CN102641759A - 集成厚度可控绝缘层的非接触电导检测微芯片制作方法 - Google Patents

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一种集成厚度可控绝缘层的非接触电导检测微芯片制作方法，属于微流控芯片制造技术领域.。首先在玻璃基片上制作出非接触电导检测的检测电极，接着在检测电极的焊盘上固定上金属导线，然后利用匀胶机将聚二甲基硅氧烷(PDMS)和甲苯的混合物均匀涂在玻璃基片上形成一层PDMS绝缘层，通过调整PDMS和甲苯的体积配比以及匀胶机的转数，便可以精确控制PDMS绝缘层的厚度，最后再在PDMS绝缘层的上表面键合一片带有微沟道的PDMS便完成了整个微芯片的制作。本发明制作过程简单，成本低，利用对PDMS材料与甲苯溶液比例的改变以及匀胶机转速的变化，实现微流控芯片上的PDMS绝缘层厚度的精确控制，厚度最薄可以到达0.6μm。

Description

集成厚度可控绝缘层的非接触电导检测微芯片制作方法
技术领域
本发明属于微流控芯片技术领域，涉及一种采用非接触电导检测的微流控芯片的制作方法，应用在生命科学、医学、分析化学等领域。
背景技术
微流控芯片技术是目前迅速发展的高新技术和多学科交叉科技前沿领域之一，是未来生命科学、化学科学与信息科学发展的重要技术平台。微流控芯片在微型化、集成化和便携化方面的优势为其在生物医学、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物战剂的侦检等众多领域的应用提供了极为广阔的前景。微流控芯片的检测有光学、电化学、质谱等多种方法，其中非接触电导检测是电化学检测方法的一种。由于非接触电导检测是一种简单、通用性好的检测方法，因此已被广泛应用到微流控芯片中。非接触电导检测需要微流控芯片上的检测电极与微沟道中的待测液体之间有一个绝缘层。相关研究已证明绝缘层的厚度是影响检测灵敏度的一个主要因素，通常厚度越薄检测灵敏度越高。目前已报道的微流控芯片上的绝缘层主要是商品化的薄玻璃或者是聚合物薄膜，微流控芯片研制者无法精确控制这种绝缘层的厚度。而且，玻璃和聚合物薄膜生产厂家也很难将其厚度做的非常薄，目前已报道的这种绝缘层厚度最薄的也只有50μm。
发明内容
本发明克服了现有的芯片上的绝缘层厚度不可控的问题，提供一种简单的绝缘层厚度可控的非接触电导检测微流控芯片的制作方法。本发明提出的微流控芯片制作方法，采用的是标准的半导体工艺与微浇注工艺相结合，芯片上的绝缘层厚度可以精确控制到亚微米量级。
本发明采用的技术方案是：
一种集成厚度可控绝缘层的非接触电导检测微芯片制作方法，首先基于标准的半导体工艺在玻璃基片上制作出非接触电导检测的检测电极，接着在检测电极的焊盘上固定上金属导线，然后利用匀胶机将聚二甲基硅氧烷(PDMS)和甲苯的混合物均匀涂在玻璃基片上形成一层PDMS绝缘层，通过调整PDMS和甲苯的体积配比以及匀胶机的转数，便可以精确控制PDMS绝缘层的厚度，最后再在PDMS绝缘层的上表面键合一片带有微沟道的PDMS便完成了整个微芯片的制作；
制作方法如下：
(1)利用紫外光刻和剥离工艺在玻璃载片上制作出铂微电极。
(2)利用导电银浆，在铂微电极的焊盘上固定上铜导线，加热烘干。
(3)将PDMS和甲苯均匀混合、排除气泡后，将其旋涂在步骤(2)得到的玻璃载片上，然后再次加热烘干；通过调整PDMS和甲苯的质量配比以及匀胶机的转数，便可以精确控制PDMS绝缘层的厚度。
(4)将步骤(3)得到的玻璃载片和一片利用微浇注工艺制作出的带有微沟道的PDMS一起放入等离子体清洗机中，进行PDMS的氧气等离子体表面改性；表面改性结束后，将该玻璃载片和带有微沟道的PDMS对准、接触、轻压后键合到一起，便得到了非接触电导检测微芯片。
