CN114405562A - 微流控芯片键合装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微流控芯片键合装置及其控制方法，其中的微流控芯片键合装置，包括气囊压板、热台，所述气囊压板与热台相对设置且能够相向运动，以对处于两者之间的微流控芯片组件形成挤压进而使所述微流控芯片组件的基片与盖片键合，所述气囊压板包括气囊，当所述气囊压板与热台相向挤压所述微流控芯片组件时，所述气囊与所述微流控芯片组件接触。本发明，能够通过调节气囊内气体压力大小保证微流控芯片组件各处的压强相等，能够实现气囊压板的自动找平，有效解决因盖片和基片变形或厚度不均造成的各处压强不一致进而使芯片各处键合强度不一致的问题。
Description
技术领域
本发明属于微流控芯片制造技术领域，具体涉及一种微流控芯片键合装置及其控制方法。
背景技术
在聚合物微流控芯片的成型研究中，基片与盖片的键合是一个重要的研究方向，也是芯片制造过程中的关键工艺。在微流控芯片内部存在微流道结构，这些微通道结构不仅错综复杂，而且尺寸微小，键合质量直接影响到微流道中流体的运动状态，从而影响检测效果。目前常采用的热键合，主要依靠键合温度、键合压力和键合时间的配合使得微流控芯片基片和盖片实现分子水平键合。但是由于在微流控芯片成型过程中，很难避免芯片的厚度偏差，芯片表面平整度难以控制，键合效果较差。
传统键合装置主要包括上下加热台，通常难以完全消除上下热台的平行度偏差，另外，虽然上下热台表面经过精加工和抛光处理，但是仍存在平整度不一致的情况，且传统键合装置伺服电机主轴垂直度误差也难以忽略。
因此上述缺陷导致传统键合装置无法满足微流控芯片，尤其纳米级芯片的键合，微流控芯片键合后表面存在气泡，不仅使内部流体通道发生形变，而且影响键合界面的密封承压性，造成生物检测漏液，同时也影响芯片表面质量。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种微流控芯片键合装置及其控制方法，能够保证微流控芯片组件各处的压强相等，有效解决因盖片和基片变形或厚度不均造成的各处压强不一致进而使芯片各处键合强度不一致的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种微流控芯片键合装置，包括气囊压板、热台，所述气囊压板与热台相对设置且能够相向运动，以对处于两者之间的微流控芯片组件形成挤压进而使所述微流控芯片组件的基片与盖片键合，所述气囊压板包括气囊，当所述气囊压板与热台相向挤压所述微流控芯片组件时，所述气囊与所述微流控芯片组件接触。
在一些实施方式中，所述气囊压板还包括基板，所述基板朝向所述热台的一侧上构造有气体腔室，所述气囊连接于所述气体腔室朝向所述热台的一侧，所述基板背离所述热台的一侧具有充气孔，所述充气孔与所述气体腔室连通。
在一些实施方式中，所述气囊的四周侧通过环形板可拆卸地连接于所述基板上。
在一些实施方式中，所述微流控芯片键合装置还包括装置机架，所述机架上连接有多根竖直设置的导柱，所述基板的四角通过导套孔套装于所述导柱上，所述热台处于多根所述导柱所包围的范围内。
在一些实施方式中，所述热台处于真空间室内，所述真空间室具有朝向所述气囊压板一侧的开口，所述气囊压板的基板能够密封所述开口，所述真空间室通过抽气孔与外部真空产生部件连通。
在一些实施方式中，所述真空间室的室壁上构造有观察窗。
在一些实施方式中，所述气囊内填充气体为惰性气体，所述惰性气体的压力可调且不超过0.5Mpa；和/或，所述气囊的材质为弹性耐高温材料。
在一些实施方式中，所述惰性气体为氮气；所述弹性耐高温材料为硅胶。
在一些实施方式中，所述热台内具有加热丝，且所述热台朝向所述气囊压板的一侧还具有冷却水铜块。
本发明还提供一种微流控芯片键合装置的控制方法，所述微流控芯片键合装置为上述的微流控芯片键合装置，包括如下步骤：
将微流控芯片组件置于所述热台之上；
控制所述气囊压板朝向所述热台运动并使之封闭所述真空间室的开口；
控制对所述真空间室的内部抽真空，并同步向所述气体腔室内填充压力气体；
控制所述热台靠近所述气囊以挤压所述微流控芯片组件；
控制所述热台运行加热并保持挤压状态预设时间。
