CN106531646B - 一种微流控芯片的封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微流控芯片的封装方法，该封装方法包括：提供第一基板及第二基板；在所述第一基板的第一表面形成凹槽状微通道结构；在所述第一基板的表面及所述第二基板的表面形成热塑薄膜层；在所述第二基板的第一表面覆盖有机粘结剂；将所述第一基板的第一表面盖于所述第二基板的第一表面上形成一体封装结构；对所述一体封装结构进行加热处理，直至所述有机粘结剂完全挥发。该封装方法解决了微流控芯片中微流控结构龟裂的问题，且保证了微流控芯片的高强度性、高可靠性及透光性。

Description

一种微流控芯片的封装方法

技术领域

本发明涉及硬质聚合物微流控芯片封装工艺技术领域，更具体地说，尤其涉及一种微流控芯片的封装方法。

背景技术

生化检测微流控芯片为多功能芯片，该微流控芯片是将生化检测所涉及的样品制备、定量进样、液体混合、生化反应及分离检测等基本操作单元集成于几平方厘米的芯片上，用以取代常规化学或生物实验室的各种功能的一种技术平台。

微流控芯片的基本特征和最大优势是将各种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成。目前，硬质聚合物材料(如：聚乙烯(PC)，PMMA)材料的微流控芯片上的微流控结构一般采用激光雕刻、精密机械加工及热压工艺加工制作而成。

但是，在微流控芯片的激光雕刻或精密机械加工工艺过程中，硬质聚合物芯片上的微流控结构的边缘表面会受热，发生聚合物材料重铸的现象，会有应力的产生。在使用有机粘结剂封装时，有机粘结剂会与微流控结构接触，导致微流控结构边缘的重铸应力得以释放，进而引起微流控结构的龟裂，且龟裂会持续扩散，严重时会影响芯片的封装。并且有机粘结剂在辅助封装时，会溶解到微流控芯片的表面，而影响封装后的微流控芯片的透光性。

在微流控芯片的热压工艺过程中，硬质聚合物芯片受热变形，会使得微流控芯片出现微翘曲。加工得到的微流控芯片需要进一步与基片进行封装，以得到封闭微流控结构。常规的热压工艺通过加热硬质聚合物芯片使其表面达到玻璃化温度并受压从而实现微流控芯片和基片的粘接。热压封装中，硬质聚合物芯片受热，微流控结构容易塌陷，从而严重影响微流控结构的截面形状，降低微流控芯片对微量液体的操作精度。且热压键合易受聚合物芯片微翘曲的影响，使得键合强度不够，可靠性不高，易出现液体泄漏。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种微流控芯片的封装方法，该封装方法可以解决现有技术存在的问题，且工艺简单、封装强度高和可靠性高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微流控芯片的封装方法，所述封装方法包括：

