CN1891646A - 一种用于石英微流控芯片的常温快速键合方法及加压模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微流控芯片制造技术，特别提供了一种专门用于制作石英微流控芯片常温快速封接的芯片键合方法及加压模具。将两片待封接的石英芯片经稀HF酸处理，稀HF酸质量百分比浓度范围为：0.1－1％，处理时间为2－5分钟；通过加压模具加压，压力范围：0.5MPa－2MPa；同时在烘箱中加热一段时间，温度范围：50－150℃，加热时间为1－2小时，可实现较大面积芯片的快速封接；所述加压模具包括上加压板、下加压板和升降螺杆，上、下加压板相对，平行设置，下加压板上放置两片待封接的石英芯片，上加压板底面装有与石英芯片对应的升降螺杆。采用本发明芯片无需特别抛光至光交，对环境洁净度无特别要求，降低了制作成本，简单实用，特别适合普通实验室制作使用。

Description

一种用于石英微流控芯片的常温快速键合方法及加压模具

技术领域

本发明涉及微流控芯片制造技术，特别提供了一种专门用于制作石英微流控芯片常温快速封接的芯片键合方法及加压模具。

背景技术

微全分析系统(Micro Total Analysis Systems，μ-TAS)是一个跨学科的新领域，其最终目的是通过化学设备的微型化与集成化，最大限度地把分析实验室的功能转移到便携的分析设备中(如各类芯片)，实现分析设备的“微型化”，因此微全分析系统也被通俗地称为“芯片实验室”(Lab-on-a-chip)，根据芯片结构及工作机理又可分为两大类：微阵列芯片(Microarray chip)，又称为“生物芯片”，和微流控芯片(Microfluidic chip)，前者发展已相当成熟，在国外以深度产业化；后者主要以分析化学和生物化学为基础，利用微机电加工技术(MEMS)，在硅、玻璃、石英、塑料表面加工出10-100微米的微通道网络，将电渗流和电泳流作为驱动力，通过改变驱动电压，控制流体在微通道网络中的流动方向和速率，从而实现对目标分析物的采样、稀释、加试剂、富集、萃取、混合、反应、分离、检测等步骤，是当前研究的重点。在众多基材的微流控芯片中，由于石英具有电渗和光学性能好，具有优良的紫外光透射率，表面性质稳定，易于实现表面改性等特点，所以其应该是微流控芯片最理想的基体材料。特别是在紫外微流控芯片系统中，由于大多数芯片材料均不能透过紫外光，所以芯片材料受到很大的限制，而由于石英具有较好的紫外光透射率，所以它是紫外微流控芯片系统不可或缺的芯片材料。而石英芯片由于其软化温度高，普通马弗炉很难达到那么高的温度，就算采用高温马弗炉，在实验中发现石英发生陶瓷化，表面不透明，因此很难采用普通玻璃芯片那样进行高温封接，所以石英芯片的使用和推广受到很大的限制。发展快速有效的芯片常温封接技术是解决石英芯片封接瓶颈问题的最好的选择。目前的常温封接技术要么对芯片的抛光度要求非常高，需要达到或接近光交；要么封接时间长，而且需要复杂的压力设备，这些都无疑极大地增加了石英芯片的制作成本。现有方法无法实现较大面积芯片的封接，因为面积越大采用现有方法则对表面抛光要求越苛刻，这无疑限制了石英芯片的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于石英微流控芯片的常温快速键合方法及加压模具，解决芯片常温封接的问题。

本发明的技术方案是：

一种用于石英微流控芯片的常温快速键合方法，将两片待封接的石英芯片经稀HF酸处理，通过加压模具加压，同时在烘箱中加热一段时间，实现较大面积芯片的快速封接；具体步骤如下：

(1)封接前，两片石英芯片均经稀HF酸处理，稀HF酸质量百分比浓度范围为：0.1-1％，处理时间为2-5分钟；

(2)加压模具进行整个面加压或局部点加压，压力范围：0.5MPa-2MPa；

(3)加热，温度范围：50-150℃，加热时间为1-2小时，冷却方式为自然冷却。

所述稀HF酸质量百分比浓度范围较好为：0.2-1.0％压力范围较好为：0.8-1.5MPa；温度范围较好为：80-120℃。

用于石英微流控芯片的常温快速键合加压模具，所述加压模具包括上加压板、下加压板和升降螺杆，上、下加压板相对，平行设置，下加压板上放置两片待封接的石英芯片，上加压板底面装有与石英芯片对应的升降螺杆。

所述升降螺杆数量为4-10个，均布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明用于石英芯片的常温封接技术，两片待封接的石英芯片经稀HF酸处理，通过自制的加压模具加压，同时在普通烘箱中加热一段时间，可实现较大面积石英芯片的快速封接。

