一种微流控芯片贴片结构及贴片工艺的制作方法

本发明涉及一种微流控芯片，更具体地说，涉及一种微流控芯片贴片结构及贴片工艺。

背景技术：

微流控芯片技术(microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。

微流控芯片的特点就是在微观尺寸下对微流体进行操作和控制，而作为操作和控制的对象的流体量又及其微小，导致微流体的流动特性与宏观有很大的不同。具体从结构上来说，微流控芯片内部具有微细的通道，通常采用两片薄片键合制得。键合将两片表面清洁、原子级平整的同质或异质半导体材料经表面清洗和活化处理，在一定条件下直接结合，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶片键合成为一体的技术。而两片薄片键合过程中，对于薄片的材质有较高要求，且对薄片表面的洁净程度要求很高，材质和洁净度直接影响键合强度和微流控芯片的密封性。为了保证薄片表面的洁净度，通常通过乙醇、丙酮、去离子水超声工艺以及等离子清洗等方式反复进行，工艺繁琐且造成资源浪费。

对于微流控芯片的制作，目前现有技术大多采用化学试剂辅助键合或者高温热压直接键合的方式进行。一方面，化学试剂本身是除芯片和处理目标以外的第三种物质，在很多生物应用领域的相容性不佳；化学试剂甚至会带来微流控芯片内部的污染，该污染使得制备的芯片在很多生物应用中是无法使用的，从而大大降低获得芯片的适用性，并且对于微流控芯片的材质有要求，不同材质的芯片键合需要匹配不同的化学试剂进行，操作复杂且过程繁琐，使得工艺过程效率低，增加了整个芯片制备的成本。另一方面，高温热键合方式通常针对塑料材质的微流控芯片，该方式会导致微流控芯片微通道的热变形从而造成通道堵塞，另外普通的热键合方式键合强度不佳，芯片在使用过程中易发生开裂现象。

中国专利申请号201710888052.0，申请公布日为2018年3月9日，发明创造名称为：一种微流控芯片键合方法及微流控芯片，该申请案涉及一种微流控芯片键合方法及微流控芯片。方法包括：提供一种微流控芯片基片，基片上表面设有微通道结构；在基片上表面微通道结构周围边缘处设置超声键合导能筋或者在盖片上对应基片表面微通道结构位置周围设置超声键合导能筋；在基片或盖片上粘着表面粘贴双面胶，将盖片与基片粘合；对基片和盖片进行超声键合，使之发生第一步键合；对芯片实施压力固定或热压，使双面胶粘贴的基片和盖片牢固键合。该申请案在一定程度上保证了微流控芯片键合的稳定性，避免了影响微流控芯片本身的物理化学性质。但其制作工艺依然存在以下不足：

1)该微流控芯片的主要键合作用依靠双面胶来粘结基片和盖片，一方面，双面胶的某些性能较差，例如耐温性能差，对于一些用于高温处理的微流控芯片的适用性较差，在受到高温影响后，微流控芯片的结合强度会降低；另一方面，由于双面胶预先粘贴在基片或盖片上，对于基片和盖片复合定位精度要求较高，一旦基片和盖片通过双面胶粘合后即难以进行调整；此外，由于微流控芯片上的微流道尺寸较小且通道结构设计较为复杂，因此在基片或盖片上控制双面胶的粘合位置较为困难，尤其靠近微流道的部分通常难以粘贴双面胶，在第一步超声键合导能筋位置的密封出现失效时，双面胶难以达到对微流控芯片的密封要求而易出现漏液。

2)该制作工艺需要先经过第一步超声键合导能筋超声键合，然后再通过双面胶键合，对于双面胶和超声键合导能筋的厚度要求较高，一般需要双面胶厚度大于导能筋的厚度，这种厚度差对于超声键合的质量具有较大影响，容易导致超声键合密封不牢，从而导致微流控芯片发生泄漏。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有微流控芯片键合工艺存在制作工艺复杂、制作难度大、制作成本高、次品率高且制作效率较低等不足，提供一种微流控芯片贴片结构及贴片工艺，采用本发明的技术方案，通过在基片的通道槽外侧设置高度低于基片内表面的打胶平面，使基片内侧形成突出于通道槽和打胶平面的通道轮廓，从而利用打胶平面与盖片内表面围合形成的注胶间隙打胶复合，实现微流控芯片密封贴片，且固化胶水不会渗入流体通道而造成通道阻塞，并且制作工艺简单，制作难度小，降低了微流控芯片的制作成本和次品率，提高了微流控芯片的制作效率。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种微流控芯片贴片结构，包括基片和盖片，所述的基片内表面设有通道槽，在基片和盖片复合后，所述的通道槽与盖片的内表面围合形成微流控芯片的流体通道，所述的基片上位于通道槽外侧具有高度低于基片内表面的打胶平面，在基片内侧形成突出于通道槽和打胶平面的通道轮廓；在基片和盖片复合后，所述的打胶平面与盖片的内表面围合形成四周开放的注胶间隙，所述的注胶间隙内注有固化胶水将基片和盖片贴片复合于一体。

