JP2023015410A - Glass plate having through-hole pattern formed therein, manufacturing method therefor, and micro-channel chip - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、貫通孔パターンの形成されたガラス板、その製造方法、及び、マイクロ流路チップに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a glass plate having a through-hole pattern formed thereon, a method for manufacturing the same, and a microchannel chip.
バイオテクノロジー、医療、農学等の分野では、微少量の試料を用いた反応や分析等の実験(μTAS、Micro-Total Analysis System)がなされることが多々ある。これらの研究分野では、数μmから数十μm幅の流路に試料液を流すため、透明基材に、μmのオーダーの幅の流路が形成されたマイクロ流路チップを使用する。 In the fields of biotechnology, medicine, agriculture, and the like, experiments such as reactions and analyzes using very small amounts of samples (μTAS, Micro-Total Analysis System) are often performed. In these research fields, a microchannel chip in which a channel with a width on the order of μm is formed in a transparent base material is used in order to flow a sample liquid through a channel with a width of several μm to several tens of μm.
マイクロ流路チップは、流路内部の視認性、光の透過性を確保するために透明な材料を積層することによって製造される。特に、FTIR(Fourier transform infrared Spectroscopy:フーリエ変換赤外分光法)等の光学的分析に使用される場合を考慮すると、光の透過性を均一にする必要がある。そのため、流路の幅が一定で、壁面が基材表面に対して垂直であること、即ち流路の断面形状が矩形であることが好ましい。 A microchannel chip is manufactured by laminating transparent materials in order to ensure the visibility of the inside of the channel and the transparency of light. In particular, when considering the use for optical analysis such as FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy), it is necessary to make the light transmittance uniform. Therefore, it is preferable that the width of the channel is constant and the wall surface is perpendicular to the substrate surface, that is, the cross-sectional shape of the channel is rectangular.
このような観点から、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂等の、加工が容易な樹脂が、マイクロ流路チップの材料として多用されている。 From this point of view, easy-to-process resins such as polystyrene resins and acrylic resins are frequently used as materials for microchannel chips.
透明性、耐熱性、耐久性、耐薬品性等の面では、ガラスもマイクロ流路チップの材料として好適である。しかし、ガラスは、一般的な機械加工では、欠けたり割れたりしやすく、微細な加工が困難であるという問題点がある。 Glass is also suitable as a material for the microchannel chip in terms of transparency, heat resistance, durability, chemical resistance, and the like. However, glass has the problem that it is easily chipped or broken in general machining, and fine processing is difficult.
マイクロ流路チップに応用が可能な、マイクロパターンをガラス板に形成する方法の一例が、特許文献1に開示されている。この製造方法は、i)加工対象の支持基板上にエッチング耐性変化材料を成膜し、ii)エッチング耐性変化材料膜に、レーザ光を照射しあるいは加熱処理を加えてエッチング耐性を変化させてマイクロ流路のパターンを形成し、iii)エッチング耐性変化材料膜を現像して、マイクロパターン形状の開口を形成し、iv)残存したエッチング耐性変化材料膜をマスクとして支持基板をエッチングして溝を形成することによりマイクロパターンを形成する。
An example of a method of forming a micropattern on a glass plate that can be applied to a microchannel chip is disclosed in
特許文献1に開示された方法においては、エッチングは、等方性エッチングであり、マスク開口部において、支持基板の表面の法線方向に進行すると共に、マスク下部にも等方的に進行する。このため、所謂アンダーカット、サイドエッチング等が発生してしまう。このため、形成された流路断面は、側面(側壁)にテーパーがついた形状となり、流路幅は、深くなるほど狭くなる。
In the method disclosed in
このように流路の幅が一定でない場合、光学的分析機器あるいは光学的測定機器にマイクロ流路チップを設置する時に、位置調整が煩雑になる。更に、流路の深さ方向に対する試料液の光学的な特性にばらつきが生じる。 If the width of the channel is not uniform in this way, position adjustment becomes complicated when installing the microchannel chip in an optical analysis device or an optical measurement device. Furthermore, variations occur in the optical properties of the sample liquid in the depth direction of the channel.
また、等方性エッチングの影響により、流路の底面は湾曲状となってしまう。このため、分析機器等より発せられた光が、底面を通過した際に、屈折したり分散したりする。 In addition, the bottom surface of the channel becomes curved due to the influence of isotropic etching. Therefore, light emitted from an analytical instrument or the like is refracted or dispersed when passing through the bottom surface.
