CN106809801A - 一种微流控芯片制作方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流控芯片制作方法和装置，包括：在同一模具中同时制作基片和盖片，成型开模后，移动模具将基片与盖片的对准；在成型模温的基础上，对基片与盖片施加键合压力的同时，施加超声波。本发明所提供的微流控芯片模内键合技术直接在模具内完成基片和盖片的对准和键合，省略了芯片的冷却、钻孔、清洗、干燥、退火处理和再次加热升温等诸多工序，有效地缩短了聚合物微流控芯片的制备周期，提高了芯片键合的成功率，使聚合物微流控芯片低成本、大批量和快速生产成为可能。在超声的辅助下的模内热键合不但保留原有的自动化程度，并且还可以保证微结构变形量更小，键合强度更高，提升键合质量。

Description

一种微流控芯片制作方法及装置

技术领域

本发明涉及电子芯片技术领域，更具体地说，涉及一种微流控芯片制作方法及装置。

背景技术

随着现代生产、生活中的科技产品向智能化、微型化方向的发展，聚合物材料因其丰富的种类、优异的性能、低廉的成本和简易的加工方法等特点，作为基底材料、功能材料或敏感元件材料等在微电子机械系统器件中有着广泛的应用空间。随着聚合物微流器件种类和数量需求的增加，其材料选择、加工工艺、加工设备、结构设计、性能检测及应用成本等面临着新的挑战与机遇。

目前，鉴于微流控芯片具有体积小、易于集成、自动化程度高、分析速度快、分析成本低、环境污染小等优点，国际上展开了大量的应用研究，并针对不同的应用要求提出了多种键合方法。然而，较为常见的方法中往往存在微结构变形量大的缺点。

综上所述，如何提供一种变形量小、键合强度高的微流控芯片的制作方法，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种微流控芯片制作方法，该方法制作微流控芯片能够保证芯片的变形量小、键合强度高。

本发明的另一目的是提供一种微流控芯片制作装置。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微流控芯片制作方法，包括：

在同一模具中同时制作基片和盖片，成型开模后，移动所述模具将所述基片与所述盖片的对准；

在成型模温的基础上，对所述基片与所述盖片施加键合压力的同时，施加超声波。

优选的，所述超声波为低振幅超声波。

优选的，所述施加超声波的步骤之后，还包括：控制所述模具开模，并对所述基片与所述盖片形成的微流控芯片进行降温并脱模。

优选的，所述在同一模具中同时制作基片和盖片的步骤，包括采用微注射成型的方式在同一模具中的不同型腔内注射得到所述基片和所述盖片。

一种微流控芯片制作装置，包括：

模具，所述模具具有基片成型腔和盖片成型腔，开模状态下的所述基片成型腔与所述盖片成型腔可以实现对准；

设置于所述模具上的动力装置，所述动力装置用于向对准状态下的所述基片成型腔与所述盖片成型腔施加相向的压力；

用于对所述基片成型腔施加超声波的超声装置。

优选的，所述超声装置为低振幅超声装置。

优选的，所述模具包括移动模和静止模，所述基片成型腔和所述盖片成型腔中的一者设于所述移动模，另一者设于所述静止模。

优选的，所述动力装置为集成于所述模具的油缸动力装置。

优选的，所述超声装置设置于所述动力装置上。

优选的，还包括用于实现自动控制的控制装置，所述控制装置与所述移动模、所述动力装置和所述超声装置连接。

本发明所提供的方法及装置中采用微流控芯片模内键合技术直接在模具内完成基片和盖片的对准和键合，省略了芯片的冷却、钻孔、清洗、干燥、退火处理和再次加热升温等诸多工序，有效地缩短了聚合物微流控芯片的制备周期，提高了芯片键合的成功率，使聚合物微流控芯片低成本、大批量和快速生产成为可能。在超声的辅助下的模内热键合不但保留原有的自动化程度，并且还可以保证微结构变形量更小，键合强度更高，提升键合质量。

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为本发明所提供的一种微流控芯片制作装置的成型状态示意图；

