微型元件的夾鉗及互補(bǔ)型手柄”的專利申請(qǐng)中所公開(kāi)的“夾鉗”和/或“手柄”就可以用在一最佳實(shí)施形式的制造系統(tǒng)中，以使得制造系統(tǒng)能自己修正所要裝配部件的小量定位誤差。結(jié)果就是對(duì)于最佳實(shí)施例的裝配過(guò)程，DRPA操作是可以實(shí)現(xiàn)的。與那些需要大量反饋信息來(lái)控制部件裝配的制造系統(tǒng)相反，在最佳的實(shí)施例中，采用這樣的DRPA操作還能降低制造系統(tǒng)的復(fù)雜性。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)指出的是在其它的可選實(shí)施例中，也可以將SRMS設(shè)計(jì)成從一裝配平臺(tái)向一控制平臺(tái)(例如一控制計(jì)算機(jī))發(fā)送反饋信息，且任何這樣的實(shí)施例都應(yīng)當(dāng)是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
如下文將要詳細(xì)討論的那樣，一最佳實(shí)施例提供了一種制造系統(tǒng)，其包括能在一對(duì)置表面上執(zhí)行微裝配的裝配平臺(tái)，在對(duì)置表面上預(yù)先設(shè)置了必要的部件，從而能使裝配平臺(tái)進(jìn)行工作而裝配出一個(gè)相同裝配平臺(tái)(即自復(fù)制)。舉例來(lái)講，這樣的裝配平臺(tái)可包括單個(gè)機(jī)械手，其能執(zhí)行次序固定的運(yùn)動(dòng)，從而用對(duì)置表面上預(yù)先設(shè)置(或預(yù)定位)的部件來(lái)裝配出一個(gè)第二機(jī)械手?？梢哉J(rèn)識(shí)到這樣的SRMS能使裝配平臺(tái)高效地進(jìn)行復(fù)制。例如，在實(shí)施一最佳實(shí)施例的過(guò)程中，SRMS使裝配平臺(tái)以指數(shù)規(guī)律進(jìn)行自復(fù)制。舉例來(lái)講，一旦一個(gè)第一裝配平臺(tái)(例如包括一機(jī)械手)在一第二表面(例如是在一對(duì)置表面)上制出一第二同型裝配平臺(tái)之后，則這兩個(gè)已完成的裝配平臺(tái)就以并行的方式同時(shí)制造另外的裝配平臺(tái)。可以理解這樣的過(guò)程是以指數(shù)規(guī)律變化的，例如，上述的兩個(gè)平臺(tái)現(xiàn)在就可以并行地制造另兩個(gè)平臺(tái)，反過(guò)來(lái)又可制造另四個(gè)平臺(tái)，它們?nèi)缓笤僦圃彀藗€(gè)，以此類推。由于所有的裝配平臺(tái)都可以同步工作(或者是并行工作)，所以裝配平臺(tái)數(shù)目每次翻番所需的時(shí)間都是相同的(例如，該時(shí)間等于單個(gè)裝配平臺(tái)的構(gòu)建時(shí)間)。
此外，一最佳的實(shí)施例可在兩個(gè)(或多個(gè))表面上進(jìn)行，這兩個(gè)表面被布置成能使裝配平臺(tái)以往復(fù)模式進(jìn)行復(fù)制。例如，一第一表面上的第一裝配平臺(tái)可在一第二表面(例如，對(duì)置表面)上制造出一個(gè)相同的裝配平臺(tái)。之后，第二表面上的第二裝配平臺(tái)再在第一表面上制造出一個(gè)第三裝配平臺(tái)。而后，第一表面上的兩個(gè)裝配平臺(tái)在第二表面上造出另外兩個(gè)裝配平臺(tái)。這樣的過(guò)程一直持續(xù)下去，使兩表面上機(jī)械手的數(shù)目例如以Fibonacci數(shù)列(該數(shù)列也是一種指數(shù)增長(zhǎng))的規(guī)律增加。因而，這樣的往復(fù)模式可使得一表面上的裝配平臺(tái)在第二表面上裝配出一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)，同時(shí)還使得第二表面上的裝配平臺(tái)在第一表面上裝配出一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)。這種往復(fù)模式可以進(jìn)一步提高SRMS優(yōu)選實(shí)施例的生產(chǎn)率，并提高裝配平臺(tái)數(shù)目的增長(zhǎng)率。
另外，一最佳實(shí)施例可以將兩個(gè)(或多個(gè))表面設(shè)計(jì)成能使得裝配平臺(tái)的復(fù)制是以“并行”模式進(jìn)行的。例如，一第一表面上的第一裝配平臺(tái)可在一第二表面(例如對(duì)置表面)上制造出一個(gè)相同的裝配平臺(tái)。而后，第二表面上的第二裝配平臺(tái)可在第一表面上制造出一第三裝配平臺(tái)。當(dāng)然，此時(shí)第一裝配平臺(tái)可以并行地在第二表面上制造出一第四裝配平臺(tái)。之后，第一表面上的兩裝配平臺(tái)可在第二表面上制造出另外兩個(gè)裝配平臺(tái)。當(dāng)然，此時(shí)第二表面上的兩個(gè)裝配平臺(tái)也能并行地在第一表面上制出另外兩個(gè)裝配平臺(tái)。這樣的過(guò)程一直持續(xù)下去，兩表面上機(jī)械手的數(shù)目按照指數(shù)規(guī)律進(jìn)行增長(zhǎng)。因而，這種平行模式使得一表面上的裝配平臺(tái)在一第二表面上裝配出一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)，與此同時(shí)，還使得第二表面上的裝配平臺(tái)同期地在第一表面上制造出一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)。這種并行實(shí)施方式可以進(jìn)一步提高SRMS優(yōu)選實(shí)施例的生產(chǎn)率，并提高裝配平臺(tái)數(shù)目的增長(zhǎng)率。
在一最佳實(shí)施例中，可在每一表面上裝配出許多裝配平臺(tái)。另外，在一最佳實(shí)施例中，整個(gè)表面可以在X、Y、Z方向(即三維空間內(nèi))上移動(dòng)(或重新定位)。例如，在一最佳實(shí)施例中，制造系統(tǒng)中處于表面之外的一個(gè)部分可以向該制造系統(tǒng)所包括的各個(gè)表面提供共有的平移運(yùn)動(dòng)。更具體來(lái)講，制造系統(tǒng)中的一平移機(jī)可使一表面產(chǎn)生平穩(wěn)而又精確的運(yùn)動(dòng)(即使該表面平移)，由此使得該表面上的所有裝配平臺(tái)都能同時(shí)被平移到一個(gè)理想的位置上。例如，可將兩表面設(shè)置成相互面對(duì)，從而能使一表面上的裝配平臺(tái)能在相面對(duì)的表面上裝配出裝配平臺(tái)。為有助于這樣的操作，兩個(gè)表面或其中的一個(gè)表面可以進(jìn)行平移，從而能以同樣的方式同時(shí)平移該表面上的所有裝配平臺(tái)。這樣就避免了要為表面上的各單個(gè)裝配平臺(tái)設(shè)置X、Y、Z各向定位能力的要求。在一最佳的實(shí)施例中，只要為各個(gè)裝配平臺(tái)設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)自由度就可以了。
例如，一最佳實(shí)施例的實(shí)施采用了一種在本文稱為MS2R的裝配平臺(tái)。MS2R的實(shí)施表明只具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的裝配平臺(tái)就足以在一相面對(duì)表面上構(gòu)建出一具有兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的相同工作平臺(tái)。由于設(shè)計(jì)、制造一僅具有兩轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的定位裝置要比制造一個(gè)具有多轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和/或平移自由度的復(fù)雜裝置容易得多，且由于轉(zhuǎn)動(dòng)自由度在平移運(yùn)動(dòng)中(X、Y、Z軸方向運(yùn)動(dòng))被“鉗夾”約束住，所以諸如MS2R等的裝配平臺(tái)比具有多個(gè)自由度的、更為普遍的裝置要簡(jiǎn)單得多。
另外，在一最佳實(shí)施例的實(shí)施形式中，可將多個(gè)表面堆疊起來(lái)。例如，在一個(gè)表面上造滿裝配平臺(tái)之后，制造系統(tǒng)可裝配出一第二表面。之后，對(duì)這兩個(gè)表面進(jìn)行堆疊而形成一個(gè)結(jié)構(gòu)整體。另外，一旦將兩個(gè)表面堆疊之后，制造系統(tǒng)中的所有運(yùn)動(dòng)(X、Y、Z)對(duì)于兩堆疊表面就是共同的了。結(jié)果就是，能以一最佳的實(shí)施方式同時(shí)制造出另外兩個(gè)表面，這樣就完成了四個(gè)表面(所有表面上都制出了裝配平臺(tái))。這四個(gè)表面然后再堆疊在一起而形成一個(gè)結(jié)構(gòu)整體，以此類推。最終可制出一個(gè)方便的表面堆，其包括許多個(gè)其上帶有裝配平臺(tái)的表面，這些表面可在一第二組堆疊表面上同時(shí)制造出另外一些相同的裝配平臺(tái)。
因而，在一最佳的實(shí)施例中，一旦有一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)被構(gòu)建出來(lái)，向這些裝配平臺(tái)提供必要的部件和指令就能實(shí)現(xiàn)自復(fù)制。另外，最為優(yōu)選的是在有一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)被構(gòu)建出來(lái)之后，這些裝配平臺(tái)還能執(zhí)行至少一項(xiàng)其它任務(wù)(除自復(fù)制之外)。例如，在一最佳的實(shí)施例中，可向這樣的一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)提供必要的部件和指令，以使得這樣的裝配平臺(tái)能裝配不同的裝置(例如一非相同裝置)、或執(zhí)行其它的功能。
這樣，一最佳的實(shí)施例提供了一種采用面對(duì)面裝配的制造系統(tǒng)。另外，這樣的制造系統(tǒng)能以并行的方式(例如可同時(shí)執(zhí)行多個(gè)面對(duì)面裝配)執(zhí)行面對(duì)面裝配。更進(jìn)一步，這樣的面對(duì)面裝配還可以按照往復(fù)模式執(zhí)行，從而能高效地在兩個(gè)或多個(gè)表面上構(gòu)建裝配平臺(tái)。此外，一最佳實(shí)施例提供了一種面對(duì)面裝配方式，其可用作小尺度上的裝配(例如在微米或亞微米尺度上進(jìn)行裝配)。還應(yīng)當(dāng)指出的是一最佳實(shí)施例是在一個(gè)或多個(gè)表面上實(shí)施的，這些表面上均設(shè)有一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)，并可對(duì)這一個(gè)或多個(gè)表面施加公共的平移運(yùn)動(dòng)，由此使表面上的一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)能以同樣的方式、在同時(shí)進(jìn)行平移。一最佳的實(shí)施例通過(guò)將多個(gè)表面(或“工作區(qū)”)堆疊起來(lái)而將面對(duì)面裝配擴(kuò)展到三維空間。如下文將要詳細(xì)討論的那樣，一優(yōu)選實(shí)施例提供了一種定位裝配制造系統(tǒng)，該系統(tǒng)將預(yù)先布置在晶片(或其它類型的、用于表面安裝部件的保持器)上的適當(dāng)部件提交給一裝配平臺(tái)，由該裝配平臺(tái)隨后在晶片(或其它表面)上將這些部件裝配起來(lái)。更進(jìn)一步，在一最佳的實(shí)施例中，這些部件是微米尺度上部件或納米尺度上的部件。另外，如下文將要詳細(xì)討論的那樣，一優(yōu)選實(shí)施方式的SRMS可被設(shè)計(jì)成能實(shí)現(xiàn)裝配平臺(tái)的多代生長(zhǎng)。同時(shí)，一優(yōu)選實(shí)施例的SRMS可被設(shè)計(jì)成這樣每一代裝配平臺(tái)都是完全相同的，或者也可以被設(shè)計(jì)成這樣各代裝配平臺(tái)之間，有一代或多代裝配平臺(tái)是不同的。
