CN103818876A

CN103818876A - 一种微流控芯片的快速键合方法

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Publication number: CN103818876A
Application number: CN201410092673.4A
Authority: CN
Inventors: 叶嘉明; 苑宝龙; 黄昱俊
Original assignee: HANGZHOU TINGKE BIOLOGICAL SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HANGZHOU TINGKE BIOLOGICAL SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2014-05-28

Abstract

本发明提供一种微流控芯片的快速键合方法，所述的芯片键合是依靠两个基片之间的粘贴介质和卡勾结构共同实现。键合过程仅需要将两个基片通过双面胶等粘贴介质进行粘贴，继而使用卡勾结构对芯片施加一定的压力，即可实现微流控芯片的简便、快速的高效键合。使用本发明所提供的微流控芯片键合方法无需使用加压设备等辅助附件及设备，因此特别适合于大批量微流控芯片的快速制备及生产。

Description

一种微流控芯片的快速键合方法

技术领域

本发明涉及微加工领域，特别涉及一种微流控芯片的快速键合方法。

背景技术

微流控芯片是一类以微通道网络为结构特征的微型反应或分析系统。由于具有分析速度快、试剂消耗少、使用成本低、易集成和自动化等优点，微流控芯片已在化学、生物、医学等领域的研究中得到广泛的应用。

用于制作微流控芯片的材料包括硅、玻璃、石英等无机物，金属及金属氧化物，以及聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)等高分子聚合物。材料不同，加工方法也各不相同。总体而言，微流控芯片的加工主要包括微结构(例如微通道、微腔室、微孔、微混合器等)加工和芯片的键合。其中，微结构的加工方法主要基于传统的微机电加工工艺，包括光刻、湿法刻蚀、干法刻蚀、激光烧蚀、热压成型、注塑成型等，加工工艺目前已经研究较为深入和成熟。比较之下，微流控芯片的键合工艺较不成熟，成为制约微流控芯片快速制备的瓶颈，例如为了实现PMMA等热塑性材质的微流控芯片键合，目前主要采用热压键合的方法进行制备，该方法需要专门定制的热压仪器，而且操作繁琐费时，往往一个芯片的热压键合至少需要半个小时，显然难以满足大批量微流控芯片的制备及生产。为解决这一问题，芯片使用者往往使用双面胶溶剂辅助粘贴键合的方法，使用商品化的双面胶薄膜或者在待键合的基片表面涂覆一层交联剂从而实现两个基片的键合封接。对比热键合工艺，粘贴键合方法能够最大化提高加工效率的同时简化键合步骤。但是，现有的粘贴键合，依靠人工对准、人工粘贴，并且键合过程还需要一些辅助工具例如除气泡和加压装置，存在键合成功率低的缺点。

本发明的目的是基于现有粘贴键合工艺，结合一种芯片式卡扣结构加压方法，提供一种全新的用于微流控芯片的简便、快速、高效、低成本及批量化的制备工艺。

发明内容

针对目前微流控芯片键合方法的上述问题，本发明提供一种简便快速的芯片键合方法，具体的技术方案如下：使用粘贴介质进行芯片封接，依靠卡勾结构加压辅助键合。

本发明提供一种微流控芯片的快速键合方法，所述的芯片键合是依靠两个基片之间的粘贴介质和卡勾结构共同实现。

本发明提供一种微流控芯片的快速键合方法，所述的微流控芯片的基片材料包括金属、金属氧化物、玻璃、石英、高分子聚合物等。

本发明提供一种微流控芯片的快速键合方法，所述的粘贴介质包括双面胶、光刻胶、交联剂等，以夹心式结构位于两个待键合的基片之间。粘贴介质的封接是依靠施加压力、光照或加热等方式实现。

