NL1031465C2 - Werkwijze voor het opbouwen van een inrichting met fluïdische en elektrische functies. - Google Patents

Werkwijze voor het opbouwen van een inrichting met fluïdische en elektrische functies. Download PDF

Info

Publication number
NL1031465C2
NL1031465C2 NL1031465A NL1031465A NL1031465C2 NL 1031465 C2 NL1031465 C2 NL 1031465C2 NL 1031465 A NL1031465 A NL 1031465A NL 1031465 A NL1031465 A NL 1031465A NL 1031465 C2 NL1031465 C2 NL 1031465C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
gasket
fluidic
component
carrier
components
Prior art date
Application number
NL1031465A
Other languages
English (en)
Inventor
Gert-Jan Burger
Harm Jan Van Weerden
Juriaan Vis
Original Assignee
C2V B V
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by C2V B V filed Critical C2V B V
Priority to NL1031465A priority Critical patent/NL1031465C2/nl
Priority to PCT/NL2007/000076 priority patent/WO2007114687A1/en
Priority to JP2009502702A priority patent/JP5186482B2/ja
Priority to US12/067,591 priority patent/US7594314B2/en
Priority to EP07747259A priority patent/EP1998893A1/en
Priority to CN2007800113597A priority patent/CN101410183B/zh
Application granted granted Critical
Publication of NL1031465C2 publication Critical patent/NL1031465C2/nl

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00222—Integrating an electronic processing unit with a micromechanical structure
    • B81C1/0023—Packaging together an electronic processing unit die and a micromechanical structure die
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502738—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by integrated valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K99/0001—Microvalves
    • F16K99/0003—Constructional types of microvalves; Details of the cutting-off member
    • F16K99/0015—Diaphragm or membrane valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/026—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details
    • B01L2200/027—Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details for microfluidic devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/12—Specific details about manufacturing devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0633—Valves, specific forms thereof with moving parts
    • B01L2400/0638—Valves, specific forms thereof with moving parts membrane valves, flap valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/56—Labware specially adapted for transferring fluids
    • B01L3/563—Joints or fittings ; Separable fluid transfer means to transfer fluids between at least two containers, e.g. connectors
    • B01L3/5635—Joints or fittings ; Separable fluid transfer means to transfer fluids between at least two containers, e.g. connectors connecting two containers face to face, e.g. comprising a filter
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/05—Microfluidics
    • B81B2201/058—Microfluidics not provided for in B81B2201/051 - B81B2201/054
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F16K2099/0082—Microvalves adapted for a particular use
    • F16K2099/0084—Chemistry or biology, e.g. "lab-on-a-chip" technology
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0272—Adaptations for fluid transport, e.g. channels, holes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y10T29/49071—Electromagnet, transformer or inductor by winding or coiling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y10T29/49073—Electromagnet, transformer or inductor by assembling coil and core
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.