II.優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)施如上所述，一優(yōu)選實(shí)施例提供了一種采用面對(duì)面定位裝配的SRMS。在圖3A和圖3B中表示了可用在SRMS優(yōu)選實(shí)施方式中的示例表面。先參見(jiàn)圖3A，在一晶片300上規(guī)劃出一個(gè)陣列，該陣列與“印模地址”基本相同。作為一個(gè)示例，晶片300可被規(guī)劃為8×8的印模地址(或“方格”)陣列(或網(wǎng)格)，其中，每一印模地址的大小為1cm×1cm。當(dāng)然，在其它可選實(shí)施方式中，晶片300可包括任意個(gè)方格，且各個(gè)方格的尺寸也可以是任意的，且這樣的實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。圖3A表示了該示例晶片300的正面。通過(guò)在該晶片上設(shè)立一右手旋笛卡兒坐標(biāo)系，可唯一地訪問(wèn)各個(gè)方格。在該坐標(biāo)系中，每一方格的地址都以(列、行、“Z”)的形式進(jìn)行標(biāo)記，其中，“Z”表示離開(kāi)表面的距離或高度(例如，在表面上方的距離)。因而，左下方方格的地址為(1，1，Z)，右下方方格的地址為(8，1，Z)，左上方方格的地址為(1，8，Z)，右上方方格的地址為(8，8，Z)?？梢岳斫狻癦”值是可以變化的，由此可改變表面300與其面對(duì)表面(例如為圖3B中表面350)之間的距離。
下面參見(jiàn)圖3B，圖中表示了一個(gè)第二晶片350，其被布置成與圖3A的晶片300相面對(duì)，從而可在這兩表面之間執(zhí)行面對(duì)面裝配。晶片350規(guī)劃成一個(gè)基本與“印模地址”相同的陣列。作為例子，晶片350上被規(guī)劃出8×8的印模地址(“方格”)陣列(或網(wǎng)格)，其中，每一印模地址的尺寸為1cm×1cm。當(dāng)然，在備選實(shí)施方式中，晶片350可包括任意個(gè)方格，且各個(gè)方格的尺寸也可以是任意的，且這樣的實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。圖3B表示了該示例晶片350的背面，其正面與另一晶片對(duì)正，另一晶片例如為圖3A所示的晶片300。通過(guò)設(shè)立一左手旋笛卡兒坐標(biāo)系，晶片350上每一方格的地址都可以唯一確定。這樣的坐標(biāo)系中，每個(gè)方格的地址都標(biāo)為(列，行，“Z”)，其中，“Z”是離開(kāi)表面的距離或高度(例如，表面上方的距離)。因而，左下方方格的地址為(8，8，Z)，右下方方格的地址為(1，8，Z)，左上方方格的地址為(8，1，Z)，右上方方格的地址為(1，1，Z)?？梢岳斫狻癦”值是可以變化的，由此可改變表面350與其相面對(duì)表面(例如為圖3A中表面300)之間的距離。為了簡(jiǎn)化描述，本文將采用這樣的鏡像坐標(biāo)系；但盡管如此，仍然可以用其它類型的坐標(biāo)系來(lái)作為SRMS中表面印模地址的參照系。
如采用這樣的鏡像坐標(biāo)系來(lái)確定一SRMS優(yōu)選實(shí)施例中的表面地址，就可以將同樣的指令通過(guò)無(wú)線電傳送到各個(gè)表面的裝配平臺(tái)。也就是說(shuō)，鏡像坐標(biāo)系有助于保持表面之間的對(duì)稱性，而這樣的對(duì)稱性使得可向各個(gè)表面上的裝配平臺(tái)傳送相同的指令。參見(jiàn)圖10中表示的示例，可對(duì)具有這種鏡像坐標(biāo)系的SRMS的工作過(guò)程有更好的理解。圖10表示了一對(duì)人手，它們被設(shè)置成使手10與手12重合，手10、12的掌心相面對(duì)，且兩手的位置被設(shè)置成互為鏡像。這樣，手10在其拇指方向上的運(yùn)動(dòng)量“X”與手12在其拇指方向上的運(yùn)動(dòng)量“X”是等效的。也就是說(shuō)，無(wú)論是手10在其拇指方向上產(chǎn)生了運(yùn)動(dòng)量“X”，還是手12在其拇指方向上產(chǎn)生了運(yùn)動(dòng)“X”軸，所造成的兩手之間相對(duì)位置改變都是相同的。與此類似，相面對(duì)的兩晶片表面可被設(shè)計(jì)成這樣各表面上的裝配平臺(tái)執(zhí)行共同的一裝配指令。舉例來(lái)講，指示一裝配平臺(tái)向其左側(cè)旋轉(zhuǎn)“R”量的指令可由兩相對(duì)表面上的各個(gè)裝配平臺(tái)來(lái)執(zhí)行。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解在SRMS的其它可選實(shí)施例中，可這樣進(jìn)行設(shè)計(jì)相面對(duì)的表面并不互為鏡像，可用不同的裝配指令組來(lái)控制各個(gè)表面上的裝配平臺(tái)，且任何這樣的實(shí)施方式都應(yīng)當(dāng)是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)地址都包括在原位構(gòu)建一個(gè)裝配平臺(tái)所需的全部部件。另外，在每個(gè)地址中，各個(gè)部件可預(yù)先布置(預(yù)定位)到該地址中預(yù)定的(或已知的)位置處。另外，可在SRMS的一優(yōu)選實(shí)施例中設(shè)置一控制計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)知道各個(gè)部件的位置以及裝配流程(例如，裝配平臺(tái)構(gòu)建一相同裝配平臺(tái)所需執(zhí)行的移動(dòng)/操作)。最為優(yōu)選的是，這樣的控制計(jì)算機(jī)是一中央計(jì)算機(jī)，其能控制多個(gè)裝配平臺(tái)(例如通過(guò)無(wú)線電傳送型指令體系)。作為備選形式，這樣的控制計(jì)算機(jī)也可以是與各單獨(dú)裝配平臺(tái)相連接，從而只控制該裝配平臺(tái)的工作。
下面將參見(jiàn)圖3到圖7對(duì)一SRMS實(shí)施例作概括性的描述，該概述將不涉及系統(tǒng)中所用裝配平臺(tái)的精確結(jié)構(gòu)。這樣，如結(jié)合圖3-7描述的那樣，SRMS的一最佳實(shí)施例可以用任何類型的裝配平臺(tái)進(jìn)行實(shí)施，因而，首先將在不涉及系統(tǒng)中所用裝配平臺(tái)的精確結(jié)構(gòu)的條件下對(duì)SRMS進(jìn)行描述。也就是說(shuō)，對(duì)一最佳實(shí)施例中的SRMS的描述將不受其所用裝配平臺(tái)確切類型的限制。但是，為了完成并執(zhí)行本發(fā)明中對(duì)許多不同結(jié)構(gòu)的裝配平臺(tái)而言均為可行的公開(kāi)內(nèi)容，可采用一種示例性結(jié)構(gòu)的裝配平臺(tái)，在下文中提供了一種這樣的裝配平臺(tái)，這種裝配平臺(tái)在本文中稱為MS2R。
簡(jiǎn)要參見(jiàn)圖4，圖中表示了一個(gè)示例性的流程圖，該流程圖表示了根據(jù)一最佳實(shí)施例的制造過(guò)程。如圖所示，在程序塊402中，向SRMS提供一第一表面(表面A)，該表面包括至少一個(gè)印模地址，在該地址上預(yù)布置了用于構(gòu)建一裝配平臺(tái)的適當(dāng)部件。在程序塊404中，在表面A的第一印模地址上裝配出一初始裝配平臺(tái)。該初始裝配不屬于自復(fù)制操作。也就是說(shuō)，初始裝配平臺(tái)并不是一相同裝配平臺(tái)進(jìn)行自復(fù)制的結(jié)果，而是由其它的某種裝置裝配出的。舉例來(lái)講，當(dāng)構(gòu)建一初始裝配平臺(tái)時(shí)，SRMS中并不存在任何可以進(jìn)行復(fù)制的相同裝配平臺(tái)。例如初始裝配平臺(tái)可以由人工完成或由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械手裝配完成。當(dāng)然，如果預(yù)先已經(jīng)存在用于對(duì)初始裝配平臺(tái)進(jìn)行裝配的其它同種裝配平臺(tái)，則就可用這些其它預(yù)先存在的同種裝配平臺(tái)來(lái)裝配該初始裝配平臺(tái)。在程序塊406中，向SRMS提供一第二表面(表面B)。表面B包括至少一個(gè)印模地址，在該地址上預(yù)布置了用于構(gòu)建一裝配平臺(tái)的適當(dāng)部件，且表面B最好布置成與表面A相面對(duì)。
在程序塊408中，平移表面A和/或B，以將表面A上的初始裝配平臺(tái)A布置在一印模地址的對(duì)面，該印模地址具有構(gòu)建一相同裝配平臺(tái)所用的適當(dāng)部件。一旦對(duì)正之后，表面A上裝配平臺(tái)就開(kāi)始接收指令(例如是通過(guò)無(wú)線電傳遞結(jié)構(gòu)從一控制計(jì)算機(jī)接收)，從而使得該裝配平臺(tái)利用預(yù)先布置在表面B上正對(duì)印模地址中的部件，裝配出一個(gè)相同裝配平臺(tái)。如在本文中詳細(xì)討論的那樣，這樣的裝配過(guò)程最好是一推算定位(即非反饋式的定位)裝配。該裝配過(guò)程最好是這樣一種定位裝配裝配取決于構(gòu)建所用的適當(dāng)部件是否是以很小的定位誤差預(yù)布置在印模地址中。
一旦裝配完成后，則就在程序塊412中執(zhí)行判斷，判斷在任一表面上是否存在需要構(gòu)建出裝配平臺(tái)的其它印模地址。如果這樣的印模地址的確存在，則流程就轉(zhuǎn)向程序塊408，在該程序塊中，表面A和/或B被平移，以使表面A和/或表面B上正在構(gòu)建的裝配平臺(tái)與對(duì)置表面上一印模地址對(duì)正，在該印模地址上預(yù)先布置了裝配一個(gè)同種裝配平臺(tái)所用的適當(dāng)部件。例如，表面A上的裝配平臺(tái)可對(duì)正這表面B上的一個(gè)印模地址，該印模地址上預(yù)先布置了裝配一個(gè)同種裝配平臺(tái)所用的適當(dāng)部件。類似地，正在表面B上構(gòu)建的裝配平臺(tái)可與表面A上的一個(gè)印模地址對(duì)正，該印模地址上預(yù)先布置了裝配一個(gè)相同裝配平臺(tái)所用的適當(dāng)部件。事實(shí)上，兩個(gè)正在構(gòu)建中的裝配平臺(tái)都可以排列成與印模地址相對(duì)正，這些印模地址上預(yù)先布置了裝配一個(gè)同種裝配平臺(tái)所用到的適當(dāng)部件，從而，兩個(gè)裝配平臺(tái)就平行地工作，在各個(gè)相面對(duì)的表面上裝配出另外兩個(gè)裝配平臺(tái)。一旦對(duì)正之后，裝配平臺(tái)就開(kāi)始接收指令，以使得各個(gè)裝配平臺(tái)利用預(yù)先布置在其對(duì)正印模地址上的部件而在相面對(duì)表面的該印模地址上構(gòu)建出一相同裝配平臺(tái)。
