CN108465493A - 微流控芯片的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微流控芯片的制造方法,包括以下步骤：步骤S1：准备作为介电层的薄膜；步骤S2：在所述介电层上形成电路层；步骤S3：将由步骤S2得到的薄膜结构与加固层相结合；步骤S4：在步骤S3之后在所述薄膜的未形成有所述电路层的一面上涂布疏水层。本发明工艺简单，降低了成本，且生产的微流控芯片具有良好的性能。

Description

微流控芯片的制造方法

技术领域

本发明涉及微流控芯片领域，特别涉及一种微流控芯片的制造方法。

背景技术

微流控，是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术，在DNA芯片、芯片实验室、微进样技术和微热力学技术等方向得到了发展。

微流控芯片采用类似半导体的微机电加工技术在芯片上构建微流路系统，将实验与分析过程转载到由彼此联系的路径和液相小室组成的芯片结构上，加载生物样品和反应液后，采用微机械泵、电水力泵和电渗流等方法驱动芯片中缓冲液的流动，形成微流路，在芯片上进行一种或连续多种的反应。激光诱导荧光、电化学和化学等多种检测系统以及与质谱等分析手段结合的很多检测手段已经被用在微流控芯片中，对样品进行快速、准确和高通量分析。

微流控芯片的最大特点是在一个芯片上可以形成多功能集成体系和数目众多的复合体系的微全分析系统。芯片集成的单元部件越来越多，且集成的规模也归来越大，使着微流控芯片有着强大的集成性。同时可以大量平行处理样品，具有高通量的特点，分析速度快、耗低，物耗少，污染小，分析样品所需要的试剂量仅几微升至几十个微升，被分析的物质的体积甚至在纳升级或皮升级。因此，微流控分析系统在生物医学研究、药物合成筛选、环境监测与保护、卫生检疫、司法鉴定、生物试剂的检测等众多领域的应用提供了极为广阔的前景。

传统的微流控芯片，利用MEMS微加工技术在芯片上集成微阀、微泵、微小电极和微小传感器等器件，同时在芯片表面刻蚀出微型沟道，通过流体在沟道中的流动完成分离、运输、检测等分析过程。微流控芯片又可分为连续微流控芯片和数字微流控芯片。其中连续微流控芯片的操控对象为连续流体，而数字微流控芯片的操控对象为单个独立的微液滴。

数字微流控芯片(DMF)是近10年来发展迅猛的一种新兴技术，以控制实现单个或多个离散液滴在芯片平面上运动为基础，利用液滴表面的电湿润现象，通过向芯片极板电极上施加电压，从而改变芯片介电层与其上液滴的固液表面张力，实现液滴在平面上的灵活运动。由于数字微流控芯片的操控对象是单个或者多个独立的液滴，而液滴本身不需要隔断，所以数字微流控芯片避开了微阀的设计，且液滴的移动由电极阵列所释放的驱动电场完成，故无需微泵推动液体流动的功能，构造简易且易于实现集成化。相对于连续微流控芯片还具有如下优点：消耗样品剂量少，不易造成浪费，同时使样品处理更便捷省时；其可对任何样品进行操控，应用范围广泛。

最主流的数字微流控芯片的制作工艺是利用MEMS制造工艺制作。MEMS制作工艺一般使用单晶硅或者二氧化硅为基底材料。这种工艺可以实现叠层的电路、层厚极小的金属层以及间隙极小的阵列等设计。这些设计特点能够有效的提升数字微流控芯片的性能，具有良好效果，但是成本很高，不适于生产一次性使用的数字微流控芯片。现代工艺还采用PCB制作工艺来制作数字微流控芯片，PCB的制作工艺与MEMS制造工艺有一定相似性，都是采用光蚀刻，因PCB制作工艺是一种广泛使用的商业制造工艺，所以其在制作成本上有一定的优势，可以实现大规模生产，但是制作的数字微流控芯片性能较差。最近几年出现了一种用喷墨打印机制作数字微流控芯片的工艺，这种工艺一般使用纸质、PET、PI等柔性基材，通过喷墨打印机将纳米银墨水打印在基材上并且固化而制成电路。由于该工艺是采用微孔喷墨打印在纸质的材料上，所以生产出的数字微流控芯片有柔软、低成本、高精度等特点。通过喷墨打印实现的数字微流控芯片虽然性能好，成本低，但是因为喷墨打印的喷头只有一个，只能连续打印一个图形，无法形成规模生产也无法做出叠层电路的结构。且喷墨打印导电材料会频繁产生堵头问题，需要浪费大量昂贵的墨水来疏通或更换喷头，增加了成本。

