一种微流控芯片的热压键合方法技术

本发明专利技术涉及一种新的微流控芯片热压键合方法。所述方法在封闭空间中通过柔性膨胀体对所述芯片的基片和/或盖片的外表面施压，以使所述基片和盖片的键合表面键合。从而解决现有微流控芯片键合方法在热压键合过程中由于上下硬质压板施力表面不平行或者芯片本身翘曲或者堆叠厚度不均匀导致的芯片键合区域受力不均匀的问题，使芯片良品率大大提高。

A hot pressing bonding method for microfluidic chip

The invention relates to a new microfluidic chip hot pressing bonding method. The method is used to press the outer surface of the substrate and / or the cover of the chip by a flexible expander in a closed space, so that the bonding of the base sheet and the cover sheet is bonded. In order to solve the problem that the bonding region of the chip is not uniform due to the non parallel force surface of the hard press plate on the top and the bottom, the chip itself warp or the thickness of the stacking thickness is uneven in the process of hot pressing, which makes the good quality of the chip greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种微流控芯片的热压键合方法
本专利技术涉及微流控芯片
，具体涉及一种微流控芯片的热压键合方法。
技术介绍
微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学等学科领域分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。微流控芯片的制作流程主要采用热模压法制作基片和盖片，并将基片和盖片通过例如热压键合形成具有封闭通道的芯片。目前的微流控芯片热压键合过程中，在芯片的上下面均通过一个金属板或者陶瓷板等硬质压板来施加压力。由于现有硬质压板的上下面很难做到绝对平行，所以会导致施加在芯片上下表面上的压力不均匀，导致芯片内部微结构的塌陷或者形变过大。另外，微流控芯片上的微结构通常是由注塑获得。塑料在注塑后脱模的过程中，由于温度的急剧变化以及微结构存在的缘故，会导致芯片的微小翘曲，注塑较大结构的微流控芯片(比如细胞培养池等)存在翘曲的可能性更大。同样的，由于注塑模具的问题，大部分情况下会导致注塑出来的芯片的厚度存在差异，厚度差异在几十微米是很常见的。芯片的厚度不均匀或者翘曲同样会导致目前已有的加压方式施加在芯片上下面的压力不均匀，这样就会导致芯片键合不均匀，有些地方键合不上，而有些地方由于受力过度以及受热过度，在温度达到塑料的软化点之后将会导致芯片内部微结构的较大程度塌陷或者形变过大导致阻塞，使获得的芯片无法使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的微流控芯片热压键合方法，用以解决现有微流控芯片键合方法在热压键合过程中由于上下硬质压板施力表面不平行或者芯片本身翘曲或者堆叠厚度不均匀导致的芯片键合区域受力不均匀的问题。本专利技术方法可以很好地解决微流控芯片翘曲以及厚度不均匀导致的键合不良，使芯片良品率大大提高。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为一种微流控芯片的热压键合方法，所述方法包括在封闭空间中通过柔性膨胀体对所述芯片的基片和/或盖片的外表面施压，以使所述基片和盖片的键合表面键合。进一步的，所述方法优选在封闭空间中通过柔性膨胀体对所述芯片的盖片的外表面施压，以使所述基片和盖片的键合表面键合。进一步的，所述方法还包括通过硬质压板对所述芯片的基片的外表面施压，以使所述基片和盖片的键合表面键合。优选的，所述硬质压板为金属压板或陶瓷压板。进一步的，在对芯片的基片和盖片的外表面施压的过程中，还通过所述硬质压板对所述芯片加热，以促进所述键合。进一步的，所述柔性膨胀体为气囊，所述气囊通过内部充入压缩气体使气囊膨胀而对所述芯片的基片和/或盖片的外表面施压。进一步的，所述气体为空气或惰性气体，优选惰性气体。进一步的，所述气囊的材质优选为高弹性耐热橡胶。所述高弹性耐热橡胶包括但不限于：硅橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶等。进一步的，所述热压键合的温度为70-90℃，键合压力为1.0-1.1Bar，热压时间为15-18min。进一步的，优选所述热压键合的温度为85℃，键合压力为1.0Bar，热压时间为15min。本专利技术还涉及通过上述方法获得的芯片。