Description

Werkwijze voor het opbouwen van een inrichting met fluïdische en elektrische functies 5 Terrein van de uitvinding
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het opbouwen van een inrichting met fluïdische en elektrische functies, welke werkwijze omvat: - het plaatsen van een bouwdeel met fluïdische en elektrische functies op een drager welke drager is voorzien van een fluïdisch circuit; 10 - het fluïdisch verbinden van het bouwdeel met de inrichting; - het elektrisch verbinden van het bouwdeel met de inrichting; en - het mechanisch verbinden van het bouwdeel met de inrichting.
Met een dergelijke werkwijze kunnen hybride microfluïdische systemen worden opgebouwd.
15
Achtergrond van de uitvinding
De laatste decennia zijn er veel ontwikkelingen gaande op het gebied van microfluïdische systemen. Belangrijke toepassingsgebieden zijn biochemische analyse en milieumetingen. 20 Afhankelijk van de toepassing, het productievolume en de complexiteit van het betreffende systeem kan gekozen worden voor een bepaalde aanpak bij ontwerp en productie. Bij kleinere productievolumes en een grotere complexiteit kan gekozen worden voor een opbouw uit losse standaard componenten die onderling verbonden worden middels metalen, glazen of kunststof buisjes, slangetjes en elektrische draden. De productie is dan weliswaar 25 arbeidsintensief en de dode volumes in het systeem zullen relatief groot zijn, maar in een aantal gevallen kan dit economisch en technisch de beste aanpak zijn. Voor grote productievolumes kan het economisch interessant zijn een maatwerkoplossing te ontwikkelen. Die maatwerkoplossing bestaat dan bij voorkeur uit een monolithisch systeem en een geïntegreerd en geautomatiseerd productieproces. Bij een juist ontwerp, kunnen de 30 interne dode volumes klein zijn. De kosten van ontwikkeling zijn dan weliswaar hoog maar het systeem en het productieproces kunnen volledig geoptimaliseerd worden voor de gegeven toepassing.
1031^65 2
Voor een middelgroot productievolume en een relatief complex systeem, kan men kiezen voor een hybride oplossing, waarbij men standaard componenten middels een daarvoor ontwikkeld, min of meer algemeen bruikbaar proces samenbouwt tot het gewenste systeem. Men heeft dan de voordelen van het gebruik van standaard componenten en een bekend 5 proces dat zonder of met minimale aanpassingen kan worden gebruikt. Er is een aantal voorstellen gedaan voor dergeüjke hybride oplossingen, bijvoorbeeld US 5,640,995 en US 2004/0087043 en WO 2004/022233. De voorgestelde processen zijn echter weinig generiek, en daarnaast veelal onvoldoende automatiseerbaar zodat de productie relatief arbeidsintensief blijft. Voorts kan de, voor het plaatsen van de componenten benodigde, 10 precisie veelal moeilijk of niet gehaald worden. Typische problemen zijn verder lekkage, verstopping van kanalen door lijm en dergelijke, corrosie van de toegepaste materialen door de gebruikte vloeistoffen of gassen, en contaminatie van de gebruikte vloeistoffen of gassen door de toegepaste materialen.
15 Bij het opbouwen van een hybride microfluïdisch systeem dienen er fluïdische, elektrische en mechanische verbindingen te worden gemaakt. De productie-eisen en functionele eisen gesteld aan deze verbindingen zijn veelal moeilijk onderling verenigbaar. Bekende oplossingen kenmerken zich derhalve door compromissen bij het ontwerp en de keuze van de toe te passen materialen en processen. Idealiter zou men echter elk type verbinding 20 onafhankelijk willen optimaliseren en daarbij vrij willen vrij zijn in de keuze van proces en materialen.
Er bestaat derhalve grote behoefte aan een zo generiek mogelijke, en in hoge mate te automatiseren, technologie voor het, vanuit een gegeven set van min of meer standaard 25 componenten, opbouwen van hybride microfluidische systemen. Daarbij dient voor elk type verbinding het proces en de materialen zoveel mogelijk vrij gekozen te kunnen worden. Doel van de uitvinding is te voorzien in die behoefte.
30 Samenvatting van de uitvinding
De uitvinding verschaft daartoe een werkwijze voor het opbouwen van een inrichting met fluïdische en elektrische functies, welke werkwijze omvat: 3 - het plaatsen van een bouwdeel met fluïdische en elektrische functies op een drager welke drager is voorzien van een fïuïdisch circuit; - het fïuïdisch verbinden van het bouwdeel met de inrichting; - het elektrisch verbinden van het bouwdeel met de inrichting; en 5 - het mechanisch verbinden van het bouwdeel met de inrichting, met het kenmerk, dat: - gebruik wordt gemaakt van flip-chip technologie; en - een afdichting wordt gemaakt middels een pakking.
