CN100398431C

CN100398431C - 塑料微流控芯片键合前的预联接方法和装置

Info

Publication number: CN100398431C
Application number: CNB031116698A
Authority: CN
Inventors: 王立鼎; 刘冲; 王晓东; 罗怡; 褚金奎; 刘军山; 廖俊峰; 温敏
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: CN1548361A

Abstract

一种塑料微流控芯片键合前的预联接方法和装置，属于塑料微流控芯片制作技术领域，用于塑料微流控芯片的制作。其方法是安装时先调整弹簧挡片固定螺钉，使弹簧被压缩，该压缩量要大于电热丝加热过程中的伸长量。再将塑料微流控芯片的基片与盖片对准后，保持它们的相对位置不变，采用局部加热的方法将基片与盖片联接起来，实现预联接。其装置由对准台、吸盘、电机安装板、电机、控制电路等组成，还具有两个对称的电热丝加热装置，它们在盖片和基片两侧对称布置。电热丝加热装置由上、下联接块，上、下接线端子，电热丝，弹簧压紧机构，绝缘安装板，移动联接件组成。预联接的方法和装置简化了塑料微流控芯片的制备工艺，并便于实现自动化。

Description

塑料微流控芯片键合前的预联接方法和装置

技术领域

本发明塑料微流控芯片键合前的预联接方法和装置，属于塑料微流控芯片制作技术领域，用于塑料微流控芯片的制作，特别涉及在塑料基片与盖片对准后，键合前的预联接方法和装置。

背景技术

塑料微流控芯片的制作包括微通道成形、对准及键合。微通道的成形是指采用热压等方法在基片或盖片表面制作出截面积为几十微米乘几十微米的沟道。对准是指在对准台上利用光学显微镜以及微运动平台等设备将基片与盖片上的标记对准，以保证基片与盖片上微沟道之间或微沟道与孔之间的相对位置准确。基片与盖片对准后，通常采用的方法是利用特殊设计的卡具将基片与盖片夹紧固定，以保持它们之间的相对位置不变，然后将芯片连同卡具移至键合机或键合台上进行键合，键合前一般还需要键合台或键合机上的机构将芯片顶紧固定，以便松开和退出卡具。由于通常所采用的方法在对准后和键合前的中间环节需要特殊设计的夹具辅助完成，因此造成工艺复杂，同时不便于实现自动化，使塑料芯片的批量化生产效率低下。

由于目前塑料微流控芯片的生产和制作多以手工来完成，因此有关简化工艺方面的研究，在中国专利及外文文献的检索中未发现相关文献。R.Islam等人在国际会议(IEEE SENSORS 2002International Conference)发表的论文中提到用于硅片与硅模板或石英片与硅模板对准及热压成形的方法，该方法虽然用于热压成形，但与上面所述的通常方法相同。硅片与硅模板或石英片与硅模板在EVG620上进行精确对准，对准后使用相当于卡具的工具(The bonding tool)将硅片等固定，然后送到EVG520上进行热压成形。该方法的不足是由于需要重复使用卡具，造成作业过程复杂，同时硅片等在夹持位置得不到键合，这对于塑料芯片来说降低了键合质量，使得芯片容易在得不到键合的位置开裂。T.Suga等人在国际学术会议(ElectronicComponents and Technology Coference，2001)的论文中发表了用于晶片之间在常温下采用SAB(surface activated bonding)进行键合的方法及装置。该装置实现了自动化，晶片在对准与预键合舱室中被对准和预键合(Prebonding)。预键合后的晶片在键合舱室内被施加较大的压力进行键合。这种方法的缺点是SAB需要在超高真空度的环境中进行，同时表面处理复杂，另外这种方法不适用于塑料芯片的键合。

迄今为止，用于硅片等键合的方法不能应用于塑料微流控芯片，而目前现有的用于塑料芯片基片与盖片对准后、键合前的联接方法，由于需要使用专用夹具，使得工艺过程复杂，不便于实现自动化。

发明内容

本发明的目的是提供一种塑料微流控芯片制作中将基片与盖片对准后，键合前的预联接方法，给出一种实现该方法的装置，从而简化制作工艺，便于实现自动化，提高生产效率。

本发明的技术方案是一种塑料微流控芯片键合前的预联接方法和装置，其方法是在塑料芯片基片和盖片上的微通道和孔经成型和加工后，先将塑料微流控芯片的基片1放置在对准台20上，使吸盘3和吸附盖片2，与基片1对准，该方法的具体步骤是：

