KR101585329B1

KR101585329B1 - 플라스틱 마이크로칩

Info

Publication number: KR101585329B1
Application number: KR1020140067508A
Authority: KR
Inventors: 김유래; 김재정; 허대성
Original assignee: 주식회사 나노엔텍
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2016-01-15
Also published as: JP2017524906A; EP3153853A1; EP3153853A4; CN106415266B; KR20150139669A; US20170191979A1; WO2015186913A1; CN106415266A

Abstract

플라스틱 마이크로칩이 개시된다. 본 발명의 실시 예들에 따른 플라스틱 마이크로칩은 접합면을 따라 본딩물질을 빠르고 고르게 확산시킴으로써, 상부기판과 하부기판의 접합을 정밀하고 용이하게 수행할 수 있고, 금형에서 사출물을 분리할 때 접합부의 형태를 유지시킴으로써 채널 높이의 설계 오차를 최소화할 수 있으며, 본딩물질이 본딩지그나 시료충전부 공간 내부로 누수되는 것을 방지하여 제품의 생산성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

플라스틱 마이크로칩{plastic microchip}

본 발명은 플라스틱 마이크로칩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라스틱 마이크로칩의 상부기판과 하부기판의 접합 시, 본딩물질을 접합면을 따라 빠르고 고르게 확산시킴으로써 정밀한 접합이 이루어지고, 본딩물질이 본딩지그나 시료충전부 공간 내부로 누수되는 것을 방지하여 제품의 생산성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 플라스틱 마이크로칩에 관한 것이다.

일반적으로, 유체시료의 분석은 화학 및 생명공학 분야 외에도 환자로부터 채취한 혈액, 체액의 분석을 통한 진단 분야 등에서 광범위하게 이용되고 있다. 근래에는 이러한 유체시료의 분석을 좀 더 간편하고 효율적으로 수행하기 위하여, 소형화된 다양한 종류의 분석 및 진단 장비들과 기술들이 개발되고 있다.

특히, 랩온어칩(lab-on-a-chip) 기술은 시료의 분리, 정제, 혼합, 표지화, 분석 및 세정 등 실험실에서 수행되는 다양한 실험 과정들을 미세유체역학 기술 등을 이용하여 작은 크기의 칩 상에서 구현하는 기술을 말한다.

이러한 랩온어칩(lab-on-a-chip) 기술과 관련하여 DNA 추출부터 해석까지의 프로세스를 칩 상에서 한번에 실시할 수 있는 휴대가 가능한 개인 식별용 DNA 해석 장치까지 개발되고 있는 등 산업 각 분야에서 그 활용이 활발히 이루어지고 있다.

또한, 체외진단(In vitro diagnostics) 분야에 있어서도, 병원이나 연구실에서 행해지는 혈액, 체액 등의 복잡한 정밀 검사를 현장에서 개인이 직접 손쉽게 할 수 있는 휴대용 진단 도구, 즉 POCT(point of care testing) 분야에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다.

POCT는 응급실, 수술실 또는 일반 가정 등 진료 현장에서 간편하게 질병을 진단할 수 있는 현장 진단 기술을 말하며, 고령화 및 복지 사회를 대비하여 그 필요성과 수요가 계속하여 증가하는 분야이기도 하다. 현재는 혈당 측정용 진단 도구가 시장의 주류를 차지하고 있지만, POCT에 대한 실질적인 요구가 증대되면서 젖산, 콜레스테롤, 요소 및 감염성 병원균 등 다양한 생체 물질들을 분석하는 진단 도구에 대한 수요 또한 빠르게 증가하고 있는 추세이다.

이와 같은 분석 또는 진단 기술들은 일반적으로 각종 유체시료를 칩 내부에 형성된 미세 채널을 통하여 이동시키면서 유체와 칩 내부에 고정화된 항체 단백질 또는 그 외 각종 시료들과의 반응 여부를 여러 가지 탐지 방법으로 검출, 분석함으로써 이루어진다.

이러한 검출, 분석과 관련된 랩온어칩(lab-on-a-chip)은 실험실에서 수행되는 다양한 실험과정 예를 들어, 시료의 분리, 정제, 혼합, 표지화(labeling), 분석, 및 세척 등을 작은 크기의 칩 상에서 구현하는 것을 의미한다. 랩온어칩의 설계에는, 미세유체역학(micro-fluidics), 미세유체조작시스템(micro-LHS) 관련 기술이 주로 이용된다. 또한, 미세유체역학 및 미세유체조작시스템을 구현하는 칩 구조물을 제작함에 있어, 반도체 회로설계 기술을 이용하여 미세한 채널을 칩 내부에 형성시킨 칩이 시판 중에 있다.