专利文献1:CN201310074476.5公开了一种基于纳米材料电极修饰的电化学集成数字微流控芯片，提供了一种可实施的制备工艺如下：

(a)下极板绝缘衬底上采用旋涂、蒸发、溅射等工艺形成金属薄膜，通过一步光刻刻蚀方法形成驱动电极和集成电化学电极；

(b)通过旋涂、物理溅射、化学气相沉积等方法制备绝缘介电层，通过光刻刻蚀方法形成集成电化学电极上的“凹坑”以裸露电化学电极；

(c)通过旋涂、蒸发、溅射成膜等方法制备疏水层，并通过光刻刻蚀方法去掉电化学电极上的部分。

专利文献2：CN201010553307.6公开了一种基于数字微流控技术的电化学传感器芯片，提供的具体实施步骤如下：

底层：1)衬底的制备；2)电极层的淀积，并图形化；3)绝缘层的制备；4)三电极的淀积，并图形化；5)疏水层的制作和图形化。

以上制备步骤都是在衬底上形成电极后制备介电层和/或疏水层，无论采用何种方法制备，这样的顺序都会导致电极间不可忽视的间隙，从而影响液滴移动。图1为采用涂布法(包括旋涂、辊涂、喷涂等)或沉积法(包括物理溅射、化学气相沉积等)制备介电层的芯片结构示意图，如图1所示，介电层厚度均匀与形成的电极能够完全贴合，然而介电层上存在电极间的间隙，加重介电层的粗糙度造成液滴移动困难。图2为采用覆膜法制备介电层的芯片结构示意图，如图2所示，覆膜法是将已制备的薄膜与电极贴合，然而介电层下部存在电极间的间隙产生微小的波浪形台阶，导致液体移动受阻。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种微流控芯片的制造方法,包括以下步骤：

步骤S1：准备作为介电层的薄膜；

步骤S2：在所述介电层上形成电路层。

数字微流控芯片的基础是介电润湿效应，即通过在绝缘介电层下方的电路层施加电压，利用电场的诱导作用来改变置于其固体界面上的微液滴的亲疏水性，从而利用表面张力驱动微液滴。

本发明直接在介电层上形成所需电路层，所以电路层与介电层能够充分接触，使得电路层、介电层、位于介电层上与电路层相对一面的微液滴三者构成一个等效的平板电容，这样当对电路层施加电压时，可以有效地避免电路层和微液滴之间的电荷交换而导致微液滴发生电解现象，从而使之能够承受更大的电压。

电路层上未加电压时，微液滴、空气、介电层与电路层组成的薄膜结构保持三相平衡的状态，且微液滴的接触角非常大，电路层加上电压后，介电层上的微液滴接触面处迅速感应出大量负电荷，而负电荷间的相互排斥降低了液滴向两侧铺展所需能量，使得微液滴与疏水层接触面处的表面张力减弱，从而使得微液滴接触角变小，液滴由疏水状态变为亲水状态，且施加的电压越大，液滴铺展的范围也越大。

不同于传统芯片中先形成电路层而后形成介电层，因电路层厚度的不同会在电路层的电极间留有间隙，影响微液滴的移动。本发明先形成介电层，在介电层上形成电路层，从而不会产生间隙，利用介电层的平整表面承载液滴样品，使液滴样品在受到驱动时不被阻挡，顺畅移动。将电路层凹凸不平的面置于下方，覆盖保护涂料或与任何衬底材料贴合，虽然也会留有间隙但因其不与微液滴接触，并不会影响微液滴的移动。且本发明制造方法产生的间隙问题可以通过增厚底部保护涂料(充当衬底的功能)来掩盖，而且不影响性能。而传统工艺若通过增厚介电层厚度掩盖电极间间隙，则会影响电极电压，芯片性能变差。

