CN106984369A - 一种微流控芯片用键合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微流控芯片用键合装置，包括预热组件、上面板和下面板：所述上面板和所述下面板间设有导柱，所述导柱上套装有相对设置、用于对芯片进行键合的上压头组件和下压头组件，所述上压头组件与动力装置连接以在其带动下沿所述导柱滑动对所述芯片进行键合；所述预热组件包括推料件和用于对所述芯片进行预加热的预热件，所述推料件将经所述预热件预热后的所述芯片推送至所述下压头组件内进行键合。应用本发明公开的微流控芯片用键合装置，通过预热件对芯片进行预热，再通过压头组件进行键合，减小芯片送入压头组件后的升温时间，加热时所需升高的温度少，提高键合效率，且可批次键合芯片，提高生产效率。

Description

一种微流控芯片用键合装置

技术领域

本发明涉及化工技术设备领域，更具体地说，涉及一种微流控芯片用键合装置。

背景技术

我国在微流控分析芯片方面的研究起步较晚。目前，国内使用的芯片，一部分是从国外购买，一部分是使用单位自己制作。关于微芯片的制作，还仅限于一些研究单位在实验室，非专业的少量手工制作，所采用的设备多是对小型压片机的简单改制，加工质量难以保证，加工效率及其缓慢，其工作效率均较低，并且某些设备没有提供真空环境，会使键合后的芯片中出现气泡。

综上所述，如何有效地解决键合设备工作效率低、加工质量难以保证等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微流控芯片用键合装置，以解决键合设备工作效率低、加工质量难以保证等问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微流控芯片用键合装置，包括预热组件、上面板和下面板：

所述上面板和所述下面板间设有导柱，所述导柱上套装有相对设置、用于对芯片进行键合的上压头组件和下压头组件，所述上压头组件与动力装置连接以在其带动下沿所述导柱滑动对所述芯片进行键合；

所述预热组件包括推料件和用于对所述芯片进行预加热的预热件，所述推料件将经所述预热件预热后的所述芯片推送至所述下压头组件内进行键合。

优选地，在上述微流控芯片用键合装置中，所述动力装置包括与所述上压头组件连接的传动杆，所述传动杆经平衡器组件与所述上压头组件连接，所述平衡器组件包括平衡器支撑板和与其固定连接的平衡器，所述平衡器支撑板与所述上压头组件固定连接，所述平衡器支撑板与所述导柱套装沿其上下滑动。

优选地，在上述微流控芯片用键合装置中，所述平衡器支撑板与所述上压头组件间的所述导柱上套设有缓冲弹簧，所述平衡器支撑板与所述上压头组件间设置有用于对所述平衡器支撑板的最大下压距离进行限位的限位螺钉。

优选地，在上述微流控芯片用键合装置中，所述下面板与所述下压头组件间设置有压力传感器，所述下面板上设置有用于放置所述压力传感器的垫板。

优选地，在上述微流控芯片用键合装置中，所述上面板与所述下面板形成的腔体为真空腔体。

优选地，在上述微流控芯片用键合装置中，所述上面板和所述传动杆间设置有动密封组件，所述动密封组件包括法兰和多个交错设置的密封圈和垫圈，所述法兰与所述上面板螺纹连接。

优选地，在上述微流控芯片用键合装置中，所述上压头组件和所述下压头组件分别包括第一加热板和热交换板，所述第一加热板内设有热电制冷器，所述热交换板内设有用于调控温度速率的通水管路。

优选地，在上述微流控芯片用键合装置中，所述预热件包括第二加热板和设于所述第二加热板上方的料斗。

优选地，在上述微流控芯片用键合装置中，所述上压头组件和所述下压头组件分别经导套与所述导柱套装。

优选地，在上述微流控芯片用键合装置中，所述动力装置包括电机和丝杆，所述丝杆与所述传动杆可拆卸的固定连接。

本发明提供的微流控芯片用键合装置，包括预热组件、上面板和下面板。其中，上面板和下面板间设有导柱，导柱上套装有相对设置、用于对芯片进行键合的上压头组件和下压头组件，上压头组件与动力装置连接以在其带动下沿着导柱滑动对芯片进行键合，预热组件包括推料件和预热件，推料件将经预热件预热后的芯片推送至下压头组件内进行键合。应用本发明提供的微流控芯片用键合装置，通过预热件对芯片进行预热，再通过压头组件进行键合，减小芯片送入压头组件后的升温时间，加热时所需升高的温度少，提高键合效率，且可批次键合芯片，提高生产效率。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的微流控芯片用键合装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的动力装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的预热件的安装位置结构示意图；

