CN114534810A - 一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，包括以下具体步骤：S1：设计微通道图像：根据芯片的工作原理以及相应的应用要求设计芯片微通道的路径结构，并利用菲林做出微通道路径结构的掩膜；S2：通道成型：顺序通过光刻和蚀刻的方式将设计微通道图像步骤中的微通道路径结构刻在玻璃底基上；S3：钻孔：以设计玻璃底基上的微通道路径结构中的定点为依据，对其进行钻孔；S4：玻璃片表面预处理：对每片玻璃片的表面进行加工处理，保证后续步骤的顺利开展；S5：装夹组合；S6：后处理；S7：查验封装。本发明公开的多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺具有突破了多层键合技术的空白的效果。
Description
技术领域
本发明涉及微流控玻璃芯片技术领域，尤其涉及一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺。
背景技术
微流控芯片可实现大型、多功能生化分析实验室的主要功能，凭借其微型化、低消耗、快速分析和自动化等优势，在疾病诊断、食品安全、疫情控制、环境监测等领域广泛应用。微流控芯片在结构上，需要形成封闭的微/纳通道，以实现混合、反应、分离等过程。随着与微流控相关技术研究的不断发展，生化、医疗分析等行业的需求不断扩增，对微流控芯片的微通道结构提出了更高的要求。
目前市场上的微流控芯片玻璃键合多为小尺寸双层键合，在对多层玻璃芯片进行键合时，多需要一层一层键合，以四层微流控芯片为例，则需要对芯片进行三次键合，同时现有的极限键合产品都是在150mm内的晶圆，针对在多层和大尺寸领域的键合技术还是处于空白阶段。
发明内容
本发明公开一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，旨在解决在多层和大尺寸领域的键合技术还是处于空白阶段的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，包括以下具体步骤：
S1：设计微通道图像：根据芯片的工作原理以及相应的应用要求设计芯片微通道的路径结构，并利用菲林做出微通道路径结构的掩膜；
S2：通道成型：顺序通过光刻和蚀刻的方式将设计微通道图像步骤中的微通道路径结构刻在玻璃底基上；
S3：钻孔：以设计玻璃底基上的微通道路径结构中的定点为依据，对其进行钻孔；
S4：玻璃片表面预处理：对每片玻璃片的表面进行加工处理，保证后续步骤的顺利开展；
S5：装夹组合：按照相应的加工需求对加工后的玻璃片进行固定装夹，并将其挤压成型；
S6：后处理：对成型后的芯片外表进行再处理，使其保持整体的通透度，至此芯片加工完毕；
S7：查验封装：将加工好的芯片严格按照要求进行查验，去除不合格品，再按照封装需求进行封装，并入库存储。
通过设置有通道成型、玻璃片表面预处理、装夹组合和后处理步骤，使盖片与玻璃图形片能更好的融合组成，其中玻璃图形片为大尺寸时皆可成型，同时对键合的层数不做控制，突破了国外键合技术对于多层键合的空白。
在一个优选的方案中，所述S2中，通道成型包括以下具体步骤：
S21：选取玻璃底基：根据相应的加工需求选取特定规格的玻璃作为底基备用；
S22：夹取固定：将玻璃放置在加工台面上进行夹取固定，确保其加工过程中不会产生位移影响加工效果；
S23：光刻：在玻璃底基上利用光刻技术将掩膜上的微通道路径结构转移至玻璃底基表面；
S24：蚀刻：根据光刻步骤中转移到玻璃底基表面的微通道路径结构，使用干法蚀刻的技术将微通道路径结构刻在玻璃底基上；
所述S23中，光刻的具体实施方法为在玻璃底基上涂上光刻胶，通过曝光的方式将通道成型步骤中的掩膜上的微通道路径结构转移到底基表面的光刻胶层上，再利用显影液去除未曝光的光刻胶层，完成微通道路径结构向玻璃底基表面的转移，制作成玻璃图形片半成品；
所述S4中，玻璃片表面预处理中包括以下具体步骤：
S41：抛光：对作为盖片的玻璃底基和刻有微通道路径结构的玻璃图形片半成品表面进行抛光，活化两者的表面特性；
S42：净化洗净：对抛光后的盖片和玻璃图形片进行清洗，洗去抛光步骤造成的表面粉尘；
S43：干燥：利用电烘箱烘干净化洗净步骤中的盖片和玻璃图形片，其中电烘箱的温度设置在80℃—110℃，且烘干时间控制在10min—30min；
所述S5中，装夹组合包括以下具体步骤：
S51：组装：取特定冶具，并将盖片与玻璃图形片按顺序放置在冶具内进行紧固；