提供第一基板及第二基板；

在所述第一基板的第一表面形成凹槽状微通道结构；

在所述第一基板的表面及所述第二基板的表面形成热塑薄膜层；

在所述第二基板的第一表面覆盖有机粘结剂；

将所述第一基板的第一表面盖于所述第二基板的第一表面上形成一体封装结构；

对所述一体封装结构进行加热处理，直至所述有机粘结剂完全挥发。

优选的，在上述封装方法中，所述第一基板及所述第二基板为PMMA硬质聚合物基板。

优选的，在上述封装方法中，所述第一基板为厚度3mm及直径100mm的圆盘形基板。

优选的，在上述封装方法中，所述第二基板为厚度1mm及直径100mm的圆盘形基板。

优选的，在上述封装方法中，所述在所述第一基板的第一表面形成凹槽状微通道结构，包括：

通过激光雕刻工艺，在所述第一基板的第一表面形成宽度600um及深度600um的Y型凹槽状微通道结构。

优选的，在上述封装方法中，所述在所述第一基板的第一表面形成凹槽状微通道结构，还包括：

通过激光切割工艺，在所述第一基板的Y型凹槽状微通道结构的第一入口位置及第二入口位置都形成直径为2mm的进样孔；

在所述第一基板的Y型凹槽状微通道结构的出口位置形成直径为2mm的通气孔；

在所述第一基板的Y型凹槽状微通道结构之外形成至少两个直径为2mm的定位孔；

在所述第二基板上形成与所述第一基板相对应的直径为2mm的定位孔；

其中，所述进样孔、所述通气孔及所述定位孔都为通孔。

优选的，在上述封装方法中，所述在所述第一基板的表面及所述第二基板的表面形成热塑薄膜层，包括：

将所述第一基板及所述第二基板放置于蒸发台上，在所述第一基板的表面及所述第二基板的表面形成厚度为1um的热塑薄膜层；

其中，所述热塑性薄膜层为Parylene薄膜层。

优选的，在上述封装方法中，所述在所述第二基板的第一表面覆盖有机粘结剂，包括：

将2g片状乙烯-醋酸乙烯共聚物颗粒放入5ml的乙醇试剂内，获得5ml饱和的乙烯-醋酸乙烯共聚物乙醇溶液；

将所述乙烯-醋酸乙烯共聚物乙醇溶液覆盖至所述第二基板的第一表面。

优选的，在上述封装方法中，所述将所述第一基板的第一表面盖于所述第二基板的第一表面上形成一体封装结构，包括：

将所述第一基板的第一表面盖于所述第二基板的第一表面上，且所述第一基板上的定位孔与所述第二基板上的定位孔的位置重合，直至所述第一基板与所述第二基板之间的所述乙烯-醋酸乙烯共聚物乙醇溶液内的气泡完全排除，形成一体封装结构。

优选的，在上述封装方法中，所述对所述一体封装结构进行加热处理，直至所述有机粘结剂完全挥发，包括：

将所述一体封装结构放置于60℃的热板上进行加热处理，直至所述乙烯-醋酸乙烯共聚物乙醇溶液完全挥发。

通过上述描述可知，本发明提供的一种微流控芯片的封装方法，该封装方法包括：提供第一基板及第二基板；在所述第一基板的第一表面形成凹槽状微通道结构；在所述第一基板的表面及所述第二基板的表面形成热塑薄膜层；在所述第二基板的第一表面覆盖有机粘结剂；将所述第一基板的第一表面盖于所述第二基板的第一表面上形成一体封装结构；对所述一体封装结构进行加热处理，直至所述有机粘结剂完全挥发。

也就是说，本发明提供的封装方法通过在形成凹槽状微通道结构的第一基板及第二基板的表面形成热塑薄膜层，使之在后续步骤通过有机粘结剂封装时，防止有机粘结剂接触到凹槽状微通道结构，进而解决了凹槽状微通道结构龟裂的情况，且有机粘结剂也不会溶解至第一基板及第二基板的表面，进而不会影响到微流控芯片的透光性。

并且，在对第一基板及第二基板形成的一体封装结构进行加热处理时，无需加热至玻璃化温度，只需根据实际情况适当加热，用于加快有机粘结剂的挥发，保证了微流控芯片的高强度性及高可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种微流控芯片的封装方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种微流控芯片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据背景技术可知，在微流控芯片的激光雕刻或精密机械加工工艺过程中，硬质聚合物芯片上的微流控结构的边缘表面会受热，发生聚合物材料重铸的现象，会有应力的产生。在使用有机粘结剂封装时，有机粘结剂会与微流控结构接触，导致微流控结构边缘的重铸应力得以释放，进而引起微流控结构的龟裂，且龟裂会持续扩散，严重时会影响芯片的封装。并且有机粘结剂在辅助封装时，会溶解到微流控芯片的表面，而影响封装后的微流控芯片的透光性。

在微流控芯片的热压工艺过程中，硬质聚合物芯片受热变形，会使得微流控芯片出现微翘曲。加工得到的微流控芯片需要进一步与基片进行封装，以得到封闭微流控结构。常规的热压工艺通过加热硬质聚合物芯片使其表面达到玻璃化温度并受压从而实现微流控芯片和基片的粘接。热压封装中，硬质聚合物芯片受热，微流控结构容易塌陷，从而严重影响微流控结构的截面形状，降低微流控芯片对微量液体的操作精度。且热压键合易受聚合物芯片微翘曲的影响，使得键合强度不够，可靠性不高，易出现液体泄漏。

由此可知，现有技术存在，微流控芯片中微流控结构发生龟裂及微流控芯片透光性差的问题，且在热压工艺过程中，会使微流控芯片微翘曲，导致封装强度不够，可靠性不高。

为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种微流控芯片的封装方法，该封装方法包括：

提供第一基板及第二基板；

在所述第一基板的第一表面形成凹槽状微通道结构；

在所述第一基板的表面及所述第二基板的表面形成热塑薄膜层；

在所述第二基板的第一表面覆盖有机粘结剂；

将所述第一基板的第一表面盖于所述第二基板的第一表面上形成一体封装结构；

对所述一体封装结构进行加热处理，直至所述有机粘结剂完全挥发。

通过上述描述可知，本发明提供的封装方法通过在形成凹槽状微通道结构的第一基板及第二基板的表面形成热塑薄膜层，使之在后续步骤通过有机粘结剂封装时，防止有机粘结剂接触到凹槽状微通道结构，进而解决了凹槽状微通道结构龟裂的情况，且有机粘结剂也不会溶解至第一基板及第二基板的表面，进而不会影响到微流控芯片的透光性。

