TWI637834B - 微流道裝置的製造方法及其結構 - Google Patents

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Abstract

一種微流道裝置的製造方法及其結構，其係為先提供一以玻璃材質製成的模具，該模具具有一中空模穴以及圍繞該中空模穴的一擋牆，再使該模具設置於一矽基板，該矽基板具有一對應該中空模穴的成形面以及一凸出於該成形面的微流道陽模，接著將聚二甲基矽氧烷倒至該中空模穴，並進行烘烤，以使該聚二甲基矽氧烷硬化成一微流道裝置，該微流道裝置具有一對應於該微流道陽模的微流道結構，且該微流道裝置的側壁高度介於3毫米至30毫米之間，藉由該模具的材質為玻璃，可以製造出側壁高度大於3毫米的微流道裝置，因此可以防止負壓吸力不足的問題。

Description

微流道裝置的製造方法及其結構
本發明為有關一種微流道裝置，尤指一種微流道裝置的製造方法及其結構。
隨著半導體技術與生物技術的蓬勃發展，結合微結構的製程技術與生醫檢測技術而發展出的微流道反應器，是提高反應產物品質和提高過程效率的重要技術手段，並已被廣泛的應用於化工、材料及製藥等領域，係相關領域中的必備用品。
而微流道的應用如中華民國專利公告第I421340號之「微流道晶片及其使用方法」，其包括有一基材以及至少一組織培養區，該基材具有一表面，該至少一組織培養區，形成於該基材之表面，且該組織培養區具有一微流道，其係由複數個具有一預定深度之幾何形結構所連接形成，該微流道具有分別位於該微流道之兩端的一輸入口與一輸出口，且該微流道底部開設有至少一氣體交換孔。
又由於聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)具有良好的光學穿透性、生物相容性高、以及化學性質穩定等優點，已廣泛的被用來做為微流道的基材，然而，以現在的厚模光阻或是乾模技術都難以使製得的聚二甲基矽氧烷的側壁高度高於一足以產生充足負壓的高度，而運用壓克力作為製程模具時，由於壓克力於多次烘烤後會產生形變，並因為熱膨脹係數等關係，而使得聚二甲基矽氧烷溢流，故無法達成小線寬流道的需求及脫模快速的重複性工業生產需求。尤其是負壓型的聚二甲基矽氧烷微流道的側壁高度如果低於該足以產生充足負壓的高度，將會造成負壓吸力不足而使得應用受到很大的限制，且無法充分發揮出微流道的原本設計優點，因此，如何製作出一種具有足以產生充足負壓的高度的聚二甲基矽氧烷微流道，實為相關業者所面臨之課題。
本發明的主要目的，在於解決聚二甲基矽氧烷微流道之側壁高度不足，而導致負壓吸力不足的問題。
為達上述目的，本發明提供一種微流道裝置的製造方法，包含有以下步驟： S1：提供一以玻璃材質製成的模具，該模具具有一中空模穴以及圍繞該中空模穴的一擋牆，該擋牆具有一不低於3毫米的高度； S2：將該模具設置於一矽基板上，該矽基板具有一對應該中空模穴的成形面以及一凸出於該成形面的微流道陽模； S3：倒入一未硬化的聚二甲基矽氧烷至該中空模穴，並進行烘烤，以使該聚二甲基矽氧烷硬化成一微流道裝置；以及 S4：將該微流道裝置脫離該中空模穴與該矽基板，該微流道裝置具有一對應於該微流道陽模的微流道結構，且該微流道裝置的側壁高度介於3毫米至30毫米之間。
為達上述目的，本發明更提供一種由前述方法製成的微流道裝置。
於本發明一實施例中，該模具之該中空模穴之至少一邊角經一圓滑處理而成為一圓滑角。
於本發明一實施例中，於步驟S2之後，塗佈一脫模劑於該中空模穴與該成形面上。
綜上所述，本發明相較於先前技術所具有的優點在於：
(1) 本發明中，由於該模具的材質為玻璃，其熱膨脹係數與該矽基板接近、該模具與該矽基板的表面平整度高、於多次加熱烘烤後不會產生形變，故可以防止該聚二甲基矽氧烷於加熱烘烤時溢流，而減少後續修整之工作。
(2) 本發明中，透過玻璃材質之該模具可以製造出側壁高度大於一足以產生充足負壓的高度的微流道裝置，故在結構設計上，可達成更深的垂直流道，因而可產生更強的負壓，防止負壓吸力不足的問題。
(3) 本發明中，由於該模具之該中空模穴之至少一邊角經一圓滑處理而成為一圓滑角，故經該模具所製得的該微流道裝置亦相對應地具有圓滑角，並搭配脫膜劑的使用，有利於後續脫膜作業，不僅可提高脫模的速度、增加製程速度，並可避免該微流道裝置破損。
有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：
請參閱「圖1」至「圖4」所示，本發明為一種微流道裝置的製造方法及其結構，該微流道裝置40具有一微流道結構41且其側壁高度介於3毫米至30毫米之間，而其製造方法包含有以下步驟：
S1：如「圖3A」所示，提供一模具10，該模具10係以玻璃材質製成，且具有一中空模穴11以及圍繞該中空模穴11的一擋牆12，且該擋牆12具有一不低於3毫米的高度h。
