CN105460888A - 一种芯片的封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芯片的封装方法。本发明微流控芯片基片及盖片用双面胶或单面胶贴合后一步抽真空加压封装的方法，既解决了常规固态双面胶粘接方法中所存在的粘接面不牢、粘接后芯片表面残留大量气泡的问题，也成功克服了目前微流控芯片键合过程中存在的微通道变形和微通道堵塞的问题，而且同步解决了芯片成品的外包装工序。本发明芯片的封装方法辅助设备及制作过程简单有效，保证了芯片微通道的高保真度和封装后芯片的高封装强度。本发明提供的封装工序特别适用于规模化、大批量、低成本制备微流控芯片的领域。

Description

一种芯片的封装方法
技术领域
本发明属于微全分析系统(μ-TAS:MicroTotalAnalysisSystem)技术领域，涉及一种芯片的封装方法。
背景技术
微流控芯片是通过微加工、精密注塑、传统机械加工等技术，在数平方厘米的基片上，制作微通道、微泵、微阀、微储液器等结构及其他功能单元，实现集微量样品制备、进样、反应、分离及检测于一体的快速、高效、低耗的微型全分析系统。
微流控芯片加工材料包括各种玻璃、金属、硅片、聚合物材料等。因价格便宜、成形容易及批量生产成本低的优点，聚合物材料诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)及其他各种塑料等被广泛采用。无论采用何种材料，微流控芯片的封装过程都是必不可少的，特别对于微流控芯片的批量化生产领域，芯片的成品率和生产效率至关重要。
专利文献1公开了(CN102092669A)一种微流控芯片表面处理结合热压的封装方法。通过使用氯仿、二氯乙烷、环己烷、正己烷或乙酸乙酯等有机试剂处理有机材的盖片和基片表面，使表层微溶晾干后，采用普通气动热压机加热加压的封装方法。此外，专利文献2公开了(CN103264502A)一种硬质聚合物微流控芯片的粘接键合方法，是通过金属块热压粘接两层芯片的封装方式，其中一层芯片的微流控结构周围有粘接筋、另一层芯片表面旋涂丙酮溶剂。上述方法可以在防止微通道变形和堵塞的同时，提高成品率。但上述两种方法的不足之处是有机试剂有可能对微通道内预存的生化试剂有不良影响或其残留物对芯片内将要进行的生化反应有抑制作用，并且单个芯片生产周期长，不易于批量化生产。
专利文献3公开了(CN1557967)一种基于紫外固化剂粘合塑料微流控分析芯片的封装方法。利用聚二甲基硅氧烷与塑料本身的自然亲和性将两片贴合，再利用紫外固化粘合剂将两片塑料片贴合，完成了三层结构的塑料微流控芯片的永久封装。目的在于克服热封装方法微通道变形问题和粘接方法的微通道堵塞问题。该封装方法中通过离心力在芯片表面涂敷紫外固化剂的方式限定了芯片形状，而且涂胶的过程中还是很难避免较浅的微通道堵塞的问题，并且涂胶的均匀性对芯片表面平整度要求很高。
专利文献4(CN1480724A)公开了一种基于激光键合的聚合物微流控芯片的封装方法及装置。利用穿透透明塑料层至键合部位的激光光束，使要键合的芯片材料层达到共熔，从而形成渗融键合区域，完成紧密封接的封装方式。此方法虽然易于自动控制、键合速度和可靠性高，但是激光键合装置构造复杂、设备昂贵，键合的两个部件中至少有一个部件需要对激光波长透明、若两个部件都对激光波长透明还需要在两个部件键合的部位涂敷或填充一层吸收薄膜、此吸收薄膜层在极大程度上会影响生化及医疗检测反应中的生物活性导致实验失败。此外，在激光键合的过程中产生的高热量会破坏芯片内部预先包埋的生物样品、导致样品失活、是目前生化检测领域中的一个瓶颈。
上述芯片封装方法，不论是芯片表面处理结合热压，还是紫外固化剂粘合或激光键合都存在辅助仪器设备结构复杂、成本昂贵，芯片制作过程繁琐、制作周期长不易产业化生产的弊端，并且其中使用的有机溶剂还会抑制芯片上的生化反应。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于固态双面胶或单面胶的微流控芯片封装及成品外包装的方法，本发明通过双面胶或单面胶贴合后一步抽真空加压的方法，既解决了常规加压粘接法所存在的粘接面不牢、粘接面气泡的问题，也同步解决了芯片产品需要真空包装以便长期保存的问题。
