CN111250185B - 微流控芯片的制备方法及制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微流控芯片的制备方法及制备装置，属于微流控芯片技术领域。本发明的微流控芯片的制备方法，将形成有图案化的粘合层的转印基板与目标基板相对盒，其中，所述图案化的粘合层在所述目标基板上的投影位于所述目标基板的非流道区域上；将所述转印基板去除，以使所述图案化的粘合层转印在所述目标基板上，并将盖板与所述图案化的粘合层相对盒，以使所述目标基板和所述盖板的键合，形成微流控芯片。

Description

微流控芯片的制备方法及制备装置

技术领域

本发明属于微流控芯片技术领域，具体涉及一种微流控芯片的制备方法及制备装置。

背景技术

微流控芯片是一类利用微纳加工技术，在基板制作微纳结构，再进行封装贴合的芯片，可用于物质的反应，分离，富集，检测，特别是在生物领域的应用，例如基因测序，细胞筛分等。微流控芯片技术已经成为一类重要的技术手段。

常用的微流控芯片材质主要有玻璃、硅以及聚合物三类。基于不同材料的微流控芯片具有不同贴合方式，现有常见的微流控芯片封装贴合方式主要包括两种类型：一是无介质层的激光键合、热键合、阳极键合和等离子键合等；二是介质层如硅介质层键合或者胶键合。其中，胶键合方式相比于激光键合、热键合等，由于操作简单，键合质量稳定，胶材种类多，成本较低，适用于绝大部分芯片贴合封装。

但是发明人发现：随着微流控芯片流道的复杂性提高，一方面流道不再是简单的直线类型，可能包括连续弯曲且不规则的流道；另一方面流道数量增加，流道之间的可涂胶空间变得越来越小，传统的涂胶设备在涂胶宽度、出胶量以及涂胶运动平台难以对应高精细微流控芯片的涂胶要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种能够精准键合微流控基板，提高键合效率的微流控芯片的制备方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种微流控芯片的制备方法，

将形成有图案化的粘合层的转印基板与目标基板相对盒，其中，所述图案化的粘合层在所述目标基板上的投影位于所述目标基板的非流道区域上；

将所述转印基板去除，以使所述图案化的粘合层转印在所述目标基板上，并将盖板与所述图案化的粘合层相对盒，以使所述目标基板和所述盖板的键合，形成微流控芯片。

优选的，所述微流控芯片的制备方法还包括所述形成有图案化的粘合层的转印基板的制备步骤：

通过第一预设工艺在平面基板上形成粘合剂；

令具有转印图案的转印基板与所述粘合剂接触，以使与所述粘合剂分离后的所述转印基板上形成有图案化的粘合层。

进一步优选的，所述第一预设工艺包括：旋涂工艺或者辊涂工艺。

优选的，所述微流控芯片的制备方法，还包括：

通过热压工艺使所述目标基板和所述盖板的键合，形成微流控芯片。

进一步优选的，所述转印基板的材料包括聚合物、硅、玻璃中的至少一者。

优选的，所述微流控芯片的流道之间的间距小于1000微米。

优选的，形成于所述目标基板上的所述图案化的键合胶的厚度包括10-1000微米。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种微流控芯片的制备装置，包括：

第一控制单元，用于控制形成有图案化的粘合层的转印基板与目标基板相对盒，其中，所述图案化的粘合层在所述目标基板上的投影位于所述目标基板的非流道区域上；

第二控制单元，用于将所述转印基板从所述转印基板上去除，以使所述图案化的粘合层转印在所述目标基板上，并将盖板与所述图案化的粘合层相对盒，以使所述目标基板和所述盖板的键合，形成微流控芯片。