このため、分析、実験等に十分に高い精度を確保するのが困難になる。 For this reason, it becomes difficult to ensure sufficiently high accuracy for analysis, experiments, and the like.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高精度の分析、実験等を可能とするマイクロ流路チップに利用が可能な貫通孔パターンの形成されたガラス板とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a glass plate having a through-hole pattern formed thereon and a method for manufacturing the same, which can be used for a microchannel chip that enables high-precision analysis and experiments. intended to
本発明は、貫通孔パターンの形成されたガラス板を製造する方法であって、以下の工程を備える。
形成予定のパターンに沿って、ガラス板にパルスレーザを照射して、前記ガラス板に前記パターンを描画する描画工程と、
前記ガラス板をエッチングして、前記描画されたパターン形状を有する貫通孔を形成すると共に貫通孔の幅と前記ガラス板の厚さを調整するエッチング工程。
The present invention is a method of manufacturing a glass plate having a through-hole pattern, comprising the following steps.
A drawing step of irradiating a glass plate with a pulse laser along a pattern to be formed to draw the pattern on the glass plate;
an etching step of etching the glass plate to form through-holes having the drawn pattern shape and adjusting the width of the through-holes and the thickness of the glass plate;
前記描画工程は、前記ガラス板の主面に垂直に、形成予定のパターンに沿って、相対的にスキャンしながら、パルスレーザを照射する工程を含むことが好ましい。 The drawing step preferably includes a step of irradiating a pulse laser while relatively scanning along a pattern to be formed perpendicular to the main surface of the glass plate.
前記パルスレーザは、ピコ秒レーザ又はフェムト秒レーザであることが好ましい。 The pulse laser is preferably a picosecond laser or a femtosecond laser.
前記エッチング工程では、前記ガラス板にマスクを施さずに、前記ガラス板全体をエッチング液に浸すことが好ましい。 Preferably, in the etching step, the entire glass plate is immersed in an etchant without applying a mask to the glass plate.
前記エッチング工程では、前記ガラス板の前記パルスレーザが通過した部分及びその周囲の改質された部分を、さらにその周囲の非改質の部分に比べて高エッチングレートでエッチングすることにより、前記ガラス板の表面に略垂直な面を有する貫通孔を形成することができる。 In the etching step, the portion of the glass plate through which the pulse laser passes and the modified portion therearound are further etched at a higher etching rate than the surrounding unmodified portion, thereby removing the glass. A through hole can be formed having a plane substantially perpendicular to the surface of the plate.
前記エッチング工程の後に、
前記ガラス板の表面および裏面のうち少なくとも一方に、前記貫通孔の少なくとも一部を塞ぐように封止材を接合する封止工程を備えることができる。
After the etching step,
A sealing step of bonding a sealing material to at least one of the front surface and the back surface of the glass plate so as to block at least a part of the through hole can be provided.
前記封止工程は、以下の工程を含むことが好ましい。
前記封止材と前記ガラス板それぞれの表面に金属コーティング層を設ける工程と、
前記前記ガラス板の金属コーティング層と前記封止材の金属コーティング層同士が接触するように積層して両金属コーティング層の金属原子を拡散することにより、前記封止材と前記ガラス板とを接合する工程。
The sealing step preferably includes the following steps.
providing a metal coating layer on each surface of the sealing material and the glass plate;
By laminating the metal coating layer of the glass plate and the metal coating layer of the sealing material so that they are in contact with each other and diffusing the metal atoms of both metal coating layers, the sealing material and the glass plate are joined. process to do.
前記原子拡散接合に使用する金属が、金又は銅であることが好ましい。 The metal used for the atomic diffusion bonding is preferably gold or copper.
前記封止工程においては、スパッタリングによって、前記金属コーティング層を0.2から20nmに形成することが好ましい。 Preferably, in the sealing step, the metal coating layer is formed to a thickness of 0.2 to 20 nm by sputtering.
前記封止工程が、封止材としてガラス板と樹脂シートを使用し、前記ガラス板、樹脂シート、ガラス基材の順に積層し、前記ガラス板の上面を加熱、加圧する工程を含むことが好ましい。 The sealing step preferably includes a step of using a glass plate and a resin sheet as a sealing material, laminating the glass plate, the resin sheet, and the glass substrate in this order, and heating and pressurizing the upper surface of the glass plate. .
本発明の貫通孔パターンの形成されたガラス板は、
対向する主面が実質的に平行で、主面と平行な方向に延在する貫通孔が形成されたガラス板と、
前記貫通孔の少なくとも一部を塞ぐように接合された封止材と、を備え、
前記貫通孔の側壁部と前記封止材とで確定される断面が実質的に矩形である。
The glass plate having the through-hole pattern of the present invention is
a glass plate having substantially parallel opposing principal surfaces and having through holes extending in a direction parallel to the principal surfaces;
a sealing material that is joined so as to block at least a portion of the through hole;
A cross section defined by the side wall portion of the through hole and the sealing material is substantially rectangular.
