JP2017193014A

JP2017193014A - マイクロ流路デバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2017193014A
Application number: JP2016084420A
Authority: JP
Inventors: 晋田畑; Shin Tabata; 知輝芳野; Tomoki Yoshino; 朝輝野本; Tomoteru Nomoto
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-10-26

Abstract

【課題】基板を無駄にすることなく、マイクロ流の流路構造を容易に変更すること。【解決手段】マイクロ流路デバイスの製造方法であって、ダイボンディングフィルム（１３）の一方の面（１６）を第１の基板（１１）に貼着する工程と、ダイボンディングフィルムにレーザ光線を照射させダイボンディングフィルムにマイクロ流路（１５）を形成する工程と、ダイボンディングフィルムの他方の面（１７）に第２の基板（１２）を貼りつけて第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる工程とを有する構成にした。【選択図】図２

Description

本発明は、微細な流路構造を備えたマイクロ流路デバイスの製造方法に関する。

近年、医薬品工業や細胞生物学の実験等においては、数μｍ〜数百μｍの流路構造を備えたマイクロ流路デバイスが使用されている。マイクロ流路デバイスは、例えば、マイクロ流路を通じて複数の液体を合流させることで少量サンプルでの化学反応による実験や、複数のマイクロ流を通じて細胞集団をサイズや重さ毎に振り分ける操作等が行われている。この種のマイクロ流路デバイスの製造方法として、基板にマイクロ流路になる溝を形成し、この基板の溝を覆うように別の基板を熱溶着又は接着剤で貼り付けてマイクロ流路デバイスを形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１９９３４０号公報

ところで、上記したような実験等では、基板に対するマイクロ流路の追加や流路幅の変更が必要になる場合があるが、特許文献１に記載の方法で製造されたマイクロ流路デバイスではマイクロ流路を形状変更することはできない。すなわち、基板に形成されたマイクロ流路の流路構造を変更するためには、新たな基板にマイクロ流路を作らなければならず、マイクロ流路デバイスを最初から作り直す必要があった。また、マイクロ流路デバイスの作り直しによって基板が無駄になってしまうため、製造コストが増大するという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、基板を無駄にすることなく、マイクロ流路の流路構造を容易に変更することができるマイクロ流路デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法は、マイクロ流路を備えたマイクロ流路デバイスの製造方法であって、粘着層を両面に備えたフィルムの一方の面を基板に貼着するフィルム貼着工程と、該フィルムに対して吸収性を有する波長のレーザ光線を該フィルムの他方の面側から照射させ該フィルムに流路を形成する流路形成工程と、該流路形成工程後、該フィルムの該他方の面に第２の基板を貼りつけ該基板と該第２の基板とを貼り合わせる基板貼り合わせ工程と、を備える。

この構成によれば、流路が形成されたフィルムを挟んで基板と第２の基板とが貼り合せられることで、フィルムの流路をマイクロ流路としたマイクロ流路デバイスが製造される。フィルムに流路を加工するのでマイクロ流路を短時間で製造することができる。また、マイクロ流路の流路構造の変更が必要になった場合であっても、基板上のフィルムを新たなフィルムに貼り替えてマイクロ流路を作り直せばよいため、マイクロ流路の流路構造を容易に変更することができる。また、基板を再利用することができ、マイクロ流路デバイスの作り直しによって基板が無駄になることがなく、製造コストを低減することができる。

本発明のマイクロ流路デバイスの製造方法において、該粘着層を両面に備えた該フィルムは、ダイボンディングフィルムを用いている。

本発明の他のマイクロ流路デバイスの製造方法は、マイクロ流路を備えたマイクロ流路デバイスの製造方法であって、基板に一方の面に粘着層を有する粘着テープを貼着する粘着テープ貼着工程と、該粘着テープに対して吸収性を有する波長のレーザ光線を照射させ該粘着テープに流路を形成する流路形成工程と、該流路形成工程後、該粘着テープの上に第２の粘着テープを貼着する第２の粘着テープ貼着工程と、を備える。