1)安装时先调整弹簧挡片固定螺钉7，使弹簧5被压缩，该压缩量要大于电热丝加热过程中的伸长量；

2)在基片与盖片对准后，保持它们的相对位置不变，采用局部热联接的方法将基片1与盖片2连接起来，实现预联接；当控制信号发生装置24发出控制信号后，由时间继电器和继电器等组成的控制电路23将电热丝15和恒流电源22接通，电热丝15被加热；同时启动时间继电器，并驱动电机12转动，通过丝杆螺母机构25将旋转运动转换成加热装置安装板14沿圆柱导轨13的直线运动，使电热丝接近并接触塑料芯片，接触后电热丝将基片1和盖片2边缘局部区域熔融，接触3-5秒钟后，电机12反向转动，带动加热装置安装板14运动，使电热丝离开塑料芯片；此时，时间继电器的定时时间结束信号使恒流电源断开，熔融部分冷却后，将基片1与盖片2联接在一起，完成预联接作业；

3)电热丝的温度通过控制流过电热丝的电流大小和时间进行调整；电热丝15由于温度升高而产生的伸长量通过弹簧5回复力的作用而使电热丝始终处于绷紧状态。将预连接后的芯片直接送到键合机进行键合。

一种塑料微流控芯片键合前的预联接装置由对准台20，吸盘3，电机安装板11，电机12，控制电路23组成，还具有两个对称的电热丝加热装置，它们在盖片1和基片2两侧对称布置；电热丝加热装置由上、下联接块4、16，上、下接线端子19，电热丝15，弹簧压紧机构，绝缘安装板10，移动连接件8组成；绝缘安装板10为上下对称结构，上联接块4和下联接块16通过联接块固定螺钉9安装在它的上下端；移动联接件8上部为圆柱面，穿过上联接块4孔的部分装有弹簧压紧机构；移动联接件8下部为方形，中间有小孔，电热丝15的一端穿过该小孔，并通过上接线端子19，由接线端子固定螺钉固定在移动连接件8上，电热丝的另一端通过下接线端子19，由另一接线端子螺钉17和螺母18同下联接块16固定在一起；两个接线端子19外接恒流电源；加热装置安装板14安装在绝缘安装板10的侧面，其上装有圆柱导轨13，电机12和电机安装板11以及丝杆、螺母机构25。

其装置中的弹簧压紧机构特征是由弹簧5，弹簧挡片6，弹簧挡片固定螺钉7组成。

本发明的效果是塑料微流控芯片键合前的预联接方法能够取代通常采用的使用专用夹具的方法，简化了塑料微流控芯片的制作工艺，便于实现芯片生产的自动化。

附图说明

图1是预联接装置结构图。其中：1-塑料微流控芯片的基片，2-盖片；3-吸盘；4-上联接块；5-弹簧；6-弹簧挡片；7-弹簧挡片固定螺钉；8-移动联接件；9-联接块固定螺钉；10-绝缘安装板；11-电机安装板；12-电机；13-圆柱导轨；14-加热装置安装板；15-电热丝；16-下联接块；17-接线端子固定螺钉；18-螺母；19-上、下接线端子；20-对准台；25-丝杆、螺母机构。

图2是电热丝与恒流电源的联接图。其中：21-为导线；22-恒流电源。J₂-继电器J的常开触点；

图3是控制电路图。其中：23-控制电路。控制电路中：J-继电器；J₁-继电器J的常开触点；T-时间继电器；T₁-时间继电器的常闭触点；K-外部控制信号发生装置提供的触点信号；V-电源。

图4是预联接装置的控制系统框图，其中：15-电热丝；22-恒流电源；23-控制电路；24-控制信号发生装置；12-电机。

具体实施方式

下面结合附图具体说明实施方式。

可以使用一种塑料聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)制作微流控芯片，在塑料芯片基片和盖片上的微通道和孔等经成形和加工后，基片1放置在对准台20上，吸盘吸附盖片2并使之与基片1对准。对准后键合前基片和盖片需要固定在一起，即保持其相对位置不变。采用局部加热的预联接方法，使基片和盖片联接在一起。预联接后的芯片可以直接送到键合台或键合机上进行键合。

预联接装置由两个电热丝加热装置组成，为两侧对称结构。在对准后的基片和盖片的两个对称位置进行局部加热，如附图1所示。在电热丝加热装置中，电热丝15通过螺钉17和螺母18安装在上、下两个接线端子19上，接线端子19经导线21外接可调恒流电源22，对电热丝进行加热，恒流电源22的联接如附图2中所示。下面的接线端子19同下联接块16固定在一起，上面的接线端子19同移动联接件8固定在一起，移动联接件8可以沿上联接块4中的孔上下移动。弹簧5通过弹簧挡片6、弹簧挡片固定螺钉7和移动联接件8将弹簧力作用在电热丝上，使电热丝始终处于绷紧状态，补偿由于电热丝由于温度升高而出现的伸长量。绝缘安装板10采用绝缘材料制成，用来联接上、下联接块4、16。由电机安装板11，电机12，圆柱导轨13，加热装置安装板14组成驱动加热装置运动的机构。

