TWI658274B - 晶片至晶片流體互連裝置 - Google Patents

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清華 陳
Chien-Hua Chen
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Abstract

一種裝置，可包括一基板，一第一流體處理晶片，一第二流體處理晶片，一漸縮通道，以及一流體致動器。第一流體處理晶片可設置在基板上且可處理一微體積流體。第二流體處理晶片可設置在基板上並與第一流體處理晶片同平面。第二流體處理晶片可處理至少一部分之該微體積流體。漸縮通道可設置在第一與第二流體處理晶片之間，以將至少該部分之微體積流體從第一流體處理晶片輸送到第二流體處理晶片。流體致動器可設置成靠近漸縮通道且可控制該漸縮通道內的至少該部分微體積流體的的移動。

Description

晶片至晶片流體互連裝置
本發明係有關於晶片至晶片流體互連技術。
發明背景
流體的微體積分析日益增加地適於用來測試流體的小樣本(例如液滴)以測定其生物及/或化學特性。這種微體積流體可被引入一處理微體積流體的流體處理晶片(例如，積體電路晶片)以測定微體積流體是否包括各種化學及/或生物物質。在一些情況下，該微體積流體由另一流體處理晶片進一步處理以測定該微體積流體是否包括其他各種化學物質及/或生物物質。
發明概要
依據本發明之一實施例，係特地提出一種裝置，其包含：一基板；一第一流體處理晶片，設置在該基板上以處理一微體積流體；一第二流體處理晶片，設置在該基板上且與該第一流體處理晶片同平面，以處理至少一部分的該微體積流體；一漸縮通道，設置在該第一與第二流體處理晶片之間，該漸縮通道將至少該部分的微體積流體透過用 該漸縮通道內不平衡之一定向淨驅動毛細管作用力從該第一流體處理晶片輸送到該第二流體處理晶片；以及一流體致動器，設置成靠近該漸縮通道以控制該漸縮通道內的至少該部分微體積流體由該第一流體處理晶片至該第二流體處理晶片之移動。
100‧‧‧裝置
110‧‧‧基板
120a‧‧‧第一流體處理晶片
120b‧‧‧第二流體處理晶片130流體致動器
130‧‧‧流體致動器
140‧‧‧漸縮通道
200‧‧‧裝置
205‧‧‧流體界面端口/流體端口
215‧‧‧流體貯器
217‧‧‧孔
250‧‧‧蓋
260‧‧‧黏合劑層
270‧‧‧印刷電路組件
275‧‧‧電氣介面
300‧‧‧泡鼓包裝
310‧‧‧板
400‧‧‧裝置
450‧‧‧第一和第二通道分裂部分
460‧‧‧第一和第二空氣端口
470‧‧‧流體腔室
472‧‧‧柱結構
480‧‧‧蒸汽驅動氣泡
圖1繪示用於將一微體積流體從第一流體處理晶片輸送到一第二流體處理晶片的例示裝置。
圖2a-c繪示用於將微體積流體從第一流體處理晶片輸送到第二流體處理晶片的另一例示裝置的各個視圖。
圖3繪示可與圖2a-c所示的裝置一起使用的一例示泡鼓包裝。
圖4a和圖4b繪示可執行用於將微體積流體從第一流體處理晶片輸送到第二流體處理晶片的一系列操作的另一個例示裝置。
圖5繪示可執行用於將微體積流體從第一流體處理晶片輸送到第二流體處理晶片的一系列操作的另一裝置的頂視圖。
較佳實施例之詳細說明
本揭露涉及微體積流體在流體處理晶片之間的移動。實例包括一裝置，其可由一基板，第一和第二流體處理晶片，一漸縮通道和一流體致動器組成。第一流體處理 晶片可設置在基板上且可處理微體積流體。第二流體處理晶片可設置在基板上且可與第一處理晶片同平面。第二流體處理晶片可處理該微體積流體的至少一部分。漸縮通道可與第一處理晶片和第二處理晶片對齊，且可將至少該部分的微體積流體透過漸縮通道內不平衡之一定向淨驅動毛細管作用力從第一流體處理晶片輸送到第二流體處理晶片。流體致動器可設置成靠近漸縮通道且可控制漸縮通道內的該至少部分之微體積流體從第一流體處理晶片移動到第二流體處理晶片。結果，微量之流體可以更容易地在流體處理晶片之間移動。在一些實例中，該裝置可包括流體端口，允許來自泡鼓包裝的流體移動到漸縮通道中以輸送到流體處理晶片。在一些實例中，漸縮通道形成在基板中。在其他實例中，漸縮通道形成在一設置於基板上的蓋中。還有在其他實例中，漸縮通道形成在蓋和基板之間。