전술한 POCT용 또는 랩온어칩용으로 사용되는 플라스틱 마이크로칩은 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등과 같은 폴리에틸렌 유도체(PE derivatives), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 또는 아크릴 계통의 플라스틱 종류의 재질로 이루어지며, 일회용으로 사용된다.

이러한 플라스틱 마이크로칩은 상부기판과 하부기판을 접합하여 제조되는데, 접합된 상부기판과 하부기판 사이에 시료를 충전하기 위한 소정 높이의 시료충전부 공간과 또는 미세 구조물 등이 구비된다.

플라스틱 마이크로칩은 시료충전부 공간이 수 ㎛ 내지 수백 ㎛의 높이를 갖도록 정밀하게 제조되어야 하기 때문에, 시료충전부 공간 또는 미세 구조물을 포함하는 상부기판 및 하부기판을 매우 정밀하고 정확하게 접합하여야만 플라스틱 마이크로칩이 완벽하게 기능할 수 있는데, 이를 위해서는 본딩물질을 접합부위에 빠르고 고르게 확산시켜 접합시킬 수 있는 기술이 필요하다.

한편, 상부기판과 하부기판을 접합할 때 접합부위 상부에서 본딩지그(bonding jig)로 압착하여 접합이 이루어지는데 이 과정에서 본딩물질이 본딩지그의 압착면으로 흘러 들어가게 되면 제작공정을 멈추고 본딩물질을 세척 또는 제거한 후에 다시 제작공정을 수행해야 하므로 생산성이 저하되는 문제가 있다.

그리고, 접합과정에서 본딩물질이 capillary force에 의해 접합부위 사이로 스며들어 확산되면서 접합이 이루어지는데 이때 접합부위를 따라 빠르게 유동할 수 있도록 방향성과 유동성을 확보하면서도 시료충전부 공간 안쪽으로 누수되지 않도록 조절하는 것이 중요하다.

따라서, 이러한 문제를 해결하여 플라스틱 마이크로칩의 상부기판과 하부기판의 접합 시, 본딩물질을 접합면을 따라 빠르고 고르게 확산시킴으로써 정밀한 접합이 이루어지고, 본딩물질이 본딩지그나 시료충전부 공간 내부로 누수되는 것을 방지하여 제품의 생산성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 플라스틱 마이크로칩의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명의 실시예들은 접합면을 따라 본딩물질을 빠르고 고르게 확산시킴으로써, 상부기판과 하부기판의 접합을 정밀하고 용이하게 수행하고자 한다.

또한, 금형에서 사출물을 분리할 때 접합부의 형태를 유지시킴으로써 채널 높이의 설계 오차를 최소화하고자 한다.

또한, 본딩물질이 본딩지그나 시료충전부 공간 내부로 누수되는 것을 방지하여 제품의 생산성과 신뢰성을 향상시키고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상부기판과 하부기판이 접합하여 그 사이에 일정 높이로 형성되는 시료충전부 공간과, 상기 상부기판 또는 하부기판 중 적어도 하나로부터 일정 길이 연장 형성되어 상기 시료충전부 공간의 측벽을 이루고, 그 단부면이 상기 상부기판과 하부기판의 접합면을 이루는 접합부와, 상기 접합부의 접합면측 모서리에 형성되며 곡선형태로 이루어진 라운드부 및, 상기 시료충전부 내측에 함몰 형성되며, 적어도 일면이 개방된 채널로 이루어져 상기 접합면으로부터 상기 시료충전부 공간으로 본딩물질이 유입되는 것을 차단하는 유입방지채널;을 포함하는 플라스틱 마이크로칩이 제공될 수 있다.

상기 접합부는 연장되는 방향으로 단면 폭이 감소하도록 경사구배를 가질 수 있다.

본 발명에 따른 플라스틱 마이크로칩은 상기 시료충전부 공간 일측에 형성되는 시료투입구와, 상기 시료충전부 공간 타측에 형성되는 시료배출구를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 플라스틱 마이크로칩은 상기 시료충전부 공간 주위에 적어도 하나 이상이 형성되며, 상기 상부기판과 하부기판이 접합하도록 본딩물질을 수용하는 투입기가 상기 접합면으로 접근하기 위한 통로를 이루는 본딩물질 투입구를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 투입기로부터 접합면에 인접하도록 투여된 본딩물질은 모세관력에 의해 상기 접합면으로 스며들 수 있다.