优选的，所述制备装置，还包括：

粘合剂提供单元，用于通过第一预设工艺在平面基板上形成粘合剂；

第三控制单元，用于控制具有转印图案的转印基板与所述粘合剂接触，以使与所述粘合剂分离后的所述转印基板上形成有图案化的粘合层。

优选的，所述第二控制单元包括键合单元，用于通过热压工艺使所述目标基板和所述盖板的键合，形成微流控芯片。

附图说明

图1为本发明的实施例的目标基板的结构示意图；

图2为本发明的实施例的微流控芯片的制备方法中形成粘合剂的示意图；

图3为本发明的实施例的微流控芯片的制备方法中具有转印图案的转印基板与粘合剂接触的示意图；

图4为本发明的实施例的微流控芯片的制备方法中将形成有图案化的粘合层的转印基板与目标基板相对盒的示意图；

图5为本发明的实施例的微流控芯片的制备方法中盖板与具有图案化的粘合层的目标基板相对盒的示意图；

图6为本发明的实施例的微流控芯片的制备方法中将目标基板和盖板键合，形成微流控芯片的示意图；

其中附图标记为：1、目标基板；11、流道；2、盖板；3、转印基板；4、粘合层；41、粘合剂；5、平面基板。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

微流控芯片通常包括：目标基板1和盖板2。其中，如图6所示，目标基板1上形成有微流道11结构(也即流道11)，盖板2用于与目标基板1键合形成微流控芯片，盖板2与目标基板1可通过粘合层4键合形成微流控芯片。目前，随着微流控芯片流道11的复杂性提高，一方面流道11不再是简单的直线类型，可能包括连续弯曲且不规则的流道11；另一方面流道11数量增加，流道11之间的空间更狭小，导致可涂胶空间变得越来越小，这对涂胶设备的涂胶能力要求极高。传统的涂胶设备采用点胶工艺的方式涂胶往往会存在两方面的问题：一是弯曲流道11带来涂胶路径的复杂性。由于涂胶的位置需要与流道11相互匹配，所以涂胶路径需要与流道11一致，在涂胶的过程中因此需要精准的控制平台保证涂胶位置的准确性；二是涂胶空间窄化导致涂胶量不稳定，引起溢胶、少胶或者断胶，从而造成微流道11内堵塞或漏液。现有的涂胶设备由于工艺能力不足，在应对1000微米(μm)以下的涂胶空间时，通过针头出胶方式贴合往往会出现比较大的出胶量形成流道11溢胶，在低胶量情况下胶量控制的均一性和稳定性也变得更差。

基于上述技术问题，本申请提供一种微流控芯片的制备方法及设备，可用于对微流控芯片的基板进行键合，以适应流道11日益复杂的微流控芯片的制备。以下通过各实施例对本申请提供的微流控芯片的制备方法进行更为具体、清楚地说明。

实施例1：

如图1至6所示，本实施例提供一种微流控芯片的制备方法，用于将目标基板1与盖板2键合，以形成微流控芯片。该制备方法可包括以下步骤：

S11、将形成有图案化的粘合层4的转印基板3与目标基板1相对盒，其中，图案化的粘合层4在目标基板1上的投影位于目标基板1的非流道11区域上。

其中，粘合层4可包括现有技术中常用于微流控芯片粘合的胶水等材料。

S12、将转印基板3去除，以使图案化的粘合层4转印在目标基板1上，并将盖板2与图案化的粘合层4相对盒，以使目标基板1和盖板2的键合，形成微流控芯片。

优选的，本实施例中，图案化的粘合层4在目标基板1上的投影位于目标基板1的非流道11区域上。也即最终在目标基板1上形成的图案化的粘合层4面积应略小于目标基板1的非流道11区域面积，以使在盖板2与目标基板1对位键合时，避免胶水溢出导致流道11的阻塞。

可以理解的是，本实施例中，目标基板1与盖板2是预先制备好的，本实施例中主要是对目标基板1与盖板2的键合。本实施例提供的微流控芯片的制备方法中，利用形成有图案化的粘合层4的转印基板3与目标基板1接触，图案化的粘合层4转印至目标基板1上，再将盖板2与形成有粘合层4的目标基板1进行对位键合，从而形成微流控芯片。利用该转印涂覆粘合剂的方式，可以通过对转印基板3的转印图案的控制，实现对粘合层4的图案的精准控制，而无需精准控制涂胶设备确保针头涂胶量以及涂胶空间，不仅可以快速实现复杂微结构以及微小空间的涂胶，还可以通过调节转印基板3上的转印图案与目标基板1上非流道11区域的偏差来防止胶量溢出。可以理解的是，转印基板3是可以多次利用的，在制备同一型号的微流控芯片时，相对于现有技术中需要对每个目标基板1都需要进行精准点胶涂覆，本实施例提供的制备方法可以利用同一转印基板3多次进行制备，大大节省了制备流程，且制备方法封装效率快，工艺简单，设备成本较低，有利于贴合的量产化。