該裝置可允許消除其他系統用來在流體處理晶片之間輸送流體的管道和外部泵，消除了與這種管道相關之大的無效體積流體。消除這種無效體積的流體可減少與未使用之高成本試劑體積相關的成本，且可減小處理所需的樣本大小。
圖1繪示用於將微體積流體從第一流體處理晶片120a輸送到第二流體處理晶片120b的一例示裝置100。裝置100可包括基板110。裝置可進一步包括設置在基板110上的第一流體處理晶片120a。第一流體處理晶片120a可處理微體積流體。
裝置100可進一步包括設置在基板110上的第二流體處理晶片120b。第二流體處理晶片120b可處理微體積流體。第二流體處理晶片120b可與第一流體處理晶片120a同平面且可處理至少一部分之該微體積的流體。裝置100可進一步包括一與第一與第二流體處理晶片120b及120a對準的漸縮通道140。漸縮通道140可將至少一部分之微體積流體透過漸縮通道140內的定向淨驅動毛細管作用力不平衡從第一流體處理晶片120a輸送到第二流體處理晶片120b。
裝置100進一步可包括一流體致動器130，該流體致動器130可靠近漸縮通道140。流體致動器130可控制漸縮通道140內之至少一部分的微體積流體從第一流體處理晶片120a移動到第二流體處理晶片120b。
圖2a-c繪示用於將一微體積流體從第一流體處理晶片120a輸送到第二流體處理晶片120b的另一例示裝置200的各不同視圖。詳言之，圖2a繪示裝置200的頂視圖，圖2b繪示裝置200的側視圖，且圖2c繪示裝置200的分解圖。在一個實例中，第一和第二流體處理晶片120a及120b可以是矽晶片，玻璃晶片，印刷電路板晶片或任何能夠處理微體積流體的的其他晶片。裝置200可以是高度H，寬度W和長度L。在一實例中，高度H可以是8.5mm，寬度W可以是45mm，且長度L可以是45mm。在一實例中，流體處理晶片120可包括一個或多個感測器或致動器以分析或修改漸縮通道140內的一微體積流體(例如一表 面增強拉曼光譜(SERS)，一進行聚合酶連鎖反應(PCR)之加熱器等)。
裝置200可由多個層構成。例如，裝置200的最底層可以是基板110。在一個實例中，基板110可以是環氧樹脂模壓複合物(EMC)基板，諸如由於其高機械強度而用於封裝半導體元件的類型。在基板110的頂上可設置一蓋250。在一實例中，蓋250可由環烯烴共聚物(COC)構成。COC是一種因其紫外(UV)通透性，生物相容性，低液體吸收性和高化學抗性而被用於微流體的聚合物。蓋250可透過一防止COC材料生物分子降解的溫和黏合方法黏合到基板110，例如，熱熔黏合，溶劑黏合或任何防止COC材料降解的其他實施方式。
黏合劑層260(例如，壓敏黏合劑((PSA))和印刷電路組件(PSA)270可分別設置在蓋250的頂上。黏合劑層260和PSA270一起可形成一電接觸層。一電氣介面(EI)275可被連接到PSA270的頂部。在一實例中，EI275可以是一44針輸入/輸出板外連接器，其提供與使用此一類似相對連接器之一電腦系統的相容性。EI 275可包括單獨的插腳連接，其係電連接至第一和第二處理晶片120a和120b以及流體致動器130。EI 275可將電腦系統電連接至裝置200以施加一致動電壓到流體致動器130且可將電腦系統電連接至裝置200以從第一和第二處理晶片120a和120b讀取處理結果。此一致動電壓致動該流體致動器130以在漸縮通道140內於一微體積流體裡形成一蒸汽 驅動氣泡。
裝置200可包括第一和第二流體處理晶片120a和120b。第一和第二流體處理晶片120a及120b可被定位成彼此大約對齊，漸縮通道140設置在第一和第二流體處理晶片120a與120b之間並位於其上。例示裝置200被繪示為包括兩個(2)流體處理晶片120。然而，在另一實例中，裝置200可包括更多或更少的流體處理晶片120，取決於裝置200處理特定的微體積流體之應用。流體處理晶片120a和120b可大致沿著裝置200的中心線A-A定位。然而，在另一個實例中，流體處理晶片120可定位在基板110上的任何位置，視裝置200的布局而定。