更进一步地，所述的流体通道的深度大于注胶间隙的深度。

更进一步地，所述的基片上还设有连通通道槽的进液口和出液口。

更进一步地，所述的基片为石英片或玻璃片，所述的基片上的通道槽和打胶平面采用蚀刻工艺成型。

本发明的一种微流控芯片贴片工艺，包括以下步骤：

(a)准备微流控芯片的基片和盖片：

在基片的内表面加工出通道槽，并在通道槽外侧加工出高度低于基片内表面的打胶平面，使基片内侧形成突出于通道槽和打胶平面的通道轮廓；盖片为一块形状和大小与基片相匹配的平板；

(b)将基片和盖片贴片复合：

对基片和盖片表面清洗干燥后，将基片和盖片夹紧复合在一起，使通道槽与盖片(2)的内表面围合形成微流控芯片的流体通道，打胶平面与盖片的内表面围合形成四周开放的注胶间隙；

(c)注胶复合：

从夹紧复合在一起的基片和盖片的外侧向注胶间隙内打入固化胶水，利用固化胶水在注胶间隙内的毛细作用填充整个注胶间隙，待固化胶水固化后将基片和盖片永久粘结在一起，得到微流控芯片成品。

更进一步地，在步骤(a)中，所述的基片为石英片或玻璃片，基片上的通道槽的深度大于打胶平面的深度，通道槽和打胶平面采用蚀刻工艺成型，通过控制通道槽和打胶平面不同的蚀刻时间来控制通道槽和打胶平面的不同深度。

更进一步地，在步骤(c)中，固化胶水为热固胶，通过加热使注胶间隙内填充的固化胶水快速固化。

更进一步地，在步骤(c)中，固化胶水为uv胶，通过紫外线照射使注胶间隙内填充的固化胶水快速固化。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种微流控芯片贴片结构及贴片工艺，通过在基片的通道槽外侧设置高度低于基片内表面的打胶平面，使基片内侧形成突出于通道槽和打胶平面的通道轮廓，从而利用打胶平面与盖片内表面围合形成的注胶间隙打胶复合，实现微流控芯片密封贴片，且固化胶水不会渗入流体通道而造成通道阻塞，并且制作工艺简单，制作难度小，降低了微流控芯片的制作成本和次品率，提高了微流控芯片的制作效率；

(2)本发明的一种微流控芯片贴片结构及贴片工艺，其流体通道的深度大于注胶间隙的深度，便于注胶间隙的加工制作，并且便于利用固化胶水在注胶间隙内的毛细作用填充整个注胶间隙，更加便于基片和盖片的密封粘合；

(3)本发明的一种微流控芯片贴片结构及贴片工艺，其基片为石英片或玻璃片，基片上的通道槽和打胶平面采用蚀刻工艺成型，对于石英或玻璃材质的微流控芯片，其制作工艺更加简单，制作难度大幅降低。

附图说明

图1为本发明的一种微流控芯片贴片结构的剖视结构示意图；

图2为本发明的一种微流控芯片贴片结构的基片的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、基片；1-1、通道槽；1-2、打胶平面；1-3、通道轮廓；2、盖片；3、固化胶水；4、进液口；5、出液口。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例

结合图1和图2所示，本实施例的一种微流控芯片贴片结构，包括基片1和盖片2，基片1内表面设有通道槽1-1，在基片1和盖片2复合后，通道槽1-1与盖片2的内表面围合形成微流控芯片的流体通道，基片1上位于通道槽1-1外侧具有高度低于基片1内表面的打胶平面1-2，在基片1内侧形成突出于通道槽1-1和打胶平面1-2的通道轮廓1-3；在基片1和盖片2复合后，打胶平面1-2与盖片2的内表面围合形成四周开放的注胶间隙，注胶间隙与流体通道之间由通道轮廓1-3隔开，注胶间隙内注有固化胶水3将基片1和盖片2贴片复合于一体。采用上述结构，利用打胶平面1-2与盖片2内表面围合形成的注胶间隙打胶复合，实现微流控芯片密封贴片，且固化胶水不会渗入流体通道而造成通道阻塞，并且制作工艺简单，制作难度小，降低了微流控芯片的制作成本和次品率，提高了微流控芯片的制作效率。

如图1所示，在本实施例中优选地，流体通道的深度大于注胶间隙的深度，流体通道的深度和形状可根据具体需要而定，注胶间隙的深度仅需满足毛细打胶需要即可，例如0.1mm～1mm，这样，便于注胶间隙的加工制作，并且便于利用固化胶水在注胶间隙内的毛细作用填充整个注胶间隙，更加便于基片1和盖片2的密封粘合。当然，在一些特定需要下，流体通道的深度也可以等于或小于注胶间隙的深度。通道轮廓1-3的宽度也可根据需要而定，例如0.5mm～2mm均可，仅需保证能够将注胶间隙与流体通道隔开，避免胶水渗入流体通道即可。如图2所示，基片1上还设有连通通道槽1-1的进液口4和出液口5，进液口4和出液口5可预先加工在基片1上，也可在基片1和盖片2复合为一体后再在基片1或盖片2的对应位置上加工而成。