通过本专利技术方法获得的芯片，其通道微结构受到上述热压键合过程的影响极小，相比于未经热压键合处理之前，通常结构形变可以控制在10μm以内。另外，通过上述方法获得的芯片，键合稳定可靠，可以在高至7Bar的压力冲击下不开裂。本专利技术采用底部陶瓷板加热的方式进行，芯片可例如堆叠在陶瓷板中央的工装内，压力施加是通过气囊受压缩气体的挤压膨胀施加在芯片堆叠的盖片的上面。通过控制压缩气体的压力并结合封闭空间内温度的调节来实现气囊膨胀的程度，从而实现施加压力的控制。这样的加压方式采用软接触的方式进行，可以有效填补偿芯片堆叠层的翘曲以及厚度的不均匀，从而实现芯片键合范围内的受力均匀，进而确保键合均匀。除上述特点外，本专利技术方法还具有如下优点：1、所述热压键合方法可以补偿芯片翘曲以及芯片厚度不均匀带来的键合受力不均匀，提高芯片键合质量；2、所述热压键合方法采用气囊膨胀加压的方式，相比机械平板加压方式而言更温且压力更均匀，提升了芯片键合品质，可以将芯片微结构的形变控制在10μm以内。附图说明图1为本专利技术实施例中热压键合前微流控芯片和气囊的状态。图2为本专利技术实施例中热压键合过程中微流控芯片和气囊的状态。其中附图标记为：1、容纳舱；2、盖子；3、硬质陶瓷压板；4、气囊；5、微流控芯片基片；6、微流控芯片盖片；7、陶瓷压板加热具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例在本实施例中，通过使用可封闭的热压舱室来进行微流控芯片的热压键合。所述热压舱室可包括容纳舱1和容纳舱上可封闭容纳舱空间的盖子2。容纳舱底部上为硬质陶瓷压板3，其中具有能够容纳微流控芯片的工装，例如定位器或夹具等，以紧密接触并固定芯片尤其是芯片的基片5部分。该陶瓷压板3同时具有加热功能。前述盖子2内侧相对硬质陶瓷压板3一侧具有可充入压缩气体而膨胀的气囊4，所述气囊4例如可以为高弹性耐热的硅橡胶制成，并且可充入例如惰性气体而在容纳舱1和盖子2形成的空间内膨胀，其对底部陶瓷压板3以及其上芯片的压力可通过控制气体充入量以及容纳舱1内的温度来控制。如图1所示，为热压键合前微流控芯片和气囊4的状态。容纳舱1和盖子2已闭合，形成封闭空间。微流控芯片的基片5放置在容纳舱1底部的硬质陶瓷压板3上的工装内，盖片6对准并放置在基片5上。盖子内部的气囊4此时还未充入气体，其同基片5并未接触。如图2所示，热压键合处理进行时，气囊4内充入惰性气体例如氮气，气囊向下膨胀而抵住并均匀覆盖盖片6的上表面；同时硬质陶瓷压板3对其上的基片5和盖片6加热(如标记7所示意)，以促进两者之间键合表面的有效键合。气囊4对盖片6上表面产生的压力可通过控制气体充入量并连同陶瓷压板3控制的容纳舱1内的温度来同时控制。本实施例中热压键合的温度为85℃，键合压力为1.0Bar，热压时间为15min。热压键合完成后停止加热，释放惰性气体，取出芯片。本实施例利用这种可均匀膨胀的气囊进行热压，可以很好地适应芯片微翘曲和芯片厚度不均匀导致的热压受力不均匀，使整个芯片键合面受力更加均匀。热压受力不均匀就会导致热形变差异，会导致整个芯片有些地方键合良好而有些地方不好的情况。常规的热压方法是采用两个硬接触面的方式进行，芯片下面是一块加热板而上面采用另一块金属板并通过丝杠来加压，这样的加压方式采用刚性接触的方式，如果芯片微翘曲或者芯片厚度不均匀就会导致压力不均匀，从而键合效果差。本专利技术中气囊在加压过程中是膨胀的，由于整个舱体是密闭的，所以气囊的膨胀受到热压舱室的空间限制，不会出现无限制膨胀而胀破的情况。本专利技术气囊可采用高弹性耐热硅胶制作，具有很好的弹性和耐热能力。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本专利技术作了详尽的描述，但在本专利技术基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本专利技术精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本专利技术要求保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流控芯片的热压键合方法，其特征在于，所述方法包括在封闭空间中通过柔性膨胀体对所述芯片的基片和/或盖片的外表面施压，以使所述基片和盖片的键合表面键合。

【技术特征摘要】
1.一种微流控芯片的热压键合方法，其特征在于，所述方法包括在封闭空间中通过柔性膨胀体对所述芯片的基片和/或盖片的外表面施压，以使所述基片和盖片的键合表面键合。2.根据权利要求1所述的热压键合方法，其特征在于，所述方法包括在封闭空间中通过柔性膨胀体对所述芯片的盖片的外表面施压，以使所述基片和盖片的键合表面键合。3.根据权利要求2所述的热压键合方法，其特征在于，所述方法还包括通过硬质压板对所述芯片的基片的外表面施压，以使所述基片和盖片的键合表面键合。4.根据权利要求3所述的热压键合方法，其特征在于，所述硬质压板为金属压板或陶瓷压板。5.根据权利要求3所述的热压键合方法，其特征在于，在对所述基片和盖片的外表面施压的过程中，还通过所述硬质压板对所述芯片加...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯昌喜，张文杰，
申请(专利权)人：北京百奥芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11