10 Flip-chip technologie wordt al een veertigtal jaren in allerlei varianten toegepast bij de productie van microprocessoren, smartcards, horloges, besturingschips van LCD’s enzovoorts. Het is daarmee een zeer belangrijke packaging technologie geworden in de IC-industrie. Kenmerkend voor deze technologie is het bevestigen van een chip met zijn actieve zijde op een drager. De elektrische verbinding tussen de chip en de drager komt 15 daarbij tot stand middels ‘solder bumps’, ‘metallurgy bumps’, ‘compliant bumps’, geleidende polymeren, anisotropisch-geleidende lijmen of klemverbindingen, zie bijvoorbeeld Rao Tummala, Fundamentals of Microsystems Packaging, 2002, ISBN 0-07-137169-9.
20 Met een dergelijke werkwijze kan een hybride microfluïdisch systeem worden opgebouwd waarbij de materialen en processen voor het realiseren van de verschillende verbindingen vrijwel onafhankelijk van elkaar kunnen worden gekozen zodat de afzonderlijke processen in hoge mate onafhankelijk van elkaar kunnen worden geoptimaliseerd. Door de toepassing van flip-chip technologie kan een grote nauwkeurigheid van plaatsing van het bouwdeel 25 worden bereikt. De elektrische verbinding wordt gerealiseerd middels een gangbaar materiaal en een goed uitontwikkeld proces. Aangezien in beginsel conventionele, voor handen zijnde apparatuur en technologie, kan worden gebruikt, kunnen de ontwikkelingskosten en productiekosten laag blijven.
30 De drager kan worden voorzien van een opneemruimte voor het ten minste gedeeltelijk opnemen van de pakking. De opneemruimte helpt bij het positioneren van de pakking. Bij een juist geometrisch ontwerp, denk aan bijvoorbeeld de diepte van de opneemruimte en/of de hoogte van daartoe voorziene afstandhouders, kan de pakking onder een goed 4 gedefinieerde drukspanning worden gebracht door en tijdens het mechanisch verbinden. De afdichting is daarmee niet afhankelijk van bijvoorbeeld de hechting tussen de pakking en het bouwdeel of drager. Het materiaal van de pakking kan bijvoorbeeld een elastomeer zijn. De pakking kan in situ worden vervaardigd, bijvoorbeeld middels spinnen of sprayen, of ex 5 situ, bijvoorbeeld door het uitsnijden van de gewenste vorm uit een plaatmateriaal.
De elektrische verbinding kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd middels ‘stud bumps’ van goud die tijdens de montage tegen ‘pads’ van goud worden geperst. Met het zachte, plastische goud kunnen dimensionale variaties worden opgevangen. Maar ook ‘hard plated 10 bumps’ of soldeermateriaal kan worden gebruikt. Bij voorkeur worden elektrische componenten, aanwezig op of in de drager en/of op of in het bouwdeel, afgesloten van een in de inrichting aanwezig fluïdum middels de pakking. Zo kan corrosie van de betreffende elektrische componenten door het fluïdum worden voorkomen, evenals mogelijke contaminatie van het fluïdum en ongewenste kortsluitingen.
15
Voor het realiseren van de mechanische verbinding kan een hulpmateriaal met hechtende eigenschappen worden gebruikt, zoals een lijm, bijvoorbeeld een epoxylijm. Daarmee kan snel en relatief goedkoop worden gewerkt. Voor het hulpmateriaal kan echter ook een soldeermateriaal worden genomen, bijvoorbeeld bij hoge-temperatuur toepassingen. Maar 20 ook klemmen is mogelijk zodat de verbinding losneembaar blijft, bijvoorbeeld voor testen, onderzoek of reparatie. Bij voorkeur worden fluïdische componenten, aanwezig op of in de drager en/of op of in het bouwdeel, afgesloten van het hulpmateriaal met de hechtende eigenschappen middels de pakking. Zo kan vervuiling en verstopping van de betreffende componenten worden voorkomen.
25
Daarbij kan de pakking tevens worden gebruikt voor het vormen van een flexibel membraan. Aldus kan bijvoorbeeld een klep worden gerealiseerd. Dat zal nader toegelicht worden in de navolgende beschrijving van uitvoeringsvoorbeelden van een werkwijze volgens de uitvinding.
30 5
Korte beschrijving van de figuren
De uitvinding wordt in het navolgende toegelicht aan de hand van een tweetal niet-beperkende uitvoeringsvoorbeelden van een werkwijze volgens de uitvinding.
Daarin toont: 5 - figuur la een schematische doorsnede van een deel van een eerste inrichting vervaardigd volgens een werkwijze volgens de uitvinding, tijdens de montage; - figuur lb een schematische doorsnede van de eerste inrichting, na de montage; en - figuur 2 een schematische doorsnede van een deel van een tweede inrichting vervaardigd volgens een werkwijze volgens de uitvinding.
10
Uitvoeringsvoorbeelden van een werkwijze volgens de uitvinding