上述的對(duì)正流程可重復(fù)執(zhí)行任意次，其中的流程是指使一表面上的一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)與一個(gè)或多個(gè)面對(duì)的印模地址對(duì)正，進(jìn)而在這些印模地址上裝配出相同的裝配平臺(tái)。如果在程序塊412中判斷出在任一表面上都不再存在需要被構(gòu)建成裝配平臺(tái)的地址，則操作就在程序塊414結(jié)束。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到這樣的制造過(guò)程是以指數(shù)規(guī)律制造裝配平臺(tái)的。例如，如下文參照?qǐng)D7A到7H詳細(xì)描述的討論的那樣，單個(gè)裝配平臺(tái)可制造出另一個(gè)裝配平臺(tái)，從而就有了兩個(gè)裝配平臺(tái)；這兩個(gè)裝配平臺(tái)各自(以并行方式)又制造出一個(gè)裝配平臺(tái)，這樣就有了四個(gè)裝配平臺(tái)；這四個(gè)裝配平臺(tái)各自(以并行方式)又制造出一個(gè)裝配平臺(tái)，這樣就有了八個(gè)裝配平臺(tái)；以此類推。另外，通過(guò)采用一種優(yōu)選實(shí)施方式的面對(duì)面裝配，以往復(fù)模式在兩個(gè)或多個(gè)表面之間實(shí)現(xiàn)了上述的指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到盡管在理論上，裝配平臺(tái)的這種指數(shù)增長(zhǎng)可以無(wú)限地持續(xù)下去，但在實(shí)際中，該指數(shù)增長(zhǎng)受可獲得資源及其它一些因素的限制。因而，一優(yōu)選實(shí)施方式的SRMS可被設(shè)計(jì)成這樣只有有限個(gè)裝配平臺(tái)是以指數(shù)率構(gòu)建出的，而之后，就是以略慢一些的速率(例如以線性速率)構(gòu)建裝配平臺(tái)。
下面參見(jiàn)圖5，圖中表示了SRMS的一最佳實(shí)施例，在該實(shí)施例中，設(shè)置了兩個(gè)表面A和B，圖中分別為晶片300和350。圖中用“X”表示一裝配平臺(tái)，其構(gòu)建在晶片300的印模地址A(1，1，Z)上。因而，晶片300包括一個(gè)發(fā)揮單一功效的裝配平臺(tái)，其位于印模地址A(1，1，Z)上。在一種最佳實(shí)施例中，晶片300放置在一機(jī)器中(該機(jī)器被稱為“平移機(jī)”或“定位機(jī)”)，且晶片350與其相面對(duì)，其中晶片350是晶片300的鏡像。如圖所示，晶片300和350這樣進(jìn)行定位使得在印模地址A(1，1，Z)的裝配平臺(tái)與晶片350上的印模地址B(1，1，Z)對(duì)正。晶片300、350相互之間離開(kāi)一定的距離(例如為“Z”)，可由晶片300上裝配平臺(tái)的控制器來(lái)控制該距離。如上文討論的那樣，在一最佳實(shí)施例中，晶片350被制成晶片300的鏡像。另外，在一最佳實(shí)施例中，晶片350由一左旋坐標(biāo)系進(jìn)行標(biāo)址。
在一最佳實(shí)施例中，平移機(jī)能在一度或多度空間內(nèi)將晶片300和晶片350相對(duì)平移。例如，平移機(jī)能使晶片300和350沿X、Y、Z軸作相對(duì)平移，上述的三個(gè)平移方向軸構(gòu)成了各個(gè)裝配平臺(tái)的三個(gè)自由度，從而就能減少系統(tǒng)中所需致動(dòng)器的數(shù)目。在一最佳實(shí)施例中，方格A(1，1，Z)初始時(shí)被排列成與方格B(1，1，Z)正對(duì)。然后，開(kāi)始執(zhí)行裝配過(guò)程，其中，一控制計(jì)算機(jī)向方格A(1，1，Z)處的裝配平臺(tái)發(fā)送適當(dāng)?shù)难b配指令，且方格A(1，1，Z)上的裝配平臺(tái)在方格B(1，1，Z)上構(gòu)建出一個(gè)相同的裝配平臺(tái)。該裝配過(guò)程說(shuō)明了表面B是表面A的鏡像的事實(shí)。最為優(yōu)選的是向方格B(1，1，Z)的裝配平臺(tái)輸送能量是該裝配過(guò)程的最后一步。之后，可執(zhí)行一復(fù)位命令，該命令將使得兩裝配平臺(tái)A(1，1，Z)和B(1，1，Z)復(fù)位。也就是說(shuō)，執(zhí)行一復(fù)位命令，其可將兩裝配平臺(tái)移動(dòng)到一已知的方位/位置。例如，假定每一裝配平臺(tái)都包括一機(jī)械手。復(fù)位命令將使得各個(gè)機(jī)械手移動(dòng)到一已知的“原位”狀態(tài)。該“原位”狀態(tài)例如是這樣一個(gè)位置在表面的平移過(guò)程中，已知該位置是可靠的，這樣就可以防止這種平移運(yùn)動(dòng)損壞表面上裝配平臺(tái)中的元件—尤其是對(duì)于那些在Z軸上的元件。
然后，平移機(jī)這樣來(lái)定位晶片300和350使得方格A(1，1，Z)在方格B(2，1，Z)的對(duì)面，這就意味著方格B(1，1，Z)上新構(gòu)建出的裝配平臺(tái)在方格A(2，1，Z)的對(duì)面。因而，裝配平臺(tái)B(1，1，Z)與方格A(2，1，Z)的相對(duì)位置關(guān)系和裝配平臺(tái)A(1，1，Z)與方格B(2，1，Z)的相對(duì)位置關(guān)系相同。應(yīng)當(dāng)指出的是在一最佳實(shí)施例中，方格A(2，1，Z)是方格B(1，1，Z)的鏡像，從而，裝配平臺(tái)B(1，1，Z)在方格A(2，1，Z)構(gòu)建一裝配平臺(tái)的裝配過(guò)程與裝配平臺(tái)A(1，1，Z)在方格B(2，1，Z)構(gòu)建一裝配平臺(tái)的工作過(guò)程完全相同。也就是說(shuō)，兩裝配平臺(tái)可并行地執(zhí)行同一套裝配指令，從而在各自面對(duì)的印模地址上構(gòu)建一個(gè)相同的裝配平臺(tái)。一優(yōu)選實(shí)施例的鏡像坐標(biāo)系使得晶片300和350上的裝配平臺(tái)能執(zhí)行共同的指令。在印模地址A(1，1，Z)和B(1，1，Z)上的裝配平臺(tái)所執(zhí)行的裝配過(guò)程終了時(shí)，就具有了四個(gè)裝配平臺(tái)。同樣，最好是在裝配過(guò)程結(jié)束時(shí)向新構(gòu)建出的裝配平臺(tái)提供能量，并在此時(shí)向四個(gè)裝配平臺(tái)并行地執(zhí)行一復(fù)位命令。
在一最佳實(shí)施例中，平移機(jī)將表面平移，使得各個(gè)表面(A和B)上的兩個(gè)裝配平臺(tái)能與要構(gòu)建的相同裝配平臺(tái)的印模地址相面對(duì)。例如，印模地址A(2，1，Z)和A(1，1，Z)上的裝配平臺(tái)可分別與印模地址B(3，1，Z)和B(4，1，Z)對(duì)正，這就意味著印模地址B(2，1，Z)和B(1，1，Z)上的裝配平臺(tái)分別與印模地址A(3，1，Z)和A(4，1，Z)對(duì)正。各個(gè)裝配平臺(tái)可在各自面對(duì)的印模地址上平行地執(zhí)行裝配過(guò)程，從而就一共構(gòu)建出了八個(gè)裝配平臺(tái)(即每個(gè)表面上四個(gè)裝配平臺(tái))。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到如圖6所示，在經(jīng)過(guò)一次或多次裝配迭代之后，兩晶片300和350上各完成了一整行裝配平臺(tái)(在該實(shí)施例中，每個(gè)包括八個(gè)印模地址)。
如圖6所示，一旦在各個(gè)晶片300和350上構(gòu)建出一整行裝配平臺(tái)之后，平移機(jī)就對(duì)晶片進(jìn)行平移，使得晶片300的行1與晶片350的行2對(duì)正，同時(shí)也使得晶片350的行1與晶片300的行2對(duì)正。這樣就可以再一次并行地執(zhí)行裝配過(guò)程，這樣，總共就有了32個(gè)裝配平臺(tái)(也就是說(shuō)，每個(gè)晶片上有16個(gè)裝配平臺(tái))。因而，如參照?qǐng)D7A到7H詳細(xì)描述的那樣，可以按照指數(shù)規(guī)律執(zhí)行裝配過(guò)程，從而在經(jīng)過(guò)n次迭代之后，裝配平臺(tái)的復(fù)制數(shù)目將為O(2n)。
下面參見(jiàn)圖7A-7H，圖中進(jìn)一步表示了一種指數(shù)裝配過(guò)程的最佳實(shí)施例，在該實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)n次迭代復(fù)制后，裝配平臺(tái)數(shù)目變?yōu)镺(2n)。在圖7A-7H中，地址中的“X”代表在該位置上的一個(gè)裝配平臺(tái)，地址中的一“O”代表一目標(biāo)地址，一面對(duì)的裝配平臺(tái)將在該地址上構(gòu)建出一個(gè)相同的裝配平臺(tái)。圖7A表示了兩個(gè)表面A和B，其中，已在表面A的地址A(1，1，Z)上初始構(gòu)建出了一個(gè)裝配平臺(tái)(用“X”表示)。如上所述，SRMS中該初始裝配平臺(tái)并不是用復(fù)制的方法得到的，而是由其它某種裝置構(gòu)建成的。在一最佳實(shí)施例中，地址A(1，1，Z)的裝配平臺(tái)與地址B(1，1，Z)對(duì)正，從而在表面B的地址B(1，1，Z)上構(gòu)建出一個(gè)相同裝配平臺(tái)(圖中用“O”代表)。一旦在地址B(1，1，Z)處構(gòu)建出裝配平臺(tái)之后，制造過(guò)程進(jìn)入到圖7B所示步驟。如圖7B所示，地址A(1，1，Z)的裝配平臺(tái)在地址B(2，1，Z)上構(gòu)建出一裝配平臺(tái)，且與此過(guò)程平行地，地址B(1，1，Z)上的裝配平臺(tái)也在地址A(2，1，Z)上構(gòu)建出一裝配平臺(tái)。
一旦在地址B(2，1，Z)和A(2，1，Z)上構(gòu)建出裝配平臺(tái)之后，制造過(guò)程進(jìn)入到圖7C所示步驟。更具體來(lái)講，對(duì)已經(jīng)制出的四個(gè)裝配平臺(tái)進(jìn)行對(duì)齊，從而可在兩表面上標(biāo)記為“O”的地址上并行地構(gòu)建出另外四個(gè)裝配平臺(tái)。一旦這些裝配平臺(tái)構(gòu)建完成之后，制造過(guò)程就進(jìn)入到圖7D所示的步驟。更具體來(lái)講，對(duì)表面A和B上已制出的八個(gè)裝配平臺(tái)進(jìn)行對(duì)齊，從而可在兩表面上標(biāo)記為“O”的地址上并行地構(gòu)建出另外八個(gè)裝配平臺(tái)。在圖7D所示裝配迭代完成之后，每個(gè)表面上都構(gòu)建出了一整行裝配平臺(tái)，這些裝配平臺(tái)可按照?qǐng)D7E所示方式平行地工作，從而構(gòu)建出另外的一些裝配平臺(tái)。具體來(lái)講，如圖7E所示，對(duì)已經(jīng)制出的十六個(gè)裝配平臺(tái)進(jìn)行對(duì)齊，從而可在每一表面上標(biāo)記為“O”的地址上并行地構(gòu)建出另外十六個(gè)裝配平臺(tái)。即，表面A的行1可與表面B的行2對(duì)齊，以在表面B的行2上構(gòu)建裝配平臺(tái)，并且與之并行的是，表面B的行1與表面A的行2對(duì)齊，以在表面A的行2上構(gòu)建裝配平臺(tái)。