本发明通过简单的封装工艺，实现了芯片微通道的高保真度和高封装强度，并通过冲压前密封工序将生产线从超净间转移到普通生产车间，在极大程度上节约了成本及生产周期，实现了微流控芯片规模化、大批量、低成本生产的目的。
本发明提供的技术方案如下：利用固态双面胶或单面胶及抽真空加压的方法将两个或多个薄片紧密粘合，并同步完成微流控芯片成品外包装工序。
该芯片封装的方法，具体包括如下步骤：
1)将芯片的基片与盖片用双面胶贴合；或者，将芯片的基片用单面胶封合；
2)将经过步骤1)处理的芯片装入包装袋后，将所述包装袋抽真空后加压，完成所述芯片的封装。
上述方法中，所述芯片具体可为微流控芯片。
构成所述芯片的基片与盖片的材料选自树脂、塑料、硅橡胶、玻璃、陶瓷、硅和金属中的至少一种；
所述塑料选自PMMA、PC、COC、PET和COP中的至少一种。从芯片用途、加工特性、使用成本等方面来考虑，优先选择PC，PMMA，COP，PET，COC、PP等塑料材料。
所述步骤1)中，双面胶和单面胶的胶材均为具有粘性的材料；
所述双面胶和单面胶的类型均选自压力敏感型、温度敏感型和光照敏感型中的任意一种；
所述双面胶和单面胶的透明度为透明、半透明或不透明。
所述步骤1)中，贴合或封合的方式可以为自动或手动贴膜。
上述芯片的封装方法中，所述抽真空工序既能提高封装后芯片的牢固性，又能保证微流控芯片粘接面无气泡；使其不仅实现了高温加热反应过程中不漏液，又实现了微流控芯片产品的美观性。
上述芯片的封装方法中，先装袋再冲压，避免了后续冲压环节可能产生的对芯片表面的划伤；同时也拓宽了芯片的生产线，即装袋后的芯片冲压环节可以在普通环境下进行同样能确保芯片的洁净度、若不装袋的话芯片冲压必须在超净间进行。
上述芯片的封装方法中，所述芯片封装的同时完成芯片成品密封包装的工序，工艺简单、省时省力，可以实现微流控芯片规模化、大批量、低成本生产的目的。
所述芯片的基片和盖片的形状相同或不同，可以选用但不限于圆形、矩形、环形或扇形。
所述芯片的基片和盖片均选自单面覆胶、双面覆胶和双面均不覆胶中的任意一种；
所述芯片的基片和盖片均选自单面有结构、双面有结构和双面均无结构中的任意一种。
所述芯片的基片和盖片具有通孔或不具有通孔。
所述基片的个数至少为一个；
可以根据设计需要，将上述各种形式的芯片的基片、单面胶或盖片搭配组合，形成单层、双层或多层芯片。该多层芯片可应用于多组液路的控制领域。
图1为本发明覆有双面胶的薄片与另一薄片的贴合工艺示意图。图1(a)当所用双面胶胶材为压力敏感型双面胶时，将覆胶薄片与另一薄片贴合、装袋、抽真空后加压，完成两个薄片间的紧密贴合。图1(b)当所用覆胶薄片的双面胶胶材为紫外光敏感型双面胶时，将覆胶薄片与另一薄片贴合、装袋、抽真空后加压，并对其施加紫外光源照射实现两个薄片间的紧密贴合。图1(c)当所用覆胶薄片的双面胶胶材为温度敏感型双面胶时，将覆胶薄片与另一薄片贴合装袋、抽真空后加压，并对其加热达到双面胶胶材粘接作用的最佳温度，实现两个薄片间的紧密贴合。
图2(a)为应用本发明封装工序贴合双层薄片的分解示意图，采用特定加工技术在塑料薄片上表面加工微结构、在薄片下表面与微结构进出样孔对应位置打通孔，最后用覆有双面胶的盖片对准贴合、贴合后芯片装入包装袋、抽真空、加压，完成由双层薄片组成的芯片的封装工艺。图2(b)为应用本发明封装工序单面胶封合薄片的的分解示意图；同上所述，采用特定加工技术在塑料薄片上表面加工微结构、在薄片下表面与微结构进出样孔对应位置打通孔，之后用单面胶对准贴合、贴合后芯片装入包装袋、抽真空、加压，即可完成薄片的封装工艺。
本发明提供的芯片封装方法，实现了微流体通道的高保真度，粘接面无气泡的芯片成品外观的美观性，在加样、加热过程中无漏液的高封装强度；并通过本发明提供的简单封装工序又实现了低成本，大批量，规模化生产的目的。利用该方法封装后的芯片可以应用于多种用途，比如样品处理、液体控制、核酸提取与扩增反应、生化或免疫反应、化学合成与分析等。
附图说明
图1为本发明覆有双面胶的薄片与另一薄片的贴合工艺示意图。(a)为压力敏感型双面胶贴合工艺示意图、(b)为紫外光敏感型双面胶贴合工艺示意图(c)为温度敏感型双面胶贴合工艺示意图。