Een bouwdeel of ‘module’ (2) is typisch een chip met als basismateriaal silicium of glas, met bijvoorbeeld laterale afmetingen van 3x5 mm2. Het bouwdeel (2) kan onder andere 15 een flow sensor, een druksensor, een klep, een pomp, een reactor, een injector, een scheidingskolom, een verwarmingselement of een detector, omvatten. Een microfluïdische inrichting (1) wordt opgebouwd door het aanbrengen van het bouwdeel (2) en de benodigde andere modules op een drager of ‘kanalenplaat’ (3). Typisch dient het bouwdeel (2) op 10 micrometer of minder nauwkeurig op de drager (3) te worden gepositioneerd. Dat is met 20 flip-chip technologie zonder problemen haalbaar. De drager (3) of ‘kanalenplaat’ is typisch een chip met als basismateriaal silicium en/of glas, met bijvoorbeeld laterale afmetingen van 20 x 30 mm2, voorzien van een fluïdisch circuit (4) en een elektrisch circuit (5). De circuits (4,5) vormen de verbinding tussen het bouwdeel (2) en een ingang of uitgang van de inrichting (1) of één of meer andere op de drager (3) aangebrachte bouwdelen. Typische 25 afmetingen van de kanalen (4) zijn vierkant 25 tot 250 micrometer.
Een elastomeer pakking (6), typisch 100 micrometer dik, wordt in een daartoe in het oppervlak van de drager (3) voorziene verdieping (7) gelegd. Daarbij kan de pakking (6) één geheel vormen dan wel uit afzonderlijke delen zijn opgebouwd. De dikte van de 30 pakking (6) is groot ten opzichte van de fabricagetoleranties van de bouwdelen, de montagetoleranties, invloeden van chemische en thermische aard en veroudering, zodat deze alle opgevangen kunnen worden. De pakking kan ook in situ kunnen worden vervaardigd, bijvoorbeeld middels sprayen of coaten, als geheel of in delen.
6
De drager (3) is tevens voorzien van goud ‘pads’ (8) en het bouwdeel (2) van goud ‘stud bumps’ (9) met een typische dikte van 50 micrometer. Met die dikte kunnen fabricagetoleranties weer worden opgevangen. Bij de montage worden de stud bumps (9) 5 tegen de pads (8) gedrukt. Daarbij kan naar believen een druk of een verplaatsing worden opgelegd en aldus de drukspanning in de pakking (6) respectievelijk de hoogte van de betreffende ruimte (10) worden bepaald. Voor de elektrische verbinding zou echter ook een soldeermateriaal kunnen worden gebruikt of ‘hard plated bumps’ met een geleidende lijm. De mechanische verbinding wordt verzorgd door een lijm (11), in dit geval een epoxylijm. 10 Ook kan hiervoor eventueel een soldeerproces, bijvoorbeeld met goud en tin, worden gebruikt, bijvoorbeeld als de thermische eisen hoog zijn.
De pakking (6) vormt een afscheiding tussen de fluïdische componenten (4,12) enerzijds en de elektrische componenten (5,8,9) en de lijm (11) anderzijds. Daarmee zijn de gebruikte 15 vloeistoffen of gassen beschermd tegen contaminatie, en de fluidische componenten (4,12) tegen vervuiling of verstopping. Tevens wordt hiermee corrosie van de elektrische componenten (5,8,9) door de gebruikte vloeistoffen of gassen voorkomen.
Een pakking kan tevens als flexibel membraan (106) dienen in bijvoorbeeld een klep (101), 20 zie Fig. 2. Daarbij wordt een drager (103) voorzien van een klepzitting (114) waartegen het membraan (106) aanligt in gesloten toestand van de klep (101). Op een vergelijkbare wijze kan men ook andere hydraulische of pneumatische bouwdelen vervaardigen, bijvoorbeeld een membraanpomp.
25 Een typische werkwijze volgens de uitvinding omvat de volgende stappen; - prepareren van de bouwdelen of ‘ modules’; - schoonmaken; stud bumps aanbrengen; - prepareren van de drager of ‘kanalenplaat’; 30 - schoonmaken; - plaatsen van de drager in de flip-chip machine; - plaatsen van de pakking of pakkingen in de verdiepingen aangebracht in de drager; - lijm aanbrengen op de drager; 7 - plaatsen van een bouwdeel; oppakken van een bouwdeel; - uitrichten van het bouwdeel; aandrukken van het bouwdeel op de drager; 5 - uitharden van de lijm.
Het hele proces kan herhaald worden, in serie en/of parallel, voor de benodigde andere bouwdelen. Aldus kan een compleet microfluïdisch systeem worden opgebouwd.
10 Voordelen van een dergelijke werkwijze zijn onder andere: - de mechanische, elektrische en fluïdische verbindingen kunnen grotendeels onafhankelijk van elkaar worden geoptimaliseerd; - door de relatief dikke pakking of pakkingen kunnen fabricagetoleranties, montagetoleranties, invloeden van chemische en thermische aard en veroudering 15 worden opgevangen; - de mogelijkheden van precieze vervaardiging van de pakkingen en het iluïdisch circuit in de drager, en de nauwkeurigheid van plaatsing van de bouwdelen op de drager resulteren in minimale interne dode volumes; - omdat conventionele flip-chip apparatuur kan worden gebruikt zijn de benodigde 20 investeringen laag; - gebruik van bekende flip-chip technologie verhoogt de betrouwbaarheid, vergroot opbrengst en verlaagt de ontwikkelingskosten en productiekosten aanzienlijk; en - vanwege het generieke karakter van het proces, kan omschakelen van de productielijn snel en goedkoop plaatsvinden.
25
Het moge duidelijk zijn dat de uitvinding geenszins beperkt is tot de gegeven uitvoeringsvoorbeelden, maar dat binnen het kader van de uitvinding vele varianten mogelijk zijn.
'10314 05