优选的,在步骤S2中形成的电路层包括电极层以及电线层，电极层与电线层以共层的形式处于同一层。

电极层由按需设计的多个单电极组成，微液滴位于一个单电极上且其周缘部接触到另外的单电极，当电极上未被加上电压时，微液滴在电极上方保持疏水平衡的状态，当一侧电极被施加电压时，微液滴该侧处于单电极上方的部分接触角θ将减小，而液滴另一侧的接触角维持不变，因而使得液滴产生向一侧铺展的趋势，施加的电压越大，则接触角变化的越多，当电压大到一定程度时，液滴两侧会产生非常大的接触角差异，则液滴向一侧铺展的趋势更强烈，此时液滴内部会出现一个非常大的压力差而导致液滴内部形成不平衡力，当这个不平衡力比微液滴在电极上受到的摩擦阻力还大时，液滴就会顺着所加电压的方向逐渐移动，实现对微液滴的灵活操作与控制。

电线层由按需设计的多条电线组成，将单电极之间、电极与外部电压连接，使电压能够施加在各个单电极上。采用共层的设计使电极层与电线层能够充分接触，确保每个单电极可以具有驱动微液滴的电压，且电极层与电线层可以同时形成，降低了工艺难度，减少了生产成本。

优选的,在步骤S2中，在介电层上依次形成电极层、绝缘层以及电线层，电极层、绝缘层以及电线层共同构成电路层且以堆叠的形式形成为多层结构。

对于较复杂的电路层设计，电极层与电线层共层容易发生短路，影响芯片的使用，且工艺上难以实现，因此将电极层与电路层堆叠形成，并在两层之间加入绝缘层使两层隔离。电极层形成在介电层上，通过绝缘层将电极层与电线层隔离，使得位于介电层上与电路层相对一面的微液滴受到电极层的驱动时不会被电线层影响，能够准确向施加电压的方向移动。

优选的,在步骤S1中准备的薄膜为双层结构的薄膜，其中一层为用作介电层的功能膜，另一层为离型膜。

电路层形成在用作介电层的功能膜上与离型膜相反的一面，离型膜可以保护功能膜不在形成电路层的过程中受损。且足够薄的介电层可以有效地降低产生介电润湿的起始电压，增大微液滴两侧的电压差，使微液滴受到电压驱动更灵敏，提高芯片的实际应用意义，但同时介电层越薄强度越弱，在生产过程中易造成破损，双层结构的薄膜增加了薄膜的整体厚度，使电路层能够形成在介电层上而不对其造成损害，克服因介电层过薄而产生的工艺缺陷。

优选的,在步骤S1中准备的薄膜为单层结构的薄膜。

高介电常数的材料可以有效降低驱动微液滴使之移动所需的电压，有利于微液滴的驱动，且过薄的介电层易会出现漏电现象甚至被击穿而使微液滴电解，因此选用厚度适宜的单层高介电薄膜能够使芯片具有灵敏性同时减少了工艺步骤，降低了生产成本。

优选的,在步骤S2中利用印刷或者打印的方式形成所述电路层。

采用印刷或者打印的方式形成电路层，能够精确按照设计好的图形在介电层上形成电路层，不易造成短路或断路，提高芯片性能，且形成工艺简单，降低了生产成本。

优选的,本发明还包括步骤S3：将由步骤S2得到的薄膜结构进行加固处理。

将加固层贴合在薄膜结构中的电路层一面上，增加薄膜结构的整体厚度，方便后续工艺的进行，同时保护电路层不被破坏。

优选的,电极层、绝缘层以及电线层共同构成电路层且以堆叠的形式形成为多层结构时，步骤S2具体包括如下子步骤：

步骤S21：在介电层上通过印刷形成电极层；

步骤S22：对在步骤S21中得到的电极层进行固化；

步骤S23：在由步骤S22固化后的电极层上形成绝缘层；

步骤S24：对在步骤S23中得到的绝缘层进行固化；

步骤S25：在由步骤S24固化后的绝缘层上形成电线层；

步骤S26：对在步骤S25中得到的电线层进行固化。

分别在形成电极层、绝缘层、电线层每一层后对其固化，使每一层材料中的固体颗粒间联结更紧密，使之成为最稳定的结构状态，减小每一层膜层的粗糙度，增大其致密性，同时干燥膜层，且使膜层间黏着更紧密，提升薄膜结构质量。