并且，在对第一基板及第二基板形成的一体封装结构进行加热处理时，无需加热至玻璃化温度，只需根据实际情况适当加热，用于加快有机粘结剂的挥发，进而不会导致微流控芯片发生微翘曲的情况，保证了微流控芯片的高强度性及高可靠性。

为了进一步的对本发明实施例进行解释，下面结合本发明的说明书附图进行详细解释说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种微流控芯片的封装方法的流程示意图。该封装方法包括：

S101：提供第一基板及第二基板。

参考图2，图2为本发明实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图，提供一PMMA硬质聚合物基板，通过激光切割或机械加工等工艺手段，获得所述第一基板21及所述第二基板22，其中，所述第一基板21在本发明实施例中用于制作微流控芯片，所述第二基板22在本发明实施例中用于封装所述第一基板21(微流控芯片)。其中，所述第一基板21为厚度3mm及直径100mm的圆盘形基板，所述第二基板22为厚度1mm及直径100mm的圆盘形基板。需要说明的是，在本发明实施例中对所述第一基板21及所述第二基板22的厚度及直径及形状均不作限定。

S102：在所述第一基板的第一表面形成凹槽状微通道结构。

如图2所示，通过激光雕刻、精密机械加工及热压工艺，在所述第一基板21的第一表面形成宽度600um及深度600um的Y型凹槽状微通道结构23。需要说明的是，在本发明实施例中仅仅只是以Y型凹槽状微通道结构23进行举例说明，以及Y型凹槽状微通道结构23的宽度及深度并不作限定，其他形状的微流控结构采用本发明的封装工艺，也在本发明保护范围中。

并且，通过激光切割工艺，在所述第一基板21的Y型凹槽状微通道结构23的第一入口位置及第二入口位置都形成直径为2mm的进样孔24。

在所述第一基板21的Y型凹槽状微通道结构23的出口位置形成直径为2mm的通气孔25。

在所述第一基板21的Y型凹槽状微通道结构23之外形成至少两个直径为2mm的定位孔26。

参考图3，图3为本发明实施例提供的另一种微流控芯片的结构示意图，在所述第二基22上形成与所述第一基板21相对应的直径为2mm的定位孔31。

其中，所述进样孔、所述通气孔及所述定位孔都为通孔，且对所述进样孔、所述通气孔及所述定位孔的直径都不作限定。

S103：在所述第一基板的表面及所述第二基板的表面形成热塑薄膜层。

将所述第一基板及所述第二基板放置于蒸发台上，在所述第一基板的表面及所述第二基板的表面形成厚度为1um的热塑薄膜层，所述热塑性薄膜层为Parylene薄膜层(派瑞林薄膜层)。需要说明的是，热塑薄膜层的厚度并不作限定，可根据实际情况而定。

在该步骤中，通过在所述第一基板的表面及所述第二基板的表面形成热塑薄膜层，可以保证在后续步骤通过有机粘结剂封装时，防止有机粘结剂接触到凹槽状微通道结构，进而解决了凹槽状微通道结构龟裂的情况，且有机粘结剂也不会溶解至第一基板及第二基板的表面，进而不会影响到微流控芯片的透光性。

S104：在所述第二基板的第一表面覆盖有机粘结剂。

在室温状态下(该室温的具体温度，技术人员可以根据实验室的具体要求而定)，将2g片状乙烯-醋酸乙烯共聚物颗粒放入5ml的乙醇试剂内，获得5ml饱和的乙烯-醋酸乙烯共聚物乙醇溶液，其中对乙烯-醋酸乙烯共聚物颗粒的质量2g及乙醇试剂的容量5ml都不作限定，在本发明实施例中仅仅只是一定优选方式。

将5ml的所述乙烯-醋酸乙烯共聚物乙醇溶液覆盖至所述第二基板的第一表面。

S105：将所述第一基板的第一表面盖于所述第二基板的第一表面上形成一体封装结构。

将所述第一基板的第一表面盖于所述第二基板的第一表面上，且所述第一基板上的定位孔与所述第二基板上的定位孔的位置重合，直至所述第一基板与所述第二基板之间的所述乙烯-醋酸乙烯共聚物乙醇溶液内的气泡完全排除，形成一体封装结构。