漸縮通道140可包括一定程度的漸縮，例如線性，指數等。漸縮通道140可包括一通道橫截面積，其在漸縮通道140的長度上連續地減小以確保其中之毛細驅動力。在一實例中，可透過在漸縮通道140的長度上減小漸縮通道140的半徑來減小該通道橫截面積。在另一個實例中，在漸縮通道140長度上的通道橫截面積可透過漸縮通道140內的柱結構或多孔結構減少，下文將更詳細地討論。出於說明的目的漸縮通道140的錐度被誇大，從漸縮通道140的一端到該漸縮通道另一端的錐度相對較小但仍提供漸縮通道140內的定向淨驅動毛細管作用力不平衡。在一實例中，漸縮通道140可基本上是直的。在另一實例中，漸縮通道140可係非直的(例如，彎曲的、“Z”形、成角度的等)。
漸縮通道140可形成在基板110中(例如壓紋)，可形成在蓋250中(例如壓紋)，或形成在基板110與蓋250之間的一空間中。在一漸縮通道140可形成在基板110與蓋250之間的一實例中，一額外的基板材料(例如，EMC)可沉積在基板110的頂上且圖案化(例如壓紋)以形成漸縮通道140。不論漸縮通道於何處被形成，該漸縮通道140可與第一和第二流體處理晶片120a與120b同平面以允許第一與第二流體處理晶片120a和120b之間的非阻滯(例如，無階級)輸送。因此，漸縮通道140可將第一和第二流體處理晶片120a和120b互連。漸縮通道140可設置在第一和第二流體處理晶片120a與120b的上方，使得第一和第二流體處理晶片120a與120b可處理微體積流體而同時此種流體停留在漸縮通道140內。在另一個實例中，漸縮通道140內的微體積可被拉或推入一設置在流體處理晶片120上方的腔室中，流體處理晶片120然後處理腔室內的流體，此一實施例更詳細地示於圖4與5中。
流體致動器130可沿第一與第二流體處理晶片120a和120b之間的裝置200之中心線A-A定位。然而，流體致動器130可被定位於基板210上的任何位置，取決於流體處理晶片和其間的漸縮通道140的位置。雖然在例示裝置200中繪示單個流體致動器130，但裝置200可包括更多個流體致動器130，取決於使用在一特定裝置中用於移動微體積流體的漸縮通道140的數量。流體致動器130可以例如是基於熱電阻的致動器、基於壓電膜的致動器、靜電 膜致動器、機械/衝擊驅動膜致動器、磁伸縮驅動致動器，及/或其他可控制漸縮通道140內之微體積流體的移動的此種組件。
裝置200可包括一個或多個流體貯器215。流體貯器215可設置在同平面表面(例如，基板110、蓋250等)上。在一實例中，流體貯器215可為末端連接頭，該末端連接頭可連接到軟管及/或注射器，一體積的流體可由其進入。在另一實例中，流體貯器215可為一體積之流體可進入的杯或容器。蓋250可包括多個孔217，其可延伸通過蓋250並分別與多個流體貯器215對齊。孔217可橫越蓋250以允許流體通過蓋250到達與孔217對齊的漸縮通道140。在一實例中，多個流體貯器215中的一個或多個可保持未使用。在此一情況下，對於這種未使用的流體貯器215，可將漸縮通道140由裝置200中省略。雖然流體貯器215被繪示為定位在流體處理晶片120a和120b的任一側上，但是流體貯器215可被定位在裝置200上的任何位置，取決於各種其他組件的位置而定(例如，第一和第二流體處理晶片120a與120b的位置等)。例示裝置200被繪示為包括十個(10)流體貯器215。然而，在另一實例中，裝置200可包括更多或更少的流體貯器215，取決於裝置200處理特定的微體積流體之應用。
