CN109126914A - 一种微流控芯片的键合方法 - Google Patents

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张文杰
谢亮
金湘亮
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    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
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Abstract

本发明公开了一种微流控芯片的键合方法，基片表面的严格清洗等预处理过程，更好的激活键合表面，在非净化条件的实验室完成芯片预键合和键合过程，不仅键合强度达标而且降低了对环境的洁净要求，全程非高温也对键合设备的要求，便捷有效；采用外援胶类封接，有效的保护了微流控芯片，使微流控芯片不在键合中遭到破坏。

Description

一种微流控芯片的键合方法
技术领域
本发明属于芯片制作技术领域，具体涉及一种微流控芯片的键合方法。
背景技术
微全分析系统(Micro Total Analysis Systems，μ-TAS)是一个以分析化学为基础发展起来的跨学科新领域。它是以微机电(MEMS) 为基础，通过在硅、玻璃、石英、高分子材料表面加工出10～100微米的通道及网络，实现分析设备的微型化、便携化，用于此种目的芯片一般被称为微流控芯片。玻璃及石英材料以其良好的紫外透光性、表面稳定性、电渗性能是最为理想的芯片制作材料。然而作为芯片制作的最关键的一步，芯片的键合的好坏程度极大的影响了芯片的质量。
玻璃石英材质的键合一般采用热键合、阳极键合，键合过程一般在超净室内完成，对键合材质的平整度，热膨胀系数等因素要求较高，且石英材质在高温下易发生陶瓷化现象表面不够透明，影响键合效果，键合成功率不高，实验成本较高。阳极键合对玻璃材质要求较高，不适于广泛推广。
基于以上问题，低温键合玻璃、石英材质芯片的技术近年来被广泛研究。现行的低温键合技术主要采用HF酸和硅酸钠作为粘合剂，然而采用硅酸钠键合易改变沟道形貌，利用HF酸键合需要严格控制键合压力及HF酸浓度，且HF酸腐蚀玻璃能力较强，易破坏精细结构沟道。
发明内容
本发明提供了一种微流控芯片的键合方法，解决了上述问题，提供了无需高温净化的制成环境也可以制成键合强度达标的微流控芯片的键合方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种微流控芯片的键合方法，包括以下步骤：
S1、基片在腐蚀出相应图形和完成储液池打孔加工后进行表面清洗，依次用丙酮、乙醇进行表面清洗，每次清洗后均需用去离子水冲掉清洗液；
S2、将步骤S1清洗后的基片和盖片用去离子水冲洗后，直接在去离子水中将基片和盖片的键合面贴合在一起，转移到培养皿中，然后放置到真空干燥箱内若干时间，完成预键合；
S3、将石蜡融化，将步骤S2完成预键合的盖片与基片浸泡到液体石蜡中，在基片的孔处施加负压，利用负压将液体石蜡通过孔吸入到沟道内，将盖片与基片夹紧、固定，冷却到室温，完成对沟道的保护；
S4、反复浸泡清洗步骤S3得到的盖片与基片，将盖片与基片之间的可溶性的硅酸钠溶解除去，室温下抽真空干燥；
S5、在步骤S4得到的盖片与基片的四周的边缘封一圈紫外光固化胶，施加负压，将紫外光固化胶通过盖片与基片之间的缝隙吸入到非沟道区域；
S6、对步骤S5得到的盖片与基片的四周进行紫外光照射，再对基片的沟道区域进行紫外光照射，室温老化；
S7、将步骤S6室温老化后得到的盖片与基片加热至温度为55℃～ 95℃，通过基片上的孔将沟道中的液体石蜡吸出；冷却到室温，通过基片上的孔，清洗残余在沟道中的石蜡后再用酒精清洗，最后反复冲洗浸泡盖片与基片以除去沟道内部残余的硅酸钠，室温下真空干燥；
S8、室温下，将浓硫酸和过氧化氢的混合液通过基片上孔充满步骤S7干燥后得到的盖片与基片中的基片的沟道内，加热盖片与基片后保温，以除去沟道中残余的外援胶类；