实施例2：

如图1至6所示，本实施例提供一种微流控芯片的制备方法，用于将目标基板1与盖板2键合，以形成微流控芯片。

该制备方法具体可包括以下步骤：

S21、形成具有图案化的粘合层4的转印基板3。

本步骤中，用以形成具有图案化的粘合层4的转印基板3，以供后续步骤中利用该转印基板3将图案化的粘合层4转印至目标基板1上。其中可以理解的是，粘合层4的图案应是与目标基板1的非流道11区域的图案相匹配的。在此需要说明的是，本实施例中所谓的相匹配，指的是粘合层4的图案在目标基板1上的投影落入目标基板1的非流道11区域，最终能使盖板2与目标基板1键合即可，也就是说，粘合层4的图案形状不需要与目标基板1的非流道11区域的形状相同或者相似。具体的，粘合层4的图案在目标基板1上的投影可以仅落入目标基板1的部分非流道11区域。

优选的，本实施例中，图案化的粘合层4在目标基板1上的投影位于目标基板1的非流道11区域内，也即最终在目标基板1上形成的图案化的粘合层4面积应略小于目标基板1的非流道11区域面积，以使在盖板2与目标基板1对位键合时，保证二者能够键合的同时，避免胶水溢出导致流道11的阻塞。

步骤S21具体可包括以下步骤：

S211、通过第一预设工艺在平面基板5上形成粘合剂41。

优选的，第一预设工艺可包括：旋涂工艺或者辊涂工艺。

具体的，如图2所示，本步骤中，可将液态的胶(胶水材料)通过旋涂或者涂辊、涂刷等方式在平面基板5上形成一层均匀的胶层作为粘合剂41，以供转印基板3蘸取。粘合剂41的形成厚度可通过旋涂的转速或者涂刷量控制。

S212、令具有转印图案的转印基板3与粘合剂41接触，以使与粘合剂41分离后的转印基板3上形成有图案化的粘合层4。

本实施例中，转印基板3的具有转印图案。在此需要说明的是，该转印图案是凸出的图案，以使转印基板3在与粘合剂41接触后，能够在该转印图案上粘取胶水形成粘合层4，而在凹陷的部分则不会有胶水，从而在转印基板3上形成图案化的粘合层4。可以理解的是，转印基板3的转印图案应是与目标基板1的非流道11区域相对应的，以能够形成与目标基板1的非流道11区域相对应的图案化的粘合层4。

本步骤中，如图3所示，通过使具有转印图案的转印基板3与粘合剂41接触，使胶水转移至转印基板3上，并形成图案化的粘合层4。其中需要注意的是，转印基板3上所形成的粘合层4的厚度与粘合剂41的厚度、转印基板3与粘合剂41的接触程度以及转印图案的厚度(即转印图案凸出的高度)等因素相关。为了避免图案化的粘合层4的各部分之间相连，转印基板3的转印图案的厚度应在一定数值以上，具体可根据实际情况进行设置，本实施例中对比不做限定。

本实施例中，转印基板3的材料优选包括聚合物、硅、玻璃中的至少一者。转印基板3上的转印图案可通过刻蚀工艺形成。不同材质的转印基板3制备的方式也不一样，例如玻璃转印基板3的制备可在玻璃基板形成刻蚀保护层后通过湿法刻蚀出对应的转印图形。