本発明のマイクロ流路チップは、前記貫通孔パターンの形成されたガラス板により形成される。 The microchannel chip of the present invention is formed of a glass plate having the through-hole pattern formed thereon.
以下、本発明の実施の形態にかかる貫通孔パターンの形成されたガラス板とその製造方法について、実施の1形態である貫通孔パターンの形成されたガラス板の図面を参照して説明する。 Hereinafter, a glass plate having a through-hole pattern formed thereon and a method for manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to a drawing of a glass plate having a through-hole pattern formed thereon, which is one embodiment.
本実施の形態に係る貫通孔パターン3の形成されたガラス板1は、図1(B)、(C)に示すように、貫通孔パターン3により形成されるマイクロ流路3が形成されたガラス板2と、ガラス基板2を両主面上に配置された封止板4と5とを備える。
As shown in FIGS. 1(B) and 1(C), the
ガラス板2の材料は、特に限定されないが、例えば、石英ガラスのように不純物の少ないものが望ましい。ガラス板2の両主面は、互いに平行に形成されている。
図1(C)、(D)に示すように、ガラス板2には、マイクロ流路の側壁部を構成する貫通孔が形成され、図1(A)に示すように、ガラス板2の面方向に必要な長さだけ延在している。
図1(D)に拡大して示すように、貫通孔に面するガラス板2の壁面はガラス板2の表面にほぼ垂直である。マイクロ流路3の幅Wは、例えば、2μm程度~3mm程度まで任意である。
マイクロ流路3には、試料導入部、リザーバなどの幅広部14が適宜配置されている。
Although the material of the
As shown in FIGS. 1(C) and 1(D), the
As shown enlarged in FIG. 1(D), the wall surface of the
A
封止板4と5は、それぞれ、樹脂フィルム又はガラス板から構成され、封止板4は、ガラス板2の一主面に配置され、封止板5は、ガラス板2の対向する他の主面に配置され、ガラス板2に密着し、マイクロ流路3を封止する。
The sealing
マイクロ流路3は、ガラス板2に形成された貫通口の対向する側壁と封止板4と5とから構成され、その延在方向に垂直な面での断面は、ほぼ矩形(長方形)である。また、マイクロ流路3の深さはガラス板2の厚さと等しく、例えば、100μm~1.5mmである。
The
また、封止板4と5の、幅広部14に対向する位置には、適宜、開口部が形成されている。
In addition, openings are appropriately formed at positions facing the
次に、上記構成を有する貫通孔パターン3の形成されたガラス板1の製造方法を図2~9を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing the
本実施の形態に係る貫通孔パターン3の形成されたガラス板1の製造方法は、概略すると、i)ガラス板2と封止材4、5を用意する工程、ii)ガラス板2にパルスレーザによりパターンを描く描画工程、iii)描画後のガラス板2をエッチングする工程、iv)エッチング後のガラス板2に封止板4と5を貼り付ける工程、から構成される。
以下、各工程を順番に図2を参照して説明する。
The manufacturing method of the
Hereinafter, each process will be described in order with reference to FIG.
1.まず、ガラス基材を用意する(ステップS11)。ガラス基材の材質は、前述のように、任意であるが、透光性が高く、不純物の少ないものが望ましい。また、ガラス基材の厚さは、後続するエッチング工程(ステップS13)でのエッチングにより薄くなるため、エッチング工程における減厚を考慮した厚さのものを用意する。
ガラス基材の縦、横の寸法は、特に制限はなく、使用する機材に応じて選択すればよい。1枚のガラス基材から複数枚のガラス板2を切り出すことも可能である。なお、以下の説明では、理解を容易にするため、1枚のガラス基材から1枚のガラス板2を得るものとして説明する。
1. First, a glass substrate is prepared (step S11). As described above, the material of the glass base material is arbitrary, but it is desirable to have high translucency and few impurities. In addition, since the thickness of the glass base material is reduced by etching in the subsequent etching process (step S13), a glass base material having a thickness that takes into consideration the thickness reduction in the etching process is prepared.