Claims (9)

1. Werkwijze voor het opbouwen van een inrichting (1) met fluïdische en elektrische functies, welke werkwijze omvat: 5. het plaatsen van een bouwdeel (2) met fluïdische en elektrische functies op een drager (3) welke drager is voorzien van een fluïdisch circuit (4); - het fluïdisch verbinden van het bouwdeel met de inrichting; - het elektrisch verbinden van het bouwdeel met de inrichting; en - het mechanisch verbinden van het bouwdeel met de inrichting, 10 met het kenmerk, dat: - gebruik wordt gemaakt van flip-chip technologie; en - een afdichting wordt gemaakt middels een pakking (6).
2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat bij het mechanisch verbinden gebruik wordt gemaakt van een hulpmateriaal met hechtende eigenschappen (11).
3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat voor het hulpmateriaal met hechtende eigenschappen, een lijm wordt genomen.
4. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat voor het hulpmateriaal met hechtende eigenschappen, een soldeermateriaal wordt genomen.
5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de drager 20 wordt voorzien van een opneemruimte (7) voor het ten minste gedeeltelijk opnemen van de pakking.
6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de pakking onder drukspanning wordt gébracht door en tijdens het mechanisch verbinden.
7. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de pakking 25 tevens wordt gebruikt voor het vormen van een flexibel membraan (106).
8. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat elektrische componenten worden afgesloten van een in de inrichting aanwezig fluïdum middels de pakking.
9. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat fluïdische 30 componenten worden afgesloten van het hulpmateriaal met hechtende eigenschappen middels de pakking. 1031465
NL1031465A 2006-03-30 2006-03-30 Werkwijze voor het opbouwen van een inrichting met fluïdische en elektrische functies. NL1031465C2 (nl)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1031465A NL1031465C2 (nl) 2006-03-30 2006-03-30 Werkwijze voor het opbouwen van een inrichting met fluïdische en elektrische functies.
PCT/NL2007/000076 WO2007114687A1 (en) 2006-03-30 2007-03-22 Method for building a device having fluidic and electrical functions
JP2009502702A JP5186482B2 (ja) 2006-03-30 2007-03-22 流体及び電気的機能を有するデバイスの構築方法
US12/067,591 US7594314B2 (en) 2006-03-30 2007-03-22 Method for building a device having fluidic and electrical functions
EP07747259A EP1998893A1 (en) 2006-03-30 2007-03-22 Method for building a device having fluidic and electrical functions
CN2007800113597A CN101410183B (zh) 2006-03-30 2007-03-22 一种构造具有流控及电学功能的器件的方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1031465A NL1031465C2 (nl) 2006-03-30 2006-03-30 Werkwijze voor het opbouwen van een inrichting met fluïdische en elektrische functies.
NL1031465 2006-03-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1031465C2 true NL1031465C2 (nl) 2007-10-03