この構成によれば、基板上の粘着テープに流路が形成され、粘着テープに第２の粘着テープが貼着されることで、粘着テープの流路をマイクロ流路としたマイクロ流路デバイスが製造される。マイクロ流路の流路構造の変更が必要になった場合であっても、基板上の粘着テープを新たな粘着テープに貼り替えてマイクロ流路を作り直せばよいため、マイクロ流路の流路構造を容易に変更することができる。また、基板を再利用することができ、マイクロ流路デバイスの作り直しによって基板が無駄になることがなく、製造コストを低減することができる。

本発明によれば、基板に貼着されたフィルムに流路が形成されているため、基板を無駄にすることなく、マイクロ流の流路構造を容易に変更することができる。

第１の実施の形態のマイクロ流路デバイスの斜視図である。第１の実施の形態のマイクロ流路デバイスの製造方法の説明図である。第２の実施の形態のマイクロ流路デバイスの製造方法の説明図である。変形例のマイクロ流路デバイスの斜視図である。

一般的なマイクロ流路デバイスは、ガラス基板に対して溝を形成して、この溝を覆うように接着剤を介してフィルムや基板を貼り付けて構成されている。ガラス基板の溝がマイクロ流路として機能しているため、流路構造の変更が必要になった場合にはガラス基板を交換しなければならならない。また、ガラス基板は大量生産に向かず、コストが高いという問題もある。そこで、第１の実施の形態のマイクロ流路デバイスでは、基板同士の接着剤となるダイボンディングフィルム（DAF：Die Attach Film）に流路を形成して、基板を再利用すると共に流路構造の変更を容易にしている。

以下、添付図面を参照して、第１の実施の形態のマイクロ流路デバイスについて説明する。図１は、第１の実施の形態のマイクロ流路デバイスの斜視図である。なお、第１の実施の形態のマイクロ流路デバイスは、ダイボンディングフィルムにマイクロ流路が形成されていればよく、図１の構成に限定されず適宜変更が可能である。

図１に示すように、マイクロ流路デバイス１０は、化学的な反応や細胞集団の分離操作に用いられる器具であり、第１の基板（基板）１１上にダイボンディングフィルム１３を介して第２の基板１２を貼着して構成されている。ダイボンディングフィルム１３は、例えば、１００μｍの厚みを有するフィルム状のボンディング材であり、数μｍ〜数百μｍ幅のマイクロ流路１５が上面視Ｙ字状に形成されている。ダイボンディングフィルム１３は、液状接着剤のような接着剤の食み出しや基板の傾き等を起こすことなく、第１、第２の基板１１、１２を精度よく貼着することが可能になっている。

ダイボンディングフィルム１３の一方の面１６には第１の基板１１が液密に貼着され、ダイボンディングフィルム１３の他方の面１７には第２の基板１２が液密に貼着されている。第１、第２の基板１１、１２は、マイクロ流路デバイス１０の用途に応じてガラス基板や樹脂基板等が使用されている。また、第２の基板１２には、Ｙ字状のマイクロ流路１５の各端部に連なる投入口２１、２２及び排出口２３が貫通形成されている。なお、以下の説明では、ダイボンディングフィルム１３を例示して説明するが、ダイボンディングフィルム１３の代わりに両面テープを使用してもよい。

続いて、図２を参照して、第１の実施の形態のマイクロ流路デバイスの製造方法について説明する。図２は、第１の実施の形態のマイクロ流路デバイスの製造方法の説明図である。なお、図２Ａはフィルム貼着工程、図２Ｂは流路形成工程、図２Ｃは基板貼り合わせ工程のそれぞれ一例を示す図である。

図２Ａに示すように、先ずフィルム貼着工程が実施される。フィルム貼着工程では、粘着層を両面に備えたダイボンディングフィルム１３の一方の面１６が第１の基板１１に貼着される。この場合、ローラ２５によってダイボンディングフィルム１３が第１の基板１１の一端側から加温した状態で押し付けられ、第１の基板１１上にダイボンディングフィルム１３が貼着される。フィルム貼着工程では、貼着時の温度が第１の温度（例えば、７０度）に設定されており、第１の基板１１に対してダイボンディングフィルム１３が比較的弱い貼着力で仮止めされている。なお、フィルム貼着工程は、専用装置で実施されてもよいし、オペレータの手作業によって実施されてもよい。