图4为图1中A处局部放大结构示意图；

图5为本发明实施例提供的动密封组件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的丝杆与传动杆的安装结构示意图。

附图中标记如下：

下面板1、垫板2、下压垫板3、热交换板4、第一加热板5、平衡器支撑板6、限压螺钉7、上面板8、动密封组件9、平衡器10、导柱11、缓冲弹簧12、称重传感器13、螺旋升降机支撑板14、螺旋升降机15、联轴器16、力矩电机17、电机安装架18、推料件19、料斗20、第二加热板21、预粘芯片22、出料气缸23、导套24、紧定螺钉25、法兰26、垫圈27、密封圈28、螺母29、传动杆连接法兰30、缓冲垫片31、螺栓组32、丝杆连接法兰33、丝杆34。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种微流控芯片用键合装置，以解决键合设备工作效率低、加工质量难以保证等问题。

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。

在一种具体的实施方式中，请参阅图1，为本发明实施例提供的微流控芯片用键合装置的结构示意图，本发明提供的微流控芯片用键合装置，包括预热组件、上面板8和下面板1。上面板8和下面板1间设有导柱11，一般的，导柱11可与其通过螺纹连接，导柱11上套装有上压头组件和下压头组件，二者相对设置以对芯片进行键合，上压头组件与动力装置连接以在其带动下沿导柱11滑动对芯片进行键合，动力装置可以为电机等，只要能够对装置提供动力即可，对具体的实现形式不作限定。优选地，导柱11可以为两个或四个，对上面板8和下面板1进行支撑，压头组件和导柱11可通过滑轨等形式进行设置，以便于压头组件在其上的滑动，保证上下压头组件间的平行度，可根据实际需要自行设置滑动方式。

如图3所示，为本发明实施例提供的预热件的安装位置结构示意图。预热组件的推料件19可优选为推杆，在其他实施例中也可以为气缸等，将芯片的基片和盖片经过预粘以后叠在一起，形成预粘芯片22，预热件对预粘芯片22进行加热至预设温度，推杆将加热后的芯片推入至压头组件内，再将其加热到一定的温度后即可进行热压键合，在进行对预粘芯片22加热的同时，压头组件可同时进行上一个芯片的键合，缩短键合时间，提高键合效率。

该装置通过预热件对预热待键合预粘芯片22进行预热，缩短加工时间，提高生产效率，并通过导柱11保证压头组件间的平行度。

具体的，动力装置包括与上压头组件连接的传动杆，传动杆经平衡器组件与上压头组件连接，平衡器组件包括平衡器支撑板6和与其固定连接的平衡器10，平衡器支撑板6与上压头组件固定连接，平衡器支撑板6与导柱11套装沿其上下滑动。

为了在下压过程中，施加在压头组件上的压力均衡，通过传动杆连接平衡器组件达到上述目的，平衡器10与传动杆一般通过可拆卸连接件进行固定，平衡器10通过平衡器支撑板6与上压头组件固定连接，平衡器支撑板6套装在导柱11上在传动杆的带动下上下滑动，进而带动上压头组件进行滑动。

进一步地，平衡器支撑板6与上压头组件间的导柱11上套设有缓冲弹簧12，平衡器支撑板6与上压头组件间设置有用于对平衡器支撑板6的最大下压距离进行限位的限压螺钉7。

在传动杆下压时，分配在缓冲弹簧12的压力均衡，以保证上压头组件和下压头组件之间的平行，且缓冲弹簧12避免上压头组件与芯片接触时产生刚性碰撞，损坏芯片和键合装置，缓冲弹簧12的一端可预埋在上压头组件内。当然，在其他实施例中，也可以选择其他形式的缓冲装置，或者不进行上述设置，此处仅为较为优选的实施方案，均在本发明的保护范围内。