S52：挤压成型：将冶具连同组装好的盖片与玻璃图形片放入高温真空炉内进行挤压，使相邻两者间进行紧密连接，成型后取出，并放置常温状态下降温，形成芯片半成品。
通过设置有玻璃片表面预处理和装夹组合步骤，加固了盖片与玻璃图形片的连接，使大尺寸与小尺寸的芯片黏合程度等同，保障了不同规格的同等键合强度与品质。
在一个优选的方案中，所述S6中，后处理包括以下具体步骤：
S61：磨削处理：用专业磨削机对挤压成型步骤中的芯片半成品外壁进行磨削，使其形状与外表达到设定需求；
S62：研磨处理：用特定的研磨膏涂抹至芯片表面，并以研磨膏为润滑剂对芯片表面进行研磨；
S63:抛光处理：对研磨处理后的芯片表面涂抹抛光剂，并进行抛光处理，保证芯片表面的通透度；
S64：清洗：对芯片进行清洗，保证芯片表面的干净度；
S65：二次干燥：将芯片放置于电烘箱中进行二次烘干，取出后即得到多层微流控玻璃芯片成品。
通过通道成型、玻璃片表面预处理和装夹组合的步骤，使芯片的键合成本比双层键合一更优，复杂程度更高，同时通过研磨处理和抛光处理，能进一步增强玻璃芯片的通透度，从而达到以更低的成本制造结构复杂、性能强、质量高的微流控玻璃芯片的效果。
由上可知，一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，包括以下具体步骤：
S1：设计微通道图像：根据芯片的工作原理以及相应的应用要求设计芯片微通道的路径结构，并利用菲林做出微通道路径结构的掩膜；
S2：通道成型：顺序通过光刻和蚀刻的方式将设计微通道图像步骤中的微通道路径结构刻在玻璃底基上；
S3：钻孔：以设计玻璃底基上的微通道路径结构中的定点为依据，对其进行钻孔；
S4：玻璃片表面预处理：对每片玻璃片的表面进行加工处理，保证后续步骤的顺利开展；
S5：装夹组合：按照相应的加工需求对加工后的玻璃片进行固定装夹，并将其挤压成型；
S6：后处理：对成型后的芯片外表进行再处理，使其保持整体的通透度，至此芯片加工完毕；
S7：查验封装：将加工好的芯片严格按照要求进行查验，去除不合格品，再按照封装需求进行封装，并入库存储。本发明提供的多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺具有突破了多层键合技术的空白技术效果。
附图说明
图1为本发明提出的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺的整体制作流程图。
图2为本发明提出的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺的通道成型步骤的流程图。
图3为本发明提出的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺的玻璃片表面预处理步骤的制作流程图。
图4为本发明提出的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺的装夹组合步骤的制作流程图。
图5为本发明提出的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺的后处理步骤的制作流程图。
图6为本发明提出的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺的三层双面高透微流控芯片的外观结构图。
图7为本发明提出的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺的四层双面高透微流控芯片的外观结构图。
图中：1、特定微通道路径；2、三层玻璃底基；3、交叉十字形通道路径；4、四层玻璃底基。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明公开的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺主要应用于芯片制作的场景。
参照图1，一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，包括以下具体步骤：
S1：设计微通道图像：根据芯片的工作原理以及相应的应用要求设计芯片微通道的路径结构，并利用菲林做出微通道路径结构的掩膜；
S2：通道成型：顺序通过光刻和蚀刻的方式将设计微通道图像步骤中的微通道路径结构刻在玻璃底基上；
S3：钻孔：以设计玻璃底基上的微通道路径结构中的定点为依据，对其进行钻孔；