图2为本发明所提供的一种微流控芯片制作装置的开模状态示意图；

图3为本发明所提供的一种微流控芯片制作装置的对准状态示意图；

图4为本发明所提供的一种微流控芯片制作装置的键合状态示意图；

图5为本发明所提供的一种微流控芯片制作装置的脱模状态示意图；

图6为本发明所提供的一种微流控芯片制作装置的模具复位示意图。

图1-6中：

1为移动模、2为静止模、3为动力装置、4为超声装置、10为基片、20为盖片。

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。

本发明的核心是提供一种微流控芯片制作方法，该方法制作微流控芯片能够保证芯片的变形量小、键合强度高。

本发明的另一核心是提供一种微流控芯片制作装置。

请参考图1至图6，图1至图6分别为本发明所提供的一种微流控芯片制作装置的成型状态示意图、开模状态示意图、对准状态示意图、键合状态示意图、脱模状态示意图和模具复位示意图。

本发明所提供的一种微流控芯片制作方法，主要用于制作基片和盖片，并将二者键合成型，上述方法主要包括以下步骤：

在同一模具中同时制作基片和盖片，成型开模后，移动模具将基片与盖片的对准；

在成型模温的基础上，对基片与盖片施加键合压力的同时，施加超声波。

需要说明的是，上述在同一模具中制作基片和盖片的过程，需要保证基片和盖片同时制作，且在模具成型后，不需要将基片和盖片脱模，而是将盛放基片的基片成型腔和盛放盖片的盖片成型腔对准，在成型过程形成的模温的基础上，将基片与盖片通过键合压力进行键合操作，在施加键合压力的同时，还需要对基片和盖片施加超声波。

施加压力的同时施加超声波可以实现超声键合，可以使得连接速度快，且不需要引入焊料介质，超声键合能够解决目前聚合物微流控器件键合技术存在的问题。在温度、压力以及超声振动的共同作用下，接触界面上的分子间作用力增强而形成有效连接。

微流控芯片模内键合技术直接在模具内完成基片和盖片的对准和键合，省略了芯片的冷却、钻孔、清洗、干燥、退火处理和再次加热升温等诸多工序，有效地缩短了聚合物微流控芯片的制备周期，提高了芯片键合的成功率，使聚合物微流控芯片低成本、大批量和快速生产成为可能。在超声的辅助下的模内热键合不但保留原有的自动化程度，并且还可以保证微结构变形量更小，键合强度更高，提升键合质量。

在上述实施例的基础之上，超声波为低振幅超声波。在温度、压力以及超声振动的共同作用下，接触界面上的分子间作用力增强而形成有效连接，其中，由于超声波振幅较低，所以只在接触表面产生热量，对材料内部温度影响较小，材料内部温度仍远低于转化温度，微结构的形状不会受到显著影响，键合强度比一般热键合强度高。

在上述实施例的基础之上，施加超声波的步骤之后，还包括以下步骤：控制模具开模，并对基片与盖片形成的微流控芯片进行降温并脱模。本实施例中对微流控芯片先降温后脱模，能够较好的保证不破坏芯片的形状结构，提升芯片的完整性。

在上述实施例的基础之上，在同一模具中同时制作基片和盖片的步骤，包括采用微注射成型的方式在同一模具中的不同型腔内注射得到基片和盖片。

采用注射成型的方法制备了芯片的基片和盖片，可以明显缩短成型周期，具体地，成型周期不到1min。

本发明所提供的微流控芯片制作方法通过注射成型、模内对准键合以及超声辅助键合技术，使得微流控芯片的制作效果提高，微流控芯片的变形量小，键合强度明显提升。

除了上述各个实施例所提供的微流控芯片制作方法，本发明还提供一种用于实施上述方法的微流控芯片制作装置，该装置主要用于制作基片和盖片，并将二者键合成型。微流控芯片制作装置包括：模具、设置于模具上的动力装置3以及超声装置4。

模具具有基片成型腔和盖片成型腔，开模状态下的基片成型腔与盖片成型腔可以实现对准；动力装置3用于向对准状态下的基片成型腔与盖片成型腔施加相向的压力；超声装置4用于对基片成型腔施加超声波。