为了对平衡器10的最大下压距离进行限制，在平衡器支撑板6和上压头组件间设置限压螺钉7，限制上压头组件和下压头组件之间产生的最大压力，同时限压螺钉7对缓冲弹簧12进行预压，提高系统刚度。

更进一步地，下面板1与下压头组件间设置有称重传感器13，下面板1上设置有用于放置称重传感器13的垫板2。

通过称重传感器13对压头组件的压力进行测量，与控制系统通过负反馈实现对压力的精确控制，称重传感器13底面安装在垫板2上，二者的接触面经过精加工处理，有利于提高称重传感器13的精度及使用寿命，称重传感器13与下压头组件间设置下压垫板3，下压垫板3与称重传感器13的上表面连接，接触面也经过精加工处理。

具体的，上面板8与下面板1形成的腔体为密闭腔体。通过将上面板8和下面板1所形成的腔体形成密闭腔体，并将内部抽成真空，将整个键合过程在真空环境下完成，可以保证键合后的芯片质量。

进一步地，上面板8和传动杆间设置有动密封组件9，动密封组件9包括法兰26和多个交错设置的密封圈28和垫圈27，法兰26与上面板8螺纹连接。

为了达到上述技术目的，在上面板8和传动杆间设置动密封组件9，以保证腔体的密闭性，如图5所示，其中，动密封组件9包括法兰26，法兰26套装在传动杆上与上面板8通过紧定螺钉25固定连接，上面板8与传动杆间设有多个交错设置的密封圈28和垫圈27，以保证装置的密闭性，当然，在其他实施例中，可根据实际需要设置密封结构，其具体的形式不作限定，只要能够达到相同的技术效果即可，均在本发明的保护范围内。

在一种实施例中，通过三组密封圈28和垫圈27的组合，在其内部涂上密封脂，再经法兰26压紧固定后实现传动杆的动密封。同时传动杆的表面经精加工和热处理，以便更好地保持腔体的密封性。

在上述各实施例的基础上，上压头组件和下压头组件分别包括第一加热板5和热交换板4，第一加热板5内设有热电制冷器，热交换板4内设有用于调控温度速率的通水管路。

一般的，第一加热板5内部加工有沟槽，用于安装热电制冷器，四个热电制冷器并联设置，在提高升温降温效率的同时，也有利于控制系统控制升温和降温的速率，热交换板4两端加工有热交换介质水流通道，端口安装有水管转接头，当第一加热板5向上端面提供热量时，热交换板4中的水流提供热量；当第一加热板5对上端面进行降温时，热交换板4中的水流带走热量。第一加热板5和热交换板4之间的非热电致冷器工作区域装有隔热毛毡，以此提高升温和降温效率。

可以理解的是，上压头组件中的热交换板4与限位螺钉连接，在热交换板4与导柱11的连接处可设置凹槽以放置缓冲弹簧12，可根据实际需要自行设置。半导体热电致冷器不但具有良好的升温、降温性能，而且可以方便的进行控制。只要控制好热交换板4内部循环水的流速，就可以很好的控制升温和降温的速率。采用热电致冷器的升温、降温方式，升温、降温速率的可控性好。

具体的，预热件包括第二加热板21和设于第二加热板21上方的料斗20。料斗20内可放置多个预粘芯片22，第二加热板21间料斗20中最下面的芯片加热至一定程度，以减少到达第一加热板5后的加热时间，推料件19将底部已经加热后的芯片推入至加热板。

进一步地，如图4所示，上压头组件和下压头组件分别经导套24与导柱11套装。导柱11与导套24间精密配合，偏差小以满足加热板之间的平行度要求。导套24通过填埋安装的方式安装于第一加热板5和热交换板4之间，节省空间，同时导套24为缓冲弹簧12的直接受力对象，作用力作用至第一加热板5上，没有对第一加热板5和热交换板4之间的热电制冷器产生压力，有利于提高其使用寿命。

更进一步地，如图2和图6所示，动力装置包括力矩电机17和丝杆34，丝杆34与传动杆可拆卸的固定连接。动力装置将丝杆34的旋转运动转化为传动杆的轴向运动，以满足功能要求，具体的，螺旋升降机支撑板14上安装有螺旋升降机和力矩电机17，力矩电机17通过电机安装架18安装、固定在螺旋升降机支撑板14上。力矩电机17与螺旋升降机15之间通过联轴器16进行连接，通过一系列结构将电机的旋转运动转化为传动杆的上下运动。通过上面板8上装配的动密封组件9，在传动杆上下运动时保证系统的密封性，通过导柱11保证第一加热板5之间在相对移动时的平行度。