본 발명에 따른 플라스틱 마이크로칩은 상기 상부기판의 접합면을 기준으로 외측으로 일정 길이 연장 형성됨으로써 상기 상부기판을 압착하여 하부기판에 접합시키는 본딩지그 측으로 본딩물질이 유입되는 것을 차단하는 연장부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 플라스틱 마이크로칩은 상기 접합부 외측을 따라 형성되며, 적어도 일면이 개방된 채널로 이루어져 본딩물질이 상기 접합면 둘레를 따라 빠르게 이동할 수 있는 유동경로를 형성하는 미세분산채널을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상부기판과 하부기판이 접합하여 그 사이에 일정 높이로 형성되는 시료충전부 공간과, 상기 상부기판 또는 하부기판 중 적어도 하나로부터 일정 길이 연장 형성되어 상기 시료충전부 공간의 측벽을 이루고, 그 단부면이 상기 상부기판과 하부기판의 접합면을 이루는 접합부와, 상기 접합부의 접합면측 모서리에 형성되며 곡선형태로 이루어진 라운드부 및, 상기 접합부 외측을 따라 형성되며, 적어도 일면이 개방된 채널로 이루어져 본딩물질이 상기 접합면 둘레를 따라 빠르게 이동할 수 있는 유동경로를 형성하는 미세분산채널을 포함하는 플라스틱 마이크로칩이 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 플라스틱 마이크로칩은 상기 시료충전부 내측에 함몰 형성되며, 적어도 일면이 개방된 채널로 이루어져 상기 접합면으로부터 상기 시료충전부 공간으로 본딩물질이 유입되는 것을 차단하는 유입방지채널을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예들은 접합면을 따라 본딩물질을 빠르고 고르게 확산시킴으로써, 상부기판과 하부기판의 접합을 정밀하고 용이하게 수행할 수 있다.

또한, 금형에서 사출물을 분리할 때 접합부의 형태를 유지시킴으로써 채널 높이의 설계 오차를 최소화할 수 있다.

또한, 본딩물질이 본딩지그나 시료충전부 공간 내부로 누수되는 것을 방지하여 제품의 생산성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 사시도
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 상부기판과 하부기판을 각각 도시한 평면도
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 단면도
도 4는 도 3의 부분확대도
도 5는 접합부가 상부기판에서 하부로 연장된 경우를 도시한 부분확대도
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 사시도
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 상부기판과 하부기판을 각각 도시한 평면도
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 단면도
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 사시도
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 상부기판과 하부기판을 각각 도시한 평면도
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 단면도
도 12는 본 발명에 따른 플라스틱 마이크로칩의 다양한 변형예를 도시한 단면도

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 상부기판과 하부기판을 각각 도시한 평면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 단면도이다. 도 4는 도 3의 부분확대도이고, 도 5는 접합부가 상부기판에서 하부로 연장된 경우를 도시한 부분확대도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩(100)은 크게 상부기판(120)과 하부기판(140)이 접합하여 그 사이에 일정 높이로 형성되는 시료충전부 공간(10)과, 상기 상부기판(120) 또는 하부기판(140) 중 적어도 하나로부터 일정 길이 연장 형성되어 상기 시료충전부 공간(10)의 측벽을 이루고, 그 단부면이 상기 상부기판(120)과 하부기판(140)의 접합면(20)을 이루는 접합부(142) 및, 상기 접합부(142)의 접합면(20) 측 모서리에 형성되며 곡선형태로 이루어진 라운드부(R)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 상부기판(120)과 하부기판(140)은 직사각의 평판 형태로 이루어질 수 있는데 상기 시료충전부 공간(10)은 상부기판(120)과 하부기판(140)이 접합하여 그 사이에 형성된다.

상기 시료충전부 공간(10)은 상기 상부기판(120)과 하부기판(140) 사이에 일정한 폭과 길이를 갖도록 형성되는데, 상부기판(120)과 하부기판(140)과 유사하게 직사각 형태를 갖도록 형성될 수 있다.

상기 시료충전부 공간(10)은 이전 실시예에서와 같이 소정 높이 D를 갖도록 형성될 수 있는데, 구체적으로 수 μm 내지 수백 μm 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 시료충전부 공간(10)은 투입되는 시료가 유동하는 미세채널을 이루게 되며, 필러(pillar) 등 미세 구조물을 포함하여 이루어질 수 있다.

이러한 시료충전부 공간(10)의 일측에는 시료투입구(12)가 형성되어 검사 대상인 시료가 투입되고, 타측에 시료배출구(14)가 형성되어 검사 후 남은 시료가 배출된다.

