[发明专利]基于有机聚合物材质微流控芯片的有机溶剂辅助键合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流控芯片的键合方法，具体涉及一种基于有机聚合物材质（聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等）的微流控芯片的溶剂辅助键合方法。

背景技术

微流控芯片是利用微加工技术，将微沟道、微储液池及微检测器等功能元器件，集成在几平方厘米大小的基底材料上，从而实现进样、混合、分离等功能。自微流控芯片问世以来，芯片键合就一直是芯片设计过程中的关键步骤。目前聚合物材质的微流控芯片在国内外比较典型的键合方式主要包括热压键合法、胶黏剂封合法、表面活化辅助键合法和有机溶剂辅助键合法等。

热压键合法是采用粉末压片机在一定温度和压力下实现芯片的封合。但由于聚合物材料的硬度和软化温度远低于硅、玻璃等其他芯片基底材料，因此对其进行热键合时，容易造成微沟道横截面形状的改变。胶黏剂封合法是使用非基片材料作为胶黏剂实现对芯片的键合封装，工艺步骤简单，但使用粘合剂进行封装，极易导致微沟道阻塞。表面活化辅助键合法是使用氧等离子体或光线照射对有机聚合物材料键合界面进行活化并完成键合的一种工艺，等离子体活化是一种快速高效的封装方法，但是需要真空密闭环境及扩散泵、分子泵等设备，成本昂贵，不适宜大规模生产。有机溶剂辅助键合法是在芯片键合界面涂抹有机溶剂，利用有机溶剂作为黏合剂实现芯片封合。有机溶剂辅助键合法简单易行，键合强度高，应用广泛，但是在键合程中，有机溶剂极易进入微沟道，造成沟道阻塞或形变。总之，上述聚合物微流控芯片的键合方法在实际应用过程中存在各种实际问题。这有悖于微流控芯片通过集成化、微型化实现普及的宗旨，从而限制其在各个领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于有机聚合物材质的微流控芯片溶剂辅助键合方法，它改进了传统的有机溶剂辅助键合工艺，避免了键合过程中，有机容溶剂对微沟道的阻塞，减小了沟道形变量，同时可以简化芯片键合的工艺流程、缩短芯片键合时间、保证微流控芯片键合的质量，有利于微流控芯片的普及。

本发明的目的是通过如下方案实现的：

a、利用有机溶剂饱和蒸汽对待键合聚合物微流控芯片的盖片进行熏蒸处理，根据所选用的聚合物芯片材料不同，熏蒸时间范围控制在30~200秒；

b、将熏蒸后的聚合物盖片与带有微沟道的聚合物基片通过固定模具组装后，放入干燥箱内；根据所选用的聚合物芯片材料不同，键合温度控制范围在25~65℃，键合时间范围控制为2~8分钟。

芯片键合强度和微沟道形变量可以通过调节熏蒸时间、键合温度、键合时间控制。键合后，微沟道的形变量小于2%，键合强度大于1N/cm²。

本发明所述的溶剂辅助键合是利用三氯甲烷、异丙醇、丙酮等有机溶剂饱和蒸汽对有机聚合物芯片键合界面进行熏蒸。所述芯片材质为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚碳酸酯(PC)等有机高分子聚合物。

相比国内外其他聚合物微流控芯片的键合方法，本发明采用熏蒸式有机溶剂辅助键合方法，使有机物材料芯片在常压条件下完成键合，需要的工艺成本低，工艺步骤少，易于在聚合物材质微流控芯片的键合领域推广应用，具体优点如下：

1、PMMA及其他聚合物材质的微流控芯片在键合后微沟道产生的形变量较小；

2、制作PMMA及其他聚合物材质的微流控芯片的键合工艺参数容易控制，使得微流控芯片的键合工艺流程得到简化，键合时间缩短；

3、PMMA及其他聚合物材质的微流控芯片的键合效率高；

4、PMMA及其他聚合物材质的微流控芯片的键合成本低；

5、溶剂辅助键合法支持由不同种类聚合物材质构成的复合式微流控芯片键合；

6、可以通过控制熏蒸时间、键合时间和键合温度来适应不同聚合物芯片材质。

附图说明

图1为熏蒸冷凝装置的结构示意图。

图2为沟道深度为300微米的PMMA材质芯片键合前横截面照片

图3为沟道深度为300微米的PMMA材质芯片键合后横截面照片

图4为沟道深度为100微米深PMMA材质芯片键合前横截面照片。

图5为沟道深度为100微米深PMMA材质芯片键合后横截面照片。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式依照如下步骤进行基于PMMA有机聚合物材料的微流控芯片的溶剂辅助键合：

（1）将待键合PMMA微流控盖片（不含有微结构的微流控芯片）清洗、烘干，备用。键合前300微米深PMMA聚合物微沟道横截面照片如图2所示。