CN106365114A - 一种低温热压键合的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到微流控芯片技术领域，尤其涉及到一种低温热压键合的方法。本发明所涉及的一种低温热压键合的方法即能克服硅模具较脆、使用寿命不长及制备工艺时间较长等缺点，又能克服UV-LIGA工艺制备的金属模具中工艺长、成本高的缺陷。该方法制备聚二甲基硅氧烷多孔薄膜的工艺简单，成本低，容易操作，而且制备出的聚二甲基硅氧烷多孔薄膜具有高弹性、气体通透性和疏水性，特别适用于微流控芯片中研究；此外，该方法制备出的聚二甲基硅氧烷多孔薄膜上具有微纳米尺度的多孔结构，可以大大提高聚二甲基硅氧烷多孔薄膜的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及到微流控芯片技术领域，尤其涉及到一种低温热压键合的方法。
背景技术
近年来，随着微加工技术的进步和生化分析等领域的发展，微流控芯片的研究得到了广泛重视。常规工艺主要采用硅、玻璃等作为微流控芯片的基体材料，与此相比，在应用上热塑性聚合物材料与生物体兼容性更好，并且种类很多，可以选择具有不同物理、化学性质的材料制作芯片，满足不同的生化检测和分离的要求。同时在工艺上热塑性聚合物材料具有制作精度高、复制效果好、加工成型方便、价格低廉、适于大规模批量生产等优点，因而成为研究的热点。目前，制作聚合物微流控芯片的加工方法主要有模压、注塑、激光烧蚀和LIGA技术等，而模压技术由于模压材料更换方便，加工成型简单，生产周期短，模具利用率高，已成为了一种极具商业应用潜力的加工方法。
微流控芯片是指通过微加工技术及其它加工方法将一个生物或化学实验室微缩到一块只有几平方厘米大的薄片上。在一块芯片上构建的化学或生物实验室可以将化学和生物领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测，细胞培养、分选、裂解等基本操作单元进行集成。最终，上述的操作单元可以集成到一块很小的芯片上，由微通道形成网络，用可控流体贯穿整个系统，用以实现常规化学或生物实验室的各种功能。
目前聚合物材质的微流控芯片在国内外比较典型的键合方式主要是粘合法、高温热压法、超声波键合法等。高温热压法的高精度粉末压片机成本较高，设备开机预热和键合的时间都比较长，并且在键合过程中需要施加一定的压力，容易造成微沟道横截面形状的改变。在进行热压键合之后，微流控芯片上的有机物会附着在压片机加热块或者垫片上，不易清洗。超声波键合法在使用的时候需要在芯片上制作导能筋，这增加了芯片制作工艺的工序和复杂度。当超声波发生器本身的功率不足以融化导能筋的时候，还需要对芯片进行升温预热。同时，超声键合法通常也需要在微流控芯片的上下表面施加一定的压力。如果控制不当，同样会增加沟道形变量。此外，其它的将上下两个基片结合的封合方法也存在一些问题，如胶粘法，在粘合过程中容易堵塞微沟道，并且胶的固化时间也比较长。总之，上述聚合物微流控芯片的键合方法在实际应用过程中存在各种实际问题。这有悖于微流控芯片通过集成化、微型化实现普及的宗旨，从而限制其在各个领域的应用。
因此，为了解决以上技术问题，有必要将现有设计进行改良，设计了一种低温热压键合的方法，该低温热压键合的方法在键合过程中的温度低于150℃、这样在键合过程中就大大降低了升温成本，而且该方法不会造成微沟道横截面形状的改变，低温热压键合完成后，上键合层上的有机物残留容易清洗。总之该低温热压键合的方法的可以简化芯片键合的工艺流程，降低热压键合的温度、缩短芯片键合时间，保证微流控芯片键合质量，从而有利于微流控芯片的普及，适合推广使用。
发明内容
为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低温热压键合的方法，其特征在于其步骤为：
（1）首先在键合层一的底部上旋涂一层光刻胶，然后通过光刻、显影及刻蚀工艺流程，使其底部形成具有一定结构的微纳米图形；