図２Ｂの図示左側に示すように、フィルム貼着工程の後に流路形成工程が実施される。流路形成工程では、ダイボンディングフィルム１３の他方の面１７側からレーザ光線が照射されてマイクロ流路１５（図２Ｃ参照）が形成される。レーザ光線はダイボンディングフィルム１３に対して吸収性を有する波長であり、ダイボンディングフィルム１３に対するレーザ光線の照射によってダイボンディングフィルム１３の一部が昇華されてアブレーションされる。この場合、Ｙ字状のマイクロ流路１５（図２Ｃ参照）の輪郭に沿ってレーザ照射手段２９が移動されて、ダイボンディングフィルム１３にＹ字状の切断パターン１８が形成される。

アブレーション時には、第１の基板１１に影響が無い高さにレーザ光線の焦点が調節されている。なお、ダイボンディングフィルム１３は、アブレーションによってハーフカットされてもよいし、第１の基板１１が傷付かなければフルカットされてもよい。また、アブレーションとは、レーザ光線の照射強度が所定の加工閾値以上になると、固体表面で電子、熱的、光科学的及び力学的エネルギーに変換され、その結果、中性原子、分子、正負のイオン、ラジカル、クラスタ、電子、光が爆発的に放出され、固体表面がエッチングされる現象をいう。

図２Ｂの図示右側に示すように、ダイボンディングフィルム１３にＹ字状の切断パターン１８が形成されると、切断パターン１８の内側のＹ字部分１９が第１の基板１１から引き剥がされる。上記したように、ダイボンディングフィルム１３は第１の基板１１に対して仮止めされているため、第１の基板１１からＹ字部分１９を比較的弱い力で引き剥がすことが可能になっている。これにより、第１の基板１１上のダイボンディングフィルム１３にＹ字状のマイクロ流路１５が形成される。なお、流路形成工程では、ダイボンディングフィルム１３を型抜きして流路を形成する構成に限らず、アブレーションで基材部分を除去して流路を形成してもよい。

図２Ｃに示すように、流路形成工程の後に基板貼り合せ工程が実施される。基板貼り合せ工程では、ダイボンディングフィルム１３の他方の面１７に第２の基板１２が貼り付けられ、第１の基板１１と第２の基板１２とがダイボンディングフィルム１３を介して貼り合せられる。この場合、ダイボンディングフィルム１３に対して第２の基板１２が加温した状態で押し付けられ、ダイボンディングフィルム１３上に第２の基板１２が貼着される。基板貼り合せ工程では、貼着時の温度が上記の第１の温度よりも高い第２の温度（例えば、１４０度）に設定されており、ダイボンディングフィルム１３に対して第２の基板１２が比較的強い貼着力で貼着されている。

このとき、第１の基板１１に仮止めされたダイボンディングフィルム１３も第２の温度まで加温されるため、第１の基板１１に対してダイボンディングフィルム１３が本止めされる。第２の基板１２が貼着されると、第２の基板１２にマイクロ流路１５に連なる投入口２１、２２及び排出口２３が貫通形成される（図１参照）。このようにして、ダイボンディングフィルム１３にマイクロ流路１５が形成されたマイクロ流路デバイス１０が製造される。マイクロ流路デバイス１０の製造時には第１の基板１１が傷付かないため、マイクロ流路１５が形成されたダイボンディングフィルム１３を剥がすことで第１の基板１１を再利用することができる。なお、基板貼り合せ工程は、オペレータの手作業によって実施されてもよい。

以上のように、第１の実施の形態のマイクロ流路デバイス１０の製造方法では、マイクロ流路１５が形成されたダイボンディングフィルム１３を挟んで第１、第２の基板１１、１２が貼り合せられることでマイクロ流路デバイス１０が製造される。ダイボンディングフィルム１３に流路を加工するのでマイクロ流路１５を短時間で製造することができる。また、マイクロ流路１５の流路構造の変更が必要になった場合であっても、第１の基板１１上のダイボンディングフィルム１３を新たなダイボンディングフィルム１３に貼り替えてマイクロ流路１５を作り直せばよいため、マイクロ流路１５の流路構造を容易に変更することができる。また、第１の基板１１を再利用することができ、マイクロ流路デバイス１０の作り直しによって第１の基板１１が無駄になることがなく、製造コストを低減することができる。