一旦圖7E的裝配迭代完成，每個(gè)表面具有已構(gòu)建的組裝平臺(tái)的兩行，其可與以圖7F的方式構(gòu)建其它裝配平臺(tái)并行操作。尤其是，如圖7F所示，對(duì)已構(gòu)建的32個(gè)裝配平臺(tái)進(jìn)行對(duì)齊，從而可在兩表面上標(biāo)記為“O”的地址上并行地構(gòu)建出另外32個(gè)裝配平臺(tái)。也就是說(shuō)，使表面A的行2、行1分別與表面B的行3、行4對(duì)齊，從而可在表面B的行3、4上構(gòu)建出裝配平臺(tái)，與此并行的是表面B的行2、1可與表面A的行3、4對(duì)齊，從而在表面A的行3、行4上構(gòu)建出裝配平臺(tái)。在完成了圖7F所示的裝配迭代之后，每個(gè)表面上都構(gòu)建出了四行裝配平臺(tái)，然后，這些裝配平臺(tái)可按照?qǐng)D7G所示的方式、平行地工作而構(gòu)建出另外一些裝配平臺(tái)。具體來(lái)講，如圖7G所示，對(duì)已經(jīng)制出的64個(gè)裝配平臺(tái)進(jìn)行對(duì)齊，從而可在兩表面上標(biāo)記為“O”的地址上并行地構(gòu)建出另外64個(gè)裝配平臺(tái)。也就是說(shuō)，表面A的行4-1分別與表面B的行5-8對(duì)齊，以在表面B的行5-8上構(gòu)建裝配平臺(tái)，且與此并行的是表面B上的行4-1與表面A上的行5-8對(duì)齊，從而可在表面A的行5-8構(gòu)建出裝配平臺(tái)。
一旦完成了圖7G中的裝配迭代過(guò)程之后，就形成了兩個(gè)完全構(gòu)建出裝配平臺(tái)的表面。之后，如圖7H所示，可將完工后的表面A與另一個(gè)表面C對(duì)正，從而可在表面C上平行地裝配出所有64個(gè)裝配平臺(tái)。另外，完工后的表面B也可以與另一表面D(圖中未示出)對(duì)正，從而在表面D上平行地裝配出所有64個(gè)裝配平臺(tái)?？梢岳斫庖部梢詫RMS設(shè)計(jì)成能使完工后的表面A和B并行地在新表面C和D上裝配另外一些裝配平臺(tái)。因而，如圖7A-7H所示，一最佳實(shí)施例的SRMS使一裝配過(guò)程以指數(shù)規(guī)律進(jìn)行，從而在n次迭代之后，將復(fù)制出O(2n)個(gè)裝配平臺(tái)。因而，在一最佳實(shí)施例中，能以非常高的效率自復(fù)制構(gòu)建裝配平臺(tái)。
上述的最佳實(shí)施例的過(guò)程假定印模地址呈現(xiàn)方形陣列，該陣列每一邊為2的冪。這樣的布置就保證了在每次迭代的開(kāi)始，各個(gè)裝配平臺(tái)所面對(duì)的都是一個(gè)新的工作地址。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在SRMS的優(yōu)選實(shí)施例中也可能會(huì)執(zhí)行其它的裝配過(guò)程。舉例來(lái)講，可能希望在圖5、6所示晶片300、350上的彎邊區(qū)域填設(shè)另外一些印模地址，以提高產(chǎn)量，這樣的備選設(shè)置將導(dǎo)致在某些裝配迭代過(guò)程中，某些裝配平臺(tái)在平板硅面(或空白區(qū)域)的對(duì)面。但是，由于裝配平臺(tái)被優(yōu)選地設(shè)計(jì)為以開(kāi)環(huán)模式進(jìn)行工作，所以這樣的設(shè)計(jì)并不會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，其中，在開(kāi)環(huán)模式中，在空白區(qū)域?qū)γ娴难b配平臺(tái)將沿其它裝配平臺(tái)移動(dòng)，但并不完成任何作業(yè)。對(duì)于另外的備選布置方式，如要裝配出大量的裝配平臺(tái)，將在最小的“N”次迭代之外再需要多次迭代，其中的“N”為一方形陣列所需要的迭代次數(shù)。但是，在此情況下，自復(fù)制裝配平臺(tái)仍然能高效地完成裝配過(guò)程。舉例來(lái)講，一旦可得到一個(gè)完全裝配好的晶片后，就可以在一次迭代中裝配出一相同的晶片，而不受晶片陣列布局的影響。
如上所述，在一最佳實(shí)施例中，設(shè)置了一個(gè)第一晶片300以及與其相面對(duì)的晶片350，其中，晶片300與350互為鏡像。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在優(yōu)選實(shí)施例中，晶片互為鏡像只在完整地構(gòu)建第一個(gè)晶片裝配平臺(tái)的過(guò)程中是必要條件。也就是說(shuō)，一旦第一晶片的裝配完成之后，就可以將另一晶片提交給該完工后的晶片，完工后晶片的裝配平臺(tái)將在提交來(lái)的晶片上構(gòu)建出裝配平臺(tái)，而并不需要提交來(lái)的裝配平臺(tái)在已完工的晶片上構(gòu)建裝配平臺(tái)。因而，對(duì)于這樣的構(gòu)建過(guò)程，坐標(biāo)系的鏡像對(duì)稱性就不是必要條件了。另外，對(duì)于裝配平臺(tái)不是互為鏡像的布局，每次迭代過(guò)程中只需要向一面晶片提供能量。由晶片搬運(yùn)機(jī)(即平移機(jī))提供的共享自由度將只施用于主動(dòng)晶片。在該實(shí)施方式中，裝配平臺(tái)的增長(zhǎng)率為Fibonacci數(shù)列。
在一最佳實(shí)施例中，SRMS借助于推算定位操作(也就是說(shuō)不向控制計(jì)算機(jī)發(fā)送反饋信息)，并采用了面對(duì)面的定位裝配。假定由SRMS的優(yōu)選實(shí)施例制造出了大量的裝配平臺(tái)，則裝配某一個(gè)(或某幾個(gè))裝配平臺(tái)時(shí)的出錯(cuò)幾率就增大了。另外，當(dāng)以指數(shù)規(guī)律執(zhí)行裝配時(shí)，裝配過(guò)程早期出現(xiàn)的錯(cuò)誤將具有很大的破壞性這是由于每個(gè)裝配平臺(tái)將有2n個(gè)后代取決于其能否精確工作。因而，希望能在SRMS中對(duì)裝配平臺(tái)執(zhí)行一定形式的測(cè)試。這種測(cè)試有多種實(shí)施方法。在其中的一種測(cè)試方法中，兩個(gè)裝配平臺(tái)進(jìn)行“握手”聯(lián)絡(luò)。每個(gè)裝配平臺(tái)的活動(dòng)將與其相對(duì)表面上的“幽靈”的活動(dòng)鏡像對(duì)稱。如果將控制器設(shè)置在兩表面的中間位置，控制器將始終能與之彼此接觸。一種簡(jiǎn)單的連續(xù)性試驗(yàn)可檢查是否是這樣?？稍诙鄠€(gè)位置點(diǎn)上對(duì)裝配平臺(tái)作“握手”檢查，從而確保所有的驅(qū)動(dòng)器都能正常工作。
在通過(guò)自復(fù)制方法構(gòu)建出了所需數(shù)目的裝配平臺(tái)之后，就可以用裝配平臺(tái)來(lái)直接執(zhí)行其它的某些功用。例如，可用裝配平臺(tái)來(lái)構(gòu)建其它的裝置。作為另一個(gè)示例，也可以將這些裝配平臺(tái)作為部件添加到更大的裝置中。例如，一個(gè)機(jī)械手可自復(fù)制出許多機(jī)械手，然后，將這些機(jī)械手合并到需要一個(gè)或多個(gè)機(jī)械手的一大型裝置中。另外，一旦某個(gè)裝配平臺(tái)的晶片構(gòu)建完成后，就可以將該晶片與一專用晶片配對(duì)，然后通過(guò)并行裝配對(duì)該專用晶片進(jìn)行裝配?？舍槍?duì)具體的制造任務(wù)對(duì)專用晶片進(jìn)行優(yōu)化，而該專用晶片是不能進(jìn)行自復(fù)制的。
III.一最佳實(shí)施例的MS2R的實(shí)施方式上述對(duì)SRMS最佳實(shí)施例的描述不涉及其中所用裝配平臺(tái)的類型。可以理解該制造系統(tǒng)可采用任何能執(zhí)行自復(fù)制的裝配平臺(tái)類型，且諸如此類的設(shè)計(jì)都屬于本發(fā)明的范圍。最為優(yōu)選的是采用一種能推算定位的裝配平臺(tái)，從而在該系統(tǒng)中不需要采用反饋控制。
圖8A和圖8B表示了一種裝配平臺(tái)的實(shí)施方式，其可用在非生物SRMS的最佳實(shí)施例中。圖8A、8B所示裝配平臺(tái)的實(shí)施形式在本文中稱為MS2R。如下文將要詳細(xì)討論的那樣，這樣的MS2R可構(gòu)建為一微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置，這種裝置適于執(zhí)行微裝配作業(yè)而制造出一相同的裝置。MS2R的這種設(shè)計(jì)僅作為一個(gè)舉例，該MS2R所能執(zhí)行的功能在這種非生物SRMS中可采用其它許多種裝配平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。
如下文將要詳盡討論的那樣，圖8A所示的MS2R實(shí)施例具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。但應(yīng)當(dāng)理解可以有多種其它的變形實(shí)施方式，以使得制造平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度多一些或少一些，且任何這樣的實(shí)施例都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，可將制造平臺(tái)設(shè)計(jì)成具有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的“MS3R”，或者可以將其設(shè)計(jì)成只具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的“MS1R”。