另外，优选的，步骤S2具体包括如下子步骤：

步骤S21：在介电层上通过蚀刻形成电极层；

步骤S23：在由步骤S21形成的电极层上形成绝缘层；

步骤S24：对在步骤S23中得到的绝缘层进行固化；

步骤S25：在由步骤S24固化后的绝缘层上形成电线层；

步骤S26：对在步骤S25中得到的电线层进行固化。

在采用蚀刻的方法形成电极层时，则无需对其固化，可直接在其上形成绝缘层。

优选的,本发明还包括以下步骤：

步骤S4：在步骤S3之后在薄膜未形成有所述电路层的一面上涂布疏水层。

对于具有双层结构薄膜且结合有加固层的薄膜结构，在作为介电层的薄膜未形成有所述电路层的一面上涂布疏水层，使微液滴与疏水层接触，增大微液滴在芯片表面的接触角，当对芯片施加电压时，微液滴两侧的接触角差异更大，有利于微液滴内部不平衡力的产生，从而促进微液滴的驱动。且微液滴与芯片表面的接触面变小，有利于减少微液滴的挥发和污染，同时使芯片表面更光滑，减小了驱动微液滴所需克服的摩擦阻力。

优选的,本发明还包括以下步骤：

步骤S4：在步骤S2之后在所述薄膜的未形成有所述电路层的一面上涂布疏水层。

对于具有单层薄膜的薄膜结构，在作为介电层的薄膜未形成有所述电路层的一面上涂布疏水层，能有效减小微液滴与芯片表面的接触面及摩擦阻力，使微液滴更容易被驱动，实现芯片对微液滴的灵活操控。

优选的,在步骤S23中，在绝缘层形成与电极层上的多个电极对应的多个穿孔，在步骤S25中，所述电线层中的各电线分别穿过在步骤S23中形成的所述穿孔而与所述电极层中的各电极分别连接。

对于电极层、绝缘层以及电线层以堆叠的形式形成的多层结构，因绝缘层位于其中，为将外部电压通过电线层传给电极层中各个电极，需使电极层与电线层接触。因此在绝缘层上对应的各个电极部分都形成相应的穿孔，并使电线层中的各电线分别穿过穿孔与各电极连接，从而使各电极都能够产生电压，完善工艺流程。

优选的,在步骤S2中形成的电极层的厚度为0.1-100um，电线层的厚度为0.1-100um。

电极层的厚度为0.1-100um，使其能够产生足够的电压驱动微液滴，电线层的厚度为0.1-100um，使其能够承受足够的外部电压同时传输给电极层。

附图说明

图1现有技术微流控芯片层级结构示意图；

图2现有技术微流控芯片层级结构示意图；

图3本发明实施例一的方法制造的芯片的层级结构示意图；

图4本发明实施例二的方法制造的芯片的层面结构示意图；

图5本发明实施例二的方法制造的芯片的层级结构示意图；

图6本发明实施例三的方法制造的芯片的层面结构示意图；

图7本发明实施例三的方法制造的芯片的层面结构示意图；

图8本发明实施例三的方法制造的芯片的层面结构示意图；

图9本发明实施例三的方法制造的芯片的层级结构示意图；

图10本发明实施例四的方法提供薄膜的层级结构示意图；

图11本发明实施例八的方法制造的芯片的层级结构示意图；

图12本发明实施例九的方法制造的芯片的层级结构示意图；

图13本发明实施例一的制造方法流程图；

图14本发明实施例六的制造方法流程图；

图15本发明实施例九的制造方法流程图；

图16是芯片的电极形状示意图。

附图标记说明

1介电层；11离型膜；12背胶；2电路层；21电极层；21a、21b、21m、21n单电极；22绝缘层；23电线层；201穿孔；3微液滴；4加固层；5疏水层。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例一

本发明的第一实施方式提供了一种微流控芯片的制造方法，图3是由本实施例的方法制造的芯片的层级结构示意图；图13是本实施例的制造方法流程图；

如图13所示，本实施例微流控芯片的制造方法包括以下步骤：

步骤S1：准备作为介电层1的薄膜。介电层1的纯度、厚薄、致密性及均匀性等性能直接决定了芯片功能能否实现，因此介电层1的选择是整个芯片制作过程中最重要也是最关键的一步，本实施例选用柔性薄膜材料如PVDF、PI、PET、PEN、PP等或者在这些材料中掺杂有各种高介电常数杂质的聚合物薄膜作为介电层1，优选为PI薄膜，其具有良好的介电性能，韧性适中，且能够方便在其上形成其他介质，重要的是PI薄膜在市场上已较为成熟，降低了整体生产成本。