구체적으로, 본 실시예에서 상기 시료투입구(12)와 시료배출구(14)는 상부기판(120)에 형성되지만 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 시료투입구(12)와 시료배출구(14) 중 어느 하나 이상이 하부기판(140)에 형성되는 것도 가능하다.

상기 접합부(142)는 상기 상부기판(120) 또는 하부기판(140) 중 적어도 하나로부터 일정 길이 연장 형성되어 상기 시료충전부 공간(10)의 측벽을 구성하고, 상기 접합부(142)의 단부면은 상기 상부기판(120)과 하부기판(140)의 접합면(20)을 이룬다.

본 실시 예에서 상기 접합부(142)는 하부기판(140)으로부터 연장 형성되었지만, 상부기판(120)으로부터 연장 형성될 수 있으며, 양쪽 모두로부터 연장 형성되는 것도 가능하다.

도 1 내지 도 4에서 상기 접합부(142)는 상기 하부기판(140)의 상면으로부터 일정 높이로 돌출되는데, 상기 접합부(142) 상부면에 상기 상부기판(120)이 접합함으로써 접합면(20)을 이루게 된다.

따라서, 상기 접합부(142)는 상기 시료충전부 공간(10)의 경계를 이루게 되고, 접합부(142)의 돌출 높이가 상기 시료충전부 공간(10)의 높이를 결정하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 플라스틱 마이크로칩(100)은 상기 접합부(142)의 접합면(20) 측 모서리에 형성되며 곡선형태로 이루어진 라운드부(R)가 구비된다. 도 4는 도 3에서 접합부(142)를 확대하여 도시한 부분확대도인데, 상기 접합부(142) 상부 모서리에 형성된 라운드부(R)가 도시되어 있다. 상기 라운드부(R)는 양측 모서리 모두에 형성되거나 또는 외측 모서리에만 형성될 수 있는데, 도 4에는 양측 모서리 모두에 형성된 경우를 나타내었다.

상기 라운드부(R)는 상부기판(120)과 하부기판(140)을 사출성형하기 위한 금형의 설계 및 가공 시에 반영하여 구현할 수 있지만, 라운드부(R) 형태가 금형에 적용되지 않은 상태에서도 본 발명과 같이 미세형상으로 사출을 진행하는 경우에는 모서리 부분에 라운드부(R)가 자연스럽게 형성될 수 있다.

이러한 라운드부(R)는 접합면(20) 외측을 따라 연속적으로 이어진 형태로 구비되는데, 상기 접합면(20)에 인접하게 투여된 본딩물질이 상기 라운드부(R)쪽에 닿게 되면 연속적으로 이어진 라운드부(R)를 따라 접합면(20) 외측으로 빠르게 확산되며, 동시에 접합면(20) 상에 고르게 스며들 수 있다.

여기서, 상기 상부기판(120)에는 상기 상부기판(120)과 하부기판(140)이 접합하는 접합면(20)에 인접하게 본딩물질을 투입할 수 있는 본딩물질 투입구(35)가 형성될 수 있다. 상기 본딩물질 투입구(35)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 접합부(142) 둘레를 따라서 네 부분으로 분할되도록 형성되어 상기 접합면(20)으로 본딩물질을 수용하는 투입기(40)가 접근할 수 있는 통로를 형성할 수 있다.

상기 하부기판(140)과 상부기판(120)의 접합면(20)이 서로 일치하도록 접촉시킨 상태에서 투입기(40)를 접합면(20)에 근접하게 위치시키고 본딩물질을 투여하면, 전술한 바와 같이, 접합면(20)에 인접하도록 투여된 본딩물질이 상기 라운드부(R)에 닿게 되고, 모세관력(capillary force)에 의해 상기 접합면(20) 사이로 스며들게 되며, 그 상태에서 본딩지그(50)로 압착하여 상부기판(120)과 하부기판(140)을 접합할 수 있다.

이때, 작업자는 본딩물질을 라운드부(R)를 통해 억지로 접합면(20) 사이로 주입할 필요가 없으며, 투입기(40)로 라운드부(R)에 인접한 위치에 충분히 본딩물질을 드랍하여 라운드부(R)에 닿게만 만들면 모세관력에 의하여 접합면(20) 내측으로 확산된다.

그리고, 본딩물질은 서로 적당한 거리를 갖도록 2~4곳에 투여할 수 있는데, 본딩물질이 모세관력에 의해 라운드부(R)를 따라 확산된 후 접합면(20)으로 스며들게 됨으로써 상부기판(120)과 하부기판(140)이 접합될 수 있다. 예를 들어, 본딩물질은 상기 시료충전부 공간(10)의 일 대각선 방향으로 서로 대칭되도록 2곳에 투여될 수 있다.