本发明提供的一种微流控芯片键合装置及其控制方法，通过调节气囊内气体压力大小，对处于热台上的微流控芯片组件在热压过程中形成全方位挤压，保证微流控芯片组件各处的压强相等，能够实现气囊压板的自动找平，有效解决因盖片和基片变形或厚度不均造成的各处压强不一致进而使芯片各处键合强度不一致的问题，如部分区域键合过度，部分区域键合强度不足。
附图说明
图1为本发明实施例的微流控芯片键合装置的立体结构示意图；
图2为图1中的气囊压板朝向热台一侧的结构示意图；
图3为图1中的气囊压板背离热台一侧的结构示意图；
图4为热压过程中气囊工作原理示意图；
图5为使用传统微流控芯片键合装置后的芯片表面形貌示意图；
图6为使用本发明的微流控芯片键合装置后的芯片表面形貌示意图。
附图标记表示为：
1、气囊压板；2、导柱；3、真空间室；4、冷却水铜块；5、热台；6、装置机架；7、抽气孔；8、气体腔室；9、气囊；10、基板；11、导套孔；12、螺纹孔；13、环形板；14、充气孔。
具体实施方式
结合参见图1及图6所示，根据本发明的实施例，提供一种微流控芯片键合装置，包括气囊压板1、热台5，所述气囊压板1与热台5相对设置且能够相向运动，以对处于两者之间的微流控芯片组件形成挤压，所述气囊压板1包括气囊9，当所述气囊压板1与热台5相向挤压所述微流控芯片组件时，所述气囊9与所述微流控芯片组件接触。该技术方案中，通过调节气囊压板1内气体压力大小，对处于热台5上的微流控芯片组件在热压过程中形成全方位挤压，保证微流控芯片组件各处的压强相等，能够实现气囊压板1的自动找平，有效解决因盖片和基片变形或厚度不均造成的各处压强不一致进而使芯片各处键合强度不一致的问题，如部分区域键合过度，部分区域键合强度不足。
作为所述气囊压板1的一种具体实现形式，所述气囊压板1还包括基板10，所述基板10朝向所述热台5的一侧上构造有气体腔室8，所述气囊9连接于所述气体腔室8朝向所述热台5的一侧，所述基板10背离所述热台5的一侧具有充气孔14，所述充气孔14与所述气体腔室8连通，通过在所述热台5的背面的充气孔14对所述气体腔室8内的气压形成控制，进而实现对气囊9的施压变形控制。所述气囊9内填充气体为惰性气体，在高温真空环境下具有较高的安全性，具体例如氮气，所述惰性气体的压力可调，具体不超过0.5Mpa，优选为0.5Mpa，具有较低的采用成本，所述气囊9的材质为弹性耐高温材料，具体例如硅胶。
在一些实施方式中，所述气囊9的四周侧通过环形板13可拆卸地连接于所述基板10上，具体的，所述基板10与所述环形板13相对应的位置上设有多个螺纹孔12，通过相应的螺纹连接件能够将所述环形板13固定连接于所述基板10上，从而实现对所述气囊9的边缘密封固定，结构简单、实现方便。而可以理解的，所述环形板13的内边缘应略大于所述热台5的外周边缘。
所述微流控芯片键合装置还包括装置机架6，所述机架上连接有多根竖直设置的导柱2，所述基板10的四角通过导套孔11套装于所述导柱2上，所述热台5处于多根所述导柱2所包围的范围内，多个所述导柱2的设置能够对所述基板10的运动形成导向与限位，保证所述气囊压板1下压过程(也即靠近或者远离所述热台5的运动)的垂直度。
在一些实施方式中，所述热台5处于真空间室3内，所述真空间室3具有朝向所述气囊压板1一侧的开口，所述气囊压板1的基板10能够密封所述开口，所述真空间室3通过抽气孔7与外部真空产生部件(通常例如真空泵)连通。该技术方案中，将所述热台5设置于所述真空间室3内，在热压开始前对其进行抽真空操作并在热压过程中保持其真空环境，能保证基片和盖片紧密结合，进一步保证微流控芯片的键合效果。
所述真空间室3的室壁上(具体可以为侧立壁)构造有观察窗，可以理解的，所述观察窗为透明且密封的窗体，以保证所述真空间室3的真空环境的前提下便于操作人员对所述真空间室3内各部件以及芯片的状态观察。
在一些实施方式中，所述热台5内具有加热丝，通电后发热对所述微流控芯片加热，且所述热台5朝向所述气囊压板1的一侧还具有冷却水铜块4，能够在热压完毕后更加及时地降温微流控芯片。所述热台5的材料可以为铜块，其具有较高的导热性，能够提供更为均匀的发热量。
所述基板10以及环形板13皆可以采用不锈钢材质。