S106：对所述一体封装结构进行加热处理，直至所述有机粘结剂完全挥发。

将所述一体封装结构放置于60℃的热板上进行加热处理，直至所述乙烯-醋酸乙烯共聚物乙醇溶液完全挥发。

该步骤对一体封装结构进行加热处理时，无需加热至玻璃化温度，只需根据实际情况适当加热，用于加快有机粘结剂的挥发即可，进而保证了微流控芯片的高强度性及高可靠性。

通过上述描述可知，本发明提供的封装方法通过在形成凹槽状微通道结构的第一基板及第二基板的表面形成热塑薄膜层，使之在后续步骤通过有机粘结剂封装时，防止有机粘结剂接触到凹槽状微通道结构，进而解决了凹槽状微通道结构龟裂的情况，且有机粘结剂也不会溶解至第一基板及第二基板的表面，进而不会影响到微流控芯片的透光性。

并且，在对第一基板及第二基板形成的一体封装结构进行加热处理时，无需加热至玻璃化温度，只需根据实际情况适当加热，用于加快有机粘结剂的挥发，保证了微流控芯片的高强度性及高可靠性。

并且，采用该封装方法，还具有封装面积大、生物兼容性好及工艺简单的优点。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种微流控芯片的封装方法，其特征在于，所述封装方法包括：

提供第一基板及第二基板；

在所述第一基板的第一表面形成凹槽状微通道结构；

在所述第一基板的表面及所述第二基板的表面形成热塑薄膜层；

在所述第二基板的第一表面覆盖有机粘结剂；

将所述第一基板的第一表面盖于所述第二基板的第一表面上形成一体封装结构；

对所述一体封装结构进行加热处理，直至所述有机粘结剂完全挥发；

其中，所述热塑薄膜层为Parylene薄膜层。

2.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述第一基板及所述第二基板为PMMA硬质聚合物基板。

3.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述第一基板为厚度3mm及直径100mm的圆盘形基板。

4.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述第二基板为厚度1mm及直径100mm的圆盘形基板。

5.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述在所述第一基板的第一表面形成凹槽状微通道结构，包括：

通过激光雕刻工艺，在所述第一基板的第一表面形成宽度600um及深度600um的Y型凹槽状微通道结构。

6.根据权利要求5所述的封装方法，其特征在于，所述在所述第一基板的第一表面形成凹槽状微通道结构，还包括：

通过激光切割工艺，在所述第一基板的Y型凹槽状微通道结构的第一入口位置及第二入口位置都形成直径为2mm的进样孔；

在所述第一基板的Y型凹槽状微通道结构的出口位置形成直径为2mm的通气孔；

在所述第一基板的Y型凹槽状微通道结构之外形成至少两个直径为2mm的定位孔；

在所述第二基板上形成与所述第一基板相对应的直径为2mm的定位孔；

其中，所述进样孔、所述通气孔及所述定位孔都为通孔。

7.根据权利要求6所述的封装方法，其特征在于，所述在所述第一基板的表面及所述第二基板的表面形成热塑薄膜层，包括：

将所述第一基板及所述第二基板放置于蒸发台上，在所述第一基板的表面及所述第二基板的表面形成厚度为1um的热塑薄膜层。

8.根据权利要求7所述的封装方法，其特征在于，所述在所述第二基板的第一表面覆盖有机粘结剂，包括：

将2g片状乙烯-醋酸乙烯共聚物颗粒放入5ml的乙醇试剂内，获得5ml饱和的乙烯-醋酸乙烯共聚物乙醇溶液；

将所述乙烯-醋酸乙烯共聚物乙醇溶液覆盖至所述第二基板的第一表面。

9.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，所述将所述第一基板的第一表面盖于所述第二基板的第一表面上形成一体封装结构，包括：

将所述第一基板的第一表面盖于所述第二基板的第一表面上，且所述第一基板上的定位孔与所述第二基板上的定位孔的位置重合，直至所述第一基板与所述第二基板之间的所述乙烯-醋酸乙烯共聚物乙醇溶液内的气泡完全排除，形成一体封装结构。

10.根据权利要求9所述的封装方法，其特征在于，所述对所述一体封装结构进行加热处理，直至所述有机粘结剂完全挥发，包括：

将所述一体封装结构放置于60℃的热板上进行加热处理，直至所述乙烯-醋酸乙烯共聚物乙醇溶液完全挥发。