裝置200可包括一個或多個流體界面端口或流體端口205。流體端口205可以是可延伸通過基板110的孔。流體端口205可被定位成與另外的流體貯器215(例如 貯器，泡鼓包裝等)對齊。流體端口205可定位成對齊一連接流體端口205與流體處理晶片120的漸縮通道140。在一實例中，多個流體端口205中的一個或多個可保持未使用。在這種情況下，對於此種未使用的流體端口205，可從裝置200中省略漸縮通道140。雖然流體端口205被圖示為定位在流體處理晶片120a和120b以及流體貯存器215的任一側上，但流體端口205可定位在裝置200上的任何位置，取決於各種其他組件的位置(例如，第一和第二流體處理晶片120a與120b的位置，流體貯存器215的位置等)。例示裝置200係示為包括四個(4)流體端口205。然而，在另一實例中，裝置200可包括更多或更少流體端口205，取決於裝置200處理特定的微體積流體之應用。
圖3繪示可與圖2a-c中所示裝置200一起使用的例示泡鼓包裝300。在所示的實例中，泡鼓包裝300可包括四個流體貯器215。在另一實例中，視裝置200處理特定的微體積流體的應用而定，泡鼓包裝300可包括更多或更少的流體貯器215。泡鼓包裝300可被壓至裝置200的後表面上，以允許流體貯存器215內的流體流入至流體端口205中。流體貯存器215可設置在一板310上，板310可維持流體貯器215彼此之相對位置且將流體儲存器與流體端口205對齊。
圖4a和4b繪示另一例示裝置400，其可執行在第一流體處理晶片120a到第二流體處理晶片120b之間輸送微體積流體的一系列操作。具體而言，圖4a繪示裝置 400的頂視圖，圖4b繪示圖4a中所示裝置400的B-B線橫截面圖。
裝置400可包括分別連接到第一和第二漸縮通道140的第一和第二流體貯器215。在一實例中，第一和第二漸縮通道140可彼此平行地設置。在另一實例中，第一和第二漸縮通道140可相對於彼此以不同的方向設置在裝置400上的其他位置處。
第一和第二流體貯存器215可包括一體積之流體，其可被單獨地或者結合地拉入至第一處理晶片120a及/或第二處理晶片120b。裝置400可進一步包括第一和第二通道分裂部分450。第一和第二通道分裂部分450可分別設置在第一和第二漸縮通道140的一路徑內，所有這些通道均可設置在第一流體處理晶片120a的頂上。第一和第二通道分裂部分450可裂開第一和第二漸縮通道140的錐部中的路徑，以形成第一和第二漸縮通道140的第一和第二部分，使得第一和第二漸縮通道140內的定向淨驅動毛細管作用力不平衡終止於該第一和第二通道分裂部分450的前緣且開始於第一和第二通道分裂部分450的後緣。因此，第一和第二漸縮通道140內的微體積流體可被拉到第一和第二通道分裂部分450的邊緣並停在此一邊緣處。在另一實例中，第一和第二通道分裂部分450可設置在其他位置處，例如在第一和第二處理晶片120a和120b之間。第一和第二通道流體致動器130(例如，電阻器)可設置為分別靠近第一和第二漸縮通道140，正好在第一和第二通 道分裂部分450的前緣之前。第一和第二流體致動器130可定位成與第一和第二通道分裂部分450的前緣相距一定距離，使得在第一和第二漸縮通道140內的此一空間內的一體積之流體可由流體致動器130致動。通道分裂部分450繪示為矩形的形狀。然而，通道分裂部分450可以是裂開漸縮通道140的錐部中之路徑的其他形狀(例如圓形，弧形，正方形等)。
裝置400可進一步包括第一和第二空氣端口460。第一和第二空氣端口460可連接到第一和第二漸縮通道140。在此一實例中，第一和第二空氣端口460可連接到第一和第二通道分裂部分450。一旦一體積之微流體移動通過第一和第二通道分裂部分450的後緣，一背壓可能在此一流體上形成而阻滯此一流體朝向第二流體處理晶片120b流動。第一和第二空氣端口460可包括允許周圍空氣進入第一和第二通道分裂部分450的一孔。進入第一和第二通道分裂部分450的空氣可使此一背壓正常化且可允許第一和第二漸縮通道140內之微體積流體流向第二流體處理晶片120b。