여기서, 본 발명에 사용되는 본딩물질은 상기 상부기판(120)과 하부기판(140) 접합면(20) 부분을 용해하여 접합시키는 유기용제가 사용될 수 있다.

구체적으로, 상기 상부기판(120)과 하부기판(140)은 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등과 같은 폴리에틸렌 유도체, 폴리메틸메타크릴레이트, 또는 아크릴 계통의 플라스틱 등의 재질이 적용될 수 있다.

그리고, 상기 유기용제로는 전술한 재질을 녹일 수 있는 임의의 유기용제가 적용될 수 있는데 예를 들어, 케톤, 방향족탄화수소 또는 할로겐화탄화수소, 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는, 아세톤, 클로로포름, 염화메틸렌 또는 사염화탄소, 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩(100)은 상기 접합부(142)가 연장되는 방향으로 단면 폭이 감소하도록 경사구배(S)를 갖도록 구성될 수 있다.

상기 경사구배(S)는 상기 접합부(142)가 연장되는 방향으로 단면 폭이 좁아지도록 형성되는데 상기 접합부(142)가 연장되는 방향은 사출성형 후 금형에서 빠져나오는 방향과 반대 방향으로서, 사출 후 금형에서 기판이 쉽게 빠져나오도록 경사구배(S)를 두는 것이다.

전술한 바와 같이 상기 접합부(142)의 높이는 시료충전부 공간(10)의 높이를 결정하게 되는데, 접합부(142)에 경사구배(S)를 형성하면 금형에서 사출물을 분리할 때 접합부(142)의 일부가 금형에 붙어 남게 되는 것을 방지하여 설계한 형태를 유지시킨 상태로 금형으로부터 분리할 수 있으므로, 시료충전부 공간(10) 높이의 설계 오차를 최소화할 수 있다.

실제로 본 발명에 따른 플라스틱 마이크로칩(100)은 100um의 높이로 시료충전부 공간(10)의 높이를 설계한 경우 실 사출물을 95~105um 범위 내에서 제조할 수 있으므로, 오차범위를 5% 이하에서 제어할 수 있다.

본 실시예에서 상기 경사구배(S)는 접합부(142)에만 적용되는 것으로 도시하였지만, 그 외에 상부기판(120)과 하부기판(140)의 외곽부와 내측 수직 부분에 모두 적용하는 것도 가능하다.

한편, 상기 접합부(142)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상부기판(120)으로부터 연장형성되도록 구성할 수 있으며, 이 경우에도 전술한 라운드부(R)와 경사구배(S)는 방향을 달리할 뿐 동일하게 적용될 수 있다.

이상과 같은 구조의 플라스틱 마이크로칩(100)을 제조하기 위해서는 먼저 금형을 제작하여야 한다. 그 과정을 살펴보면, 먼저 실 사출물에 대한 설계를 진행하는데, 1차 설계가 완료된 후에도 미세 단위의 사출물을 정밀하게 성형하기 위해서는 금형 제작에 앞서 가공 및 사출에 따른 설계 검토와 수정이 필요하다.

그리고, 수정 및 검토 완료된 설계 사항을 토대로 금형을 설계하며 그 후에는 금형 설계에 따라 N/C 가공을 통해 금형 제작을 진행한다. 이때, 시료충전부 공간(10)의 판독면 부분은 폴리싱(Polishing) 작업이 함께 진행되고 기타 부식 공정이나 사포 연삭 작업이 추가적으로 이루어질 수 있다.

금형 제작이 1차로 완료되면 사출 압력 및 금형 온도 조건을 설정한 후 시험 사출을 진행하며, 시험 사출에 의해 성형된 테스트용 사출품에 대한 각 부위 수치 측정과 테스트 진행 후 그 결과에 따른 수정사항을 금형에 반영하여 마무리 가공을 수행한다.

이와 같이 금형 제작이 최종적으로 완료되면 사출성형을 통해 플라스틱 마이크로칩(100)의 상부기판(120)과 하부기판(140)을 제조한 후 각각을 Air brushing을 통해 클리닝(cleaning) 공정을 진행한다.

그리고, 상부기판(120)과 하부기판(140)이 접합되어 마주보는 면은 플라즈마 표면 처리를 진행한다. 구체적으로, 상부기판(120)과 하부기판(140)의 접합되는 면쪽에 O₂ 플라즈마를 방사하여 표면을 개질화 시켜 C=O 기를 가지게 함으로써 본래의 소수성 표면을 친수성 특징을 갖도록 변화시켜 준다.