本发明还提供一种微流控芯片键合装置的控制方法，所述微流控芯片键合装置为上述的微流控芯片键合装置，包括如下步骤：
将微流控芯片组件置于所述热台5之上；
控制所述气囊压板1朝向所述热台5运动并使之封闭所述真空间室3的开口；
控制对所述真空间室3的内部抽真空，并同步向所述气体腔室8内填充压力气体；
控制所述热台5靠近所述气囊9以挤压所述微流控芯片组件；
控制所述热台5运行加热并保持挤压状态预设时间，直至盖片与基片两者完成热压键合。
以下结合对微流控芯片键合装置的使用过程阐述如下：
启动该键合装置，打开热台5加热装置，待达到设置温度后，将基片和盖片放到热台5上，气缸驱动控制上方气囊压板1沿导柱2向下移动，通过导柱2和导套孔11嵌套与下方的真空间室3合模，真空模式开启形成真空环境，该真空环境能保证基片和盖片预先紧密结合；同时气囊9内充入惰性气体，通过电机运转控制热台5向上移动，到达预先设置位置使工件(也即微流控芯片)与气囊9接触，热压过程开启；热压过程中，如图4所示，气囊9与芯片接触，由于气囊9的弹性使得芯片表面各处受到的压强相等，消除了气泡和键合强度不均的问题。热压完成后，释放真空使真空间室3开模，同时气囊9内气体释放热压完成。
图5为使用传统键合装置后的芯片表面形貌示意图，由图中可以看出，部分区域有较大面积气泡，表示该区域高度较低，因此受力不均产生未键合成功的气泡。图6为使用本发明的微流控芯片键合装置后的芯片，由图中可以看出，芯片表面气泡明显减少，表示本发明的气囊结构实现了热压过程中自动找平的效果，弥补了由于盖片和基片变形或厚度不均造成了各处压强不一致，从而造成芯片各处键合强度不一致的问题。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上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型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种微流控芯片键合装置，其特征在于，包括气囊压板(1)、热台(5)，所述气囊压板(1)与热台(5)相对设置且能够相向运动，以对处于两者之间的微流控芯片组件形成挤压进而使所述微流控芯片组件的基片与盖片键合，所述气囊压板(1)包括气囊(9)，当所述气囊压板(1)与热台(5)相向挤压所述微流控芯片组件时，所述气囊(9)与所述微流控芯片组件接触。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片键合装置，其特征在于，所述气囊压板(1)还包括基板(10)，所述基板(10)朝向所述热台(5)的一侧上构造有气体腔室(8)，所述气囊(9)连接于所述气体腔室(8)朝向所述热台(5)的一侧，所述基板(10)背离所述热台(5)的一侧具有充气孔(14)，所述充气孔(14)与所述气体腔室(8)连通。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片键合装置，其特征在于，所述气囊(9)的四周侧通过环形板(13)可拆卸地连接于所述基板(10)上。
4.根据权利要求2所述的微流控芯片键合装置，其特征在于，还包括装置机架(6)，所述机架上连接有多根竖直设置的导柱(2)，所述基板(10)的四角通过导套孔(11)套装于所述导柱(2)上，所述热台(5)处于多根所述导柱(2)所包围的范围内。
5.根据权利要求4所述的微流控芯片键合装置，其特征在于，所述热台(5)处于真空间室(3)内，所述真空间室(3)具有朝向所述气囊压板(1)一侧的开口，所述气囊压板(1)的基板(10)能够密封所述开口，所述真空间室(3)通过抽气孔(7)与外部真空产生部件连通。
6.根据权利要求5所述的微流控芯片键合装置，其特征在于，所述真空间室(3)的室壁上构造有观察窗。
7.根据权利要求1所述的微流控芯片键合装置，其特征在于，所述气囊(9)内填充气体为惰性气体，所述惰性气体的压力可调且不超过0.5Mpa；和/或，所述气囊(9)的材质为弹性耐高温材料。
8.根据权利要求7所述的微流控芯片键合装置，其特征在于，所述惰性气体为氮气；所述弹性耐高温材料为硅胶。
9.根据权利要求1所述的微流控芯片键合装置，其特征在于，所述热台(5)内具有加热丝，且所述热台(5)朝向所述气囊压板(1)的一侧具有冷却水铜块(4)。