裝置400可進一步包括一流體腔室470。流體腔室470可設置在第二流體處理晶片120b的頂上且可連結到第一和第二漸縮通道140。在另一實例中，流體腔室470可設置在不與流體處理晶片120重疊的其他位置處。流體腔室470可提供一空間，來自第一和第二漸縮通道140中之一者或兩者的流體可被收集在其中以形成一更大體積的流 體及/或者可提供混合流體的空間。第二流體處理晶片120b可處理流體腔室470內的流體。流體腔室470可包括可設置在其中的多個柱結構472。柱結構472在流體腔室470內可以一定間隔排列以在流體腔室470內產生一定向淨驅動毛細管作用力不平衡。流體腔室470內的該定向淨驅動毛細管作用力不平衡可從一個或兩個漸縮通道將流體拉入至流體腔室470。第二流體處理晶片120b可處理流體腔室470內的流體。流體腔室470被繪示為矩形形狀。然而，流體腔室470可以是其他形狀(例如，圓形，弧形，正方形等)，其提供一空間收集來自第一和第二漸縮通道140中之一者或兩者的流體。在另一實例中，流體腔室470可包括多孔結構以在流體腔室470內產生定向淨驅動毛細管作用力不平衡。在另一實例中，漸縮通道140可在其中包括柱結構472以透過該柱結構472在漸縮通道140內產生一定向淨驅動毛細管作用力不平衡。
裝置400可進一步包括一連結到流體腔室470之輸出的第三通道分裂部分450。在流體腔室470和第三通道分裂部分450之間的短路徑中可以有一第三流體致動器130。第三空氣端口460可連結到第三通道分裂部分450。第三流體致動器130可控制流體由流體腔室470的流動。該裝置可包括連結到第三通道分裂部分450的第三漸縮通道140。
在示出裝置400的第一(1)操作階段的實例中，來自第一和第二流體貯器215的至少一部分體積的流 體可被拉到第一及第二處理晶片120a和120b上。一個或兩個這樣的微體積流體可由第一與第二處理晶片120a和120b處理。被拉到第一和第二處理晶片120a和120b上之微流體的容量分別於第一和第二通道分裂部分450的前緣處停止。
在裝置400的第二(2)操作階段，第一流體致動器130可被致動(例如，被加熱)以在第一漸縮通道140內之微體積流體中形成蒸汽驅動氣泡(未繪示)來推動微體積流體通過第一漸縮通道140中的第一通道分裂部分450。如圖所示，第一漸縮通道140內的微體積流體接著流入並可填充第一通道分裂部分450以關閉第一漸縮通道。微體積流體可開始進入第一漸縮通道140剛好在第一通道分裂部分450之後的部分。第二流體致動器130在第二階段期間可保持不起作用。
在裝置400的第三(3)操作階段，第一流體致動器130可以被過度驅動(例如，進一步被加熱)以在第一漸縮通道140內的微體積流體中形成蒸汽驅動氣泡480。此一蒸汽驅動氣泡480可阻止更多在第一漸縮通道140內且在第一流體致動器130前的流體流向第一通道分裂部分450。此一蒸汽驅動氣泡480可進一步推動位於第一流體致動器130之後的一容量之微體積流體進入第一漸縮通道140中。蒸汽驅動氣泡480可在第一漸縮通道140的錐部中之一路徑內再次形成一分裂部分，使得在第一漸縮通道140內的定向淨驅動毛細管作用力不平衡再一次終止於 第一通道分裂部分450的前緣處且再一次開始於第一通道分裂部分450的一後緣。在第三(3)階段，第二流體致動器130可被致動(例如，被加熱)以在第二漸縮通道140內的流體的微體積中形成蒸汽驅動氣泡(未繪示)以推動微體積流體通過第二漸縮通道140中的第二通道分裂部分450。如圖所示，在第二漸縮通道140內的此一微體積流體流入且可填充第二通道分裂部分450以關閉第二漸縮通道140。此一微體積流體可開始進入第二漸縮通道140剛好在第二通道分裂部分450之後的部分。
在裝置400的操作的第四(4)階段，於第三(3)階段中被推入到第一漸縮通道140之微體積流體沿第一漸縮通道140朝向流體腔室470移動。由於在第一漸縮通道140內不平衡的定向淨驅動毛細管作用力，該微體積流體繼續移動通過第一漸縮通道140。由於藉由柱結構472在流體腔室470內產生的不平衡定向淨驅動毛細作用力，該微體積流體可開始移動到流體腔室470中。在第四(4)階段，第二流體致動器130可被過度驅動(例如，進一步被加熱)以在第二漸縮通道140內的微體積流體中形成蒸汽驅動氣泡480。該蒸汽驅動氣泡480可防止更多在第二漸縮通道140內且在第二流體致動器130前的流體朝第二通道分裂部分450流動。該蒸汽驅動氣泡480可進一步將處於第二流體致動器130之後的一微體積流體推入第二漸縮通道140中。蒸汽驅動氣泡480可在第二漸縮通道140之錐部中的一路徑內重新形成一分裂部分以使得在該第二漸縮通 道140內的該定向淨驅動毛細管作用力不平衡再一次終止於第二通道分裂部分450的前緣且再一次開始於第二通道分裂部分450的後緣。