이와 같이, 친수성이 된 표면은 접촉각이 변화하면서 주입되는 시료가 로딩(loading)되기 쉽도록 해줄 뿐만 아니라, 본딩물질이 접합면(20)을 따라 잘 스며들어 확산될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

플라즈마 표면 처리한 후에는 상부기판(120)과 하부기판(140)을 서로 붙이고 본딩지그(50)를 통해 압력을 가한 상태로 본딩물질을 투입한다. 이때 전술한 바와 같이, 상기 접합면(20)에 인접하게 투여된 본딩물질이 상기 라운드부(R)쪽에 닿게 되면 연속적으로 이어진 라운드부(R)를 따라 접합면(20) 외측으로 빠르게 확산되며, 동시에 접합면(20) 상에 고르게 스며들 수 있다.

이 상태에서 접합이 이루어질 때까지 일정 시간 동안 본딩지그(50)로 압력을 가한 상태로 대기하는데, 기본적으로 적용되는 압력은 예를 들어 약 0.3 내지 0.4MPa이며, 본딩물질 주입 후 전술한 압력으로 6 내지 12초 동안 대기함으로써 상부기판(120)과 하부기판(140)의 접합을 완료할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 상부기판과 하부기판을 각각 도시한 평면도이며, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 단면도이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩(100)은 상기 시료충전부 공간(10) 내측의 접합면(20) 쪽에 함몰 형성되어 상기 접합면(20)으로부터 시료충전부 공간(10)으로 본딩물질이 유입되는 것을 차단하는 유입방지채널(124)을 구비할 수 있다.

도 6 내지 도 8에 구체적으로 표시되지는 않았지만, 이전 실시예에서 설명한 라운드부(R)와 경사구배(S)는 동일하게 적용될 수 있으며, 이는 후술할 제3 실시예 및 그 변형예에서도 마찬가지이다.

전술한 바와 같이, 본딩물질이 투입되면 모세관력에 의해 접합면(20)을 따라 확산되는데 이때, 일부 본딩물질이 시료충전부 공간(10) 안쪽으로 누출되어 들어가서 굳게 되면, 시료충전부 공간(10)의 내측면에 의도하지 않은 불규칙 형상(irregularity)이 생기게 되므로, 제품 사용 시 검사결과에 영향을 주어 정확도를 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다.

그러나, 상기 유입방지채널(124)이 구비되면, 본딩물질이 시료충전부 공간(10) 내부로 스며들지 않고 접합면(20)을 따라서만 퍼지게 되므로, 시료충전부 공간(10)이 처음에 의도한 대로 형성될 수 있으므로, 검사의 정확성을 높일 수 있다.

상기 유입방지채널(124)은 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 시료투입구(12)와 시료배출구(14) 사이의 긴 방향으로 접합면(20)에 인접한 위치에 형성될 수 있으며, 상부기판(120) 상에서 접합면(20) 내측 경계를 따라 일정 깊이로 함몰됨으로써 단차를 형성하여 본딩물질의 유입을 차단할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 사시도이고, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 상부기판과 하부기판을 각각 도시한 평면도이며, 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩의 단면도이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩은 상기 접합부(142) 외측을 따라 형성되며, 본딩물질이 접합면(20) 둘레를 따라 빠르게 이동할 수 있는 유동경로를 형성하는 미세분산채널(144) 포함하여 이루어질 수 있다.

전술한 바와 같이, 접합과정에서 본딩물질이 모세관력에 의해 접합면(20) 사이로 스며들어 확산되면서 접합이 이루어지는데 이때 접합면(20)을 따라 본딩물질이 빠르게 유동할 수 있도록 방향성과 유동성을 확보하는 것이 필요하다.

상기 미세분산채널(144)은 제1 실시예에서 설명한 라운드부(R)에 더하여 추가적으로 본딩물질이 상기 접합면(20) 둘레를 따라 빠르게 유동할 수 있는 경로를 형성함으로써, 투입된 본딩물질이 일단 미세분산채널(144)을 따라 빠르게 유동하여 퍼진 후 라운드부(R)를 통해 접합면(20) 사이로 스며들게 되므로 본딩물질이 모든 접합면(20)에 고르게 확산될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

따라서, 상기 미세분산채널(144)을 통해 본딩물질이 접합면(20)에 고르게 퍼짐으로써, 상기 상부기판(120)과 하부기판(140)이 안정적으로 접합할 수 있게 되어 접착 효율을 높이고 제품의 신뢰성을 확보할 수 있다.