需要说明的是，模具可以为注射成型的模具，模具可以具有上模和下模，上模与下模合模之后形成两个型腔，分别为基片成型腔和盖片成型腔，通过注射成型的方法分别形成基片10和盖片20，模具开模后，基片10和盖片20能够对准并相对移动，通过动力装置3的作用是将基片10和盖片20进行贴合压紧，所施加的压力能够使基片10和盖片20进行键合成型。上述超声装置4能够使基片10和盖片20在压力和超声的同时作用下实现较好的键合，有效地缩短了芯片的制备周期，并降低了制备的成本，使得大批量生产成为了可能。

本发明所提供的微流控芯片制作装置提高了芯片键合的成功率，使聚合物微流控芯片低成本，在超声的辅助下的模内热键合可以保证微结构变形量更小，键合强度更高，提升键合质量。

在上述实施例的基础之上，超声装置4为低振幅超声装置。通过低振幅超声装置，使得微结构的形状不会受到显著影响，键合强度比一般热键合强度高。

在上述任意一个实施例的基础之上，模具包括移动模1和静止模2，基片成型腔和盖片成型腔中的一者设于移动模1，另一者设于静止模2。

移动模1和静止模2上分别设置一个型腔，两个型腔分别为基片成型腔和盖片成型腔，二者在制作过程中，用于分别容纳基片10和盖片20。请参考图1至图6，基片成型腔和盖片成型腔均设置在模具的模芯上，通过自身形状形成基片10和盖片20。开模后基片和盖片分别贴合在移动模1或静止模2上，可以通过控制移动模1的位置改变，使得基片与盖片实现对准，对准后可以实施压力键合。可移动的移动模1使得基片和盖片对准，并为之后实现键合作用提供了可能。

请参考图1至图6，在上述任意一个实施例的基础之上，动力装置3与模具为固定连接，通过动力装置3的移动实现模具的压力，动力装置3为集成于模具的油缸动力装置。

在上述任意一个实施例的基础之上，超声装置4设置于动力装置3上。方便对模具上的芯片进行超声键合操作。

可选的，上述超声装置4也可以为设置在动力装置3、或设置在模具上的超声装置4。

在上述任意一个实施例的基础之上，还包括用于实现自动控制的控制装置，控制装置与移动模1、动力装置3和超声装置4连接。

控制装置能够控制移动模1、动力装置3和超声装置4的自动操作，使得控制装置能够在无人操作下进行稳定的操作。

除了上述，本发明还提供一种包括上述实施例公开的微流控芯片制作装置的主体结构，该装置的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的微流控芯片制作方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微流控芯片制作方法，其特征在于，包括：

在同一模具中同时制作基片和盖片，成型开模后，移动所述模具将所述基片与所述盖片的对准；

在成型模温的基础上，对所述基片与所述盖片施加键合压力的同时，施加超声波。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片制作方法，其特征在于，所述超声波为低振幅超声波。

3.根据权利要求1或2任一项所述的微流控芯片制作方法，其特征在于，所述施加超声波的步骤之后，还包括：控制所述模具开模，并对所述基片与所述盖片形成的微流控芯片进行降温并脱模。

4.根据权利要求3所述的微流控芯片制作方法，其特征在于，所述在同一模具中同时制作基片和盖片的步骤，包括采用微注射成型的方式在同一模具中的不同型腔内注射得到所述基片和所述盖片。

5.一种微流控芯片制作装置，其特征在于，包括：

模具，所述模具具有基片成型腔和盖片成型腔，开模状态下的所述基片成型腔与所述盖片成型腔可以实现对准；

设置于所述模具上的动力装置，所述动力装置用于向对准状态下的所述基片成型腔与所述盖片成型腔施加相向的压力；

用于对所述基片成型腔施加超声波的超声装置。

6.根据权利要求5所述的微流控芯片制作装置，其特征在于，所述超声装置为低振幅超声装置。

7.根据权利要求5或6任一项所述的微流控芯片制作装置，其特征在于，所述模具包括移动模和静止模，所述基片成型腔和所述盖片成型腔中的一者设于所述移动模，另一者设于所述静止模。

8.根据权利要求7所述的微流控芯片制作装置，其特征在于，所述动力装置为集成于所述模具的油缸动力装置。

9.根据权利要求7所述的微流控芯片制作装置，其特征在于，所述超声装置设置于所述动力装置上。

10.根据权利要求7所述的微流控芯片制作装置，其特征在于，还包括用于实现自动控制的控制装置，所述控制装置与所述移动模、所述动力装置和所述超声装置连接。