S22、将形成有图案化的粘合层4的转印基板3与目标基板1相对盒。

在此需要说明的是，本步骤中，如图4所示，在控制转印基板3与目标基板1对盒时，应通过调整转印基板3与目标基板1的相对位置，使图案化的粘合层4在目标基板1上的投影位于目标基板1的非流道11区域，从而保证粘合层4能够转印至目标基板1的非流道11区域。

可以理解的是，本实施例中，不管目标基板1的非流道11区域之间的间距的距离是宽是窄，在只要选择相应的转印基板3，调整转印基板3与目标基板1的对位即可，相对于现有技术中精准控制针头在各处的涂胶位置，本实施例中的控制转印基板3与目标基板1的对盒工艺的操作难度要小得多，从而可以明显提高微流控基板的键合效率。

优选的，本实施例中，微流控芯片的流道11之间的间距小于1000微米。可以理解的是，本实施例所提供的制备方法适用于任意微流控基板的键合。其中，该制备方法特别适用于流道11之间的间距小于1000微米的微流控芯片。当利用本实施例提供的制备方法制备上述微流控芯片时，能够更好地使用涂胶需求，相对现有技术中的涂胶键合方法封装效率更快，工艺更简单，设备成本较低，有利于贴合的量产化。

优选的，形成于所述目标基板1上的图案化的粘合层4的厚度包括10-1000微米。可以理解的是，为了保证盖板2与目标基板1的键合效果，粘合层4的厚度不宜过薄；同时，粘合层4的厚度也不宜过厚，以避免盖板2与目标基板1键合时胶水溢出至流道11而导师流道11阻塞。

S23、将转印基板3去除，以使图案化的粘合层4转印在目标基板1上，并将盖板2与具有图案化的粘合层4的目标基板1相对盒，以使目标基板1和盖板2的键合，形成微流控芯片。

如图5所示，将带有图案化的粘合层4的转印基板3与目标基板1对位接触后，转印基板3上的粘合层4会转印至目标基板1上。转印基板3上的粘合层4的图案形状与目标基板1上非流道11区域的形状相互匹配的。同时，粘合层4的图案优选略小于非流道11区域。具体的，表现在目标基板1形成的粘合层4各部分图案之间的胶水间距要略大于流道11之间的间距，从而防止热压键合后胶水延展导致溢胶。具体的，粘合层4各部分图案之间的间距可根据胶层受热压后往外延展的距离进行调节补偿，本实施例中不再详述。

S24、通过热压工艺使目标基板1和盖板2键合，形成微流控芯片。

如图6所示，本步骤中，可通过热压工艺件将盖板2与目标基板1进行对位热压，形成密封的微流控芯片。

本实施例提供的微流控芯片的制备方法中，利用模板转印的方法，首先将粘合剂(例如液态胶)通过旋涂或涂辊印刷转移至平面基板5上；其次通过中间转印基板3与平面基板5上的粘合剂41接触，将粘合剂41转印至转印基板3上，并且形成相应的图案化的粘合层4；再将含有粘合剂41的转印基板3与目标基板1对位接触，移除转印基板3后，在目标基板1的非流道11区域上图案化的粘合层4；最后将另外一个盖板2与目标基板1对位，在一定的压力和温度下热压完成贴合。利用制备方法无需精准的涂胶设备来确保针头涂胶量以及涂胶空间，不仅可以快速实现复杂微结构以及微小空间的涂胶，还可以通过调节转印基板3上的转印图案与目标基板1上非流道11区域的偏差防止胶量溢出。该微流控芯片的制备方法封装效率快，工艺简单，设备成本较低，有利于微流控芯片基板贴合的量产化。

实施例3：

本实施例提供一种微流控芯片的制备装置，可用于根据实施例1或2提供的微流控芯片的制备方法制备微流控芯片。该制备装置包括：

第一控制单元，用于控制形成有图案化的粘合层4的转印基板3与目标基板1相对盒，其中，图案化的粘合层4在目标基板1上的投影位于目标基板1的非流道11区域上。

第二控制单元，用于将转印基板3从目标基板1上去除，使图案化的粘合层4转印在目标基板1上，并将盖板2与图案化的粘合层4相对盒，以使目标基板1和盖板2能够键合，形成微流控芯片。