The vertical and horizontal dimensions of the glass substrate are not particularly limited, and may be selected according to the equipment to be used. It is also possible to cut out a plurality of
2. 封止材4,5を用意する(ステップS21,S31)。
封止材4,5としては、ガラス板、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂等の透明性を有する樹脂のシートを使用することができる。
封止材4,5の厚さは、貫通孔パターン3の形成されたガラス板1の透明性と、用途に応じた寸法と、使用に耐え得る強度を確保できれば、特に制限されない。封止材4,5の縦、横のサイズは、ガラス基材の縦横サイズに合わせて適宜選択される。
2.
As the sealing
The thickness of the sealing
3.次に、レーザ加工工程(ステップS12)を実行する。
この工程では、ガラス板2をX-Yステージ上に配置し、上方にパルスレーザ装置を配置し、ガラス板2とパルスレーザ装置との相対位置を移動しながら、図3に示すように、ガラス板2にパルスレーザ光Lを照射して、ガラス板2に形成予定のマイクロ流路のパターンを描画する。レーザ光Lが、ガラス板2の表面に垂直に照射されるように、パルスレーザ装置とガラス板2の位置及び傾きを調整する。
3. Next, a laser processing step (step S12) is performed.
In this process, the
レーザ光Lの強度は、ガラス板2に上面から入射したレーザ光Lが下面から出射するに十分な強度とする。
また、レーザ光Lのビーム径は、例えば、形成したいマイクロ流路3の幅Wの1/4~3/4程度とすることが望ましい。
The intensity of the laser light L is set to be sufficient for the laser light L incident on the
Further, it is desirable that the beam diameter of the laser light L is, for example, about 1/4 to 3/4 of the width W of the
ここで、パルスレーザとは、ピコ秒レーザ及びフェムト秒レーザのような、極めて短いパルス幅を有するレーザである。ピコ秒レーザはピコ秒オーダーのパルス幅を有するレーザである。またフェムト秒レーザは、フェムト秒オーダーのパルス幅を有するレーザである。 Here, pulsed lasers are lasers with extremely short pulse widths, such as picosecond lasers and femtosecond lasers. A picosecond laser is a laser having a pulse width on the order of picoseconds. A femtosecond laser is a laser having a pulse width on the order of femtoseconds.
パルスレーザ装置は、短時間に高エネルギーを照射するため、透明な材料に対しても光を吸収させることができる。また、図4(A)に示すように、パルスレーザ光Lは、ガラス板2に照射されると、高圧の衝撃波Sを発生する。衝撃波Sは、パルスレーザ光Lによる熱の影響を受けない深部まで到達する。そのため、ガラス板2の内部では、熱によらない、衝撃波Sの影響を受けた部分が生じる。
Since the pulse laser device irradiates high energy in a short time, it can absorb light even in transparent materials. Further, as shown in FIG. 4A, when the pulsed laser beam L is applied to the
更に、パルスレーザによって形成された微細孔を中心とする直径10から20μmの範囲は、ガラスが改質されている。この改質は、これらのパルスレーザにより、ガラスの分子鎖が切断される等の効果によるものである。 Further, the glass is modified in the range of 10 to 20 μm in diameter centering on the micropores formed by the pulsed laser. This modification is due to effects such as severing the molecular chains of the glass by these pulse lasers.
改質されたガラス改質部分8は、後述するエッチング工程(ステップS13)において、非改質の部分より、高エッチングレートであり、数倍から数十倍速くエッチングが可能になる。
The glass-modified
4. エッチング工程
続いて、エッチング工程(ステップS13)において、ガラス板2をエッチングして、描画されたパターン3の形状の孔を形成する。エッチング時間を調整することにより、パターン3の幅Wとガラス板2の厚さを調整する。
4. Etching Step Subsequently, in the etching step (step S13), the
エッチングの方法は、特に制限されることはなく、公知の任意の方法でよい。例えば、図5に示される通り、エッチング液9が張られたエッチング槽10の中にガラス板2を浸す方法でもよい。
The etching method is not particularly limited, and any known method may be used. For example, as shown in FIG. 5, a method of immersing the
エッチング液9は特に限定されることはないが、フッ化水素酸を使用できる。エッチング槽10としては、フッ化水素酸による腐食を防止するためのライニングが施された槽を使用する。ライニングには、テトラフルオロエチレンが好ましい。
The
前述したとおり、パルスレーザの照射によって生じたガラスの改質部分8は、エッチングレートが大きい(エッチング速度が速い)。そのため、エッチング液9は速やかに改質部8の内部に浸入してエッチングを進め、さらに、ガラス板2の表面に平行な方向にもエッチングは進む。
As described above, the modified
従って、貫通孔パターン3の壁面は、ガラス板2の表面に対して垂直、且つ、表面形状が均一で平坦になる。
Therefore, the wall surface of the through-
これにより、貫通孔パターン3の幅Wに対して深さLが大きい、高アスペクト比の貫通孔パターン3を形成することができる。
As a result, the through-
また、この間に、ガラス板2の表面のエッチングも進み、ガラス板2の表面は、化学研磨をしたと同等の状態となる。
During this time, the etching of the surface of the