而於其中，該模具的製造方法係可以為利用雷射加工的方式，來對玻璃進行加工而形成該模具10，以使該模具10具有該中空模穴11以及圍繞該中空模穴11的該擋牆12，但該模具10的製造方法亦可以使用其他方式，不以雷射加工的方式為限。而後，亦可以如「圖2」所示，對該中空模穴11之至少一邊角作一圓滑處理，而形成一圓滑角13，然為了後續脫模作業順利進行，亦可視情況對複數個邊角進行該圓滑處理以形成複數個圓滑角13。本發明一實施例中，該圓滑處理係為一雷射加工法，然其他方法亦適用於本發明中而無特別限制。
S2：如「圖3B」至「圖3D」所示，將該模具10設置於一矽基板20上，該矽基板20具有一對應該中空模穴11的成形面21以及一凸出於該成形面21的微流道陽模22。本發明中所使用的矽基板20舉例可為矽晶圓，然其他適合的含矽基板亦可應用於本發明中而沒有特別的限制。
本發明一實施例中，該模具10係與該矽基板20直接接觸。更具體地，舉例來說，係透過一陽極接合法令該模具10與該矽基板20之間產生一鍵結而結合，故在本發明中不需要如習知技術般地在該模具10與該矽基板20之間另外透過如黏著劑之材料來形成一黏著層，避免習知技術中因使用黏著劑而可能產生的溢膠問題，也避免了該黏著層可能影響該模具10與該矽基板20的對齊精準性的缺陷。
至於該矽基板20的製作方法，如「圖3B」及「圖3C」所示，於該矽基板20之該成形面21上形成一圖形化光阻遮罩50，再對該矽基板20進行蝕刻，而於該矽基板20上形成該微流道陽模22，最後，再移除該圖形化光阻遮罩50即可，而形成該微流道陽模22的技術手段不以此為限。此外，該矽基板20可以於製程開始前就先行製作好，且該模具10與該矽基板20的製作順序亦不拘泥於該模具10先、該矽基板20後。
於步驟S2之後更包含有下列步驟：
S2A：塗佈一脫模劑(圖未示)於該中空模穴11與該成形面21上，以利於後續脫模，而該脫模劑可以為氟系列脫模劑、蠟系列脫模劑、表面活性劑、及其組合等等，然本領域具有通常知識者可視情況選用而沒有限制。
S3：如「圖3E」所示，倒入一未硬化的聚二甲基矽氧烷30至該中空模穴11，並進行烘烤，以使該聚二甲基矽氧烷30硬化成一微流道裝置40(示於「圖3F」)，而於此步驟中，更包含有下列步驟：
S3A：先製作該聚二甲基矽氧烷30，將一高分子材料與一硬化劑混合形成該聚二甲基矽氧烷30，並靜置約10至30分鐘，以先去除部分氣泡，且該高分子材料與該硬化劑的比例介於8比1至12比1之間，但不以此為限。本發明一實施例中，該高分子材料可為一聚矽氧烷，而該硬化劑舉例可為脂肪胺、脂環胺、芳香胺、聚醯胺等等，但不以此為限。
S3B：倒入未硬化的該聚二甲基矽氧烷30至該中空模穴11內，並將其置於負壓的環境下，直到該聚二甲基矽氧烷30內的氣泡浮出並破裂。
S3C：接著，烘烤以硬化該聚二甲基矽氧烷30而形成該微流道裝置40。於一實施例中，可在100℃至120℃的溫度下進行烘烤，而烘烤時間介於半小時至兩小時之間，惟烘烤溫度及烘烤時間會隨各個製程而有所不同，不以此為限。
S4：如「圖3F」及「圖4」所示，將該微流道裝置40脫離該中空模穴11與該矽基板20，且該微流道裝置40具有一對應於該微流道陽模22的微流道結構41，而由於該模具10與該矽基板20的表面平整度高且熱膨脹係數接近、於多次加熱烘烤後不會產生形變，使得未硬化的該聚二甲基矽氧烷30在加熱的過程中不會溢流，而可減少後續修整之工作。再者，經實際測試發現：依本發明之方法所製得的側壁高度為4毫米的微流道裝置40僅需3分鐘即可將10 μm的液體吸入該微流道裝置40之腔體中；然而，當以側壁高度為2毫米的微流道裝置40進行相同測試時，則得耗時6分鐘方能將相同量的液體吸入其腔體中。
綜言之，經由本發明之方法製造以及所製得的微流道裝置，相較於習知技術及經習知技術所製得的微流道而言，至少具有以下優點：
(1) 本發明中，由於該模具的材質為玻璃，其熱膨脹係數與該矽基板接近、該模具與該矽基板的表面平整度高、於多次加熱烘烤後不會產生形變，故可以防止該聚二甲基矽氧烷於加熱烘烤時溢流，而減少後續修整之工作。
(2) 本發明中，透過玻璃材質之該模具可以製造出側壁高度大於一足以產生充足負壓的高度的微流道裝置，故在結構設計上，可達成更深的垂直流道，因而可產生更強的負壓，防止負壓吸力不足的問題。
(3) 本發明中，藉由塗佈該脫模劑，可利於後續脫模，以提高脫模的速度、增加製程速度，並可避免該微流道裝置破損。
(4) 本發明中，由於該模具之該中空模穴之至少一邊角經一圓滑處理而成為一圓滑角，故經該模具所製得的該微流道裝置亦相對應地具有圓滑角，並搭配脫膜劑的使用，有利於後續脫膜作業，不僅可提高脫模的速度、增加製程速度，並可避免該微流道裝置破損。
以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。
10‧‧‧模具
11‧‧‧中空模穴
12‧‧‧擋牆
13‧‧‧圓滑角
20‧‧‧矽基板
21‧‧‧成形面
22‧‧‧微流道陽模
30‧‧‧聚二甲基矽氧烷
40‧‧‧微流道裝置
41‧‧‧微流道結構
50‧‧‧圖形化光阻遮罩
h‧‧‧高度
S1~S4‧‧‧步驟
「圖1」，為本發明一實施例的步驟流程示意圖。 「圖2」，為本發明一實施例的模具平面示意圖。 「圖3A~3F」，為圖2中A-A剖面的製作流程示意圖。 「圖4」，為本發明一實施例的成品示意圖。