如圖8所示，將一MS2R作為裝配平臺(tái)，其包括兩個(gè)元件在基底850上的一基礎(chǔ)元件800和一個(gè)第二(“配對(duì)”)元件814?；A(chǔ)元件800包括一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的元件802(例如為一“轉(zhuǎn)盤”)，其與基礎(chǔ)元件800的表面可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接。因而，具有轉(zhuǎn)盤802的基礎(chǔ)元件800為MS2R提供了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。如上文討論的那樣，在一最佳實(shí)施例中，MS2R最好是與一可在三維空間內(nèi)平移的基底850相聯(lián)接，其中，在三維空間內(nèi)平移也即意味著可沿X、Y、Z軸平移，這樣就使得MS2R具有三個(gè)平移自由度。更具體來(lái)講，MS2R的基礎(chǔ)元件800可被聯(lián)接到基底850上，例如為一晶片。MS2R的元件814還包括一機(jī)械手810，其可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到元件814上。具體來(lái)講，機(jī)械手810可與一轉(zhuǎn)盤812相聯(lián)接，轉(zhuǎn)盤812可轉(zhuǎn)動(dòng)地聯(lián)接到元件814上，從而使機(jī)械手810具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。因此，轉(zhuǎn)盤812為MS2R提供了第二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。轉(zhuǎn)盤802和/或轉(zhuǎn)盤812并不必須是具有完全的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度(即并不必須是轉(zhuǎn)360度)，而是可這樣設(shè)計(jì)MS2R使得轉(zhuǎn)盤802和/或裝配812只有少量的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度(例如能轉(zhuǎn)180度、90度或其它角度)。在圖8A所示的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)盤802能在圖中其對(duì)應(yīng)的位置1和位置2之間轉(zhuǎn)動(dòng)，類似地，轉(zhuǎn)盤812也可在其對(duì)應(yīng)的位置1和位置2之間轉(zhuǎn)動(dòng)。最為優(yōu)選的是機(jī)械手810包括某種類型的“夾鉗”，圖中表示為夾鉗890，其使機(jī)械手能抓取一個(gè)部件，從而能執(zhí)行構(gòu)建一相同MS2R所必要的拾取操作和放置操作。這樣的夾鉗890可以是任何類型的現(xiàn)有夾鉗，或者是在以后出現(xiàn)的夾鉗類型，但最好是這樣一種夾鉗其公開(kāi)在由本申請(qǐng)人同時(shí)提交的一美國(guó)專利申請(qǐng)中，該申請(qǐng)?zhí)枮閇代理人備案號(hào)第50767-P004US-10006225]，名稱為“用于微型元件的夾鉗及互補(bǔ)型手柄”，該申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容結(jié)合到本申請(qǐng)中作為參考。另外，配對(duì)元件814最好包括互補(bǔ)的手柄808，以協(xié)助夾鉗對(duì)配對(duì)部件814的抓取(用以將配對(duì)元件與基礎(chǔ)元件800聯(lián)接起來(lái))MS2R能抓取圖8B中所示一面對(duì)基底表面852上的部件，其將部件抓夾起來(lái)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)(例如轉(zhuǎn)過(guò)90度)，且將部件安裝到位。例如，要被裝配的部件可包括連接器和配對(duì)孔，連接器和配對(duì)孔例如公開(kāi)在由本申請(qǐng)人同時(shí)提交的美國(guó)專利申請(qǐng)[代理人備案號(hào)第50767-P005US-10006213]，名稱為“用于聯(lián)接微型元件的系統(tǒng)和方法”，該專利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容結(jié)合到本申請(qǐng)中作為參考資料，其中的技術(shù)方案使得各個(gè)部件可理想地相互聯(lián)接起來(lái)。例如，在圖8A所示的實(shí)施例中，配對(duì)元件814包括連接器806，通過(guò)將該連接器806插入到基礎(chǔ)元件800轉(zhuǎn)盤802上的配對(duì)孔804中，可將配對(duì)元件814聯(lián)接到轉(zhuǎn)盤802上。另外，如果需要實(shí)現(xiàn)電路連接，則連接器806和孔804將是這樣的電路連接器其公開(kāi)在由本申請(qǐng)人同時(shí)提交的美國(guó)專利申請(qǐng)[代理人備案號(hào)第50767-P007US-10009057]，名稱為“帶纜以及用于微型元件的電路連接器”，該專利申請(qǐng)的公開(kāi)內(nèi)容結(jié)合到本申請(qǐng)中作為參考資料，其中的技術(shù)方案使得各個(gè)部件可理想地相互聯(lián)接起來(lái)。
下面是一個(gè)示例性的裝配次序首先，可用一外部夾鉗抓住手柄808、舉起配對(duì)元件814、轉(zhuǎn)動(dòng)配對(duì)元件814、并將連接器806插入到配對(duì)的孔804中，從而將配對(duì)連接器814聯(lián)接到轉(zhuǎn)盤802上。此時(shí)，第一個(gè)MS2R的裝配就完成了(即完成了圖8A所示的MS2R)。圖9A是該裝配完成后的MS2R的示例性俯視圖，圖9B是裝配完成后MS2R的示例性側(cè)視圖。如圖9B所示，最好是用元件814的連接器806、通過(guò)轉(zhuǎn)盤802來(lái)將元件814與基礎(chǔ)元件800相聯(lián)接?？梢岳斫庠摰谝籑S2R的裝配可以由人工來(lái)完成，和/或用某種其它的機(jī)械裝配裝置。
一旦該第一MS2R裝配完成后，就可以將其轉(zhuǎn)動(dòng)或執(zhí)行其它定位，而使其面對(duì)著另一基底，該基底例如為圖8B所示的基底852，其上設(shè)置有裝配另一個(gè)MS2R所必需的部件。因而，例如可將圖8A所示的第一MS2R定位成這樣使得基礎(chǔ)元件800的前面面對(duì)著圖8B所示的基礎(chǔ)元件820和配對(duì)元件822。第一MS2R的轉(zhuǎn)盤802轉(zhuǎn)到其位置2，且將第一MS2R平移，以將機(jī)械手810的夾鉗890與元件822的手柄824對(duì)齊。機(jī)械手810的夾鉗890與手柄824接合，從而可抓起元件822。然后，第一MS2R的轉(zhuǎn)盤812轉(zhuǎn)過(guò)約90度而到達(dá)其位置2處，從而可使抓起的元件822轉(zhuǎn)動(dòng)。然后，第一MS2R平移而將被抓起元件822的連接器826與元件820轉(zhuǎn)盤803上的配對(duì)孔828對(duì)齊，之后，第一MS2R平移而將連接器826插入到配對(duì)孔828中，從而將元件822和820聯(lián)接起來(lái)。然后，機(jī)械手810的夾鉗890放開(kāi)被抓著的元件822的手柄824，這樣就完成了將元件820和822裝配成一相同的第二MS2R的過(guò)程。然后，該第二MS2R用其元件(例如其帶有夾鉗892的機(jī)械手)以類似的方式裝配出另一個(gè)MS2R。因此，該MS2R裝配平臺(tái)通過(guò)裝配出一個(gè)相同的裝配平臺(tái)而實(shí)現(xiàn)了自復(fù)制。
盡管在上文介紹了MS2R的一種實(shí)施例，但轉(zhuǎn)動(dòng)自由度多于兩個(gè)或少于兩個(gè)的制造平臺(tái)都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。例如，如果將要被裝配的元件布置為合適的狀態(tài)，用僅有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的MS1R就能實(shí)現(xiàn)自復(fù)制。
如上所述，在一優(yōu)選實(shí)施例中提供了一種SRMS，其采用定位裝配的形式。因而，在可接受的誤差限度內(nèi)，將要被裝配成裝配平臺(tái)的部件設(shè)置在一表面內(nèi)的適當(dāng)位置上(例如設(shè)置在一晶片的印模地址上)。在一最佳實(shí)施例中，這些部件被制造和/或布置在印模地址上。其中，可采用授予Muller等人的、名稱為“微通道元件及其制造方法”的美國(guó)專利4740410中所公開(kāi)的制造過(guò)程；和/或公開(kāi)在授予Chris Keller的、名稱為“用于制造高垂直外形比薄膜結(jié)構(gòu)的方法”的第5660680號(hào)美國(guó)專利中的制造過(guò)程；以及公開(kāi)在授予Chris Keller的、名稱為“多層高垂直外形比薄膜結(jié)構(gòu)”的第5645684號(hào)美國(guó)專利中的制造過(guò)程。下面將結(jié)合圖11更為詳細(xì)地描述一種可采用制造過(guò)程的最佳實(shí)施例。下面描述的示例性制造過(guò)程能使得MEMS元件成為完全可脫離的(例如能與基底或晶片完全脫開(kāi))，且使這些MEMS元件具有電絕緣性。
參見(jiàn)圖11，下面將描述該示例性的制造過(guò)程，其中提供了一基底，其例如是一硅晶片1002。在晶片1002上首先淀積一犧牲去除底層1004，該底層包括二氧化硅。之后，再淀積一導(dǎo)電基層，其最好包括低應(yīng)力的多晶硅，從而形成一多晶硅基層。然后，再淀積一層絕緣材料—例如為氮化硅，從而用該絕緣材料罩封住導(dǎo)電基層。之后，再對(duì)絕緣材料和導(dǎo)電基層進(jìn)行布圖設(shè)計(jì)(例如用通常的平板印刷技術(shù))，該布圖設(shè)計(jì)例如會(huì)造成兩分開(kāi)的導(dǎo)電基層1008和1010分別被絕緣層1012和1014所罩封。在對(duì)絕緣層進(jìn)行布圖設(shè)計(jì)時(shí)，例如在絕緣材料1014的1016處形成一個(gè)孔洞，用于接近導(dǎo)電基層。然后再淀積一層犧牲去除材料(例如二氧化硅)，而形成一犧牲去除層1，在圖11中標(biāo)記為層1006。然后對(duì)犧牲去除層1進(jìn)行布圖，之后再淀積一導(dǎo)電層(例如多晶硅)，此層被稱為“多晶硅1”層或“P1”層。
然后對(duì)新淀積的導(dǎo)電層進(jìn)行布圖，該過(guò)程例如會(huì)形成分開(kāi)的P1元件1020、1024和1026。然后再淀積另一層犧牲去除材料(例如為二氧化硅)，而形成一犧牲去除層2，在圖11中標(biāo)記為層1018，然后對(duì)犧牲去除層2進(jìn)行布圖，之后再淀積另一導(dǎo)電層(例如多晶硅)，此層被稱為“多晶硅2”層或“P2”層。然后對(duì)新淀積的導(dǎo)電層進(jìn)行布圖，該過(guò)程例如會(huì)形成分開(kāi)的P2元件1028和1030。之后，可淀積一層導(dǎo)電性非常好的材料(例如為金)，并進(jìn)行布圖而例如形成金層1032和1034。當(dāng)然，可以按照類似的方式形成任何個(gè)連續(xù)的層。最后，通過(guò)將犧牲去除層1和2以及犧牲去除底層暴露到一種去除劑中—例如為氫氟酸(HF)中，而顯形出元件。因而，用這種過(guò)程制出的MEMS元件可與晶片完全分離開(kāi)，并具有電絕緣性。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在備選的實(shí)施例中，也可以用現(xiàn)有或以后出現(xiàn)的任何制造方法或布置方法來(lái)在表面的適當(dāng)位置上制出和/或布置部件。