図３を参照して、第２の実施の形態のマイクロ流路デバイスの製造方法について説明する。図３は、第２の実施の形態のマイクロ流路デバイスの製造方法の説明図である。なお、図３Ａは粘着テープ貼着工程、図３Ｂは流路形成工程、図３Ｃは第２の粘着テープ貼着工程のそれぞれ一例を示す図である。第２の実施の形態のマイクロ流路デバイスは、基板と片面接着の粘着テープを用いてマイクロ流路デバイスを製造する点で、第１の実施の形態と異なっている。

図３Ａに示すように、先ず粘着テープ貼着工程が実施される。粘着テープ貼着工程では、一方の面３６に粘着層を有する第１の粘着テープ（粘着テープ）３２が基板３１に貼着される。この場合、ローラ４５によって第１の粘着テープ３２が基板３１の一端側から押し付けられ、基板３１上に第１の粘着テープ３２が貼着される。第１の粘着テープ３２は、例えば、１００μｍの厚みのテープ基材の一方の面に粘着層が設けられ、この粘着層によって基板３１に対して剥離可能な貼着力で貼り付けられている。なお、粘着テープ貼着工程は、専用装置で実施されてもよいし、オペレータの手作業によって実施されてもよい。

図３Ｂの図示左側に示すように、粘着テープ貼着工程の後に流路形成工程が実施される。流路形成工程では、第１の粘着テープ３２の他方の面３７側からレーザ光線が照射されてマイクロ流路３５（図３Ｃ参照）が形成される。レーザ光線は第１の粘着テープ３２に対して吸収性を有する波長であり、第１の粘着テープ３２に対するレーザ光線の照射によって第１の粘着テープ３２の一部が昇華されてアブレーションされる。この場合、Ｙ字状のマイクロ流路３５（図３Ｃ参照）の輪郭に沿ってレーザ照射手段４９が移動されて、第１の粘着テープ３２にＹ字状の切断パターン３８が形成される。

アブレーション時には、基板３１に影響が無い高さにレーザ光線の焦点が調節されている。なお、第１の粘着テープ３２は、アブレーションによってハーフカットされてもよいし、基板３１が傷付かなければフルカットされてもよい。図３Ｂの図示右側に示すように、第１の粘着テープ３２にＹ字状の切断パターン３８が形成されると、切断パターン３８の内側のＹ字部分３９が基板３１から引き剥がされる。これにより、基板３１上の第１の粘着テープ３２にＹ字状のマイクロ流路３５が形成される。なお、流路形成工程では、第１の粘着テープ３２を型抜きして流路を形成する構成に限らず、流路全体をアブレーションによって形成してもよい。

図３Ｃに示すように、流路形成工程の後に第２の粘着テープ貼着工程が実施される。第２の粘着テープ貼着工程では、一方の面４１に粘着層を有する第２の粘着テープ３３が第１の粘着テープ３２の他方の面３７に貼着される。この場合、ローラ４６によって第２の粘着テープ３３が第１の粘着テープ３２の一端側から押し付けられ、第１の粘着テープ３２上に第２の粘着テープ３３が貼着される。第２の粘着テープ３３が貼着されると、第２の粘着テープ３３にマイクロ流路３５に連なる投入口及び排出口が貫通形成される（不図示）。なお、第２の粘着テープ３３としては、第１の粘着テープ３２と同一の粘着テープが使用されてもよいし、貼着力や厚みが異なる他の粘着テープが使用されてもよい。

このようにして、第１の粘着テープ３２にマイクロ流路３５が形成されたマイクロ流路デバイス３０が製造される。マイクロ流路デバイス３０の製造時には基板３１が傷付かないため、マイクロ流路３５が形成された第１の粘着テープ３２を剥がすことで基板３１を再利用することができる。また、第１の粘着テープ３２が基板３１に対して剥離可能な貼着力で貼り付けられているため、マイクロ流路３５の流路構造の変更時には溶剤等を用いることなく基板３１から第１の粘着テープ３２を剥がすことが可能になっている。なお、第２のテープ貼着工程は、専用装置で実施されてもよいし、オペレータの手作業によって実施されてもよい。