상기 미세분산채널(144)은 도 9 내지 도 11에 도시된 것처럼, 상기 접합부(142) 외각을 깎아내어 단차를 둠으로써 형성될 수 있으며, 본딩물질이 빠르게 도포될 수 있도록 유도한다.

일 예로서, 시료충전부 공간(10)의 높이가 약 10~20um인 경우, 미세분산채널(144)은 약 2~5um의 단차를 갖도록 이루어질 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니며, 시료충전부 공간(10)의 높이에 따라 다양한 크기의 단차를 형성하도록 구성할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 플라스틱 마이크로칩의 다양한 변형예를 도시한 단면도이다.

도 11과 도 12를 참조하면, 먼저 본 발명에 따른 플라스틱 마이크로칩(100)은 도 12(A), 12(B), 12(D)에 도시된 바와 같이, 상기 상부기판(120)의 접합면(20)을 기준으로 외측으로 일정 길이 연장 형성됨으로써 상기 상부기판(120)을 압착하여 하부기판(140)에 접합시키는 본딩지그(50) 측으로 본딩물질이 유입되는 것을 차단하는 연장부(122)를 구비할 수 있다.

전술한 바와 같이, 상부기판(120)과 하부기판(140)을 접합할 때 접합면(20) 상부에서 본딩지그(50)로 압착하여 접합이 이루어지는데 이 과정에서 본딩물질이 본딩지그(50)의 압착면으로 흘러 들어가게 되면 제작공정을 멈추고 본딩물질을 세척 또는 제거한 후에 다시 제작공정을 수행해야 하는 문제가 있다.

그러나, 상기 연장부(122)가 구비됨으로써 상부기판(120)과 하부기판(140) 압착 시에 본딩지그(50) 측으로 본딩물질이 흘러 들어가는 것을 방지할 수 있으므로, 본딩지그(50)의 압착면을 클린(clean) 상태로 유지할 수 있고, 중간에 멈춤 없이 제조공정을 계속적으로 수행하여 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다.

본 실시예에서는 상기 본딩물질 투입구(35)가 상기 접합부(142) 둘레 즉, 접합면(20) 둘레를 따라 형성되므로, 상기 연장부(122)는 상기 본딩물질 투입구(35)를 향해 연장 형성될 수 있다.

즉, 상기 연장부(122)는 상기 상부기판(120) 접합면(20)의 모든 둘레를 따라 상기 본딩물질 투입구(35)를 향해 연장 형성됨으로써, 본딩물질이 본딩지그(50)쪽으로 흘러갈 수 있는 경로를 차단하는 배플(baffle)을 형성하게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 마이크로칩은 전술한 연장부(122), 유입방지채널(124) 및 미세분산채널(144)을 선택적으로 중복 적용하는 것이 가능하다.

즉, 도 15(A)에 도시된 것처럼 연장부(122)와 유입방지채널(124)이 함께 적용될 수 있고, 도 15(B)에 도시된 것처럼 연장부(122)와 미세분산채널(144)이 함께 적용되는 것도 가능하다.

또한, 도 15(C)에 도시된 것처럼 유입방지채널(124)과 미세분산채널(144)이 함께 적용될 수 있으며, 도 15(D)에 도시된 것처럼 연장부(122), 유입방지채널(124) 및 미세분산채널(144)이 모두 적용되는 것도 가능하다.

또한, 전술한 바와 같이 상기 연장부(122), 유입방지채널(124) 및 미세분산채널(144)은 제1 실시예에서 설명한 라운드부(R) 및 경사구배(S)와 독립적으로 또는 중복하여 적용하는 것이 가능하다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시 예들에 따른 플라스틱 마이크로칩은 접합면을 따라 본딩물질을 빠르고 고르게 확산시킴으로써, 상부기판과 하부기판의 접합을 정밀하고 용이하게 수행할 수 있고, 금형에서 사출물을 분리할 때 접합부의 형태를 유지시킴으로써 채널 높이의 설계 오차를 최소화할 수 있으며, 본딩물질이 본딩지그나 시료충전부 공간 내부로 누수되는 것을 방지하여 제품의 생산성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

10: 시료충전부 공간 20: 접합면
35: 본딩물질 투입구 40: 투입기
50: 본딩지그 100: 플라스틱 마이크로칩
120: 상부기판 140: 하부기판
142: 접합부 R: 라운드부
S: 경사구배

