[发明专利]圆片级玻璃微流道的正压热成型制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微系统制造技术，尤其涉及一种圆片级玻璃微流道的正压热 成型制造方法。

背景技术

在MEMS制造技术领域，Pyrex7740玻璃(一种含有碱性离子的玻璃，Pyrex 是Corning公司的产品品牌)是一种重要的材料，它有着和Si材料相近的热膨胀 系数，有着高透光率和较高的强度，并且可以通过使用阳极键合工艺与Si衬底形 成高强度的键合连接，在键合表面产生了牢固的Si-O共价键，其强度甚至高于Si 材料本身。由于这样的特性，使得Pyrex7740玻璃广泛应用于MEMS封装、微流 体和MOEMS(微光学机电系统)等领域。

当前，微流道系统主要应用于传感器和生物芯片领域，处于蓬勃发展的阶段。 微流道的制备目前常用的手段是在硅，玻璃，PDMS(聚二甲基硅氧烷)上直接 刻蚀出微流道和各种流体部件的图案结构，然后于另一平面键合材料形成MEMS 微流体系统。传统刻蚀形成的微流道系统，微流道表面粗糙，增加流体流动阻力， 表面抛光技术还很难做到对3D微流道系统的高效抛光。通过玻璃热成型工艺制 备微流道可以有效的解决表面粗糙度问题。

微流道玻璃热成型可以采用的技术是负压成型和正压成型。负压成型的主要 做法是：在硅上刻蚀流道等图形，将硅与玻璃在真空中阳极键合，然后在空气中 加热至高温利用腔内外的负压热成型。这种方法需要真空的条件，通常需要特殊 的带有真空的键合设备，因而成本较高；此外，该方法采用负压成型，因而形成 的微流道位于玻璃圆片的背面，因而在玻璃圆片较厚时，背面形成的微流道形状 不可控，且流道较浅；对于形成较高的玻璃微流道时，通常需要使用加厚的硅片， 而且需要刻蚀深的硅腔(有的甚至需要到900微米，Glass Blowing on a Wafer Level，JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS，VOL.16，NO.2，APRIL 2007)和高的深宽比以提供足够的气体，使得玻璃气泡充分形成，具有较高的高 度，以形成较高的弧形；有时甚至需要在另外一个硅圆片上刻蚀较大的孔，再与 带有通孔的硅片键合，从而提供足够的气体以成型高度较高，弧形度较好的玻璃 微流道，通常成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低廉、微腔高度高、弧形度好的圆片级玻璃微 流道的正压热成型制造方法。

本发明采用如下技术方案：一种圆片级玻璃微流道的正压热成型制造方法，包括 以下步骤：第一步，利用Si微加工工艺在Si圆片上刻蚀特定的硅微流道浅槽图案，

第二步，在硅微流道两端或特定的位置局部放置适量的高温释气剂，

第三步，将上述Si圆片与Pyrex7740玻璃圆片，使Pyrex7740玻璃上的上述浅 槽形成密封腔体，

第四步，将上述键合好的圆片在空气中加热至810℃～890℃，保温5～10min， 高温释气剂因受热放出气体，产生正压力使得密封腔体对应的熔融玻璃变形而在 玻璃上形成与硅微流道浅槽图案对应的微流道图案，冷却，获得圆片级玻璃微流 道成微流道。

上述技术方案中，高温释气剂为碳酸钙粉末。将上述微流道的两端利用激光 划片方法去除，激光划片方法的具体步骤为：首先在硅片上用激光刻蚀划片槽， 然后再弯曲键合后的圆片使圆片因硅片受拉而断裂，从而形成微流道的入口和出 口，同时去除高温释气剂残留物。所述Si圆片上浅槽的微加工工艺为湿法腐蚀工 艺。所述的Si圆片与Pyrex7740玻璃的阳极键合工艺条件为：温度400℃，电压： 600V。第四步中的加热温度为840℃～850℃。将第四步所得到的微流道进行热退 火，工艺条件为：退火温度范围在510℃～560℃中，退火保温时间为30min，然后 缓慢风冷至常温。第二步中硅圆片与Pyrex7740玻璃圆片按照阳极键合的工艺要 求进行必要的清洗和抛光。第一步刻蚀的浅槽的深度为50-100微米。第三步中硅 与玻璃圆片的键合是在空气中进行的。得到的微流道系统可直接使用，也可将得 到的圆片级微流道的两端划开，去除高温释气剂的残留物，得到两端开口的微流 道系统。

本发明获得如下效果：