上述的最佳實(shí)施例是以MS2R作為裝配平臺(tái)。但是，應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明的SRMS并不僅限于以MS2R作為裝配平臺(tái)的實(shí)施例。而在可選實(shí)施例中可采用任何的裝配平臺(tái)，且這些實(shí)施例都屬于本發(fā)明的范圍。另外，上述的最佳實(shí)施例是以指數(shù)增長(zhǎng)率復(fù)制裝配平臺(tái)的。例如，在一實(shí)施例中，在SRMS中是以Fibonacii數(shù)列的規(guī)律對(duì)裝配平臺(tái)進(jìn)行復(fù)制的，而在另一實(shí)施例中，在經(jīng)過(guò)n次迭代之后，裝配平臺(tái)的復(fù)制數(shù)目將為O(2n)。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的SRMS并不僅限于這些裝配平臺(tái)以指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)的實(shí)施例。而是可以有很多種裝配平臺(tái)不按照指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)的實(shí)施例，且這樣的實(shí)施例也都是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。作為一個(gè)舉例，可以設(shè)計(jì)成各裝配平臺(tái)依次地只構(gòu)建出單個(gè)相同的裝配平臺(tái)。
在上述的一優(yōu)選實(shí)施例中，裝配平臺(tái)執(zhí)行推算定位操作來(lái)構(gòu)建相同的裝配平臺(tái)(即執(zhí)行復(fù)制)。例如，裝配平臺(tái)可從一控制計(jì)算機(jī)接受裝配指令，且該裝配平臺(tái)在不向控制計(jì)算機(jī)發(fā)送反饋信息的情況下構(gòu)建出相同的裝配平臺(tái)。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的SRMS并不僅限于其中的裝配平臺(tái)執(zhí)行推算操作的實(shí)施例。而是可以有多種形式的實(shí)施例，這些實(shí)施例能使裝配平臺(tái)在構(gòu)建相同裝配平臺(tái)的過(guò)程中向控制計(jì)算機(jī)發(fā)送某種反饋信息，任何這樣的實(shí)施例都應(yīng)被看作是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在上述的一優(yōu)選實(shí)施例中，小尺度(例如在微米尺度或納米尺度上)的裝配平臺(tái)構(gòu)建出相同的裝配平臺(tái)(即其它的微米尺度或納米尺度裝配平臺(tái))。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的SRMS并不僅限于其中的小尺度裝配平臺(tái)執(zhí)行小尺度操作(例如，微米裝配操作或納米裝配操作)的實(shí)施例?？梢杂卸喾N形式的實(shí)施例，這些實(shí)施例中，裝配平臺(tái)的尺寸是任意的，且用任意尺寸的部件構(gòu)建相同的裝配平臺(tái)，這些實(shí)施例都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的范圍。
在SRMS上述的一優(yōu)選實(shí)施例中，使得裝配平臺(tái)能構(gòu)建其它的相同裝配平臺(tái)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到并不需要將SRMS設(shè)計(jì)成使裝配平臺(tái)構(gòu)建完全相同的裝配平臺(tái)。SRMS的該優(yōu)選實(shí)施例可提供一種通用的制造系統(tǒng)，其能裝配出專用制造系統(tǒng)。該專用制造系統(tǒng)可以與該通用制造系統(tǒng)完全相同(即實(shí)際上稱為另一“通用”制造系統(tǒng))，或者可以與通用制造系統(tǒng)不同。例如，SRMS的一優(yōu)選實(shí)施例可被設(shè)計(jì)成這樣使裝配平臺(tái)可進(jìn)行多代生長(zhǎng)，在此過(guò)程中，第一代裝配平臺(tái)裝配出一第二代裝配平臺(tái)(或后代裝配平臺(tái))。之后，該后代裝配平臺(tái)進(jìn)一步裝配出更后一代的裝配平臺(tái)，以此類推?？梢岳斫飧鞔b配平臺(tái)可以是完全相同的。但是，在某些實(shí)施方式中，各代裝配平臺(tái)也可以是“相似”的裝配平臺(tái)，沒(méi)有必要完全相同。例如，其中某一代或多代裝配平臺(tái)的尺寸可以與早先幾代的尺寸不同。舉例來(lái)講，第一代裝配平臺(tái)所裝配出的第二代裝配平臺(tái)可以是第一代的微縮版，也可以是第一代的放大版。作為另一舉例，其中某一代或某幾代裝配平臺(tái)可以與早先幾代裝配平臺(tái)完全不同。舉例來(lái)講，初始裝配平臺(tái)(即第一代裝配平臺(tái))可在某些方面與其后代裝配平臺(tái)不同。作為一個(gè)舉例，初始裝配平臺(tái)可以具有相對(duì)較大的尺寸，但卻可以構(gòu)建出小一些的裝配平臺(tái)，其反過(guò)來(lái)又能構(gòu)建出更小的裝配平臺(tái)。作為備選方案，在最后一代裝配出的平臺(tái)可能不能構(gòu)建出其它代的裝配平臺(tái)，但這是一項(xiàng)有一定用處的功能。例如，可使每一代依次縮小，從而使最后一代的尺寸小到不能構(gòu)建出更小的后代，但該最后代卻具有理想的尺寸以及一定的其它功能。進(jìn)一步備選的方案是裝配平臺(tái)的X代可能會(huì)制造出裝配平臺(tái)的Y代，其中，Y代裝配平臺(tái)的特征在于其能有效地構(gòu)建出一專用的最終產(chǎn)品，但卻不適于有效地構(gòu)建X代的通用裝配平臺(tái)。上述的構(gòu)建原理是否適于裝配平臺(tái)執(zhí)行與裝配平臺(tái)的各代是否完全相同無(wú)關(guān)。舉例來(lái)講，SRMS可被設(shè)計(jì)成以指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)，而不論各代裝配平臺(tái)是否完全相同。
此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到每個(gè)裝配平臺(tái)實(shí)際上都可包括多個(gè)裝配平臺(tái)(或多個(gè)“亞裝配平臺(tái)”)。因而，多個(gè)裝配平臺(tái)可共同工作而構(gòu)建出另外的裝配平臺(tái)，該裝配平臺(tái)也包括多個(gè)亞裝配平臺(tái)。舉例來(lái)講，裝配平臺(tái)中的每個(gè)亞裝配平臺(tái)可裝配另一裝配平臺(tái)上的一部分。例如，一第一裝配平臺(tái)包括兩個(gè)亞裝配平臺(tái)A和B。亞裝配平臺(tái)A的作用是在一相對(duì)表面上裝配出一亞裝配平臺(tái)B，亞裝配平臺(tái)B的功能是在該相對(duì)表面上裝配出一亞裝配平臺(tái)A，這樣，就形成了一個(gè)包括亞裝配平臺(tái)A和B的第二裝配平臺(tái)。
在上述的最佳實(shí)施例中，裝配平臺(tái)是用平板印刷制造的部件構(gòu)建出相同或不相同的裝置。但是，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的SRMS并不僅限于這樣的實(shí)施例裝配平臺(tái)對(duì)平板印刷制出的部件執(zhí)行小尺度的裝配操作。而是可以有其它多種實(shí)施方式，從而使得裝配平臺(tái)能用某些部件構(gòu)建出相同或不相同的裝置，其中的那些部件是用已知的其它任何工藝或以后將要出現(xiàn)的工藝制造出來(lái)的，這些工藝包括(但并不限于此)生物化學(xué)(例如自裝配的單分子層)、分子互補(bǔ)(例如固態(tài)核苷酸結(jié)構(gòu))或機(jī)械裝置，且這樣的實(shí)施例都屬于本發(fā)明的范圍。
盡管在上文對(duì)本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了描述，但需要理解可以有多種形式的改變、替換和變型，且它們都不超出由所附權(quán)利要求確定的本發(fā)明范圍。另外，本發(fā)明的范圍并不應(yīng)當(dāng)被限定于說(shuō)明書(shū)中所描述的具體工藝、機(jī)器、制造、事件組成、裝置、方法以及步驟。由于本領(lǐng)域技術(shù)人員從本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容可很容易地領(lǐng)會(huì)出根據(jù)本發(fā)明，可采用現(xiàn)有技術(shù)中存在的或以后將要出現(xiàn)的工藝、機(jī)器、制造、事件組成、裝置、方法或步驟，且它們基本上能實(shí)現(xiàn)與所述實(shí)施例相同的功能或達(dá)到基本相同的技術(shù)效果。因而，權(quán)利要求書(shū)涵蓋的范圍應(yīng)當(dāng)包括這些工藝、機(jī)器、制造、事件組成、裝置、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種制造方法，其包括步驟設(shè)置一第一表面，其上具有至少一個(gè)初始裝配平臺(tái)；設(shè)置一第二表面，該表面具有用于構(gòu)建至少一個(gè)其它裝配平臺(tái)的部件；以及促使所述至少一個(gè)初始裝配平臺(tái)用所述第二表面上的部件構(gòu)建至少一個(gè)相同的裝配平臺(tái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述部件是預(yù)先布置到所述第二表面上的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括步驟在所述第一表面上構(gòu)建所述初始裝配平臺(tái)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一和第二表面是晶片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于每個(gè)所述晶片上都具有至少一個(gè)印模地址，在該印模地址上預(yù)設(shè)置了所述部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的相同裝配平臺(tái)是具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的裝配平臺(tái)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述的相同裝配平臺(tái)具有至少兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述初始裝配平臺(tái)是具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的裝配平臺(tái)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述初始裝配平臺(tái)是具有至少兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的裝配平臺(tái)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述促使步驟還包括從一控制計(jì)算機(jī)向所述至少一個(gè)初始裝配平臺(tái)傳遞指令的過(guò)程。