[发明专利]一种用于POCT芯片产品超声波焊接的流延控制及止焊控制的接头结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于POCT芯片产品超声波焊接的流延控制及止焊控制的接头结构，属于医用聚合物POCT芯片产品制造技术领域。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，医学检验工作正走向简便、即时化阶段。POCT(Point Care of Testing)是指由医院专业人士或非专业人员在传统的检验中心以外进行的检测，也称为床边检测。POCT具有快速获取检测结果、使用全血标本、标本用量少、标本周转时间短、仪器小型化、结果报告即时化的特点。POCT技术的应用简化了传统疾病的检测方法，取代了需要较高维护成本的检测设备，从最初的血糖、妊娠检测扩展到现在的心肌损伤、癌症检测、病毒检测和药物浓度监测。近些年来，聚合物POCT芯片已经从实验阶段慢慢走向产业化，但POCT芯片的封合技术一直是批量化生产的瓶颈问题，不仅要求封合强度高、速度快、成本低，还要求不易堵塞微沟道、封合均匀、操作简单。因此，发展低成本、高效率、高可靠性和操作简单的封装技术已成为POCT芯片产品实用化和产业化的当务之急。

目前，常用的POCT芯片封合方法主要有：胶粘接、溶剂粘接、直接热键和、等离子体辅助键合、激光焊接键合等。这些方法都不同程度的存在自身的缺陷，其中，胶粘接和溶剂粘接需要引入间质来实现芯片的封合，间质不仅会容易堵塞微沟道，而且加重了工艺复杂度；直接热键和需要较高的键合温度和较长的键合时间，因此，生产效率较低；等离子体辅助键和是改进的直接热键和方法，通过等离子处理改变材料的表面性质，在通过热键和实现芯片的封合，生产效率较低，工艺复杂；激光焊接键合虽然效率高，但是设备成本高，在材料选择上也存在局限性。

超声波焊接是通过焊头的高频机械振动，使待焊接材料界面间不断摩擦、压迫和释放，再通过芯片上设置的突起的导能结构(导能筋)，实现焊接过程中的能量集中，局部产热，使导能筋熔化，实现芯片封合的过程。2006年，Truckenmueller等对微单向阀以及盘形微瓣膜泵等特征尺寸为500μm的微器件进行了超声波键合试验。该实验验证了利用超声波进行聚合物微器件封装的可行性。超声波焊接具有效率高、强度高、操作简单、无需间质等优点，所以，超声波焊接技术可以较大的提高生产效率、降低工艺复杂程度和减轻成本，使POCT芯片的批量化、产业化成为可能。

因为POCT芯片集成度高、结构复杂、通道细微。所以，焊接接头的结构设计是一个非常重要的环节，如果接头结构设计不当，会产生许多弊端，具体表现为：

1)焊接过程中对熔化的聚合物控制能力差，在压力和高频振动下，熔化的聚合物流延铺展，很容易堵塞微沟道。

2)焊接深度控制能力差，焊接后通道高度不均匀，影响流体在微沟道内的流动方式，造成后续的医学检测精度。

3)接头结构对焊接参数较敏感，芯片间焊接一致性差，检测结果偏差较大，影响后续医学检测的稳定性，使定量分析较困难。

4)焊接产生的内应力过大，运输和使用过程中容易开焊和破裂。

目前的超声波焊接接头结构主要应用于宏观塑料器件的焊接，对具有大量微结构阵列的POCT芯片进行超声波焊接仍有许多局限，具体表现为：

1)较难制作出类似于宏观器件的复杂接头结构。微结构主要是具有一定高度的二维结构，其制作工艺与宏观器件的制造方法有很大不同，较难制造出复杂的三维接头结构，如榫舌式、阶梯式、互锁式等。

2)对焊接精度要求较高，宏观器件的接头结构较难满足其精度要求。POCT芯片内部微结构尺寸在微米级，对焊接精度有较高的要求。宏观器件的尺寸一般几个毫米以上，焊接精度偏差较大，不满足POCT芯片的要求。

3)现有接头结构的流延控制能力较差，焊接过程中熔化的聚合物流延铺展会阻塞微通道，影响检测结果和精度。

4)现有接头结构止焊控制能力较差，焊接过程中较难实现微通道的高度均一，对后续的检测结果会产生较大的影响。

因此，设计一种适用于POCT芯片产品超声波焊接的，且能够流延控制及止焊控制的接头结构是实现POCT产业快速发展的当务之急。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于POCT芯片产品超声波焊接的接头结构，用于控制熔化聚合物的流延和控制焊接停止，以保证微沟道不被阻塞以及微沟道的高度准确。本发明由导能筋、微沟道、阻流台、熔接池和止焊台组成；其特征在于：

导能筋分布于微沟道两侧；

导能筋宽度为30～200μm，高度为30～150μm；

导能筋末端形状可为矩形、三角形或半圆形。