在裝置400的第五(5)操作階段，開始從第四(4)階段中的第一漸縮通道140進入流體腔室470的微體積流體完全移出第一漸縮通道140且進入流體腔室470。在第五(5)階段，第四(4)階段中被蒸汽驅動氣泡480推入第二漸縮通道140的微體積流體沿著第二漸縮通道140朝向流體腔室470移動。由於在第二漸縮通道140內不平衡的定向淨驅動毛細作用力，微體積流體繼續移動通過第二漸縮通道140。由於柱結構472在流體腔室470內所產生的不平衡定向淨驅動毛細管作用力，此一微體積流體可開始移動至流體腔室470中。因此，由於第二流體處理晶片120b頂上之第一和第二流體致動器130的受控致動，流體腔室470從第一和第二漸縮通道140接收的微體積流體可在流體腔室470內以一控制比例混合。第二流體處理晶片120b可處理從第一和第二漸縮通道140進入流體腔室470的微體積流體。
圖5繪示可執行用於將微體積流體從第一流體處理晶片120a輸送到第二流體處理晶片120b的一系列操作的另一個裝置500的頂視圖。
裝置500可包括分別連接到第一和第二漸縮通道140的第一和第二流體貯器215。在一實例中，第一和第二漸縮通道140可彼此平行地設置。裝置500可進一步包 括第一和第二通道分裂部分450。第一和第二通道分裂部分450可分別設置在第一和第二漸縮通道140的一路徑內，所有這些通道分裂部分均可設置在第一流體處理晶片120a的頂上。第一和第二流體致動器130(例如，電阻器)可被設置成分別靠近第一和第二漸縮通道140，正好在第一和第二通道分裂部分450的前緣之前。第一和第二流體致動器130可與第一和第二通道分裂部分450的前緣相距一定距離，使得此一空間內之流體的體積可分別由第一和第二致動器130致動。
裝置500可進一步包括可設置在第一漸縮通道140之路徑中的第三通道分裂部分450。第三通道分裂部分450可設置在第二流體處理晶片120b頂上。第三流體致動器130(例如，電阻器)可靠近第一漸縮通道140設置，正好在第三通道分裂部分450的前緣之前。第三流體致動器130可定位成與第三通道分裂部分450的前緣有一距離以使得在此一空間內之流體的體積可由第三流體致動器130致動。第一漸縮通道140在第三通道分裂部分450之後延伸到第二流體處理晶片120b的邊緣。
裝置500可進一步包括流體腔室470，該流體腔室470可包括柱結構472。在此一實例中，流體腔室470可設置在第二流體處理晶片120b頂上，但可僅連結到第二漸縮通道140。流體腔室470可提供一空間，可收集來自第二漸縮通道140的流體以形成更大體積的流體，此一更大體積的流體可由第二流體處理晶片120b處理。
在示出裝置500的第一(1)操作階段的實例中，來自第一和第二流體貯器215的流體體積的至少一部分可被拉到第一和第二處理晶片120a與120b上。一個或兩個這樣的微體積流體可由第一和第二處理晶片120a與120b處理。被拉到第一和第二處理晶片120a和120b上的微流體的體積分別在第一和第二通道分裂部分450的前緣處停止。
在裝置500的第二(2)操作階段，第一流體致動器130可被致動(例如，被加熱)以在第一漸縮通道140內的微體積流體中形成一蒸汽驅動氣泡(未繪示)以推動微體積流體通過第一漸縮通道140中的第一通道分裂部分450。如圖所示，第一漸縮通道140內的微體積流體可流入並可填充第一通道分裂部分450以關閉第一漸縮通道140。該微體積流體可以開始進入第一漸縮通道140剛好在第一通道分裂部分450之後的部分。