Family

ID=37441551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1031465A NL1031465C2 (nl) 2006-03-30 2006-03-30 Werkwijze voor het opbouwen van een inrichting met fluïdische en elektrische functies.

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7594314B2 (nl)
EP (1) EP1998893A1 (nl)
JP (1) JP5186482B2 (nl)
CN (1) CN101410183B (nl)
NL (1) NL1031465C2 (nl)
WO (1) WO2007114687A1 (nl)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009007393A1 (de) * 2009-01-29 2010-08-05 Mgb Endoskopische Geräte Gmbh Berlin Insufflator
WO2012004423A1 (es) * 2010-07-07 2012-01-12 Ikerlan, S.Coop Método de fabricación de dispositivos microfluidicos.
US20150137015A1 (en) * 2012-07-12 2015-05-21 Agency For Science, Technology And Research Connector for microfluidic device, a method for injecting fluid into microfluidic device using the connector and a method of providing and operating a valve
WO2014136090A1 (en) * 2013-03-07 2014-09-12 Debiotech S.A. Microfluidic valve having improved tolerance to particles
FR3006207A1 (fr) * 2013-05-30 2014-12-05 Commissariat Energie Atomique Carte fluidique comportant un canal fluidique pourvu d'une ouverture refermable par un film souple
CA3073058A1 (en) * 2017-09-01 2019-03-07 Miroculus Inc. Digital microfluidics devices and methods of using them

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6293012B1 (en) * 1997-07-21 2001-09-25 Ysi Incorporated Method of making a fluid flow module
US6540961B1 (en) * 1993-11-01 2003-04-01 Nanogen, Inc. Multicomponent devices for molecular biological analysis and diagnostics
US20030096423A1 (en) * 2000-11-24 2003-05-22 Ryan Paul Thomas Chemical assays
EP1415710A1 (en) * 2002-10-31 2004-05-06 Agilent Technologies Inc Composite flexible array substrate