（2）将步骤（1）制备好的键合层一固定到热压键合机的夹具上，同时在热压键合机夹具上放入键合层二，所述键合层二为热塑性塑料，在键合层一和键合层二之间插入夹具垫片；
（3）然后将固定有键合层一和键合层二的键合夹具放入热压键合机中的抽真空装置中固定，并对抽真空腔室进行抽真空；
（4）抽真空装置抽真空后，将键合层一和键合层二之间的夹具垫片抽出，使合层一和键合层二贴合，同时对合层一和键合层二升温至85-135℃，使键合层二中热塑性塑料软化；
（5）接着对热压键合机的上压头和下压头开始加压，每次增加0.02Mpa，每次加压后间隔5秒，直至增至所需压力0.1-1MPa，保持压力不变 5-30分钟后；
（6）步骤（5）完成后首先将键合层一和键合层二的温度自然冷却至常温，然后去除掉热压键合机中上压头和下压头上的压力，完成低温热压键合过程。
优选的所述键合层一为硅衬底、玻璃衬底或金属衬底。
优选的所述热塑性塑料为酚醛、环氧塑料、PMMA或PC。
本发明所涉及的一种低温热压键合的方法，该低温热压键合的方法在键合过程中的温度低于150℃、这样在键合过程中就大大降低了升温成本，而且该方法不会造成微沟道横截面形状的改变，低温热压键合完成后，上键合层上的有机物残留容易清洗。总之该低温热压键合的方法的可以简化芯片键合的工艺流程，降低热压键合的温度、缩短芯片键合时间，保证微流控芯片键合质量，从而有利于微流控芯片的普及，适合推广使用。
具体实施方式
现在给出本发明的具体实施例子，以对本发明作进一步详细的说明。
具体实施例一，一种低温热压键合的方法，其特征在于其步骤为：
（1）首先在键合层一的底部上旋涂一层光刻胶，然后通过光刻、显影及刻蚀工艺流程，使其底部形成具有一定结构的微纳米图形；
（2）将步骤（1）制备好的键合层一固定到热压键合机的夹具上，同时在热压键合机夹具上放入键合层二，所述键合层二为热塑性塑料，在键合层一和键合层二之间插入夹具垫片；
（3）然后将固定有键合层一和键合层二的键合夹具放入热压键合机中的抽真空装置中固定，并对抽真空腔室进行抽真空；
（4）抽真空装置抽真空后，将键合层一和键合层二之间的夹具垫片抽出，使合层一和键合层二贴合，同时对合层一和键合层二升温至85℃，使键合层二中热塑性塑料软化；
（5）接着对热压键合机的上压头和下压头开始加压，每次增加0.02Mpa，每次加压后间隔5秒，直至增至所需压力0.1MPa，保持压力不变 5分钟后；
（6）步骤（5）完成后首先将键合层一和键合层二的温度自然冷却至常温，然后去除掉热压键合机中上压头和下压头上的压力，完成低温热压键合过程。
所述键合层一为硅衬底，所述热塑性塑料为酚醛。
具体实施例二，一种低温热压键合的方法，其特征在于其步骤为：
（1）首先在键合层一的底部上旋涂一层光刻胶，然后通过光刻、显影及刻蚀工艺流程，使其底部形成具有一定结构的微纳米图形；
（2）将步骤（1）制备好的键合层一固定到热压键合机的夹具上，同时在热压键合机夹具上放入键合层二，所述键合层二为热塑性塑料，在键合层一和键合层二之间插入夹具垫片；
（3）然后将固定有键合层一和键合层二的键合夹具放入热压键合机中的抽真空装置中固定，并对抽真空腔室进行抽真空；
（4）抽真空装置抽真空后，将键合层一和键合层二之间的夹具垫片抽出，使合层一和键合层二贴合，同时对合层一和键合层二升温至95℃，使键合层二中热塑性塑料软化；
（5）接着对热压键合机的上压头和下压头开始加压，每次增加0.02Mpa，每次加压后间隔5秒，直至增至所需压力0.3MPa，保持压力不变 10分钟后；
（6）步骤（5）完成后首先将键合层一和键合层二的温度自然冷却至常温，然后去除掉热压键合机中上压头和下压头上的压力，完成低温热压键合过程。
所述键合层一为玻璃衬底，所述热塑性塑料为环氧塑料。
具体实施例三，一种低温热压键合的方法，其特征在于其步骤为：
（1）首先在键合层一的底部上旋涂一层光刻胶，然后通过光刻、显影及刻蚀工艺流程，使其底部形成具有一定结构的微纳米图形；