貫通孔パターン3の幅Wが所望の値となり、且つ、ガラス板2の厚さが所望の厚さに達すると、エッチングを終了する。
When the width W of the through-
5. 洗浄・乾燥工程
続いて、ガラス板2を洗浄し、乾燥する(ステップS14)。
5. Washing/Drying Step Subsequently, the
本発明の貫通孔パターン3の形成されたガラス板は、任意で、表面および裏面のうち少なくとも一方に、前記貫通孔の少なくとも一部を塞ぐように封止材を接合しても構わない。
Optionally, a sealing material may be bonded to at least one of the front surface and the back surface of the glass plate having the through-
6. 封止工程
次に、ガラス板2の両面に、図6に示すように、封止材4,5を接合し、貫通孔パターン3を塞ぐ。
6. Sealing Step Next, as shown in FIG. 6 , sealing
ガラス製の封止材4,5をガラス板2に接合する方法自体は任意である。ただし、加熱処理及び加圧処理を必要としない原子拡散接合を用いることが望ましい。
The method itself for bonding the
以下、原子拡散接合を用いる接合方法を説明する。
まず、ガラス製の封止材の4,5の貼り付け面を、化学研磨法により研磨し、その平坦化する。
次に、真空環境下で、接合対象面、即ち、ガラス板2の両面と封止材4,5の化学研磨済みの面に、スパッタリングによって、薄い金属のコーティング層を形成する(ステップS15,S17,S22,S32)。コーティング層の厚さは、数nmで十分であり、原子層で3原子層程度でもよい。
A bonding method using atomic diffusion bonding will be described below.
First, the bonding surfaces 4 and 5 of the sealing member made of glass are polished by a chemical polishing method and flattened.
Next, in a vacuum environment, a thin metal coating layer is formed by sputtering on the surfaces to be joined, that is, both surfaces of the
スパッタリングにより堆積する金属は、金、銅、チタン、銀、アルミニウム、モリブデン、タンタル、タングステン等あらゆる金属を用いることができる。試料に化学的な影響を及ぼさないものが好ましく、金又は銅が好ましい。金はほとんど化学反応性を示さない。銅は、酸化皮膜を形成すると不動態となり、化学反応しにくくなる。更に、化学的に安定性が最も優れているという観点から、金を使用することが最も好ましい。金又は銅等の金属を使用する場合は、予め、チタンをコーティングし、その上に金をスパッタリングすることが好ましい。 Any metal such as gold, copper, titanium, silver, aluminum, molybdenum, tantalum, and tungsten can be used as the metal deposited by sputtering. A material that does not affect the sample chemically is preferable, and gold or copper is preferable. Gold exhibits little chemical reactivity. When copper forms an oxide film, it becomes passive and becomes difficult to react chemically. Furthermore, it is most preferable to use gold from the viewpoint of having the highest chemical stability. When using a metal such as gold or copper, it is preferable to coat titanium in advance and then sputter gold thereon.
スパッタリングによる金属コーティング層の厚さは、金属原子1つ分あればよく、従って、0.2nm程度以上あればよい。また、流路の透明性を確保する必要があるという観点から、金属コーティング層は厚すぎないことが好ましく、20nm以下であることが好ましい。 The thickness of the metal coating layer formed by sputtering should be as large as one metal atom, and therefore should be about 0.2 nm or more. Moreover, from the viewpoint that it is necessary to ensure the transparency of the channel, the metal coating layer is preferably not too thick, preferably 20 nm or less.
ガラス板2と封止材4,5との積層は、片面ずつ行っても、両面同時に行ってもよい。
The lamination of the
なお、ガラス板2のパターン3をマスクするなどの特段の処置は必要ない。堆積量が非常に少ないためである。
続いて、図7に示すように、ガラス板2の金属コーティング層11aと封止材4,5の金属コーティング層11bとを接触させ、積層する(ステップS16、S18)。
It should be noted that special treatment such as masking the
Subsequently, as shown in FIG. 7, the
例えば、高温や加圧条件下等、あらゆる条件下で行うことができる。しかし、本発明では、エッチングで得られた基板を用いているため、常温常圧下で行うことが可能であり、温度や圧力の調整のための設備を必要とせず、接合工程を容易に行うことができる。 For example, it can be carried out under any conditions such as high temperature and pressurized conditions. However, in the present invention, since the substrate obtained by etching is used, it can be performed at normal temperature and normal pressure, and the bonding process can be easily performed without the need for equipment for adjusting temperature and pressure. can be done.