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1011077B (zh) * 1989-04-17 1991-01-02 厦门大学 流动体系电流检测器
US5640995A (en) 1995-03-14 1997-06-24 Baxter International Inc. Electrofluidic standard module and custom circuit board assembly
WO1999042558A1 (en) * 1998-02-20 1999-08-26 Nanogen, Inc. Advanced active devices and methods for molecular biological analysis and diagnostics
US6477901B1 (en) * 1999-12-21 2002-11-12 Integrated Sensing Systems, Inc. Micromachined fluidic apparatus
DE50113383D1 (de) * 2000-09-07 2008-01-24 Gesim Ges Fuer Silizium Mikros Verfahren zum herstellen einer 3-d-mikrodurchflusszelle und 3-d-mikrodurchflusszelle
TW560018B (en) 2001-10-30 2003-11-01 Asia Pacific Microsystems Inc A wafer level packaged structure and method for manufacturing the same
DE10164494B9 (de) * 2001-12-28 2014-08-21 Epcos Ag Verkapseltes Bauelement mit geringer Bauhöhe sowie Verfahren zur Herstellung
JP3575478B2 (ja) * 2002-07-03 2004-10-13 ソニー株式会社 モジュール基板装置の製造方法、高周波モジュール及びその製造方法
KR101000797B1 (ko) 2002-09-06 2010-12-13 에피겜 리미티드 모듈화된 마이크로유체 시스템
US20060153745A1 (en) * 2005-01-11 2006-07-13 Applera Corporation Fluid processing device for oligonucleotide synthesis and analysis
WO2007012991A1 (en) * 2005-07-25 2007-02-01 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Interconnection and packaging method for biomedical devices with electronic and fluid functions
WO2007016931A1 (en) * 2005-07-25 2007-02-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Chip-holder for a micro-fluidic chip

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6540961B1 (en) * 1993-11-01 2003-04-01 Nanogen, Inc. Multicomponent devices for molecular biological analysis and diagnostics
US6293012B1 (en) * 1997-07-21 2001-09-25 Ysi Incorporated Method of making a fluid flow module
US20030096423A1 (en) * 2000-11-24 2003-05-22 Ryan Paul Thomas Chemical assays
EP1415710A1 (en) * 2002-10-31 2004-05-06 Agilent Technologies Inc Composite flexible array substrate

Also Published As

Publication number Publication date
CN101410183B (zh) 2012-10-17
CN101410183A (zh) 2009-04-15
WO2007114687A1 (en) 2007-10-11
US20080250633A1 (en) 2008-10-16
JP2009532857A (ja) 2009-09-10
US7594314B2 (en) 2009-09-29
EP1998893A1 (en) 2008-12-10
JP5186482B2 (ja) 2013-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL1031465C2 (nl) Werkwijze voor het opbouwen van een inrichting met fluïdische en elektrische functies.
US7402905B2 (en) Methods of fabrication of wafer-level vacuum packaged devices
US6548895B1 (en) Packaging of electro-microfluidic devices
US9101929B2 (en) Microfluidic system for purposes of analysis and diagnosis and corresponding method for producing a microfluidic system
US7294927B2 (en) Semiconductor chip package and manufacturing method thereof
US7004198B1 (en) Micro-fluidic interconnect
US8158063B2 (en) Biosensor package structure with micro-fluidic channel
CN100536097C (zh) 带有电子和流体功能的生物医学设备的互连和封装方法
CN103765183B (zh) 聚合物层系统压力传感装置以及聚合物层系统压力传感方法
US20040089357A1 (en) Integrated electrofluidic system and method
US8631813B2 (en) Method for producing a microfluidic system
US20080148861A1 (en) Semiconductor Sensor Component Comprising Protected Feeders, and Method for the Production Thereof
US20080213134A1 (en) Device for Supplying Fluids, Method for Producing this Device, and Pipette Comprising Such a Device
CN110947434B (zh) 电子封装件及其制法
JP2008545264A (ja) 液体中での使用のためのパッケージ化された半導体センサチップ
Galambos et al. Precision alignment packaging for microsystems with multiple fluid connections
Kelly et al. 3-D packaging methodologies for microsystems
US20220408557A1 (en) Liquid crystal polymer embedded microelectronics device
Ulien et al. P2. 1.22 The ubiquitous technology for prototype and disposable bio-chemical sensors packaging
NL2028203B1 (en) Device for controlling or measuring a fluid
CN215575174U (zh) 一种定量免疫芯片
Briand et al. Silicon liquid flow sensor encapsulation using metal to glass anodic bonding
CN116209523A (zh) 扇出型流通池
Perozziello et al. Packaging of microsystems
BENAVIDES et al. Electro-Microfluidic Packaging

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
SD Assignments of patents

Owner name: CONCEPT TO VOLUME B.V.

Effective date: 20080811

SD Assignments of patents

Effective date: 20131230