电热丝采用直径为0.35毫米的镍铬电热合金丝(合金牌号Cr20Ni80)，恒流电源输出电流调整在3.5安培。

下面结合附图2、附图3和附图4说明预联接完成的过程。图4中24是预联接装置控制信号的发生装置，该装置发出控制信号后，附图3中的触点K闭合，继电器J通电，J₁和J₂闭合，使恒流电源22和电热丝15接通，电热丝被加热，同时启动时间继电器T。控制电路23所发出的控制信号还驱动电机12转动，带动加热装置安装板14运动，使电热丝接近并接触塑料芯片，接触3秒钟后，驱动电机反向转动并带动电热丝加热装置离开塑料芯片。此时时间继电器的定时时间结束，时间继电器T的常闭触点T₁断开，使继电器J断电，电热丝与恒流电源断开，完成预联接作业。在电热丝与塑料芯片短暂接触的时间内，塑料芯片的局部微小区域内发生熔融，该熔融区域冷却后，将基片和盖片联接起来。由于实现预联接的局部区域很小，对整个芯片的键合没有影响。

Claims

1.一种塑料微流控芯片键合前的预联接方法，其特征是，将塑料芯片基片和盖片上的微通道和孔，经成型加工后，先将塑料微流控芯片的基片[1]放置在对准台[20]上，使吸盘[3]和吸附盖片[2]与基片[1]对准，该方法的具体步骤是：

1)安装时，先调整弹簧压紧机构中的弹簧挡片固定螺钉[7]，使弹簧[5]被压缩，该压缩量要大于电热丝加热过程中的伸长量；

2)在基片与盖片对准后，保持它们的相对位置不变，采用局部热联接的方法将基片[1]与盖片[2]连接起来，实现预联接；当控制信号发生装置[24]发出控制信号后，由时间继电器和继电器等组成的控制电路[23]将电热丝[15]和恒流电源[22]接通，电热丝[15]被加热；同时启动时间继电器，并驱动电机[12]转动，通过丝杆螺母机构[25]将旋转运动转换成加热装置安装板[14]沿圆柱导轨[13]的直线运动，使电热丝接近并接触塑料芯片，接触后电热丝将基片[1]和盖片[2]边缘局部区域熔融，接触3-5秒钟后，电机[12]反向转动，带动加热装置安装板[14]运动，使电热丝离开塑料芯片；此时，时间继电器的定时时间结束信号使恒流电源断开，熔融部分冷却后，将基片[1]与盖片[2]联接在一起，完成预联接作业；

3)电热丝的温度通过控制流过电热丝的电流大小和时间进行调整；电热丝[15]由于温度升高而产生的伸长量，通过弹簧[5]回复力的作用而使电热丝始终处于绷紧状态，将预连接后的芯片直接送到键合机进行键合。

2.采用如权利要求1中所述一种塑料微流控芯片键合前的预联接方法的装置，其特征是，该装置由对准台[20]，吸盘[3]，电机安装板[11]，电机[12]，控制电路[23]组成，还具有两个对称的电热丝加热装置，它们在盖片[1]和基片[2]两侧对称布置；电热丝加热装置由上、下联接块[4]、[16]，上、下接线端子[19]，电热丝[15]，弹簧压紧机构，绝缘安装板[10]，移动连接件[8]组成；绝缘安装板[10]为上下对称结构，上联接块[4]和下联接块[16]通过联接块固定螺钉[9]安装在它的上下端；移动联接件[8]上部为圆柱面，穿过上联接块[4]孔的部分装有弹簧压紧机构；移动联接件[8]下部为方形，中间有小孔，电热丝[15]的一端穿过该小孔，并通过上接线端子[19]，由接线端子固定螺钉固定在移动连接件[8]上，电热丝的另一端通过下接线端子[19]，由另一接线端子螺钉[17]和螺母[18]同下联接块[16]固定在一起；两个接线端子[19]外接恒流电源；加热装置安装板[14]安装在绝缘安装板[10]的侧面，其上装有圆柱导轨[13]，电机[12]，电机安装板[11]以及丝杆、螺母机构[25]。

3.如权利要求2中所述一种塑料微流控芯片键合前的预联接方法的装置，其特征是，该装置中的弹簧压紧机构由弹簧[5]，弹簧挡片[6]，弹簧挡片固定螺钉[7]组成。