CN107983422A - 基于双层pcb的pci引脚数字微流控芯片及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于双层印刷电路板的PCI引脚数字微流控芯片，包括基于双层印刷电路板的PCI引脚数字微流控芯片，其特征在于包括：上极板、下极板和PCI插槽；所述上极板和下极板均为PCB板；所述上极板、下极板的边缘设有金手指引脚，插入PCI插槽。方法包括在下极板的电极上滴加液滴，使上极板、下极板之间形成液柱；控制系统通过PCI插槽向与液滴的邻位电极相连的电气引脚施加液滴驱动电压，驱动液滴向邻位电极移动。本发明采取双层PCB板结构，将引线置于芯片的背面，以避免加电引线对液滴运动的干扰，并最大程度减少了引线对芯片正面有限空间的挤占，从而大大提高数字微流控芯片工作电极的密度。

Description

基于双层PCB的PCI引脚数字微流控芯片及其方法
技术领域
本发明涉及电气工程及微流控芯片技术，特别提供了一种基于双层PCB的PCI引脚数字微流控芯片及其工作方法。
背景技术
液滴微流控芯片是微流控芯片领域的一个重要分支,两种互不相溶的液体，以其中的一种作为连续相，另一种作为分散相，分散相以微小体积单元的形式和极快的速度分散于连续相中,形成可以用作微量生物、化学样品承载工具的液滴。液滴微流控芯片通过承载不同样品液滴间的相互融合、分裂、再输运、再融合，可以实现微量生物、化学样品间的相互作用与化学反应。
数字式微流控芯片的基本原理是:利用电润湿和介电泳现象，通过改变芯片表面亲疏水性在平面上对不连续的液滴进行操控。数字式液滴微流控芯片中的液滴具有作为微反应单元的功能。在数字式微流控芯片上，每个液滴都可以作为单独的反应单元。
数字式微流控芯片为三明治结构，即工作电极(又称下极板)、共地电极(又称上极板)和夹在以上两个电极间的液滴组成。工作电极可由被绝缘材料覆盖并可独立加电的一定数量的电极组成，共地电极由透明导电材料(通常为镀有导电氧化铟锡的玻璃)构成。工作电极和共地电极表面涂覆均有疏水材料。液滴可以为水相或有机相，并呈圆柱状结构，其高度由工作电极和工地电极间的间隔决定。芯片上的多个液滴，可以在数字式微流控芯片上，通过引脚施加脉冲电压实现液滴的定向移动。
对数字式芯片上液滴控制的可以由计算机程序控制通过时序逻辑控制，由计算机控制下的控制器，如单片机或工业控制器，通过芯片的夹具、连接器、引脚向工作电极上的独立电极施加脉冲驱动电压至液滴，从而使得液滴按照操作者规划的路线移动、融合、分裂，实现液滴间的微反应。其中，数字式微流控芯片工作电极的制作工艺和包括引脚、引线在内的电极电路对于芯片上液滴的运动操控性能至关重要，而通常连接器的尺寸规范为电气工业标准，因此引脚的尺寸需符合连接器的工业标准。通常，芯片的固定和电气连接分别通过芯片夹具和芯片测试夹来实现，但在实际操作中，容易出现芯片的位置不易固定、电气连接不良等问题，影响设备的正常使用。此外，若电极电路的引线与工作电极同处于芯片的上层，加电的引线可能会对液滴产生拖拽，从而干扰液滴的运动；同时，引线与工作电极同置于芯片的正面，减少了工作电极的密度，降低了芯片上单位面积可操控的液滴数。
发明内容
本发明引入标准外设互联(Peripheral Component Interconnect，简称PCI)作为引脚接口以解决上述问题，提高数字微流控芯片的可靠性。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于双层印刷电路板的PCI引脚数字微流控芯片，包括：上极板、下极板和PCI插槽；所述上极板和下极板均为PCB板；所述上极板、下极板的边缘设有金手指引脚，插入PCI插槽。
所述上极板的左右两端由导电胶带缠绕构成上、下极板之间的间隔。
所述下极板上表面设有多个排列的电极，每个电极的引线通过通孔由下极板下表面引出，与金手指引脚连接。