S9、用去离子水通过基片上的孔反复清洗沟道，真空干燥后完成键合，得到微流控芯片。
进一步地，所述步骤S2中，真空干燥温度为100℃~115℃，抽真空使真空度达到80~100Pa并保持真空1.5h~3h。
进一步地，所述步骤S3中，石蜡融化温度为65℃～ 80℃。
进一步地，所述步骤S8中，浓硫酸：过氧化氢的体积比为1∶2 ～ 8∶3。
进一步地，所述步骤S8中，加热温度为100～120℃，保温时间为0.5～2h。
进一步地，所述步骤S7中，用石油醚清洗残余在沟道中的石蜡。
进一步地，所述步骤S1中，基片为硬质绝缘片材，包括陶瓷片、硅片、石英基片、玻璃基片的一种。
进一步地，所述步骤S5中，援胶类包括紫外光固化胶。
本发明所达到的有益效果：基片表面的严格清洗等预处理过程，更好的激活键合表面，在非净化条件的实验室完成芯片预键合和键合过程，不仅键合强度达标而且降低了对环境的洁净要求，全程非高温也对键合设备的要求，便捷有效；采用外援胶类封接，有效的保护了微流控芯片，使微流控芯片不在键合中遭到破坏。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
S1、玻璃基片在腐蚀出相应图形和完成储液池打孔加工后进行表面清洗，依次用丙酮、乙醇进行表面清洗，每次清洗后均需用去离子水冲掉清洗液；
S2、将步骤S1清洗后的基片和盖片用去离子水冲洗后，直接在去离子水中将基片和盖片的键合面贴合在一起，转移到培养皿中，然后放置到真空干燥箱内，真空干燥温度为110℃，抽真空使真空度达到80Pa并保持真空3h，完成预键合；
S3、在温度为80℃将石蜡融化，将步骤S2完成预键合的盖片与基片浸泡到液体石蜡中，在基片的孔处施加负压，利用负压将液体石蜡通过孔吸入到沟道内，将盖片与基片夹紧、固定，冷却到室温，完成对沟道的保护；
S4、反复浸泡清洗步骤S3得到的盖片与基片，将盖片与基片之间的可溶性的硅酸钠溶解除去，室温下抽真空干燥；
S5、在步骤S4得到的盖片与基片的四周的边缘封一圈紫外光固化胶，施加负压，将紫外光固化胶通过盖片与基片之间的缝隙吸入到非沟道区域；
S6、对步骤S5得到的盖片与基片的四周进行紫外光照射，再对基片的沟道区域进行紫外光照射，室温老化；
S7、将步骤S6室温老化后得到的盖片与基片加热至温度为55℃～ 95℃，通过基片上的孔将沟道中的液体石蜡吸出；冷却到室温，通过基片上的孔，用石油醚清洗残余在沟道中的石蜡，后再用酒精清洗石油醚，最后反复冲洗浸泡盖片与基片以除去沟道内部残余的硅酸钠，室温下真空干燥；
S8、室温下，将浓硫酸：过氧化氢的体积比为8∶3的混合液通过基片上孔充满步骤S7干燥后得到的盖片与基片中的基片的沟道内，将盖片与基片加热，加热温度为120℃，保温0.5h，以除去沟道中残余的紫外光固化胶；
S9、用去离子水通过基片上的孔反复清洗沟道，真空干燥后完成键合，得到微流控芯片。
实施例二：
S1、石英基片在腐蚀出相应图形和完成储液池打孔加工后进行表面清洗，依次用丙酮、乙醇进行表面清洗，每次清洗后均需用去离子水冲掉清洗液；
S2、将步骤S1清洗后的基片和盖片用去离子水冲洗后，直接在去离子水中将基片和盖片的键合面贴合在一起，转移到培养皿中，然后放置到真空干燥箱内，真空干燥温度为100℃，抽真空使真空度达到100Pa并保持真空2h，完成预键合；
S3、在温度为70℃将石蜡融化，将步骤S2完成预键合的盖片与基片浸泡到液体石蜡中，在基片的孔处施加负压，利用负压将液体石蜡通过孔吸入到沟道内，将盖片与基片夹紧、固定，冷却到室温，完成对沟道的保护；
S4、反复浸泡清洗步骤S3得到的盖片与基片，将盖片与基片之间的可溶性的硅酸钠溶解除去，室温下抽真空干燥；
S5、在步骤S4得到的盖片与基片的四周的边缘封一圈紫外光固化胶，施加负压，将紫外光固化胶通过盖片与基片之间的缝隙吸入到非沟道区域；
S6、对步骤S5得到的盖片与基片的四周进行紫外光照射，再对基片的沟道区域进行紫外光照射，室温老化；