原子拡散結合によって、ガラス板2と封止材4とが接合される過程を、図7の(1)~(4)を用いて説明する。
(1)ガラス板2の金属コーティング層11aと封止材4の金属コーティング層11bとを向かい合わせ、位置合わせをする。
(2)ガラス板2の金属コーティング層11aと封止材4の金属コーティング層11bとを接触させる。境界(点線部)より金属コーティング層11aと11bとの間で金属原子の拡散が始まる。
(3)金属コーティング層11aと11bの金属原子が再配列される。
(4)金属原子の再配列によって、金属コーティング層11aと11bの境界が消失して、透明基板2と封止部材4との間に、単一の金属層11が形成される。
その結果、ガラス板2と封止材4とが強固に接合される。
封止材5についても、同様の操作により、ガラス板2と接合する。
The process of bonding the
(1) The
(2) The
(3) The metal atoms of the
(4) Due to the rearrangement of metal atoms, the boundary between the
As a result, the
The sealing
積層後、ガラス板2の金属コーティング層11と、封止材4,5の金属コーティング層11との接触部分で金属原子が拡散する。その結果、接触部分の境界が消失して、金属の単一層が形成される。これによって、ガラス板2と封止材4,5とが強固に接合される。
After lamination, metal atoms diffuse at the contact portions between the
なお、ガラス板2と封止材4,5との接合に、原子拡散接合を使用することには、以下の利点がある。
1.金属原子の拡散によって接合がなされるので、接合する物質に制限がない。
2.金または銅が流路内部をコーティングすることによって、化学的に安定した流路を形成できる。
3.常温下、大気圧下でガラス板2と封止材4,5の接合面を接触させるだけで接合がなされるので、加熱、加圧等の設備も手順も不要である。
The use of atomic diffusion bonding for bonding the
1. Bonding is done by diffusion of metal atoms, so there is no limit to the materials to be bonded.
2. By coating the inside of the channel with gold or copper, a chemically stable channel can be formed.
3. Bonding is achieved simply by bringing the bonding surfaces of the
このように、金属コーティング層11に金または銅を使用した場合、試料液に化学的な影響がない。金属コーティング層の厚さが0.2から20nmであれば、封止材4,5のパターンの透明性、寸法にほとんど影響がない。従って、スパッタリングは、封止材4,5、ガラス板2にマスクせずに行うことができる。
Thus, when gold or copper is used for the
更に、接合時にガラス板2及び封止材4,5に応力が生じない。従って、貫通孔パターン3の形成されたガラス板が、部材の変形によって破損することを防ぐことができる。
Furthermore, no stress is generated in the
また、原子拡散接合を使用する場合、封止材4,5は、ガラスに限られない。アクリル樹脂、ポリスチレン等の樹脂を使用することができる。
Moreover, when using atomic diffusion bonding, the sealing
7. 切断工程
次に、積層体の不要部分を、レーザカッタなどを用いて切断し、マイクロ流路チップ等の、製品としての貫通孔パターン3の形成されたガラス板1を形成する。
7. Cutting Step Next, unnecessary portions of the laminate are cut using a laser cutter or the like to form a
以上説明したように、本実施の形態に係る貫通孔パターン3の形成されたガラス板1によれば、透明性、耐熱性、耐久性、耐薬品性等に優れたガラスを材料とするマイクロ流路チップを得ることができる。また、この貫通孔パターン3の形成されたガラス板1が備えるマイクロ流路3は、その延在する方向に垂直な面で切断した断面が、ほぼ矩形であり、高い精度の実験、分析等が可能となる。すなわち、ガラス板の表面や裏面と、貫通孔内面とがシャープエッジを形成することにより、貫通孔パターン3の形成されたガラス板とした際の光学的特性に優れたガラス板を得ることが可能である。
As described above, according to the
また、本実施の形態に係る貫通孔パターン3の形成されたガラス板の製造方法によれば、細く、且つ断面が矩形の開口をガラス板に加工することができ、高精度の実験、分析等が可能なマイクロ流路チップを提供できる。
In addition, according to the method of manufacturing a glass plate having the through-
なお、以上の説明では、ガラス板2に封止材4,5を原子拡散接合により接合する例を示したが、他の手法を用いてもよい。
ただし、封止材4,5の接合には、試料への影響という観点から、接着剤を使用することは好ましくない。そこで、例えば、ガラス製の封止材4,5を使用する場合は、ガラス製の封止材、樹脂シート、ガラス板2の順に積層し、熱圧着することにより、接合することができる。ガラス製封止材の厚さは、用途に応じた寸法と、使用に耐え得る強度を確保できれば、特に制限されない。ガラス製の封止材4,5とガラス板2とを熱圧着するための樹脂シートとしては、耐薬品性が高い樹脂が好ましい。また、衝撃等による破損を防止するため、弾力を有する樹脂が好ましい。
In the above description, an example of bonding the
However, it is not preferable to use an adhesive for joining the sealing
このような観点から、熱圧着用の樹脂シートとしてはポリオレフィン樹脂が好ましく、ポリエチレン樹脂が更に好ましい。また、ガラス製の封止材を熱圧着するために使用する樹脂シートは、試料への影響という観点から、可塑剤、粘着付与剤等の添加物が含有されていないことがましい。 From such a point of view, the resin sheet for thermocompression is preferably a polyolefin resin, more preferably a polyethylene resin. Moreover, the resin sheet used for thermocompression bonding of the glass sealing material preferably does not contain additives such as plasticizers and tackifiers from the viewpoint of influence on the sample.