Claims

상부기판과 하부기판이 접합하여 그 사이에 일정 높이로 형성되는 시료충전부 공간;
상기 상부기판 또는 하부기판 중 적어도 하나로부터 일정 길이 연장 형성되어 상기 시료충전부 공간의 측벽을 이루고, 그 단부면이 상기 상부기판과 하부기판의 접합면을 이루는 접합부;
상기 접합부의 접합면측 모서리에 형성되며 곡선형태로 이루어진 라운드부; 및,
상기 시료충전부 내측에 함몰 형성되며, 적어도 일면이 개방된 채널로 이루어져 상기 접합면으로부터 상기 시료충전부 공간으로 본딩물질이 유입되는 것을 차단하는 유입방지채널;을 포함하는 플라스틱 마이크로칩.
제1항에 있어서,
상기 접합부는 연장되는 방향으로 단면 폭이 감소하도록 경사구배를 갖는 것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로칩.
제1항에 있어서,
상기 시료충전부 공간 일측에 형성되는 시료투입구와, 상기 시료충전부 공간 타측에 형성되는 시료배출구를 더 포함하는 플라스틱 마이크로칩.
제1항에 있어서,
상기 시료충전부 공간 주위에 적어도 하나 이상이 형성되며, 상기 상부기판과 하부기판이 접합하도록 본딩물질을 수용하는 투입기가 상기 접합면으로 접근하기 위한 통로를 이루는 본딩물질 투입구를 더 포함하는 플라스틱 마이크로칩.
제4항에 있어서,
상기 투입기로부터 접합면에 인접하도록 투여된 본딩물질이 모세관력에 의해 상기 접합면으로 스며드는 것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로칩.
제1항에 있어서,
상기 상부기판의 접합면을 기준으로 외측으로 일정 길이 연장 형성됨으로써 상기 상부기판을 압착하여 하부기판에 접합시키는 본딩지그 측으로 본딩물질이 유입되는 것을 차단하는 연장부를 더 포함하는 플라스틱 마이크로칩.
제1항에 있어서,
상기 접합부 외측을 따라 형성되며, 일면이 적어도 개방된 채널로 이루어져 본딩물질이 상기 접합면 둘레를 따라 빠르게 이동할 수 있는 유동경로를 형성하는 미세분산채널을 더 포함하는 플라스틱 마이크로칩.
상부기판과 하부기판이 접합하여 그 사이에 일정 높이로 형성되는 시료충전부 공간;
상기 상부기판 또는 하부기판 중 적어도 하나로부터 일정 길이 연장 형성되어 상기 시료충전부 공간의 측벽을 이루고, 그 단부면이 상기 상부기판과 하부기판의 접합면을 이루는 접합부;
상기 접합부의 접합면측 모서리에 형성되며 곡선형태로 이루어진 라운드부; 및,
상기 접합부 외측을 따라 형성되며, 적어도 일면이 개방된 채널로 이루어져 본딩물질이 상기 접합면 둘레를 따라 빠르게 이동할 수 있는 유동경로를 형성하는 미세분산채널;을 포함하는 플라스틱 마이크로칩.
제8항에 있어서,
상기 접합부는 연장되는 방향으로 단면 폭이 감소하도록 경사구배를 갖는 것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로칩.
제8항에 있어서,
상기 시료충전부 공간 일측에 형성되는 시료투입구와, 상기 시료충전부 공간 타측에 형성되는 시료배출구를 더 포함하는 플라스틱 마이크로칩.
제8항에 있어서,
상기 시료충전부 공간 주위에 적어도 하나 이상이 형성되며, 상기 상부기판과 하부기판이 접합하도록 본딩물질을 수용하는 투입기가 상기 접합면으로 접근하기 위한 통로를 이루는 본딩물질 투입구를 더 포함하는 플라스틱 마이크로칩.
제11항에 있어서,
상기 투입기로부터 접합면에 인접하도록 투여된 본딩물질이 모세관력에 의해 상기 접합면으로 스며드는 것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로칩.
제8항에 있어서,
상기 상부기판의 접합면을 기준으로 외측으로 일정 길이 연장 형성됨으로써 상기 상부기판을 압착하여 하부기판에 접합시키는 본딩지그 측으로 본딩물질이 유입되는 것을 차단하는 연장부를 더 포함하는 플라스틱 마이크로칩.
제8항에 있어서,
상기 시료충전부 내측에 함몰 형성되며, 적어도 일면이 개방된 채널로 이루어져 상기 접합면으로부터 상기 시료충전부 공간으로 본딩물질이 유입되는 것을 차단하는 유입방지채널을 더 포함하는 플라스틱 마이크로칩.