所述电极上滴有液滴，位于上极板、下极板之间形成液柱。
所述PCI插槽与控制系统连接；控制系统向与液滴的邻位电极相连的电气引脚施加液滴驱动电压，驱动液滴向邻位电极移动。
所述金手指引脚为单排，包括144个引脚。
所述金手指引脚为双面，包括288个引脚。
基于双层印刷电路板的PCI引脚数字微流控芯片控制方法，包括以下步骤：
在下极板的电极上滴加液滴，使上极板、下极板之间形成液柱；
控制系统通过PCI插槽向与液滴的邻位电极相连的电气引脚施加液滴驱动电压，驱动液滴向邻位电极移动
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明采用了PCB板作为数字微流控芯片的基板，为芯片与液滴控制和检测电路集成一体提供了可能性。
2.本发明采取双层PCB板结构，将引线置于芯片的背面，以避免加电引线对液滴运动的干扰，并最大程度减少了引线对芯片正面有限空间的挤占，从而大大提高数字微流控芯片工作电极的密度。
3.此外，在芯片引脚与控制电路的连接间采用了固定的标准PCB插槽，在保证控制电路与数字微流控芯片工作电极间并行电气连接的同时，为芯片提供了可靠的机械固定作用。
附图说明
图1a为基于双层PCB结构的PCI数字微流控芯片各部组成平面示意图一；
图1b为基于双层PCB结构的PCI数字微流控芯片各部组成平面示意图二；
图1c为基于双层PCB结构的PCI数字微流控芯片各部组成平面示意图三；
其中，1为上极板，2为连接器，3为下极板；1-1为粘贴在上极板上的极板间隔，2-1为连接器中的芯片插槽，2-2为连接器中的金手指，3-1和3-2为芯片上的引脚；
图2为基于双层PCB结构的PCI引脚数字微流控芯片的细节示意图；
图3a为基于双层PCB结构的PCI引脚数字微流控芯片的组件示意图一；
图3b为基于双层PCB结构的PCI引脚数字微流控芯片的组件示意图二；
图3c为基于双层PCB结构的PCI引脚数字微流控芯片的组件示意图三；
其中，4为适配器，4-1为双排针插槽。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
PCI为计算机硬件中采用的一种标准并行通信总线。通过在计算机主板上设置PCI连接器，可以连接外设硬件，如内存条、显示卡等。而PCI连接器的主要特点为，该连接器具有2个插槽，其中短插槽和长插槽分别提供电气相互独立的22个簧片和50个簧片，因此可提供的并行接口多，接口密度高，数据传输快。例如，一块基于双层PCB构架的常规PCI连接器，其金手指接口间距为1.27mm,并且可以在85mm的宽度提供多达144个并行输入或输出通道。
本发明提供了一种基于双层PCB的数字微流控芯片设计，芯片各部的平面结构示意图如图1a～图1c所示。在本发明的典型结构中，上极板①的左右两端由导电胶带1-1缠绕构成上下极板之间的间隔，并提供与地线间的电气连接；下极板②由具有标准PCI尺寸的金手指引脚3-1、引线和工作区电极3-2组成；下极板③的金手指引脚3-1对应PCI插槽2-1。图中上下两排各49个引脚，其中最右侧引脚为空连，也可提供地线的电气连接。下极板以双层PCB作为芯片的基材，将工作电极布置在芯片的顶层，相邻电极之间的间距为0.05mm至0.25mm,将引脚和引线布置在芯片的底层。如图2所示，PCB板底层的引线与顶层的电极之间通过通孔实现层间的电气连接。之后，利用气相沉积法将介电材料沉积在芯片的顶层，并采用匀胶法或浸没的方式将疏水剂涂覆在芯片的表面。
本发明还提供了一种的PCB板适配器④，如图3a～图3c所示，可将基于双层PCB的PCI数字微流控芯片与控制系统连接。控制系统中继电器控制板的单个继电器提供对芯片上单个电极驱动电场的开关控制。该适配器包括2个标准PCI插槽，2个50针2.54mm间距标准排针。所述双层PCB的PCI引脚数字微流控芯片③与一对PCI连接器②接驳后，该转角插槽与适配器④上的PCI插槽连接，后者与排针之间通过PCB板上的电路连接，排针与控制系统之间的电气连接由一对排线分别连接。