S7、将步骤S6室温老化后得到的盖片与基片加热至温度为55℃～ 95℃，通过基片上的孔将沟道中的液体石蜡吸出；冷却到室温，通过基片上的孔，用石油醚清洗残余在沟道中的石蜡，后再用酒精清洗石油醚，最后反复冲洗浸泡盖片与基片以除去沟道内部残余的硅酸钠，室温下真空干燥；
S8、室温下，将浓硫酸：过氧化氢的体积比为1∶2的混合液通过基片上孔充满步骤S7干燥后得到的盖片与基片中的基片的沟道内，将盖片与基片加热，加热温度为100℃，保温1h，以除去沟道中残余的紫外光固化胶；
S9、用去离子水通过基片上的孔反复清洗沟道，真空干燥后完成键合，得到微流控芯片。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种微流控芯片的键合方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基片在腐蚀出相应图形和完成储液池打孔加工后进行表面清洗，依次用丙酮、乙醇进行表面清洗，每次清洗后均需用去离子水冲掉清洗液；
S2、将步骤S1清洗后的基片和盖片用去离子水冲洗后，直接在去离子水中将基片和盖片的键合面贴合在一起，转移到培养皿中，然后放置到真空干燥箱内若干时间，完成预键合；
S3、将石蜡融化，将步骤S2完成预键合的盖片与基片浸泡到液体石蜡中，在基片的孔处施加负压，利用负压将液体石蜡通过孔吸入到沟道内，将盖片与基片夹紧、固定，冷却到室温，完成对沟道的保护；
S4、反复浸泡清洗步骤S3得到的盖片与基片，将盖片与基片之间的可溶性的硅酸钠溶解除去，室温下抽真空干燥；
S5、在步骤S4得到的盖片与基片的四周的边缘封一圈外援胶类，施加负压，将紫外光固化胶通过盖片与基片之间的缝隙吸入到非沟道区域；
S6、对步骤S5得到的盖片与基片的四周进行紫外光照射，再对基片的沟道区域进行紫外光照射，室温老化；
S7、将步骤S6室温老化后得到的盖片与基片加热至温度为55℃～ 95℃，通过基片上的孔将沟道中的液体石蜡吸出；冷却到室温，通过基片上的孔，清洗残余在沟道中的石蜡后再用酒精清洗，最后反复冲洗浸泡盖片与基片以除去沟道内部残余的硅酸钠，室温下真空干燥；
S8、室温下，将浓硫酸和过氧化氢的混合液通过基片上孔充满步骤S7干燥后得到的盖片与基片中的基片的沟道内，加热盖片与基片后保温，以除去沟道中残余的外援胶类；
S9、用去离子水通过基片上的孔反复清洗沟道，真空干燥后完成键合，得到微流控芯片。
2.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的键合方法，其特征在于，所述步骤S2中，真空干燥温度为100℃~115℃，抽真空使真空度达到80~100Pa并保持真空1.5h~3h。
3.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的键合方法，其特征在于，所述步骤S3中，石蜡融化温度为65℃～ 80℃。
4.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的键合方法，其特征在于，所述步骤S8中，浓硫酸：过氧化氢的体积比为1∶2 ～ 8∶3。
5.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的键合方法，其特征在于，所述步骤S8中，加热温度为100～120℃，保温时间为0.5～2h。
6.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的键合方法，其特征在于，所述步骤S7中，用石油醚清洗残余在沟道中的石蜡。
7.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的键合方法，其特征在于，所述步骤S1中，基片为硬质绝缘片材，包括陶瓷片、硅片、石英基片、玻璃基片的一种。
8.根据权利要求1所述的一种微流控芯片的键合方法，其特征在于，所述步骤S5中，援胶类包括紫外光固化胶。
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