本发明提供一种微流控芯片的快速键合方法，所述的粘贴介质可以是独立于两个基片之外的粘贴性薄膜，例如商品化的压敏型双面胶；也可以是使用旋涂工艺在两个基片中任意一个基片表面制备一层具有粘贴性能的薄膜，例如聚二甲基硅氧烷预聚体薄膜、光刻胶薄膜等。其中，当使用的粘贴介质为双面胶时，也可以将微通道等微结构直接加工在双面胶上，继而使用两个空白的基片封接制备成微流控芯片。

本发明提供一种微流控芯片的快速键合方法，所述的卡勾结构用于对两个基片之间施加压力，可以是集成于微流控芯片上，也可以是独立于芯片之外的卡扣装置。当集成于微流控芯片上时，卡勾结构直接在两个基片上原位加工而成；当独立于芯片之外时，卡勾装置贯穿微流控芯片的上下两个基片，从而实现基片的紧固。

本发明提供一种微流控芯片的快速键合方法，所述的卡勾结构可以是悬臂型卡勾、圆环形卡勾或者球型卡勾结构，其互补结构分别位于两个基片上。

本发明提供一种微流控芯片的快速键合方法，每个微流控芯片上的卡勾结构可以是1-100个，均匀分布于芯片上的特定位置，以保证两个基片之间所受压力分布均匀。

本发明提供一种微流控芯片的快速键合方法，主要包括如下步骤：

1)将两个基片上的卡勾结构对准，粘贴介质位于基片中间；

2)将两个基片上的卡勾结构压紧，形成一体；

3)采用室温静置或者加热、光照等方式，完成微流控芯片的键合。

上述步骤中，卡勾紧固后，双面胶键合的芯片往往需要在室温放置一段时间后才能获得最佳的粘贴效果；对于热敏感型粘贴介质，例如聚二甲基硅氧烷预聚体薄膜，则需要在60-160℃下放置30-120min从而实现聚合封接；对于光敏感型粘贴介质，例如光刻胶薄膜，需要在紫外光照射一段时间，从而实现光引发聚合、固化封接。

本发明提供一种微流控芯片的快速键合方法，依靠粘贴介质封接、卡勾结构加压辅助键合而实现的，对准简便，无需使用附加设备，具有操作简便、键合速度快的显著优点，特别适合于大批量微流控芯片的制备。

附图说明

图1.一种基于双面胶和球型卡勾结构的微流控芯片键合过程示意图。(1)将两个基片上的卡勾结构对准，双面胶位于基片中间；(2)将两个基片上的卡勾结构压紧，形成一体。其中，A为上层基片；B为压敏型双面胶薄膜；C为加工有微通道的底层基片；D为球型卡勾结构；E为微通道。

图2.一种基于光刻胶和圆环型卡勾结构的微流控芯片键合过程示意图。(1)将两个基片上的卡勾结构对准，光刻胶涂覆于底层基片表面；(2)将两个基片上的卡勾结构压紧，形成一体。其中，A’为上层基片；B’为光敏型光刻胶薄膜；C’为加工有微通道的底层基片；D’为悬圆环型卡勾结构；E’为微通道。

图3.一种基于双面胶和外置的悬臂型卡勾模块的微流控芯片键合过程示意图。(1)将两个基片和双面胶对准，双面胶位于基片中间；(2)利用双面胶将两个基片粘贴形成一体；(3)将悬臂型卡勾模块嵌入两个基片，完成芯片的键合。其中，a为上层基片；b为压敏型双面胶薄膜；c为加工有微通道的底层基片；d为卡勾插入孔；e为微通道；f为外置的悬臂型卡勾模块。

具体实施方案

下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。实施例1一种基于双面胶和球型卡勾结构的微流控芯片键合方法

图1为一种基于双面胶和球型卡勾结构的微流控芯片键合过程示意图。具体过程如下：(1)将A、C两个基片上的球型卡勾结构D对准，压敏型双面胶B位于两个基片中间；(2)将上层基片A上的球型卡勾与下层基片上的卡勾互补结构压紧，形成一体，从而制备得封闭的微通道E，完成微流控芯片的键合。将该芯片室温下避光静置3-10小时，可以获得最佳的键合强度。本实施例的方法，特别适合于大批量微流控芯片的键合制备。