使用有机溶剂和工业清洗剂超声清洗PI薄膜，之后使用去离子水超声清洗数次，尽量减少外来污染物对介电层1的影响，最后烘干。并利用打洞机在薄膜一侧边缘制作定位孔，以方便之后的套印工序。根据印刷或打印材料的不同，烤箱中的加热温度可以确定为与不同的印刷材料对应的温度。

步骤S2：在所述介电层1上形成电路层2。电路层2由导体材料形成特定设计图案，其与外部电路相连。实际应用时，如图3所示，微液滴3位于介电层1上方，介电层下方形成有电路层2，则三者构成了一个等效的平板电容，由此在电路层2与介电层1的界面储存一定的电荷介电层1能够有效地避免电路层2和微液滴3之间的电荷交换而导致微液滴3电解现象。

同时利用介电层1的平整表面承载微液滴3，使微液滴3样品在受到驱动而移动时阻力减小而顺畅移动。传统芯片先形成电路层，然后在电路层上形成介电层，因电路层厚度的不同会在电路层的电极间留有间隙，影响微液滴3的移动。本实施例中，先形成介电层1，然后在介电层1薄膜上形成电路层2，确保了与微液滴3接触的表面平整，将电路层2凹凸不平的面置于下方，虽然也会留有间隙但因其不与微液滴3接触，并不会影响微液滴3的移动。且本实施例制造方法产生的间隙问题可以选择通过增厚与电路层2接触且与介电层1相对的一面的保护涂料(充当衬底的功能)来掩盖，而且不影响性能。而传统工艺若通过增厚介电层厚度掩盖电极间间隙，则会影响电极电压，芯片性能变差。

实施例二

本发明的第二实施方式提供了一种微流控芯片的制造方法，图4是由本实施例的方法制造的芯片的层面结构示意图；图5是由本实施例的方法制造的芯片的层级结构示意图。第二实施方式是对第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第二实施方式中，参见图4-5所示，在步骤S2中形成的电路层2包括电极层21以及电线层23，电极层21与电线层23以共层的形式处于同一层。

电极层21由并排设计的两排单电极组成，单电极之间间距应当追求所用工艺能够实现的最小距离，间距过大时，较小体积的微液滴3无法接触到相邻单电极，导致相邻单电极无法对该微液滴3施加电压，使该微液滴3不能产生电润湿现象进而难以顺利被驱动。每个单电极都有一条电线与之对应，电线连接电极并向离其最近的薄膜边缘处延伸，即连接上排电极的电线向上延伸，连接下排电极的电线向下延伸。电线的末端与外部电压控制端口相连接，实现控制系统对微液滴3的驱动。且电极层21与电线层23同时形成，减少了工艺步骤，节约了生产成本。

如图5所示，微液滴3同时位于两个单电极21a、21b上，当电极上未被加上电压时，微液滴3在电极上方保持疏水平衡的状态，当一侧单电极21b被施加电压时，微液滴3处于单电极21b上方的一侧部分接触角θ将减小，而液滴3另一侧的接触角θ维持不变，因而使得微液滴3产生向一侧铺展的趋势，施加的电压越大，则接触角θ变化的越多，当电压大到一定程度时，微液滴3两侧会产生非常大的接触角θ差异，则微液滴3向一侧铺展的趋势更强烈，此时微液滴3内部会出现一个非常大的压力差而导致微液滴3内部形成不平衡力，当这个不平衡力比微液滴在电极上受到的摩擦阻力还大时，微液滴3就会顺着所加电压的方向移动。在所设计的电极阵列上依次施加一定的电压，从而使得微液滴沿着所施加电压的方向运动，这样就实现了对微液滴产生、输运、合成和分离的灵活操作与控制。