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述指令的傳遞是通過(guò)無(wú)線電傳遞結(jié)構(gòu)完成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述控制計(jì)算機(jī)與一特定裝配平臺(tái)相關(guān)聯(lián)，用于只向所述的特定裝配平臺(tái)傳遞所述指令。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述的至少一個(gè)初始裝配平臺(tái)利用推算定位操作構(gòu)建出所述的至少一個(gè)相同裝配平臺(tái)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述推算定位操作包括以下操作不從所述至少一個(gè)初始裝配平臺(tái)向所述控制計(jì)算機(jī)發(fā)送反饋信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)初始裝配平臺(tái)在構(gòu)建所述至少一個(gè)相同裝配平臺(tái)的過(guò)程中向所述控制計(jì)算機(jī)發(fā)送反饋信息。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述反饋信息包括傳感器驅(qū)動(dòng)型反饋信息。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述傳感器驅(qū)動(dòng)型反饋包括由位置傳感器驅(qū)動(dòng)的反饋信息。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括步驟平移至少一個(gè)所述第一、第二表面，使它們產(chǎn)生相對(duì)平移。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所述平移操作同時(shí)使所述第一和第二表面中的至少一個(gè)的所有裝配平臺(tái)都相對(duì)于第一和第二表面的另一表面產(chǎn)生平移。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括步驟促使所述第二表面上的至少一個(gè)裝配平臺(tái)用所述第一表面上的部件在第一表面上構(gòu)建至少一個(gè)相同的裝配平臺(tái)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于所述第一表面上的所述部件是預(yù)先設(shè)置在第一表面上的。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于還包括步驟促使所述第一表面上的至少一個(gè)裝配平臺(tái)用所述第二表面上的部件在第二表面上構(gòu)建至少一個(gè)相同的裝配平臺(tái)，并促使所述第二表面上的至少一個(gè)裝配平臺(tái)用所述第一表面上的部件、以往復(fù)方式在第一表面上構(gòu)建至少一個(gè)相同的裝配平臺(tái)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括步驟促使所述第二表面上的所述至少一個(gè)裝配平臺(tái)用所述第一表面上的部件在第一表面上構(gòu)建至少一個(gè)相同的裝配平臺(tái)，且與之并行地促使所述至少一個(gè)初始裝配平臺(tái)用所述第二表面上的部件構(gòu)建出至少一個(gè)相同的裝配平臺(tái)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括步驟促使所述裝配平臺(tái)以指數(shù)規(guī)律執(zhí)行復(fù)制。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于還包括步驟促使所述裝配平臺(tái)按照斐波納契(Fibonacci)數(shù)列規(guī)律執(zhí)行復(fù)制。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于還包括步驟促使所述裝配平臺(tái)以這樣的方式進(jìn)行復(fù)制n次重復(fù)裝配之后將產(chǎn)生大約2n個(gè)裝配平臺(tái)。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述裝配平臺(tái)是一微米尺度的裝配平臺(tái)。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述裝配平臺(tái)是從一組裝配平臺(tái)中選出的，這組裝配平臺(tái)包括納米尺度的裝配平臺(tái)和分子尺度的裝配平臺(tái)。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述裝配平臺(tái)是一MEMS裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述部件是微米尺度的部件。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于還包括步驟利用平板印刷工藝制造所述部件。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括步驟制造所述部件的工藝是從一組工藝中選出的，這組工藝包括平板印刷、自裝配、分子互補(bǔ)以及機(jī)械工藝。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述部件是從一組部件中選出的，這組部件包括納米尺度部件和分子尺度部件。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于設(shè)置步驟包括使所述第一、第二表面相互面對(duì)，其中第一、第二表面被設(shè)置成互為鏡像。
35.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括步驟促使所述至少一個(gè)相同裝配平臺(tái)構(gòu)建至少一個(gè)不相同的裝置。
36.一種非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)，其包括一平移機(jī)，其能使至少一個(gè)第一表面相對(duì)于至少一個(gè)第二表面發(fā)生相對(duì)平移，其中，所述的至少一個(gè)第一表面上具有至少一個(gè)裝配平臺(tái)，且所述的至少一個(gè)第二表面上包括設(shè)置在其上的部件，這些部件用于構(gòu)建出至少一個(gè)另外的裝配平臺(tái)；以及一控制系統(tǒng)，用于控制所述平移機(jī)的工作，并控制所述的至少一個(gè)裝配平臺(tái)，以促使所述的至少一個(gè)裝配平臺(tái)用所述第二表面上的所述部件構(gòu)建出至少一個(gè)其它的裝配平臺(tái)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的至少一個(gè)其它裝配平臺(tái)是相同的裝配平臺(tái)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的相同裝配平臺(tái)與所述至少一個(gè)裝配平臺(tái)完全相同。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的相同裝配平臺(tái)是所述至少一個(gè)裝配平臺(tái)的鏡像。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的相同裝配平臺(tái)是所述至少一個(gè)裝配平臺(tái)的微縮版。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的相同裝配平臺(tái)是所述至少一個(gè)裝配平臺(tái)的放大版。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于所述部件是從一組部件中選出的，這組部件包括微米尺度的部件、納米尺度的部件以及分子尺度的部件。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于所述部件是基于平板印刷的部件。
44.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè)裝配平臺(tái)是微米尺度的裝配平臺(tái)。
45.根據(jù)權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè)第一表面上的所述至少一個(gè)裝配平臺(tái)與該至少一個(gè)第一表面上其它任意的所述至少一個(gè)裝配平臺(tái)共同享有相對(duì)所述至少一第二表面的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
46.一種用于制造裝配平臺(tái)的方法，其包括步驟為至少一第一裝配平臺(tái)組在一第一表面上提供至少一第一組部件；以及促使所述至少第一裝配平臺(tái)組用所述的至少第一組部件構(gòu)建至少一第二組相同的裝配平臺(tái)。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述的第一裝配平臺(tái)組位于一第二表面上。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述的至少第一組部件預(yù)先布置在所述第一表面上。
49.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于還包括步驟為所述的至少第二組相同的裝配平臺(tái)在一第二表面上提供至少一第二組部件；以及促使所述至少第二組相同裝配平臺(tái)用所述的至少第二組部件構(gòu)建至少一第三組相同的裝配平臺(tái)。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于所述的至少一第二組部件是預(yù)置在所述第二表面上的。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于所述的至少一第二裝配平臺(tái)組是位于所述第一表面上。
52.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于所述第一、第二表面是同一基底的兩個(gè)表面。
53.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于所述至少一第一裝配平臺(tái)組位于所述第二表面上，且所述至少一第二裝配平臺(tái)組位于所述第一表面上。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于所述至少一第三裝配平臺(tái)組位于所述第二表面上。
55.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于所述的第一、第二、第三裝配平臺(tái)組都至少包括一個(gè)裝配平臺(tái)。