Claims (9)

  1. 一種微流道裝置的製造方法，包含有以下步驟：S1：提供一以玻璃材質製成的模具，該模具具有一中空模穴以及圍繞該中空模穴的一擋牆，該擋牆具有一不低於3毫米的高度；S2：將該模具設置於一矽基板上，該矽基板具有一對應該中空模穴的成形面以及一凸出於該成形面的微流道陽模；S3：倒入一未硬化的聚二甲基矽氧烷至該中空模穴，並進行烘烤，以使該聚二甲基矽氧烷硬化成一微流道裝置；以及S4：將該微流道裝置脫離該中空模穴與該矽基板，該微流道裝置具有一對應於該微流道陽模的微流道結構，且該微流道裝置的側壁高度介於3毫米至30毫米之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微流道裝置的製造方法，其中該矽基板的製備包含以下步驟：於該矽基板之該成形面上形成一圖形化光阻遮罩，再對該矽基板進行蝕刻，而於該矽基板上形成該微流道陽模；以及移除該圖形化光阻遮罩。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之微流道裝置的製造方法，其中於步驟S2之後，更包含有以下步驟：S2A：塗佈一脫模劑於該中空模穴與該成形面上，該脫模劑係選自於由氟系列脫模劑、蠟系列脫模劑、表面活性劑、以及其組合所組成之群組。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之微流道裝置的製造方法，其中於步驟S3之中，更包含有以下步驟： S3A：將一高分子材料與一硬化劑混合形成該聚二甲基矽氧烷，該高分子材料與該硬化劑的比例係介於8比1至12比1之間；S3B：倒入未硬化的該聚二甲基矽氧烷至該中空模穴內，並置於負壓的環境下，使該聚二甲基矽氧烷內的氣泡浮出並破裂；以及S3C：烘烤以硬化該聚二甲基矽氧烷形成該微流道裝置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之微流道裝置的製造方法，其中，該高分子材料係為一聚矽氧烷。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之微流道裝置的製造方法，其中，該模具係與該矽基板直接接觸。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之微流道裝置的製造方法，其中，透過一陽極接合法令該模具與該矽基板之間產生一鍵結而結合。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之微流道裝置的製造方法，其中，該模具之該中空模穴之至少一邊角經一圓滑處理而成為一圓滑角。
  9. 如申請專利範圍8項所述之微流道裝置的製造方法，其中，係以一雷射加工法進行該圓滑處理。
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