以上のように、第２の実施の形態のマイクロ流路デバイス３０の製造方法では、基板３１上で流路が形成された第１の粘着テープ３２に第２の粘着テープ３３が貼着されることで、第１の粘着テープ３２の流路をマイクロ流路３５としたマイクロ流路デバイス３０が製造される。マイクロ流路の流路構造の変更が必要になった場合であっても、基板３１上の第１の粘着テープ３２を新たな第１の粘着テープ３２に貼り替えてマイクロ流路３５を作り直せばよいため、マイクロ流路３５の流路構造を容易に変更することができる。また、基板３１を再利用することができ、マイクロ流路デバイス３０の作り直しによって基板３１が無駄になることがなく、製造コストを低減することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した第１の実施の形態において、第２の基板１２に投入口２１、２２及び排出口２３が形成される構成にしたが、この構成に限定されない。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、変形例のマイクロ流路デバイス５０は、ダイボンディングフィルム５３の一端から他端までマイクロ流路５５を形成して、ダイボンディングフィルム５３の端面に投入口５７、５８及び排出口５９を形成するようにしてもよい。これにより、第１の基板５１だけでなく、第２の基板５２も再利用することができ、製造コストをさらに低減することができる。同様に、第２の実施の形態のマイクロ流路デバイス３０において、第１の粘着テープ３２に投入口及び排出口を形成してもよい。

また、上記した第１の実施の形態において、フィルム貼着工程の後に流路形成工程が実施される構成にしたが、この構成に限定されない。流路形成工程でダイボンディングフィルム１３にマイクロ流路１５を形成した後に、フィルム貼着工程でダイボンディングフィルム１３を第１の基板１１に貼着してもよい。

同様に、上記した第２の実施の形態において、粘着テープ貼着工程の後に流路形成工程が実施される構成にしたが、この構成に限定されない。流路形成工程で第１の粘着テープ３２にマイクロ流路３５を形成した後に、粘着テープ貼着工程で第１の粘着テープ３２を基板３１に貼着してもよい。

また、上記した第１、第２の実施の形態において、マイクロ流路１５、３５がＹ字状に形成される構成にしたが、この構成に限定されない。マイクロ流路１５、３５は流路として機能する形状に形成されていればよく、例えば、マイクロキャビティと呼ばれる微小空間を含んで形成されてもよい。

また、上記した第１、第２の実施の形態において、マイクロ流路デバイス１０、３０は、液体に限らず気体に用いられてもよい。

以上説明したように、本発明は、基板を無駄にすることなく、マイクロ流の流路構造を容易に変更することができるという効果を有し、特に、医薬品工業や細胞生物学の実験等に使用されるマイクロ流路デバイスの製造方法に有用である。

１０、３０、５０マイクロ流路デバイス
１１、５１第１の基板（基板）
１２、５２第２の基板
１３、５３ダイボンディングフィルム（フィルム）
１５、３５、５５マイクロ流路（流路）
１６ダイボンディングフィルムの一方の面
１７ダイボンディングフィルムの他方の面
３１基板
３２第１の粘着テープ（粘着テープ）
３３第２の粘着テープ
３６第１の粘着テープの一方の面
３７第１の粘着テープの他方の面

Claims

マイクロ流路を備えたマイクロ流路デバイスの製造方法であって、
粘着層を両面に備えたフィルムの一方の面を基板に貼着するフィルム貼着工程と、
該フィルムに対して吸収性を有する波長のレーザ光線を該フィルムの他方の面側から照射させ該フィルムに流路を形成する流路形成工程と、
該流路形成工程後、該フィルムの該他方の面に第２の基板を貼りつけ該基板と該第２の基板とを貼り合わせる基板貼り合わせ工程と、を備えるマイクロ流路デバイスの製造方法。
該粘着層を両面に備えた該フィルムは、ダイボンディングフィルムを用いた請求項１記載のマイクロ流路デバイスの製造方法。
マイクロ流路を備えたマイクロ流路デバイスの製造方法であって、
基板に一方の面に粘着層を有する粘着テープを貼着する粘着テープ貼着工程と、
該粘着テープに対して吸収性を有する波長のレーザ光線を照射させ該粘着テープに流路を形成する流路形成工程と、
該流路形成工程後、該粘着テープの上の第２の粘着テープを貼着する第２の粘着テープ貼着工程と、を備えるマイクロ流路デバイスの製造方法。