なお、加熱温度は、使用する樹脂シートの軟化点より高く、融点より低い温度以下に適宜設定する。また、加圧条件は、軟化した樹脂シートがマイクロ流路3を塞がないように、適宜設定する。
The heating temperature is appropriately set to a temperature higher than the softening point of the resin sheet to be used and lower than the melting point. Moreover, the pressurizing conditions are appropriately set so that the softened resin sheet does not block the
ガラス製の封止材を熱圧着するために使用する樹脂シートの厚さは、貫通孔パターン3の形成されたガラス板の透明性と、用途に応じた寸法と、使用に耐え得る強度を確保できれば、特に制限されない。
The thickness of the resin sheet used for thermocompression bonding of the glass sealing material ensures the transparency of the glass plate on which the through-
また、封止材4、5として、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂等の樹脂を使用することができる。この場合、樹脂製の封止材をガラス基材上に積層し、熱圧着することにより接合することができる。
Moreover, resins such as acrylic resins and polystyrene resins can be used as the sealing
上記の熱圧着に要する加熱温度は、使用する樹脂の軟化点より高く、融点より低い温度以下に適宜設定する。また、加圧条件は、軟化した樹脂が流路を塞がないように、適宜設定する。 The heating temperature required for the thermocompression bonding is appropriately set to a temperature higher than the softening point of the resin used and lower than the melting point. Moreover, the pressurization conditions are appropriately set so that the softened resin does not clog the flow path.
封止材4,5の厚さは、貫通孔パターン3の形成されたガラス板1の透明性と、用途に応じた寸法と、使用に耐え得る強度を確保できれば、特に制限されない。
The thickness of the sealing
また、試料への影響という観点から、封止材4,5として使用する樹脂中には、可塑剤、粘着付与剤等の添加物が含有されていないことがましい。
Moreover, from the viewpoint of influence on the sample, it is preferable that the resins used as the sealing
なお、図8に例示するように、貫通孔パターン3の形成されたガラス板1の保護のために、封止材4,5の上に更に保護材層13を積層する場合がある。
しかしながら、上記の方法により、ガラス製の封止材4,5とガラス板2とを、樹脂シートを介して熱圧着した場合、或いは、樹脂製の封止材4,5をガラス板2に熱圧着した場合、封止材4,5の上に、更に別の部材を積層することは困難である。
As illustrated in FIG. 8, a protective material layer 13 may be further laminated on the sealing
However, when the sealing
具体的に説明すると、樹脂層を複数層積層すると、熱伝導効率が低下する。このため、複数の樹脂層をまとめて熱圧着することは困難であり、下層の樹脂より軟化温度が低い樹脂材料を上に積層して、その都度、熱圧着する必要がある。 Specifically, when a plurality of resin layers are laminated, the heat conduction efficiency is lowered. Therefore, it is difficult to thermally bond a plurality of resin layers together, and it is necessary to laminate a resin material having a softening temperature lower than that of the resin of the lower layer and thermally bond each time.
このため、熱圧着によって、多層構造とする場合、部材の組み合わせが著しく制限される上、製造工程が煩雑になる。
このような場合には、前述の原子拡散接合方法を用いることが望ましい。
For this reason, when a multi-layered structure is formed by thermocompression bonding, the combination of members is significantly restricted, and the manufacturing process becomes complicated.
In such a case, it is desirable to use the atomic diffusion bonding method described above.