2、本发明中加压模具采用多点均匀加压，不仅可实现整个平面加压，同时能实现局部点加压，所以芯片无需特别抛光，降低了制作成本，简单实用，特别适合普通实验室制作使用。

附图说明

图1常温封接石英微流控芯片示意图。

图2为刻有通道和网格的石英芯片示意图。

图中，1石英芯片；2石英芯片；3升降螺杆；4上加压板；5下加压板；6螺母；7通道；8网格。

具体实施方式

石英微流控芯片通常是由一片带通道的石英芯片和一片石英平板玻璃封接而成。如图1-2所示，本发明采用两片待键合的石英芯片1、2，其中一片除刻有通道7外，还在通道外侧刻有网格8，通过网格8将通道7与大气相通，有助于排出夹于石英芯片间的气体，从而显著提高封接质量和成品率，为保证封接的牢固和可行性，封接面(除使用通道和网格)应占全部面积的60-98％，最佳比例为85-95％；另一片为盖片，清洗干净，经稀HF酸处理后，两片结合并于自行设计的多点均匀加压模具中加压，同时置于烘箱中恒温一段时间。所述加压模具包括上加压板4、下加压板5和升降螺杆3，上、下加压板4、5相对平行设置，通过螺母6连接，下加压板5上放置两片待封接的石英芯片1、2，上加压板4底面装有与石英芯片2对应的升降螺杆3，通过旋转升降螺杆实现多点对石英芯片整个平面均匀加压，同时能实现局部点加压。芯片无须特别抛光(光交)，封接设备简单，封接时间短，成功率高。

实施例1

将两片待封接的石英芯片经稀HF酸处理，通过加压模具加压，同时在烘箱中加热一段时间，实现较大面积芯片的快速封接；具体步骤如下：

(1)封接前，两片石英芯片均经稀HF酸处理，稀HF酸质量百分比浓度为：0.1％，处理时间为5分钟；

(2)加压模具加压，加压模具不仅可实现整个面加压，同时可实现局部点加压，压力：1MPa；

(3)加热，温度：100℃，加热时间为1.5小时，冷却方式为自然冷却，实现了较大面积石英芯片的快速封接。

实施例2

与实施例1不同之处在于：

(1)稀HF酸质量百分比浓度为：0.3％，处理时间为5分钟；

(2)加压模具加压，压力：0.5MPa；

(3)加热，温度：150℃，加热时间为1小时，冷却方式为自然冷却，实现了较大面积石英芯片的快速封接。

实施例3

与实施例1不同之处在于：

(1)稀HF酸质量百分比浓度为：0.5％，处理时间为4分钟；

(2)加压模具加压，压力：2MPa；

(3)加热，温度：50℃，加热时间为2小时，冷却方式为自然冷却，实现了较大面积石英芯片的快速封接。

实施例4

与实施例1不同之处在于：

(1)稀HF酸质量百分比浓度为：0.8％，处理时间为3分钟；

(2)加压模具加压，压力：0.8MPa；

(3)加热，温度：80℃，加热时间为1.5小时，冷却方式为自然冷却，实现了较大面积石英芯片的快速封接。

实施例5

与实施例1不同之处在于：

(1)稀HF酸质量百分比浓度：1％，处理时间为2分钟；

(2)加压模具加压，压力：1.5MPa；

(3)加热，温度：120℃，加热时间为1.5小时，冷却方式为自然冷却，实现了较大面积石英芯片的快速封接。

Claims (4)

1、一种用于石英微流控芯片的常温快速键合方法，其特征在于：将两片待封接的石英芯片经稀HF酸处理，通过加压模具加压，同时在烘箱中加热一段时间，实现较大面积芯片的快速封接；具体步骤如下：

(1)封接前，两片石英芯片均经稀HF酸处理，稀HF酸质量百分比浓度范围为：0.1-1％，处理时间为2-5分钟；

(2)加压模具进行整个面加压或局部点加压，压力范围：0.5MPa-2MPa；

(3)加热，温度范围：50-150℃，加热时间为1-2小时，冷却方式为自然冷却。

2、按照权利要求1所述的用于石英微流控芯片的常温快速键合方法，其特征在于稀HF酸质量百分比浓度范围为：0.2-1.0％；压力范围为：0.8-1.5MPa；温度范围为：80-120℃。

3、按照权利要求1所述的用于石英微流控芯片的常温快速键合加压模具，其特征在于：所述加压模具包括上加压板(4)、下加压板(5)和升降螺杆(3)，上、下加压板(4、5)相对，平行设置，下加压板(5)上放置两片待封接的石英芯片(1、2)，上加压板(4)底面装有与石英芯片对应的升降螺杆(3)。

4、按照权利要求3所述的用于石英微流控芯片的常温快速键合加压模具，其特征在于：所述升降螺杆(3)数量为4-10个，均布。

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