[发明专利]一种用于多层微流控芯片的层间自动对准键合装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于多层微流控芯片的层间自动对准键合装置及方法，该层间自动对准键合装置包括可调平热板平台、自动对准机构、自动对焦机构以及控制系统；自动对准机构用于调节上层芯片的位置和角度，实现上层芯片与下层芯片之间的平行和对准；自动对焦机构用于识别上层芯片和下层芯片的对准标记以及调平标记，并获取调平标记的位置信息、以及对准标记的位置信息和角度信息；控制系统用于根据自动对焦机构获取的位置信息和角度信息控制自动对准机构动作，并在上层芯片与下层芯片之间平行且对准后将上层芯片压紧于下层芯片。上述层间自动对准键合装置使多层微流控芯片的组装过程更加简便、快捷、高效。

技术领域

本发明涉及微流控芯片制造技术领域，具体涉及一种用于多层微流控芯片的层间自动对准键合装置及方法。

背景技术

近年来，微流控芯片作为一种前沿的“片上实验室”，已在工业、生物医学等领域成为重要的实验平台与分析工具。在封闭、透明的单层微流控芯片中，微流体及其中微小目标的行为与相互作用能被实时精确控制与观察，因此其被广泛应用于细胞操作与分析、生化反应与分析以及疾病症断等方面。软光刻技术能够制造出单层微流控芯片微结构模型，经过聚二甲硅氧烷(PDMS)材料在微结构模型上的覆膜、固化、拔模以及与玻璃等透明基底表面键合等工艺，具有一定功能的单层微流控芯片能够被快速制造。然而随着微流体以及微小目标控制、操作与分析的复杂度与集成度的日益升高，单层、二维的微通道已无法满足需求，因此，设计与制造具有多层、三维、复杂、集成微通道网络的微流控芯片已成为主要趋势。于是，针对多层微流控芯片的组装与制造，迫切需要一种层间结构对准与原位键合的装置和方法。

目前，多层微流控芯片的层间结构对准方法主要分为基于层间特殊结构的自主对准方法和基于视觉与对准装置的辅助对准方法。基于层间结构的自主对准指的是仅利用两层上加工出的正、负配合结构或者内置的磁引导装置，通过层间润滑实现两层微流控芯片的自主对准，该方法虽然操作简单，不需要人工的辅助对准，但是由于对准精度较低，其只适用于微结构尺寸较大的芯片层间对准，已无法满足尺寸小集成度高的微流控芯片的组装与制造。基于视觉与对准装置的辅助对准方法主要是根据显微镜下观察两层透明芯片上对准标记的相对位置，通过手动调节上下层芯片夹持装置来实现微结构的人工辅助对准。虽然该方法的对准精度较高，但由于人工观察与操作过程比较费时，导致表面改性后的芯片暴露于空气过久而容易失效，使得后期的层间永久键合效果不佳，容易造成层间的微通道泄露等多种问题。另外，该方法无法实现层间平行度的有效调节，两个非平行接触面的部分接触会导致对准后的微结构发生偏移，从而降低对准精度。此外，为了通过提高两层芯片的整体温度来提高层间永久键合能力与强度，已对准却未粘连的两层微流控芯片在被移动至热板或热箱的过程中，会因层间表面活性稳定剂的润滑与外部的扰动而发生偏移，也导致了对准精度的降低。

因此，急需提供一种自动化键合装置来实现多层微流控芯片精确、快速的对准以及稳定、高效的原位键合。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于多层微流控芯片的层间自动对准键合装置及方法，该层间自动对准键合装置使多层微流控芯片的组装过程更加简便、快捷、高效，以解决人工组装多层微流控芯片过程中组装时间长、对准精度低、键合强度不稳定等问题。

本发明采用以下具体技术方案：

一种用于多层微流控芯片的层间自动对准键合装置，包括可调平热板平台、自动对准机构、自动对焦机构以及控制系统；多层微流控芯片包括上层芯片和下层芯片，所述上层芯片和所述下层芯片均设置有一个对准标记和三个调平标记；

所述可调平热板平台包括用于支承下层芯片和加热的热板；

所述自动对准机构包括用于夹持所述上层芯片的芯片夹持器，用于调节所述上层芯片的位置和角度，实现所述上层芯片与所述下层芯片之间的平行和对准；

所述自动对焦机构用于识别所述上层芯片和所述下层芯片的对准标记以及调平标记，并获取所述调平标记的位置信息、以及所述对准标记的位置信息和角度信息；