在裝置500的第三(3)操作階段，第一流體致動器130可被過度驅動(例如，進一步被加熱)以在第一漸縮通道140內的微體積流體中形成一蒸汽驅動氣泡480。此一蒸汽驅動氣泡480可防止更多在第一漸縮通道140內且在第一流體致動器130之前的流體朝第一通道分裂部分450流動。該蒸汽驅動氣泡480可進一步推動位於第一流體致動器130之後之一體積的微體積流體進入第一漸縮通道140中。蒸汽驅動氣泡480可在第一漸縮通道140的錐部中的一路徑內重新形成一分裂部分，使得在第一漸縮 通道140內的定向淨驅動毛細管作用力不平衡再一次終止於第一通道分裂部分450的前緣處且再一次開始於第一通道分裂部分450的後緣處。在第三(3)階段，第二流體致動器130可被致動(例如，被加熱)以在第一漸縮通道140內的微體積流體中形成一蒸汽驅動氣泡(未繪示)，以推動該微體積流體通過第一漸縮通道140中的第一通道分裂部分450。如圖所示，第二漸縮通道140內的該微體積流體流入並可填充第二通道分裂部分450以關閉第二漸縮通道。該微體積流體可開始進入第二漸縮通道140剛好在該第二通道分裂部分450之後的部分。
在裝置500之操作的第四(4)階段，第三(3)階段中被推入第一漸縮通道140之微體積流體可繼續沿第一漸縮通道140朝向第一第三通道分裂部分450移動。此一微體積流體可停止於第三通道分裂部分450的前緣處。在第四(4)階段，第二流體致動器130可繼續被致動以在第二漸縮通道140內的微體積流體中形成蒸汽驅動氣泡(未繪示)，以推動該微體積流體通過第二漸縮通道140中的第二通道分裂部分450。如圖所示，第一漸縮通道140內的微體積流體繼續進一步流入剛好在第一通道分裂部分450之後的第一漸縮通道140。
在裝置500的操作的第五(5)階段，第三流體致動器130可被致動(例如被加熱)以在第一漸縮通道140內的流微體積體中形成一蒸汽驅動氣泡(未繪示)將該微體積流體推動通過第一漸縮通道140中的第一通道分 裂部分450。在裝置500之操作的第四(4)操作階段停止於第三通道分裂部分450之前緣處的微體積流體然後可流入並填充第三通道分裂部分450以關閉第一漸縮通道140。該微體積流體可以開始進入第一漸縮通道140剛好在第一通道分裂部分450之後的部分。在第五(5)階段，在第四(4)階段中被泵送至第二漸縮通道140的微體積流體可繼續沿著第二漸縮通道140朝向流體腔室470移動。微體積流體可從第二漸縮通道140流入並填充流體腔室470。第二流體處理晶片120b可分別處理從第一和第二漸縮通道140進入第三通道分裂部分450和流體室470的一個或多個微體積流體。
以上已經描述了本揭露的實例。當然，不可能為了描述本揭露而描述每一個可想到的組件或方法之組合，但是本技術領域具有通常知識者將認知本揭露的許多進一步組合和排列是可能的。因此，本揭露旨在涵蓋落入本申請案，包括所附請求項之範圍內的所有這些變更，修改和變化。
已經提出上述說明來闡明及描述所述原則的實例。此描述並未意圖窮舉或將這些原則限制為所揭露的任一精確形式。根據上述教示，許多修改和變化是可能的。以上描述的是實例。當然，不可能描述每一個可想到的組件或方法的組合，但本技術領域中具有通常知識者將認知許多進一步的組合和排列是可能的。因此，本發明旨在涵蓋落入本申請案，包括所附請求項之範圍內的所有這 些改變，修改和變化。另外，在本揭露或請求項提到「一(a/an)」，「第一」或「另一」元件，或其等義詞的情況下，應該將其解釋為包括一個或多於一個這樣的元件，既不要求也不排除兩個或更多個這樣的元件。如本文所使用，「包括(includes)」一詞意味著包括但不限於，且「包括(including)」意味著包括但不限於。「基於」一詞意味著至少部分基於。

Claims (15)

  1. 一種用以輸送一微體積流體的裝置，包含：一基板；一第一流體處理晶片，設置在該基板上以處理該微體積流體；一第二流體處理晶片，設置在該基板上且與該第一流體處理晶片同平面，以處理至少一部分之微體積流體；一漸縮通道，設置在該等第一與第二流體處理晶片之間，該漸縮通道透過該漸縮通道內不平衡之一定向淨驅動毛細管作用力將該至少一部分之微體積流體從該第一流體處理晶片輸送到該第二流體處理晶片；以及一流體致動器，設置成靠近該漸縮通道以控制該漸縮通道內的該至少一部分之微體積流體從該第一流體處理晶片移動到該第二流體處理晶片。