此外，在本发明中，一对具有单排PCI金手指的数字微流控芯片可以拓展到144个引脚，而一对双面PCI金手指可以拓展到288个引脚。
图1基于双层PCB结构的PCI数字微流控芯片各部组成平面示意图。1、2、3分别为连接器和下极板。其中1-1为粘贴在上极板上的极板间隔，2-1为连接器中的芯片插槽，2-2为连接器中的金手指，3-1和3-2为芯片上的引脚。图中方块表示电极，虚线为置于芯片反面的引线，实线为正面引线，圆圈为形成正反面电气连接的过孔。
图2基于双层PCB结构的PCI引脚数字微流控芯片的细节示意图。该芯片分为上下两层，图中电极布于PCB板的正面；引线(用虚线表示)布于PCB板的下层，通过贯穿上下层的金属通孔(图中黑色圆圈所示)与上层电极实现电气连接。为说明引线在该双层PCB板中的位置，背面有引线穿过的电极在图中用透明化黑色正方形表示，但实际芯片中的电极和板材为不透明；背面没有引线的电极用不透明黑色正方形表示。
图3基于双层PCB结构的PCI引脚数字微流控芯片的组件示意图。(a)从上到下：上极板1、PCI连接器1②、下极板③、PCI连接器2②；(b)具有PCI插槽的PCB板适配器④。4-1为PCB板适配器上的一对双排针插槽，用于连接排线，并通过排线与控制系统形成电气连接。
1.将图3(a)中基于双面PCB结构的PCI芯片下极板③插入两侧对应的一对PCI连接器②的插槽2-1中，则下极板上的弯角金手指引脚3-1与插槽中的簧片一一对应。该对插槽作为芯片的连接器，为芯片与PCB板适配器提供电气连接；
2.装载芯片的PCI连接器②上的金手指2-2插入(b)PCB板适配器④上的PCI插槽4-1中；
3.将一滴或多滴液滴滴加在工作电极上；
4.将带有间隔的上极板覆盖在工作电极上，则液滴夹在上下极板之间形成扁平的液柱；
通过控制系统向与液滴的邻位电极相连的电气引脚施加液滴驱动电压，驱动液滴向邻位电极移动。

Claims (8)

1.基于双层印刷电路板的PCI引脚数字微流控芯片，其特征在于包括：上极板、下极板和PCI插槽；所述上极板和下极板均为PCB板；所述上极板、下极板的边缘设有金手指引脚，插入PCI插槽。
2.根据权利要求1所述的基于双层印刷电路板的PCI引脚数字微流控芯片，其特征在于所述上极板的左右两端由导电胶带缠绕构成上、下极板之间的间隔。
3.根据权利要求1所述的基于双层印刷电路板的PCI引脚数字微流控芯片，其特征在于所述下极板上表面设有多个排列的电极，每个电极的引线通过通孔由下极板下表面引出，与金手指引脚连接。
4.根据权利要求4所述的基于双层印刷电路板的PCI引脚数字微流控芯片，其特征在于所述电极上滴有液滴，位于上极板、下极板之间形成液柱。
5.根据权利要求1所述的基于双层印刷电路板的PCI引脚数字微流控芯片，其特征在于所述PCI插槽与控制系统连接；控制系统向与液滴的邻位电极相连的电气引脚施加液滴驱动电压，驱动液滴向邻位电极移动。
6.根据权利要求1所述的基于双层印刷电路板的PCI引脚数字微流控芯片，其特征在于所述金手指引脚为单排，包括144个引脚。
7.根据权利要求1所述的基于双层印刷电路板的PCI引脚数字微流控芯片，其特征在于所述金手指引脚为双面，包括288个引脚。
8.基于双层印刷电路板的PCI引脚数字微流控芯片控制方法，其特征在于包括以下步骤：
在下极板的电极上滴加液滴，使上极板、下极板之间形成液柱；
控制系统通过PCI插槽向与液滴的邻位电极相连的电气引脚施加液滴驱动电压，驱动液滴向邻位电极移动。
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