S4：玻璃片表面预处理：对每片玻璃片的表面进行加工处理，保证后续步骤的顺利开展；
S5：装夹组合：按照相应的加工需求对加工后的玻璃片进行固定装夹，并将其挤压成型；
S6：后处理：对成型后的芯片外表进行再处理，使其保持整体的通透度，至此芯片加工完毕；
S7：查验封装：将加工好的芯片严格按照要求进行查验，去除不合格品，再按照封装需求进行封装，并入库存储。
参照图2，在一个优选的实施方式中，S2中，通道成型包括以下具体步骤：
S21：选取玻璃底基：根据相应的加工需求选取特定规格的玻璃作为底基备用；
S22：夹取固定：将玻璃放置在加工台面上进行夹取固定，确保其加工过程中不会产生位移影响加工效果；
S23：光刻：在玻璃底基上利用光刻技术将掩膜上的微通道路径结构转移至玻璃底基表面；
S24：蚀刻：根据光刻步骤中转移到玻璃底基表面的微通道路径结构，使用干法蚀刻的技术将微通道路径结构刻在玻璃底基上；
光刻的具体实施方法为在玻璃底基上涂上光刻胶，通过曝光的方式将通道成型步骤中的掩膜上的微通道路径结构转移到底基表面的光刻胶层上，再利用显影液去除未曝光的光刻胶层，完成微通道路径结构向玻璃底基表面的转移，制作成玻璃图形片半成品。
参照图3，在一个优选的实施方式中，S4中，玻璃片表面预处理中包括以下具体步骤：
S41：抛光：对作为盖片的玻璃底基和刻有微通道路径结构的玻璃图形片半成品表面进行抛光，活化两者的表面特性；
S42：净化洗净：对抛光后的盖片和玻璃图形片进行清洗，洗去抛光步骤造成的表面粉尘；
S43：干燥：利用电烘箱烘干净化洗净步骤中的盖片和玻璃图形片，其中电烘箱的温度设置在80℃—110℃，且烘干时间控制在10min—30min。
参照图4，在一个优选的实施方式中，S5中，装夹组合包括以下具体步骤：
S51：组装：取特定冶具，并将盖片与玻璃图形片按顺序放置在冶具内进行紧固；
S52：挤压成型：将冶具连同组装好的盖片与玻璃图形片放入高温真空炉内进行挤压，使相邻两者间进行紧密连接，成型后取出，并放置常温状态下降温，形成芯片半成品。
参照图5，在一个优选的实施方式中，S6中，后处理包括以下具体步骤：
S61：磨削处理：用专业磨削机对挤压成型步骤中的芯片半成品外壁进行磨削，使其形状与外表达到设定需求；
S62：研磨处理：用特定的研磨膏涂抹至芯片表面，并以研磨膏为润滑剂对芯片表面进行研磨；
S63:抛光处理：对研磨处理后的芯片表面涂抹抛光剂，并进行抛光处理，保证芯片表面的通透度；
S64：清洗：对芯片进行清洗，保证芯片表面的干净度；
S65：二次干燥：将芯片放置于电烘箱中进行二次烘干，取出后即得到多层微流控玻璃芯片成品。
参照图6和图7，在一个优选的实施方式中，S65中，二次干燥中的多层微流控玻璃芯片成品包括三层双面高透微流控芯片和四层双面高透微流控芯片，三层双面高透微流控芯片包括三层玻璃底基2，三层玻璃底基2中设置有特定微通道路径1，四层双面高透微流控芯片包括四层玻璃底基4，四层玻璃底基4中设置有交叉十字形通道路径3。
工作原理：制作玻璃芯片时，首先根据相应的应用要求设计微通道图像，并形成掩膜，再顺序利用光刻和蚀刻的方式将通道图像转移到玻璃底基上，并按照转移后的通道图像在玻璃底基上进行钻孔，构成组装所需的玻璃图像片，对玻璃图像片与盖片的表面进行抛光、净化洗净和干燥的预处理，便于后续进行组装，同时提高玻璃的表面特性，再将盖片与玻璃图像片进行组装，在紧固后将其放入高温真空炉内进行挤压，从而使其连接紧密且无气泡产生，将半成品进行磨削处理、研磨处理、抛光处理、清洗和二次干燥的后处理，制成多层微流控玻璃芯片，此方法适应于多层和大尺寸玻璃芯片的键合，制成结果以三层双面高透微流控芯片和四层双面高透微流控芯片为例，如图6和图7显示的最终成品。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1：设计微通道图像：根据芯片的工作原理以及相应的应用要求设计芯片微通道的路径结构，并利用菲林做出微通道路径结构的掩膜；
S2：通道成型：顺序通过光刻和蚀刻的方式将设计微通道图像步骤中的微通道路径结构刻在玻璃底基上；
S3：钻孔：以设计玻璃底基上的微通道路径结构中的定点为依据，对其进行钻孔；
S4：玻璃片表面预处理：对每片玻璃片的表面进行加工处理，保证后续步骤的顺利开展；
S5：装夹组合：按照相应的加工需求对加工后的玻璃片进行固定装夹，并将其挤压成型；
S6：后处理：对成型后的芯片外表进行再处理，使其保持整体的通透度，至此芯片加工完毕；
