CN104122226B - 一种光学微流控生物传感器的封装方法 - Google Patents

一种光学微流控生物传感器的封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光学微流控生物传感器的封装方法，其特征是：通过在微流槽周围制备环形的填充槽，用于注入胶体从而实现衬底粘合；由于两衬底预先对准贴紧，后续注入的胶体仅留在填充槽内，而不会扩散到两个衬底之间的平面内或微流槽内。因此，本发明的封装方法不会增加衬底间的距离或降低衬底间的平行度，从而解决传感器封装过程中胶体粘合所导致的两衬底间距离和平行度难以控制的问题。

Description

一种光学微流控生物传感器的封装方法
技术领域
本发明涉及光学微流控生物传感器制造过程中的封装工序，用于提高传感器的封装质量和成品率。
背景技术
基于折射率检测的光学微流控生物传感器(NaturePhoton.2011，5(10)，591-597)，为疾病诊断、药物开发和食品安全等提供无标记、实时动态、以及高效便捷的检测手段。该传感器主要有三种结构：微环谐振腔结构；表面等离子体共振(SPR)结构；以及Fabry-Pérot(F-P)谐振腔结构。
F-P谐振腔，其透射光谱对腔内物质的折射率非常敏感；而且谐振腔可以同时作为微通道，与微流控芯片技术兼容(Appl.Phys.Lett.，2013，102：163701)。为了提高F-P腔传感器的检测精度，需要制备高品质因子(即Q值)的F-P谐振腔，因此谐振腔中的两个反射镜需要保持高度平行。这对器件的制备过程提出了严格的要求。
如图1所示，制备F-P腔传感器需要经过以下步骤：(1)在一个衬底上刻蚀凹槽作为微流槽，(2)在两个衬底上镀光学薄膜作为反射镜，(3)将两个镀膜的衬底键合(或粘合)在一起。因此，最后的键合过程决定着F-P腔中的两个反射镜的平行度。
键合工艺有两种：直接键合与胶体粘合。直接键合工艺，需要将两种材料贴紧，然后通过高温高压将两种材料融合在一起(Appl.Phys.Lett.，2007，90：161102)。这种高温高压的工艺，通常会损坏衬底和反射镜。胶体粘合工艺，则相对简单、且不会损坏衬底或反射镜；但是会在两个衬底之间引入一层较厚的胶体层(通常约几十微米)，并且该胶体层在固化之前具有流动性，因此胶体层会使得两个镜子之间的距离和平行度很难控制(如图2所示)。
为此，设计新的键合封装方法，改善胶体粘合过程的可控性，实现高品质因子的F-P腔，从而提高传感器的测试精度，这是本发明的创研动机。
发明内容
本发明旨在解决上述传感器键合封装过程中的可控性问题，提出“一种光学微流控生物传感器的封装方法”，通过在微流槽周围制备环形的填充槽，用于注入胶体从而实现衬底粘合，从而解决胶体键合所导致的两衬底间距离和平行度难以控制的问题。
本发明的封装方法原理如图3所示：在一个衬底上先刻蚀出微流槽和环形填充槽，其中填充槽具有开口(图3a)；接着，将两个衬底对准贴紧(图3b)；最后，从侧壁的填充槽开口处注入胶体、填满填充槽，从而粘合两衬底(图3c)。
图3所示的封装方法，由于两衬底预先对准贴紧，后续注入的胶体仅留在填充槽内，而不会扩散到两个衬底之间的平面内或微流槽内(图4)。与图2所示的常规封装方法相比，本发明的封装方法不会增加衬底间的距离或降低衬底间的平行度。
本发明所述的微流槽，用于流通生物样品，以检测样品成份。
本发明所述的填充槽，具有一个以上的开口(图3a)，用于注入胶体。
本发明所述的填充槽，通常采用环形圈结构(图3a)，用以密封微流槽。
一种光学微流控生物传感器的封装方法，包括以下步骤：第一步：在衬底上刻蚀出微流槽和环形填充槽，其中，所述环形填充槽制备在所述微流槽的周围；所述填充槽设有开口；第二步：将两衬底预先对准贴紧；第三步：从所述填充槽开口处注入胶体、填满填充槽，从而粘合两衬底。
其中，所述微流槽和所述填充槽，制备在同一个衬底上。
其中，所述微流槽和填充槽，分别制备在两个不同衬底上。
其中，所述填充槽，具有一个以上的开口，用于注入胶体。
其中，所述填充槽，采用环形圈结构，用以密封微流槽。
其中，所述衬底，采用硅、玻璃或石英材料。
其中，所述微流槽的表面或内部镀光学薄膜，用作光学反射镜。
其中，所述衬底上镀有光学薄膜。
本发明的封装方法，由于两衬底预先对准贴紧，后续注入的胶体仅留在填充槽内，而不会扩散到两个衬底之间的平面内或微流槽内(图4)。与常规封装方法相比，本发明的封装方法不会增加衬底间的距离或降低衬底间的平行度。
附图说明
附图，其被结合入并成为本说明书的一部分，示范了本发明的实施例，并与前述的综述和下面的详细描述一起解释本发明的原理。
图1为传统的器件制造过程。
图2为传统胶体粘合的器件截面图。
图3为本发明的器件封装过程。
图3(a)为具有微流槽和环形填充槽结构的衬底。
图3(b)为两个衬底对准贴紧。
图3(c)为注入胶体粘合两个衬底。
图4为本发明的器件截面图。
图1至图4中的附图标记说明：1-微流槽，2-填充槽，3-开口，4-光学薄膜，5-衬底，6-胶体，7-孔。
具体实施方式
为使得本发明的技术方案更加清晰，以下结合测试方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
例1
首先，在硅衬底5上刻蚀出微流槽1和环形填充槽2结构，其中填充槽2具有两个开口3(如图3a)。
其次，在玻璃衬底5上打孔7，并在玻璃衬底5和硅衬底5上镀光学薄膜4，然后将两衬底5对准贴紧(如图3b)。
最后，从侧面的填充槽开口3处，将胶体6注入填充槽2，从而将两个衬底5紧密粘合在一起(如图3c)。
例2
首先，在玻璃衬底5上刻蚀出微流槽1和环形填充槽2结构，其中填充槽具有两个开口3(如图3a)。
其次，在另一玻璃衬底5上打孔7，并在两个玻璃衬底5上镀光学薄膜4，然后将两衬底5对准贴紧(如图3b)。
最后，从侧面的填充槽开口3处，将胶体6注入填充槽3，从而将两个衬底5紧密粘合在一起(如图3c)。
例3
首先，在硅衬底5上刻蚀出微流槽1和环形填充槽2结构，其中填充槽2具有两个开口3(如图3a)。
其次，在另一硅衬底5上打孔7，并在两个硅衬底5上镀光学薄膜4，然后将两衬底5对准贴紧(如图3b)。
最后，从侧面的填充槽2开口处，将胶体6注入填充槽2，从而将两个衬底5紧密粘合在一起(如图3c)。
以上所述是本发明应用的技术原理和具体实例，依据本发明的构想所做的等效变换，只要其所运用的方案仍未超出说明书和附图所涵盖的精神时，均应在本发明的范围内，特此说明。