实施例2一种基于光刻胶和圆环型卡勾结构的微流控芯片键合方法

图2为一种基于光刻胶和圆环型卡勾结构的微流控芯片键合过程示意图。具体过程如下：(1)将A’、C’两个基片上的圆环型卡勾结构D’对准，其中光刻胶薄膜B’通过旋涂工艺涂覆于下层基片表面；(2)将上层基片A’上的圆环型卡勾与下层基片上的卡勾互补结构压紧，形成一体，从而制备得封闭的微通道E’，完成微流控芯片的键合。将该芯片置于紫外光照射一定的时间，实现光刻胶的固化聚合，获得最佳的键合强度。

实施例3一种基于双面胶和外置的悬臂型卡勾模块的微流控芯片键合方法

图3为一种基于双面胶和球型卡勾结构的微流控芯片键合过程示意图。具体过程如下：(1)将两个基片a、c和双面胶薄膜b按照卡勾插入孔d对准，双面胶薄位于两个基片中间；(2)利用双面胶b的粘贴图形将两个基片粘贴形成一体，形成封闭的微流体通道e；(3)将悬臂型卡勾模块f通过卡勾插入孔d嵌入两个基片，完成微流控芯片的键合。将该芯片室温下避光静置3-10小时，可以获得最佳的键合强度。

使用本发明所提供的微流控芯片快速键合方法，仅需要将两个基片通过双面胶等粘贴介质进行粘贴，继而使用卡勾结构对芯片施加一定的压力，从而实现微流控芯片的简便、快速的高效键合。上述方法无需使用加压设备等辅助附件及设备，因此特别适合于大批量微流控芯片的快速制备及生产。

Claims

1.一种微流控芯片的快速键合方法，其特征在于，所述的微流控芯片键合方法是依靠两个基片之间的粘贴介质和卡勾结构共同实现。

2.如权利要求1所述的一种微流控芯片的快速键合方法，其特征在于，所述的微流控芯片的基片材料包括金属、金属氧化物、玻璃、石英、高分子聚合物等。

3.如权利要求1所述的一种微流控芯片的快速键合方法，其特征在于，所述的粘贴介质包括双面胶、光刻胶、交联剂等，以夹心式结构位于两个待键合的基片之间。

4.如权利要求1所述的一种微流控芯片的快速键合方法，其特征在于，所述的粘贴介质可以是独立于两个基片之外的粘贴性薄膜，例如商品化的压敏型双面胶；也可以是使用旋涂工艺在两个基片中任意一个基片表面制备一层具有粘贴性能的薄膜，例如聚二甲基硅氧烷预聚体薄膜、光刻胶薄膜等。

5.如权利要求1所述的一种微流控芯片的快速键合方法，其特征在于，所述的卡勾结构用于对两个基片之间施加压力，可以是集成于微流控芯片上，也可以是独立于芯片之外的卡勾装置。

6.如权利要求1所述的一种微流控芯片的快速键合方法，其特征在于，所述的卡勾结构可以是悬臂型卡勾、圆环形卡勾或者球型卡勾结构，其互补结构分别位于两个基片上。

7.如权利要求1所述的一种微流控芯片的快速键合方法，其特征在于，所述的卡勾结构可以是1-100个，均匀分布于芯片上的特定位置，以保证两个基片之间所受压力分布均匀。

8.如权利要求1所述的一种微流控芯片的快速键合方法，其特征在于，所述的快速键合方法主要包括如下步骤：

1)将两个基片上的卡勾结构对准，粘贴介质位于基片中间；

2)将两个基片上的卡勾结构压紧，形成一体；

9.如权利要求1所述的一种微流控芯片的快速键合方法，其特征在于，所述的芯片键合方法是依靠粘贴介质封接、卡勾结构加压辅助键合而实现的，具有操作简便、键合速度快的显著优点，特别适合于大批量微流控芯片的制备。