实施例三

本发明的第三实施方式提供了一种微流控芯片的制造方法。图6-8是由本实施例方法制造的芯片的层面结构示意图；图9是由本实施例方法制造的芯片的层级结构示意图。第三实施方式是对第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第三实施方式中，在步骤S2中，在PI薄膜上依次形成电极层21、绝缘层22以及电线层23，电极层21、绝缘层22以及电线层23共同构成电路层2且以堆叠的形式形成为多层结构。参见图6所示，电极层21由三排三列的正方形单电极阵列组成，电极间的水平距离和竖直距离均相等。参见图7所示，在电极层21上堆叠形成绝缘层22，其中绝缘层22上留有穿孔201，穿孔201与电极层21的电极阵列一一对应，且穿孔201中心与单电极重合，穿孔201直径小于单电极边长。其中，利用光学定位传感器定位预制的定位孔，使绝缘层22与电极层21的相对位置更精确。参见图8所示，在绝缘层22上堆叠形成电线层23，电线层23中的各电线分别穿过绝缘层22上留有的穿孔201而与电极层21中的各电极分别连接，从而使各单电极都能够产生电压。连接上排电极的电线向上延伸，连接中排电极的电线向上延伸且不与上排电极和连接上排电极的电线接触，连接下排电极的电线向下延伸，各电线之间的间距适宜并延伸至绝缘层22外，能够集成连接外部电压控制系统。此外，参见图9所示，因绝缘层22具有一定的厚度，为确保电线层23和电极层21接触连接，本实施例中在形成绝缘层22后用点胶机将导体点入穿孔201中，使穿孔201的侧壁上能够导电，提高芯片性能。本实施例中，仅就电极分别通过电线与外部电压控制系统相连的情况进行了介绍，本领域技术人员可以理解，本发明并不限于此，电极彼此之间也可通过电线连接以满足设计需要，且彼此相连的电极中存在至少一个与外部电压控制系统相连的电极。

另外，本实施例中，仅就单层绝缘层22和单层电线层23进行了介绍，本领域技术人员可以理解，本发明并不限于此，对于更复杂、更密集的电路设计可在电线层23上再次堆叠形成绝缘层22，电线层23，其中每一个单电极都有绝缘层22上的穿孔201与之对应，每一个穿孔201都有电线穿过连接电极。

实施例四

本发明的第四实施方式提供了一种微流控芯片的制造方法。图10是本实施例提供的薄膜的层级结构示意图。第四实施方式是对第一实施方式至第三实施方式中任意一个实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第四实施方式中，在步骤S1中准备的薄膜为双层结构的PI薄膜，如图10所示，其中一层为厚度10um且用作介电层1的功能膜，另一层为厚度50um且带有背胶12的离型膜11。电路层2形成在用作介电层1的功能膜上与离型膜11相反的一面，离型膜11可以保护功能膜不在形成电路层2的过程中受损。介电层1越薄越能够有效降低产生介电润湿的驱动电压，增大微液滴两侧的电压差，使微液滴受到电压驱动更灵敏，提高芯片的实际应用意义，但同时介电层1越薄其物理强度越弱，在生产过程中易造成破损，双层结构的PI薄膜利用离型膜11增加了薄膜的整体厚度，使电路层2能够形成在介电层1上而不对其造成损害，克服了因介电层1过薄而产生的工艺缺陷。

实施例五

本发明的第五实施方式提供了一种微流控芯片的制造方法。第五实施方式是对第一实施方式至第三实施方式中任意一个实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第五实施方式中，在步骤S1中准备的薄膜为厚度15um的单层的掺杂有高介电常数材料的PI薄膜。在芯片的使用过程中，如果施加到微液滴上的电压高于介电层所能耐受的最高电压就会导致介电层1的击穿，介电层1一旦击穿，会直接暴露电极，微液滴3接触带电电极极易发生电解。因此选用高介电常数，高击穿电压的单层PI薄膜，同时其厚度能够确保对其的一系列加工工艺能够完成且使芯片具有灵敏度，不易被高压击穿。

实施例六

本发明的第六实施方式提供了一种微流控芯片的制造方法。图14是本实施例的微流控芯片制造方法流程图。第六实施方式是对第一实施方式至第三实施方式中任意一个实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第六实施方式中，在步骤S2中利用印刷或者打印的方式如丝网印刷、柔性版印刷、平版印刷、微接触印刷、气溶胶喷印、喷墨打印等，形成电路层2。在本实施例中，采用丝网印刷的方式在PI薄膜上依次印刷电极层21、绝缘层22、电线层23。

如图14所示，步骤S2具体包括如下子步骤：

步骤S21：在介电层上形成所述电极层21；

步骤S22：在由步骤S22形成的电极层21上形成绝缘层22；

步骤S23：在由步骤S24形成的绝缘层22上形成电线层23；

首先，将导电银浆油墨倒在具有设计好电极层21图形的丝网印版之上，用丝网印刷机印刷图形即利用刮印刮板对丝网印版上的导电银浆油墨施加一定压力，同时向丝网印版另一端移动。导电银浆油墨在移动中被刮板从电极层21图型部分的网孔中挤压到PI薄膜上。由于丝网印版与PI薄膜之间保持了一定的间隙，印刷时丝网印版会通过自身的张力而产生对刮板的回弹力，使得丝网印版与PI薄膜之间呈移动式线接触，接触线随刮板移动而移动，而丝网印版其它部分与PI薄膜呈脱离状态，从而准确地将电极层21图案印刷到用作介电层1的PI薄膜上且不污染其他部分，形成厚度为0.1-100um的电极层21。将印刷有电极层21的湿膜放入烘箱内，以110-130℃的温度对其加热25-35分钟使油墨固化。