Claims (8)

1.一种光学微流控生物传感器的封装方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：在衬底上刻蚀出微流槽和环形填充槽，其中，所述环形填充槽制备在所述微流槽的周围；所述填充槽设有开口；
第二步：将两衬底预先对准贴紧；
第三步：从所述填充槽开口处注入胶体、填满填充槽，从而粘合两衬底。
2.根据权利要求1所述的一种光学微流控生物传感器的封装方法，其特征在于：所述微流槽和所述填充槽，制备在同一个衬底上。
3.根据权利要求1所述的一种光学微流控生物传感器的封装方法，其特征在于：所述微流槽和所述填充槽，分别制备在两个不同衬底上。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种光学微流控生物传感器的封装方法，其特征在于：所述填充槽具有一个以上的开口，用于注入胶体。
5.权利要求1、2或3所述的一种光学微流控生物传感器的封装方法，其特征在于：所述填充槽采用环形圈结构，用于密封微流槽。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种光学微流控生物传感器的封装方法，其特征在于：所述衬底采用硅、玻璃或石英材料。
7.根据权利要求1、2或3所述的一种光学微流控生物传感器的封装方法，其特征在于：所述微流槽的表面或内部镀光学薄膜，用作光学反射镜。
8.根据权利要求1、2或3所述的一种光学微流控生物传感器的封装方法，其特征在于：所述衬底上镀有光学薄膜。
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