56.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其特征在于還包括步驟在執(zhí)行所述如下操作的同時(shí)為所述的至少第二組相同的裝配平臺(tái)而在一第二表面提交至少一第二組部件、并促使所述至少第二組相同裝配平臺(tái)用所述的至少第二組部件構(gòu)建至少一第三組相同的裝配平臺(tái)，為所述的至少第一裝配平臺(tái)而在所述第一表面提交至少一第三組部件、并促使所述至少第一組相同裝配平臺(tái)用所述的至少第三組部件構(gòu)建至少一第四組相同的裝配平臺(tái)。
57.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述至少一第二組相同的裝配平臺(tái)與所述至少一第一組裝配平臺(tái)完全相同。
58.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述至少一第二組相同的裝配平臺(tái)是所述至少一第一組裝配平臺(tái)的鏡像。
59.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述至少一第二組相同的裝配平臺(tái)是所述至少一第一組裝配平臺(tái)的微縮版。
60.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述至少一第二組相同的裝配平臺(tái)是所述至少一第一組裝配平臺(tái)的放大版。
61.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述至少一第一組部件是從一組部件中選取的，這組部件包括微米尺度部件、納米尺度部件以及分子尺度部件。
62.一種非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)，其包括一第一表面，其上具有至少一個(gè)第一代裝配平臺(tái)，其中所述的至少第一代裝配平臺(tái)包括至少一個(gè)裝配平臺(tái)；以及一控制系統(tǒng)，其能促使所述至少一個(gè)第一代裝配平臺(tái)用第二表面上的部件構(gòu)建出至少一個(gè)第二代裝配平臺(tái)。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一第二代裝配平臺(tái)包括至少一個(gè)裝配平臺(tái)。
64.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè)第二代裝配平臺(tái)與所述的至少一第一代裝配平臺(tái)完全相同。
65.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一第二代裝配平臺(tái)是所述至少一第一代裝配平臺(tái)的鏡像。
66.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一第二代裝配平臺(tái)是所述至少一第一代裝配平臺(tái)的微縮版。
67.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一第二代裝配平臺(tái)是所述至少一第一代裝配平臺(tái)的放大版。
68.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述部件是預(yù)先布置在所述第二表面上的。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)可促使所述至少一第一代裝配平臺(tái)執(zhí)行定位裝配，而構(gòu)建出所述的至少一第二代裝配平臺(tái)。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)是可操作的，以促使所述至少一第一代裝配平臺(tái)構(gòu)建出所述的至少一第二代裝配平臺(tái)，而無(wú)需從所述初始的那一代裝配平臺(tái)向所述控制系統(tǒng)反饋信息。
71.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括所述控制系統(tǒng)可促使所述至少一第二代裝配平臺(tái)用一第三表面上的部件裝配出至少一第三代裝配平臺(tái)。
72.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述第三表面與第一表面是同一基底的兩面。
73.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一第二代裝配平臺(tái)與所述至少一第一代裝配平臺(tái)是完全相同的。
74.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一第二代裝配平臺(tái)與所述至少一第一代裝配平臺(tái)互為鏡像。
75.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一第二代裝配平臺(tái)是所述至少一第一代裝配平臺(tái)的微縮版。
76.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一第二代裝配平臺(tái)是所述至少一第一代裝配平臺(tái)的放大版。
77.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一第一代裝配平臺(tái)中的每個(gè)裝配平臺(tái)都包括多個(gè)亞裝配平臺(tái)。
78.根據(jù)權(quán)利要求77所述的系統(tǒng)，其特征在于所述多個(gè)亞裝配平臺(tái)中的第一個(gè)亞裝配平臺(tái)能在所述第二表面上構(gòu)建出一第一亞裝配平臺(tái)，且所述多個(gè)亞裝配平臺(tái)中的第二個(gè)亞裝配平臺(tái)能在所述第二表面上構(gòu)建出一第二亞裝配平臺(tái)。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的系統(tǒng)，其特征在于所述至少一第二代裝配平臺(tái)中的一個(gè)裝配平臺(tái)包括位于所述第二表面上的所述第一和第二亞裝配平臺(tái)。
80.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述部件是從一組部件中選出的，這組部件包括微米尺度部件、納米尺度部件以及分子尺度部件。
81.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述部件預(yù)先布置在所述第二表面上，從而可執(zhí)行定位裝配。
82.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述第一、第二表面是晶片。
83.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
84.根據(jù)權(quán)利要求62所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括一微控制器。
85.一種制造裝配平臺(tái)的方法，其包括步驟設(shè)置一第一表面，該表面上具有至少一個(gè)裝配平臺(tái)；促使所述的至少一個(gè)裝配平臺(tái)用一第二表面上的部件構(gòu)建出至少一個(gè)另外的裝配平臺(tái)。
86.根據(jù)權(quán)利要求85所述的方法，其特征在于所述部件預(yù)先布置在所述第二表面上。
87.根據(jù)權(quán)利要求85所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)另外的裝配平臺(tái)是一個(gè)相似的裝配平臺(tái)。
88.根據(jù)權(quán)利要求85所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)另外裝配平臺(tái)是與所述至少一裝配平臺(tái)完全相同的裝配平臺(tái)。
89.根據(jù)權(quán)利要求85所述的方法，其特征在于所述至少一裝配平臺(tái)包括至少兩個(gè)亞裝配平臺(tái)。
90.根據(jù)權(quán)利要求89所述的方法，其特征在于所述第二表面上預(yù)先布置有部件，用于構(gòu)建至少兩個(gè)亞裝配平臺(tái)。
91.根據(jù)權(quán)利要求89所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)另外裝配平臺(tái)包括至少兩個(gè)亞裝配平臺(tái)。
92.根據(jù)權(quán)利要求89所述的方法，其特征在于所述至少兩亞裝配平臺(tái)是不相同的亞裝配平臺(tái)。
93.根據(jù)權(quán)利要求89所述的方法，其特征在于所述至少兩亞裝配平臺(tái)是相同的亞裝配平臺(tái)。
94.根據(jù)權(quán)利要求85所述的方法，其特征在于所述部件是從一組部件中選取的，這組部件包括微米尺度部件、納米尺度部件以及分子尺度部件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種能實(shí)現(xiàn)非生物自復(fù)制制造系統(tǒng)(SRMS)的系統(tǒng)和方法。一優(yōu)選實(shí)施例提供了一種SRMS，其能實(shí)現(xiàn)裝配平臺(tái)的復(fù)制。在一優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)裝配平臺(tái)，而采用定位裝配來(lái)構(gòu)建相同的裝配平臺(tái)。此外，在一最佳實(shí)施例中，裝配平臺(tái)是小尺度的裝置，它們可對(duì)用于構(gòu)建相同裝配平臺(tái)的小尺度部件進(jìn)行處理，其中的小尺度部件例如為微米尺度、納米尺度、甚至是分子尺度上的部件。SRMS的一優(yōu)選實(shí)施例執(zhí)行面對(duì)面的裝配。例如，在一第一表面A(例如為晶片)上的裝配平臺(tái)在另一表面B(例如為晶片)上構(gòu)建出一個(gè)相同的裝配平臺(tái)。SRMS最好被設(shè)計(jì)成這樣使得裝配平臺(tái)的構(gòu)建能高效地進(jìn)行。例如，該構(gòu)建過(guò)程可以按照往復(fù)模式在兩表面之間執(zhí)行，或者可以在兩表面之間并行地執(zhí)行。最為優(yōu)選的是裝配平臺(tái)按照指數(shù)規(guī)律進(jìn)行復(fù)制。一優(yōu)選實(shí)施例中的SRMS被設(shè)計(jì)成能實(shí)現(xiàn)裝配平臺(tái)的多代生長(zhǎng)，在該實(shí)施例中，第一代裝配平臺(tái)能裝配出第二代裝配平臺(tái)(即后代裝配平臺(tái))。之后，該后代裝配平臺(tái)能裝配出更后一代的裝配平臺(tái)，如此類推?？梢岳斫飧鞔b配平臺(tái)可以是完全相同的，或者有某一代裝配平臺(tái)與其它代裝配平臺(tái)是不同的。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1636169SQ01810882
公開(kāi)日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2001年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月11日
發(fā)明者拉爾夫·C·梅克勒, 埃里克·G·帕克, 喬治·D·斯基德莫爾 申請(qǐng)人:塞威公司