其次，利用光学定位传感器完成对于步骤S1中预制定位孔的定位。将绝缘油墨倒在设计好的绝缘层22图形的丝网印版之上，用丝网印刷机印刷图形，形成厚度为10-50um的绝缘层22。将印刷有绝缘层22的湿膜放入烘箱内，以110-130℃的温度对其加热25-35分钟使油墨固化。

再次，利用点胶机将导电银浆油墨点入绝缘层22留有的穿孔201中，将PI薄膜放入烘箱内，以110-130℃的温度对其加热25-35分钟使新点上的油墨固化。

最后，再次利用光学定位传感器完成对于步骤S1中预制定位孔的定位。将导电银浆油墨倒在设计好的电线层23图形的丝网印版之上，用丝网印刷机印刷图形，形成厚度为0.1-20um的电线层23。将印刷有电线层23的湿膜放入烘箱内，以110-130℃的温度对其加热25-35分钟使油墨固化。

实施例七

本发明的第七实施方式提供了一种微流控芯片的制造方法。第七实施方式是对第一实施方式至第三实施方式中任意一个实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第七实施方式中，在步骤S2中利用蚀刻和印刷混合的方式形成电路层2。在本实施例中，采用湿式蚀刻的方式在PI薄膜上形成电极层21，并采用印刷的方式形成绝缘层22、电线层23。

首先，在作为介电层1的PI表面电镀一层厚度在0.1-100um的铜箔，接着在铜箔的表面形成一定厚度的抗蚀剂，抗蚀剂一般为液态，将抗蚀剂加热并干燥。同时，在菲林版或者铬版等光掩模上形成需要蚀刻的电极图形。

其次，将光掩模遮盖在抗蚀剂上并用适合的紫外光线曝光。光掩模和抗蚀剂保持适当的距离，如果直接接触，易将污染物压在抗蚀剂表面，会影响成像的效果，如果距离太远，曝光光线易发生散射，同样会影响成像效果，曝光强度，曝光时间，紫外光线的波长依据使用的抗蚀剂的特点决定。经过曝光之后，部分抗蚀剂会硬化，硬化的区域则构成电极层21的图形。

然后，用显像的药水将未硬化的抗蚀剂去除，并暴露出需要移除的铜箔，随后，用蚀刻的药水将暴露的铜箔去除，同时也是把抗蚀剂的图形转移到铜箔上。经过蚀刻后的材料上残留的抗蚀剂用剥离制程去除后，暴露出显像的电极层21。之后通过第六实施方式中所述的方式依次形成绝缘层22和电线层23。

实施例八

本发明的第八实施方式提供了一种微流控芯片的制造方法。图11是由本实施例的方法制造的芯片的层级结构示意图。第八实施方式是对第四实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第八实施方式中，还包括步骤S3：将由步骤S2得到的双层PI薄膜及其上印刷的电路层2组成的薄膜结构与加固层4相结合，即在印刷有电路层2的表面贴上一层厚度约为0.25mm的PI加固薄膜。贴合时，应去除表面空气且露出电线接口的位置。

然后，因有加固层4确保了整体薄膜结构的厚度，可将离型膜剥离，并依次用离子风机去除离型膜剥离后的非印刷表面的静电，用酒精、丙酮等有机溶剂清洗非印刷表面，用等离子体再次清洗该表面，用离子风机再一次去除该非印刷表面的静电。需要注意的是：只要对薄膜结构进行加固处理而实现加固效果即可，其具体实现方式不受本实施例中所述的加固层4的限定。

实施例九

本发明的第九实施方式提供了一种微流控芯片的制造方法。图12是本实施例方法制造芯片的层级结构示意图；图15是本实施例微流控芯片制造方法流程图。第九实施方式是对以上实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第九实施方式中，还包括以下步骤：