优选的，本实施例中的微流控芯片的制备装置还包括：

粘合剂提供单元，用于通过第一预设工艺在平面基板5上形成粘合剂41。优选的，第一预设工艺包括旋涂工艺或者辊涂工艺。

第三控制单元，用于控制具有转印图案的转印基板3与所述粘合剂41接触，以使与所述粘合剂41分离后的所述转印基板3上形成有图案化的粘合层4。

优选的，本实施例中的微流控芯片的制备装置还包括键合单元，用于通过热压工艺使目标基板1和盖板2的键合，从而形成微流控芯片。

本实施例提供的微流控芯片的制备装置中，利用模板转印的方法，首先利用粘合剂提供单元通过旋涂或涂辊方式将粘合剂41印刷转移至平面基板5上；其次通过第三控制单元控制转印基板3与平面基板5上的粘合剂41层接触，将粘合剂41转印至转印基板3上，并且转印基板3上形成相应的图案化的粘合剂层；再通过第一控制单元将形成有有粘合剂41的转印基板3与目标基板1对位接触，移除转印基板3后，在目标基板1的非流道11区域上图案化的粘合层4；最后通过第三控制单元将盖板2与目标基板1对位，利用键合单元在一定的压力和温度下热压完成贴合。利用制备方法无需精准的涂胶设备来确保针头涂胶量以及涂胶空间，不仅可以快速实现复杂微结构以及微小空间的涂胶，还可以通过调节转印基板3上的转印图案与目标基板1上非流道11区域的偏差防止胶量溢出。该微流控芯片的制备装置的封装效率快，工艺简单，设备成本较低，有利于微流控芯片基板贴合的量产化。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种微流控芯片的制备方法，其特征在于，

将形成有图案化的粘合层的转印基板与目标基板相对盒，其中，所述图案化的粘合层在所述目标基板上的投影位于所述目标基板的非流道区域上，所述图案化的粘合层的面积小于所述目标基板的非流道区域的面积；

将所述转印基板去除，以使所述图案化的粘合层转印在所述目标基板上，并将盖板与所述图案化的粘合层相对盒，以使所述目标基板和所述盖板的键合，形成微流控芯片；

其中，还包括所述形成有图案化的粘合层的转印基板的制备步骤：

通过第一预设工艺在平面基板上形成粘合剂；令具有转印图案的转印基板与所述粘合剂接触，以使与所述粘合剂分离后的所述转印基板上形成有图案化的粘合层。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述第一预设工艺包括：旋涂工艺或者辊涂工艺。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片的制备方法，其特征在于，还包括：

通过热压工艺使所述目标基板和所述盖板的键合，形成微流控芯片。

4.根据权利要求3所述的微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述转印基板的材料包括聚合物、硅、玻璃中的至少一者。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片的制备方法，其特征在于，所述微流控芯片的流道之间的间距小于1000微米。

6.根据权利要求1所述的微流控芯片的制备方法，其特征在于，形成于所述目标基板上的所述图案化的键合胶的厚度包括10-1000微米。

7.一种微流控芯片的制备装置，其特征在于，包括：

第一控制单元，用于控制形成有图案化的粘合层的转印基板与目标基板相对盒，其中，所述图案化的粘合层在所述目标基板上的投影位于所述目标基板的非流道区域上，所述图案化的粘合层的面积小于所述目标基板的非流道区域的面积；

第二控制单元，用于将所述转印基板从所述转印基板上去除，以使所述图案化的粘合层转印在所述目标基板上，并将盖板与所述图案化的粘合层相对盒，以使所述目标基板和盖板能够键合，形成微流控芯片；

粘合剂提供单元，用于通过第一预设工艺在平面基板上形成粘合剂；

第三控制单元，用于控制具有转印图案的转印基板与所述粘合剂接触，以使与所述粘合剂分离后的所述转印基板上形成有图案化的粘合层。

8.根据权利要求7所述的微流控芯片的制备装置，其特征在于，还包括键合单元，用于通过热压工艺使所述目标基板和所述盖板的键合，形成微流控芯片。

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