图2(a)为应用本发明封装工序贴合双层薄片的分解示意图；图2(b)为应用本发明封装工序单面胶封合薄片的分解示意图
图3为本发明封装方法中多层薄片的封装示意图。(a)为应用本发明封装工序的多层芯片分解示意图、(b)为多层芯片俯视图、(c)为多层芯片仰视图。
图4(a)为按照本发明工序封装后的芯片65度加热60分钟后的芯片实物图；(b)为按照常规封装工序用双面胶封合后的芯片65度加热60分钟后的芯片实物图；(c)为通过上述工序同步完成的芯片封装及芯片外包装实物图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1
图3为本发明封装方法中多层薄片的封装示意图。
按照本发明工序，用铣刀将微流控芯片基片I的下表面和基片III的上表面切割成如图3所示的微结构；用穿孔器在基片I和基片III与微结构进出样孔对应处打通孔；用两面均覆有双面胶的弹性薄片II密封基片I和基片III的微管道及微孔；将贴合后的芯片放入到封装袋进行抽真空包装，然后将包装袋置于气动冲床上对袋内芯片进行冲压处理1分钟，使所述三层薄片紧密贴合。
图3(a)为应用本发明封装工序的多层芯片分解示意图、(b)为多层芯片俯视图、(c)为多层芯片仰视图。此方法可用于制作具有不同微流道结构的多层芯片的封装。
实施例2
如图4所示，基片和盖片可以为各种形状。首先，将双面胶贴合于盖片下表面，再将覆有双面胶的盖片与基片微结构面贴合，然后将贴合后的芯片放入包装袋中进行抽真空处理，最后将含有芯片的包装袋置于冲压设备上以0.7MPa的压力进行冲压并保持1分钟使微流控芯片的基片和盖片紧密粘接。图4(a)为向密封后的芯片加含有染料的溶液离心后，70℃加热60分钟的芯片实物图，通过照片可以观察到按照本发明封装工序制作的芯片即使长时间高温加热、其粘接面也未出现气泡、并且微通道密封牢固无漏液等现象，使其不仅实现了微流控芯片产品外观的美观性，又实现了粘接面牢固无漏液的高使用性。
通过常规方式利用双面胶对基片和盖片进行贴合，并通过常规的封装工艺进行封装，即无装入包装袋后抽真空的步骤。向密封后的芯片加含有染料的溶液离心后，70℃加热60分钟后的芯片实物图如图4(b)所示，通过照片可以观察到加热后芯片表面含有大量气泡，甚至有些芯片因为粘接不牢固、有局部漏液的现象。
图4(c)为通过上述工序同步完成的芯片封装及芯片外包装实物图，本实施例直接用铝箔袋进行密封包装、满足了某些检测领域芯片需避光、密封、长期保存的条件。

Claims (8)

1.一种芯片的封装方法，包括如下步骤：
1)将芯片的基片与盖片用双面胶贴合；或者，将芯片的基片直接用单面胶封合；
2)将经过步骤1)处理的芯片装入包装袋后，将所述包装袋抽真空后加压，完成所述芯片的封装。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述芯片为微流控芯片。
3.根据权利要求1或2任一所述的方法，其特征在于：构成所述芯片的基片与盖片的材料选自树脂、塑料、硅橡胶、玻璃、陶瓷、硅和金属中的至少一种；
所述塑料选自PMMA、PC、COC、PET和COP中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，双面胶和单面胶的胶材均为具有粘性的材料；
所述双面胶和单面胶的类型均选自压力敏感型、温度敏感型和光照敏感型中的任意一种；
所述双面胶和单面胶的透明度为透明、半透明或不透明。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，贴合或封合的方式为自动或手动贴膜。
6.根据权利要求1-5所述的任一方法，其特征在于：所述方法还包括如下步骤：在所述步骤2)加压步骤之后或加压的同时，对所述包装袋进行加热或光照。
7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于：所述芯片的基片和盖片的形状相同或不同，具体选自圆形、矩形、环形或扇形。
8.根据权利要求1-7中任一所述的方法，其特征在于：所述基片的个数至少为一个。
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