步骤S4：在实施例八步骤S3之后，或在实施例六步骤S2之后，在薄膜的未形成有所述电路层2的一面上涂布疏水层5。剥落离型膜后，清洁作为介电层1的PI薄膜未形成有所述电路层2的一面，使其表面没有尘埃、油污等。然后，利用旋涂仪涂布厚度约为1-2um的疏水层5。最后，烘烤薄膜使疏水层5固化，其固化的时间、温度由疏水材料本身的性质决定。

另外，需要说明的是，当介电层薄膜本身的疏水性能足够好时，则无需涂布疏水层，简化工艺。

实施例十

本发明的第十实施方式提供了一种微流控芯片的制造方法。图16是芯片的电极形状示意图。第十实施方式是对以上实施方式的进一步改进，主要改进之处在于，在本发明的第十实施方式中，电极层21上形成的单电极可以为正方形、矩形、六角形、月牙形或不规则形状等，也可以将上述形状的边缘设计为锯齿状等方式。

如图16所示，单电极21m为半月形，当位于其上的微液滴3受到驱动时，仅会朝向远离凹陷部的方向移动且不会再回到单电极21m上。单电极21n为大致矩形且边角处附近设有凸起，且在两长边上的凸起较粗短，在两短边上的凸起较细长，当位于其上的微液滴3受到驱动时，会沿着两短边上细长凸起的方向移动。因此，通过电极的形状设计，能够更精确的控制微液滴的移动方向，增加了微流控芯片的功能。

Claims (13)

1.一种微流控芯片的制造方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤S1：准备作为介电层的薄膜；

步骤S2：在所述介电层上形成电路层。

2.如权利要求1所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,

在所述步骤S2中形成的所述电路层包括电极层以及电线层，所述电极层与所述电线层以共层的形式处于同一层。

3.如权利要求1所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,

在所述步骤S2中，在所述介电层上依次形成电极层、绝缘层以及电线层，所述电极层、所述绝缘层以及所述电线层共同构成所述电路层且以堆叠的形式形成为多层结构。

4.如权利要求1-3中任一项所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,

在所述步骤S1中准备的薄膜为双层结构的薄膜，其中一层为用作所述介电层的功能膜，另一层为离型膜。

5.如权利要求1-3中任一项所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,在所述步骤S1中准备的薄膜为单层结构的薄膜。

6.如权利要求1-3中任一项所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,

在所述步骤S2中利用印刷、打印或者蚀刻的方式形成所述电路层。

7.如权利要求4所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,还包括以下步骤：

步骤S3：将由步骤S2得到的薄膜结构进行加固处理。

8.如权利要求3所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,

所述步骤S2具体包括如下子步骤：

步骤S21：在所述介电层上通过印刷形成所述电极层；

步骤S22：对在所述步骤S21中得到的所述电极层进行固化；

步骤S23：在由所述步骤S22固化后的所述电极层上形成所述绝缘层；

步骤S24：对在所述步骤S23中得到的所述绝缘层进行固化；

步骤S25：在由所述步骤S24固化后的所述绝缘层上形成所述电线层；

步骤S26：对在所述步骤S25中得到的所述电线层进行固化。

9.如权利要求3所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,

所述步骤S2具体包括如下子步骤：

步骤S21：在所述介电层上通过蚀刻形成所述电极层；

步骤S23：在由所述步骤S21形成的所述电极层上形成所述绝缘层；

步骤S24：对在所述步骤S23中得到的所述绝缘层进行固化；

步骤S25：在由所述步骤S24固化后的所述绝缘层上形成所述电线层；

步骤S26：对在所述步骤S25中得到的所述电线层进行固化。

10.如权利要求7所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,还包括以下步骤：

步骤S4：在步骤S3之后在所述薄膜的未形成有所述电路层的一面上涂布疏水层。

11.如权利要求5所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,还包括以下步骤：

步骤S4：在步骤S2之后在所述薄膜的未形成有所述电路层的一面上涂布疏水层。

12.如权利要求8所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,

在步骤S23中，在所述绝缘层形成与所述电极层上的多个电极对应的多个穿孔，

在步骤S25中，所述电线层中的各电线分别穿过在步骤S23中形成的所述穿孔而与所述电极层中的各电极分别连接。

13.如权利要求12所述的微流控芯片的制造方法，其特征在于,

在步骤S2中形成的所述电极层的厚度为0.1-100um，所述电线层的厚度为0.1-100um。