(変形例)
上記実施の形態においては、レーザ光Lの径に近い幅を有するマイクロ流路3を備える貫通孔パターン3の形成されたガラス板1を形成する例を説明した。
本願発明はこれに限定されない。例えば、レーザ径より十分大きな幅を有するマイクロ流路を形成する場合にも適用可能である。
(Modification)
In the above-described embodiment, an example of forming the
The present invention is not limited to this. For example, it can be applied to forming a microchannel having a width sufficiently larger than the laser diameter.
この場合には、例えば、図9に示すように、形成するマイクロ流路3や幅広部14の外縁パターンに沿ってパルスレーザを照射して描画すればよい。このようにレーザ光を照射すれば、後続するエッチング工程で、周囲からエッチングを進めることにより、貫通孔3或いは幅広部15の中央部分を除去することができ、レーザ光のビーム径に比較して広い貫通孔を形成することができる。
In this case, for example, as shown in FIG. 9, a pulsed laser may be irradiated along the outer edge pattern of the
また、例えば、図10に示すように、製造過程では、封止された貫通孔3を形成し、最後に、レーザカッタ等を用いて切断線C1,C2で切断することにより、封止された貫通孔3の両端部を開口してもよい。
Further, for example, as shown in FIG. 10, in the manufacturing process, a sealed through
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
例えば、上記製造方法においては、ガラス板2に代えて樹脂板を使用することも可能であり、同様の工程により、樹脂板を用いたマイクロ流路アレーを製造することができる。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and applications are possible.
For example, in the manufacturing method described above, a resin plate can be used instead of the
本発明により、ガラス基材を使用して、断面形状が矩形である貫通孔パターン3の形成されたガラス板を、低コストで製造することができるため、本発明は、バイオテクノロジー、医療、農学等の研究分野で使用するマイクロ流路チップの製造に有用である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a glass substrate having a through-
1 貫通孔パターンの形成されたガラス板
2 ガラス板
3 貫通孔パターン
4 封止材
5 封止材
6 レーザ照射点
7 微細孔
8 ガラス改質部
9 エッチング液
10 エッチング槽
11 金属コーティング層
12 積層体
13 保護材層
14 幅広部
15 幅広部
REFERENCE SIGNS
Claims (12)
前記ガラス板をエッチングして、前記描画されたパターン形状を有する貫通孔を形成すると共に貫通孔の幅と前記ガラス板の厚さを調整するエッチング工程と、
を備える貫通孔パターンの形成されたガラス板の製造方法。 A drawing step of irradiating a glass plate with a pulse laser along a pattern to be formed to draw the pattern on the glass plate;
an etching step of etching the glass plate to form through holes having the drawn pattern shape and adjusting the width of the through holes and the thickness of the glass plate;
A method for manufacturing a glass plate having a through-hole pattern formed thereon.
前記ガラス板の表面および裏面のうち少なくとも一方に、前記貫通孔の少なくとも一部を塞ぐように封止材を接合する封止工程を備える、請求項1から5の何れか1項に記載の貫通孔パターンの形成されたガラス板の製造方法。 After the etching step,
The penetration according to any one of claims 1 to 5, comprising a sealing step of joining a sealing material to at least one of the front surface and the back surface of the glass plate so as to block at least a part of the through hole. A method for manufacturing a glass plate having a hole pattern formed thereon.
前記封止材と前記ガラス板それぞれの表面に金属コーティング層を設ける工程と、
前記前記ガラス板の金属コーティング層と前記封止材の金属コーティング層同士が接触するように積層して両金属コーティング層の金属原子を拡散することにより、前記封止材と前記ガラス板とを接合する工程とを含む、請求項6に記載の貫通孔パターンの形成されたガラス板の製造方法。 The sealing step includes
providing a metal coating layer on each surface of the sealing material and the glass plate;
By laminating the metal coating layer of the glass plate and the metal coating layer of the sealing material so that they are in contact with each other and diffusing the metal atoms of both metal coating layers, the sealing material and the glass plate are joined. 7. The method for manufacturing a glass plate having a through-hole pattern according to claim 6, comprising the step of:
前記貫通孔の少なくとも一部を塞ぐように接合された封止材と、を備え、
前記貫通孔の側壁部と前記封止材とで確定される断面が実質的に矩形である、貫通孔パターンの形成されたガラス板。 a glass plate having substantially parallel opposing principal surfaces and having through holes extending in a direction parallel to the principal surfaces;
a sealing material that is joined so as to block at least a portion of the through hole;
A glass plate having a pattern of through-holes formed thereon, wherein a cross section defined by the side wall portions of the through-holes and the sealing material is substantially rectangular.
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