S7：查验封装：将加工好的芯片严格按照要求进行查验，去除不合格品，再按照封装需求进行封装，并入库存储。
2.根据权利要求1所述的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，其特征在于，所述S2中，通道成型包括以下具体步骤：
S21：选取玻璃底基：根据相应的加工需求选取特定规格的玻璃作为底基备用；
S22：夹取固定：将玻璃放置在加工台面上进行夹取固定，确保其加工过程中不会产生位移影响加工效果；
S23：光刻：在玻璃底基上利用光刻技术将掩膜上的微通道路径结构转移至玻璃底基表面；
S24：蚀刻：根据光刻步骤中转移到玻璃底基表面的微通道路径结构，使用干法蚀刻的技术将微通道路径结构刻在玻璃底基上。
3.根据权利要求2所述的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，其特征在于，所述S23中，光刻的具体实施方法为在玻璃底基上涂上光刻胶，通过曝光的方式将通道成型步骤中的掩膜上的微通道路径结构转移到底基表面的光刻胶层上，再利用显影液去除未曝光的光刻胶层，完成微通道路径结构向玻璃底基表面的转移，制作成玻璃图形片半成品。
4.根据权利要求3所述的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，其特征在于，所述S4中，玻璃片表面预处理中包括以下具体步骤：
S41：抛光：对作为盖片的玻璃底基和刻有微通道路径结构的玻璃图形片半成品表面进行抛光，活化两者的表面特性；
S42：净化洗净：对抛光后的盖片和玻璃图形片进行清洗，洗去抛光步骤造成的表面粉尘；
S43：干燥：利用电烘箱烘干净化洗净步骤中的盖片和玻璃图形片，其中电烘箱的温度设置在80℃—110℃，且烘干时间控制在10min—30min。
5.根据权利要求4所述的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，其特征在于，所述S5中，装夹组合包括以下具体步骤：
S51：组装：取特定冶具，并将盖片与玻璃图形片按顺序放置在冶具内进行紧固；
S52：挤压成型：将冶具连同组装好的盖片与玻璃图形片放入高温真空炉内进行挤压，使相邻两者间进行紧密连接，成型后取出，并放置常温状态下降温，形成芯片半成品。
6.根据权利要求5所述的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，其特征在于，所述S6中，后处理包括以下具体步骤：
S61：磨削处理：用专业磨削机对挤压成型步骤中的芯片半成品外壁进行磨削，使其形状与外表达到设定需求；
S62：研磨处理：用特定的研磨膏涂抹至芯片表面，并以研磨膏为润滑剂对芯片表面进行研磨；
S63:抛光处理：对研磨处理后的芯片表面涂抹抛光剂，并进行抛光处理，保证芯片表面的通透度；
S64：清洗：对芯片进行清洗，保证芯片表面的干净度；
S65：二次干燥：将芯片放置于电烘箱中进行二次烘干，取出后即得到多层微流控玻璃芯片成品。
7.根据权利要求6所述的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，其特征在于，所述S65中，二次干燥中的多层微流控玻璃芯片成品包括三层双面高透微流控芯片和四层双面高透微流控芯片，所述三层双面高透微流控芯片包括三层玻璃底基(2)，所述三层玻璃底基(2)中设置有特定微通道路径(1)。
8.根据权利要求7所述的一种多层微流控玻璃芯片封装的制作工艺，其特征在于，所述四层双面高透微流控芯片包括四层玻璃底基(4)，所述四层玻璃底基(4)中设置有交叉十字形通道路径(3)。
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2022
- 2022-02-28 CN CN202210183729.1A patent/CN114534810A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115055137A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-09-16 | 之江实验室 | 一种微反应器的加工方法 |
| CN115055137B (zh) * | 2022-08-04 | 2024-02-06 | 之江实验室 | 一种微反应器的加工方法 |
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