本实施例的一种微流控芯片贴片结构，可适用于各种材质的微流控芯片，具有广泛的适用性。如pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)和ps(聚苯乙烯)等塑料材质的微流控芯片或石英片和玻璃片等材质的微流控芯片均可采用上述的片贴片结构，不同材质的微流控芯片仅需采用对应的加工方法在基片1上加工出通道槽1-1和打胶平面1-2即可。在本实施例中，基片1为石英片或玻璃片，基片1上的通道槽1-1和打胶平面1-2采用蚀刻工艺成型，相比于现有的石英或玻璃微流控芯片采用化学试剂辅助键合的贴片工艺，本实施例中的贴片结构更加简单，制作更加方便，制作效率更高，制作出的微流控芯片质量更加稳定可靠。

参见图1和图2所示，本实施例还公开了一种微流控芯片贴片工艺，包括以下步骤：

(a)准备微流控芯片的基片1和盖片2：

在基片1的内表面加工出通道槽1-1，并在通道槽1-1外侧加工出高度低于基片1内表面的打胶平面1-2，使基片1内侧形成突出于通道槽1-1和打胶平面1-2的通道轮廓1-3，通道轮廓1-3的宽度也可根据需要而定，例如0.5mm～2mm均可，仅需保证能够将注胶间隙与流体通道隔开，避免胶水渗入流体通道即可。在本实施例中优选地，基片1为石英片或玻璃片，基片1上的通道槽1-1的深度大于打胶平面1-2的深度，流体通道的深度和形状可根据具体需要而定，注胶间隙的深度仅需满足毛细打胶需要即可，例如0.1mm～1mm均可，这样，便于注胶间隙的加工制作，同时便于利用固化胶水3在注胶间隙内的毛细作用填充整个注胶间隙，更加便于基片1和盖片2的密封粘合。当然，在一些特定需要下，流体通道的深度也可以等于或小于注胶间隙的深度；通道槽1-1和打胶平面1-2优选采用蚀刻工艺成型，通过控制通道槽1-1和打胶平面1-2不同的蚀刻时间来控制通道槽1-1和打胶平面1-2的不同深度，采用上述贴片结构，对于石英或玻璃材质的微流控芯片，其制作工艺更加简单，制作难度大幅降低。盖片2可采用一块形状和大小与基片1相匹配的平板，盖片2的材质可与基片1相同或不同，要求盖片2内表面平整。

(b)将基片1和盖片2贴片复合：

对基片1和盖片2表面清洗干燥后，将基片1和盖片2夹紧复合在一起，使通道槽1-1与盖片2的内表面围合形成微流控芯片的流体通道，打胶平面1-2与盖片2的内表面围合形成四周开放的注胶间隙。基片1和盖片2的清洗和干燥工艺可采用现有的工艺完成，保证基片1的通道轮廓1-3和盖片2的内表面光洁无污物；基片1和盖片2夹紧可采用专用工装实现，将基片1和盖片2的上下面压合在一起，例如采用中国专利申请号201711450477.x中公开的“一种微流控芯片的热压键合方法”的技术方案，利用下部的硬质陶瓷压板和上部的可充入压缩气体而膨胀的气囊实现基片1和盖片2的夹紧。

(c)注胶复合：

从夹紧复合在一起的基片1和盖片2的外侧向注胶间隙内打入固化胶水3，利用固化胶水3在注胶间隙内的毛细作用填充整个注胶间隙，待固化胶水3固化后将基片1和盖片2永久粘结在一起，得到微流控芯片成品。由于注胶间隙尺寸很小，利用固化胶水3在注胶间隙内的毛细作用即可快速将注胶间隙充满，在打胶过程中需要注意打胶排气方向，避免由于无法排气而产生打胶死角，因此对于一些边角空间亦能够得到有效填充，并且由于通道轮廓1-3的隔离，胶水不会渗入流体通道而阻塞通道。另外，上述的固化胶水3可采用热固胶，通过加热使注胶间隙内填充的固化胶水3快速固化；也可采用uv胶，通过紫外线照射使注胶间隙内填充的固化胶水3快速固化。

本发明的一种微流控芯片贴片结构及贴片工艺，通过在基片的通道槽外侧设置高度低于基片内表面的打胶平面，使基片内侧形成突出于通道槽和打胶平面的通道轮廓，从而利用打胶平面与盖片内表面围合形成的注胶间隙打胶复合，实现微流控芯片密封贴片，且固化胶水不会渗入流体通道而造成通道阻塞，并且制作工艺简单，制作难度小，降低了微流控芯片的制作成本和次品率，提高了微流控芯片的制作效率。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。