具体的，丝杆34和传动杆间通过连接装置固定，丝杆34通过销钉固定在丝杆连接法兰33上，传动杆通过螺母29和垫圈27连接在传动杆连接法兰30上。传动杆颈部与传动杆连接法兰30之间是间隙配合，使传动杆可以绕传动杆连接法兰30相对转动。丝杆连接法兰33与传动杆连接法兰30之间安装有缓冲垫片31，可使二者在运动过程中承受一定的径向震动。丝杆连接法兰33与传动杆连接法兰30通过六组螺栓组32连接，可有效地保证连接强度和刚度。

在一种具体的实施例中，第二加热板21对料斗20中的预粘芯片22进行加热，推料件19将预粘芯片22推入至第一加热板5中，动力装置带动传动杆上下滑动，上压头组件中的第一加热板5在导柱11上向下滑动，在一定的压力和温度下保持一定时间，电机反转，将下压模组提拉到固定的位置后，完成对芯片的键合。出料气缸23将键合完成后的芯片推出第一加热板5，预热可与键合同步进行，减少预粘芯片22送入第一加热板5后的升温时间，而且降温时没必要将温度降至室温，只要适当温度下芯片恢复刚性即可推出，这样加热时所需升高的温度较少，大大提高了键合效率。

该装置通过内嵌热电制冷器实现系统的升温和降温，通过控制热交换板4中循环水的流速，控制升温和降温速率，通过对芯片预热及批次键合芯片的方式，减少升、降温的频率，以此提高键合频率；通过真空腔体提高聚合物微流控芯片的成品率和成品质量。

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。

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)

1.一种微流控芯片用键合装置，其特征在于，包括预热组件、上面板和下面板：

所述上面板和所述下面板间设有导柱，所述导柱上套装有相对设置、用于对芯片进行键合的上压头组件和下压头组件，所述上压头组件与动力装置连接以在其带动下沿所述导柱滑动对所述芯片进行键合；

所述预热组件包括推料件和用于对所述芯片进行预加热的预热件，所述推料件将经所述预热件预热后的所述芯片推送至所述下压头组件内进行键合。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片用键合装置，其特征在于，所述动力装置包括与所述上压头组件连接的传动杆，所述传动杆经平衡器组件与所述上压头组件连接，所述平衡器组件包括平衡器支撑板和与其固定连接的平衡器，所述平衡器支撑板与所述上压头组件固定连接，所述平衡器支撑板与所述导柱套装沿其上下滑动。

3.根据权利要求2所述的微流控芯片用键合装置，其特征在于，所述平衡器支撑板与所述上压头组件间的所述导柱上套设有缓冲弹簧，所述平衡器支撑板与所述上压头组件间设置有用于对所述平衡器支撑板的最大下压距离进行限位的限位螺钉。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片用键合装置，其特征在于，所述下面板与所述下压头组件间设置有称重传感器，所述下面板上设置有用于放置所述称重传感器的垫板。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片用键合装置，其特征在于，所述上面板与所述下面板形成的腔体为密闭腔体。

6.根据权利要求5所述的微流控芯片用键合装置，其特征在于，所述上面板和所述传动杆间设置有动密封组件，所述动密封组件包括法兰和多个交错设置的密封圈和垫圈，所述法兰与所述上面板螺纹连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的微流控芯片用键合装置，其特征在于，所述上压头组件和所述下压头组件分别包括第一加热板和热交换板，所述第一加热板内设有热电制冷器，所述热交换板内设有用于调控温度速率的通水管路。

8.根据权利要求7所述的微流控芯片用键合装置，其特征在于，所述预热件包括第二加热板和设于所述第二加热板上方的料斗。

9.根据权利要求8所述的微流控芯片用键合装置，其特征在于，所述上压头组件和所述下压头组件分别经导套与所述导柱套装。

10.根据权利要求2所述的微流控芯片用键合装置，其特征在于，所述动力装置包括电机和丝杆，所述丝杆与所述传动杆可拆卸的固定连接。