10.一种微流控芯片键合装置的控制方法，其特征在于，所述微流控芯片键合装置为权利要求5所述的微流控芯片键合装置，包括如下步骤：
将微流控芯片组件置于所述热台(5)之上；
控制所述气囊压板(1)朝向所述热台(5)运动并使之封闭所述真空间室(3)的开口；
控制对所述真空间室(3)的内部抽真空，并同步向所述气体腔室(8)内填充压力气体；
控制所述热台(5)靠近所述气囊(9)以挤压所述微流控芯片组件；
控制所述热台(5)运行加热并保持挤压状态预设时间。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1648662A (zh) * | 2005-02-06 | 2005-08-03 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种玻璃微流控芯片的低温键合方法 |
| CN101101062A (zh) * | 2007-06-12 | 2008-01-09 | 大连理工大学 | 可动真空装置 |
| CN203343870U (zh) * | 2013-05-20 | 2013-12-18 | 洛阳单晶硅有限责任公司 | 一种充气式气囊压头 |
| JP2017067496A (ja) * | 2015-09-28 | 2017-04-06 | 株式会社朝日Ｆｒ研究所 | マイクロ化学チップ |
| CN106984369A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-07-28 | 广东工业大学 | 一种微流控芯片用键合装置 |
| CN108189413A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-22 | 北京百奥芯科技有限公司 | 一种微流控芯片的热压键合方法 |
| CN212396768U (zh) * | 2020-04-23 | 2021-01-26 | 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) | 热压键合夹具和热压键合系统 |
-
2021
- 2021-12-06 CN CN202111474931.1A patent/CN114405562B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1648662A (zh) * | 2005-02-06 | 2005-08-03 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种玻璃微流控芯片的低温键合方法 |
| CN101101062A (zh) * | 2007-06-12 | 2008-01-09 | 大连理工大学 | 可动真空装置 |
| CN203343870U (zh) * | 2013-05-20 | 2013-12-18 | 洛阳单晶硅有限责任公司 | 一种充气式气囊压头 |
| JP2017067496A (ja) * | 2015-09-28 | 2017-04-06 | 株式会社朝日Ｆｒ研究所 | マイクロ化学チップ |
| CN106984369A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-07-28 | 广东工业大学 | 一种微流控芯片用键合装置 |
| CN108189413A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-22 | 北京百奥芯科技有限公司 | 一种微流控芯片的热压键合方法 |
| CN212396768U (zh) * | 2020-04-23 | 2021-01-26 | 广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院) | 热压键合夹具和热压键合系统 |
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