  2. 如請求項1之裝置，進一步包含一連結到該漸縮通道的空氣端口，以使該漸縮通道內的背壓正常化。
  3. 如請求項1之裝置，其中該流體致動器包括一電阻器，其響應於施加到該電阻器之一致動電壓而加熱該漸縮通道內的該至少一部分之微體積流體，以在該至少一部分之微體積流體上產生慣性泵作用或在該至少一部分之微體積內形成蒸汽驅動氣泡。
  4. 如請求項1之裝置，進一步包含一通道分裂部分，其將該漸縮通道區分成第一和第二漸縮通道部分，該第一漸縮通道部分將該部分之微體積流體從該第一流體處理晶片輸送至該通道分裂部分，且該第二漸縮通道部分將該部分之微體積流體從該通道分裂部分輸送至該第二流體處理晶片。
  5. 如請求項1之裝置，進一步包含一流體界面端口，設置成穿過該基板且包括一路徑以將一體積的流體從設置成靠近該裝置的背部之一流體儲存器輸送到一第三漸縮通道。
  6. 如請求項1之裝置，進一步包含一輸入/輸出板連接器以將該裝置連接到一電腦系統，該電腦系統控制一被施加到該流體致動器的致動電壓並從該等第一和第二處理晶片讀取處理結果。
  7. 如請求項1之裝置，進一步包含一流體貯器，設置在該裝置上以儲存被拉入至該漸縮通道中的一體積之流體。
  8. 如請求項1之裝置，進一步包含一腔室，設置在該第二流體處理晶片上以收集該至少一部分之微體積流體。
  9. 如請求項8之裝置，其中該腔室包括一柱結構或一多孔結構，以透過由該柱結構或一多孔結構所產生之不平衡的一定向淨驅動毛細管作用力而將該至少一部分之微體積流體拉入至該腔室中。
  10. 一種用以輸送一微體積流體的裝置，包含：一基板；一第一流體處理晶片，設置在該基板上以處理該微體積流體；一第二流體處理晶片，設置在該基板上且與該第一流體處理晶片同平面以處理至少一部分之微體積流體；一漸縮通道，設置在該等第一與第二流體處理晶片之間，該漸縮通道透過該漸縮通道內不平衡之一定向淨驅動毛細管作用力將該至少一部分之微體積流體從該第一流體處理晶片輸送到該第二流體處理晶片；以及一電阻器，設置成靠近該漸縮通道，以控制該漸縮通道內的該至少一部分之微體積流體從該第一流體處理晶片移動到該第二流體處理晶片，該電阻器響應於施加到該電阻器的一致動電壓而加熱該漸縮通道內的該至少一部分之微體積流體，以在該至少一部分之微體積流體上產生慣性泵作用或在該至少一部分之微體積內形成蒸汽驅動氣泡。
  11. 如請求項10之裝置，進一步包含一連結到該漸縮通道的空氣端口，以使該漸縮通道內的背壓正常化。
  12. 如請求項10之裝置，進一步包含一通道分裂部分，其將該漸縮通道區分成為第一和第二漸縮通道部分，該第一漸縮通道部分將該部分之微體積流體從該第一流體處理晶片輸送至該通道分裂部分，且該第二漸縮通道部分該將該部分之微體積流體該從該通道分裂部分輸送至該第二流體處理晶片。
  13. 如請求項10之裝置，進一步包含一流體界面端口，設置成穿過該基板且包括一路徑以將一體積的流體從設置為靠近該裝置之背部的流體儲存器輸送到一第三漸縮通道。
  14. 如請求項10之裝置，進一步包含一輸入/輸出板連接器以將該裝置連接到一電腦系統，該電腦系統控制一施加到該流體致動器的致動電壓且由該等第一和第二處理晶片讀取處理結果。
  15. 如請求項10之裝置，進一步包含：一腔室，設置在該第二流體處理晶片上以收集該至少一部分之微體積流體；以及一柱結構，設置在該腔室內以透過由該柱結構所產生之不平衡的一定向淨驅動毛細管作用力而將該至少一部分之微體積流體拉入至該腔室中。
TW107113542A 2017-04-21 2018-04-20 晶片至晶片流體互連裝置 TWI658274B (zh)

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