（2）将步骤（1）制备好的键合层一固定到热压键合机的夹具上，同时在热压键合机夹具上放入键合层二，所述键合层二为热塑性塑料，在键合层一和键合层二之间插入夹具垫片；
（3）然后将固定有键合层一和键合层二的键合夹具放入热压键合机中的抽真空装置中固定，并对抽真空腔室进行抽真空；
（4）抽真空装置抽真空后，将键合层一和键合层二之间的夹具垫片抽出，使合层一和键合层二贴合，同时对合层一和键合层二升温至110℃，使键合层二中热塑性塑料软化；
（5）接着对热压键合机的上压头和下压头开始加压，每次增加0.02Mpa，每次加压后间隔5秒，直至增至所需压力0.7MPa，保持压力不变 22分钟后；
（6）步骤（5）完成后首先将键合层一和键合层二的温度自然冷却至常温，然后去除掉热压键合机中上压头和下压头上的压力，完成低温热压键合过程。
所述键合层一为金属衬底，所述热塑性塑料为PMMA。
具体实施例四，一种低温热压键合的方法，其特征在于其步骤为：
（1）首先在键合层一的底部上旋涂一层光刻胶，然后通过光刻、显影及刻蚀工艺流程，使其底部形成具有一定结构的微纳米图形；
（2）将步骤（1）制备好的键合层一固定到热压键合机的夹具上，同时在热压键合机夹具上放入键合层二，所述键合层二为热塑性塑料，在键合层一和键合层二之间插入夹具垫片；
（3）然后将固定有键合层一和键合层二的键合夹具放入热压键合机中的抽真空装置中固定，并对抽真空腔室进行抽真空；
（4）抽真空装置抽真空后，将键合层一和键合层二之间的夹具垫片抽出，使合层一和键合层二贴合，同时对合层一和键合层二升温至135℃，使键合层二中热塑性塑料软化；
（5）接着对热压键合机的上压头和下压头开始加压，每次增加0.02Mpa，每次加压后间隔5秒，直至增至所需压力1MPa，保持压力不变30分钟后；
（6）步骤（5）完成后首先将键合层一和键合层二的温度自然冷却至常温，然后去除掉热压键合机中上压头和下压头上的压力，完成低温热压键合过程。
所述键合层一为硅衬底，所述热塑性塑料为PC。
本发明所涉及的一种低温热压键合的方法，所用热压键合机是苏州美图半导体技术有限公司生产的设备，型号为LTVW-150。该低温热压键合的方法在键合过程中的温度低于150℃、这样在键合过程中就大大降低了升温成本，而且该方法不会造成微沟道横截面形状的改变，低温热压键合完成后，上键合层上的有机物残留容易清洗。总之该低温热压键合的方法的可以简化芯片键合的工艺流程，降低热压键合的温度、缩短芯片键合时间，保证微流控芯片键合质量，从而有利于微流控芯片的普及，适合推广使用。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种低温热压键合的方法，其特征在于其步骤为：
（1）首先在键合层一的底部上旋涂一层光刻胶，然后通过光刻、显影及刻蚀工艺流程，使其底部形成具有一定结构的微纳米图形；
（2）将步骤（1）制备好的键合层一固定到热压键合机的夹具上，同时在热压键合机夹具上放入键合层二，所述键合层二为热塑性塑料，在键合层一和键合层二之间插入夹具垫片；
（3）然后将固定有键合层一和键合层二的键合夹具放入热压键合机中的抽真空装置中固定，并对抽真空腔室进行抽真空；
（4）抽真空装置抽真空后，将键合层一和键合层二之间的夹具垫片抽出，使合层一和键合层二贴合，同时对合层一和键合层二升温至85-135℃，使键合层二中热塑性塑料软化；
（5）接着对热压键合机的上压头和下压头开始加压，每次增加0.02Mpa，每次加压后间隔5秒，直至增至所需压力0.1-1MPa，保持压力不变 5-30分钟后；
（6）步骤（5）完成后首先将键合层一和键合层二的温度自然冷却至常温，然后去除掉热压键合机中上压头和下压头上的压力，完成低温热压键合过程。
2.根据权利要求1所述的一种低温热压键合的方法，其特征在于，所述键合层一为硅衬底、玻璃衬底或金属衬底。
3.根据权利要求1所述的一种低温热压键合的方法，其特征在于，所述热塑性塑料为酚醛、环氧塑料、PMMA或PC。
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