目前已报道的用于非接触检测的微流控芯片上的绝缘层主要是商品化的薄玻璃或者是聚合物薄膜，微流控芯片研制者无法精确控制这种绝缘层的厚度。而且，玻璃和聚合物薄膜生产厂家也很难将其厚度做的非常薄，目前已报道的这种绝缘层厚度最薄的也只有50μm。本发明不需要额外购买昂贵设备，整个制作过程简单，成本低，利用对PDMS材料与甲苯溶液比例的改变以及匀胶机转速的变化，实现微流控芯片上的PDMS绝缘层厚度的精确控制，厚度最薄可以到达0.6μm。
附图说明
图1是白金电极制作工艺流程图。
图2是白金电极制作示意图。
图3是利用导电胶粘接铜引线示意图。
图4是旋涂PDMS绝缘层示意图。
图5是利用软光刻方法在硅模具上浇注PDMS微通道片示意图。
图6是经过氧离子改性后，电极片与微通道片键合后的芯片示意图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的实施方式。
实施例1
如附图1所示，采用德国
Figure BDA0000159660180000031
MicroTec公司生产的型号为Delta 80RC的匀胶机，在玻璃载玻片表面旋涂一层北京科华微电子材料有限公司生产的型号为BP212的正性光刻胶，匀胶机的转速为：低速550rpm，时间9秒；高速2200rpm，时间30秒，并在55℃的热板上前烘1小时，然后在光刻胶上覆盖掩膜版，利用德国
Figure BDA0000159660180000032
MicroTec公司生产的型号为MA/BA6的紫外光刻机，对光刻胶曝光40秒，放入显影液中进行显影后得到宽度为微米级的光刻胶图形(图1-④)，然后再次放到55℃的热板上后烘20分钟；接着放入Kunt J.Lesker公司生产的型号为LAB.18的磁控溅射台中进行白金薄膜的溅射，由于白金与玻璃的结合力欠佳，所以我们在溅射的过程中先溅射一层Ti，约30nm，然后再溅射90nm白金，总厚度约为120nm。最后放入丙酮溶液中将，利用光刻胶的存在，剥离掉多余部分的白金，电极即制作完成，如图2所示。为了方便与外接检测设备的连接，我们利用导电胶将铜引线粘接在电极焊盘位置，然后放在热班上在55℃下烘40分钟以快速加固引线与焊盘的粘接强度，如图3所示。
接着，将PDMS与甲苯以1∶2的体积比混合，排除气泡后，利用中科院微电子研究所生产的型号为KW-4A的匀胶机，以低速500rpm，9秒；高速4000rpm，30秒的转速，旋涂在图3所示的玻璃基片上，然后放到热板上在80℃下烘45分钟，在这个过程中，甲苯溶液将迅速挥发，留下纯净的PDMS绝缘层，厚度约0.6μm(图4)。
最后，将图4所示的玻璃基片与浇注好的微通道片(图5)一起放入EMITECH公司生产的型号为K1050X的等离子体清洗机中进行氧离子改性，其中，等离子体清洗机的射频功率设置为60W，腔室压力设置为200Pa，改性时间为50秒，结束后，将两片对准后轻压在一起，这样，用于非接触电导检测的微流控芯片便制作完成(图6)。
本发明实现了非接触电导检测微芯片绝缘层厚度的可控，制作步骤简单，并且不需要额外购买其他的昂贵设备。对于进一步提高非接触电导检测的检测灵敏度有一定意义。

Claims (1)

1.一种集成厚度可控绝缘层的非接触电导检测微芯片制作方法，具体制作方法如下：
(1)利用紫外光刻和剥离工艺在玻璃载片上制作出铂微电极；
(2)利用导电银浆，在铂微电极的焊盘上固定上铜导线，加热烘干；
(3)将PDMS和甲苯均匀混合、排除气泡后，将其旋涂在步骤(2)得到的玻璃载片上，然后再次加热烘干；
(4)将步骤(3)得到的玻璃载片和一片利用微浇注制作出的带有微沟道的PDMS一起放入等离子体清洗机中，进行PDMS的氧气等离子体表面改性；表面改性结束后，将载片和微沟道片对准、接触、轻压后键合到一起，得到了非接触电导检测微芯片。
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