一种微流控芯片驱动板及其制备方法和微流控芯片与流程

本发明涉及pcb板的制备技术领域，具体涉及一种微流控芯片驱动板及其制备方法和微流控芯片。

背景技术：

操控液滴的微流控技术作为输运液滴的载体已经在化学分析、生物医疗等领域获得了非常广泛的应用，该技术被称为“芯片上实验室”(labonachip)或“微全分析系统”(micrototalanalysissystems)，而如今微流控芯片的驱动电极板绝大多数是使用ito为基底的。为了降低芯片的制造成本，许多研究人员开始探索以更廉价的pcb板作为基底的芯片。

以ito为基底的微流控芯片驱动板是达到纳米级别，即电极块与基板的高度差为200-400nm、电极块的间隙可达25.4μm、电极块平整度＜10nm。但目前国内绝大多数的pcb厂家制造工艺达到微米级别，即焊盘(相对于ito中的电极块)与基板的高度差为18-38μm，焊盘间的间隙为152.4μm-101.6μm、焊盘块平整度为1-2μm。由此可明显看出在pcb板的制造工艺与ito玻璃的制造工艺相差甚远，若想要继续以pcb板作为基底的芯片达到与ito基底芯片的同样性能参数，除了改变外部施加电压的大小、介电质层材料以外，还可通过优化pcb板表面的物理性质来提升芯片的性能参数。

目前许多研究人员对于优化pcb板平整度的方法有：

1、直接跳过优化pcb板的表面，在上面沉积或贴上一层介电质层；

该方法的缺点是：相对于纳米级别的ito玻璃，pcb板表面焊盘与基板高度差达到30μm是极其不平整的，想要不做优化处理直接贴上一层介电质层，带来的直接影响是提高驱动电压高达300v以上，这意味着：a、操作人员高压操作，对操作素养有十分高的要求，不适应未来微流控芯片的推广；b、需要设计升压模块完成高电压输出，这不仅提高了设计成本，还增大了整个设备的体积，不便于携带；

2、疏水材料的涂抹方式为旋涂操作；

该方法的缺点是：由于ito玻璃表面近似乎平整，因此采用旋涂的方式能够将疏水材料均匀的分布在玻璃上，但是pcb板的表面粗糙度高，旋涂方式并不能将疏水材料均匀分布且不可控。

因此，寻找一种能够降低pcb板表面粗糙度的方法，以获得表面平整度高的pcb板，对日后科研人员研究pcb板各项参数对芯片性能的影响和发展便携式微流控芯片设备有一定意义。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种微流控芯片驱动板及其制备方法和微流控芯片，该微流控芯片驱动板的表面平整度高。

本发明所采用的技术方案是：一种微流控芯片驱动板，包括基础pcb板，所述基础pcb板包括基板和设于所述基板上的焊盘，所述焊盘之间具有间隙，所述焊盘之间的间隙设有填充件，所述填充件的表面与所述焊盘的表面平齐，所述填充件和所述焊盘上设有绝缘疏水层。

填充件为绝缘填充件，优选地，所述填充件的材料为绝缘聚合物材料。

进一步优选地，所述绝缘聚合物材料包括铁氟龙氟聚合物(af)、液态感光阻焊油墨、聚四氟乙烯(ptfe)和聚酰胺(polyimide)中的至少一种。其中，af是一种极难去除疏水材料，绝缘聚合物材料优选af，具体可为af1600、af2400等。

优选地，所述绝缘疏水层的材料包括af和cytop中的至少一种。cytop对应的材料名称为perfluoro(1-butenylvinylether)polymer，其是一种非结晶高透明的含氟聚合物。

本发明还提供了一种上述微流控芯片驱动板的制备方法，包括以下步骤：

s1、取或制备基础pcb板，所述基础pcb板包括基板和设于所述基板上的焊盘，所述焊盘之间具有间隙；

s2、在所述基础pcb板上设有焊盘的一面设置绝缘聚合物涂层，且所述焊盘之间间隙中绝缘聚合物涂层的表面与所述焊盘的表面平齐；

s3、去除经步骤s2处理后的基础pcb板上焊盘上方的绝缘聚合物涂层；

s4、在经步骤s3处理后的基础pcb板上设置绝缘疏水层。

优选地，在步骤s2中，采用丝网印刷技术，在所述基础pcb板上设有焊盘的一面印刷绝缘聚合物溶液，而后蒸发掉所述绝缘聚合物溶液中的溶剂，形成绝缘聚合物涂层；单次或多次重复进行以上操作，直至所述焊盘之间间隙中绝缘聚合物涂层的表面与所述焊盘的表面平齐。

由于基础pcb板的表面粗糙，不适宜传统的旋涂方式，为了能够将绝缘聚合物涂层均匀且可控地分布设置在基础pcb板上，采用丝网印刷的方式，将绝缘聚合物溶液放置预先设计好的模具上，模具放置在基础pcb板的上方，该模具上有细丝所编织成的网膜，其中一部分可漏，大小与基础pcb板形状相配。设计好网膜的张力和目数，利用刮刷扫过绝缘聚合物溶液，进而制备所需厚度且均匀附着在基础pcb板上的绝缘聚合物涂层。相比于旋涂技术，采用丝网印刷技术更适合将af等绝缘聚合物材料均匀涂在粗糙度较大的基础pcb板上，更节省材料成本。

优选地，所述绝缘聚合物溶液中的溶剂为挥发性溶剂，具体可选用fc-43、fc-40、fc-77、fc-3282等。

优选地，在步骤s2之前还包括：采用激光打磨技术对所述基础pcb板上的焊盘进行打磨，降低所述焊盘的高度。该高度具体为焊盘顶面至基板面的垂直距离。

由于芯片的电极块分布十分密集，采用现常用的打磨抛光技术通常无法精准地对单个或一部分的焊盘进行单独处理，操作性低。对此，可采用激光打磨技术，以激光打标机为代表的激光设备，利用激光束的热能对焊盘金属进行灼烧达到打磨效果，并在软件端使用软件调节激光的功率及打磨时间便能够得出不同高度的焊盘，通过调整激光束打磨的区域形状及大小，再利用光学校准便能够很好地对单个焊盘进行打磨，这样的精准参数调整，能够精准地控制打磨焊盘的高度，提高可操作性。

通过激光打磨焊盘以降低焊盘高度，可降低焊盘之间间隙中绝缘聚合物涂层的设置厚度，对于采用丝网打印技术多次重复“印刷-蒸发成膜”的方式设置绝缘聚合物涂层的情况，可减少重复次数，节约时间成本。另外，由于焊盘过薄可能带来电压输出不稳定的情况，故焊盘打磨不能过薄，通常将焊盘打磨至高度在1μm左右即可，如可控制在0.5-2μm。

优选地，在步骤s3中，在所述基础pcb板上设有绝缘聚合物涂层的一面，采用掩膜板遮挡所述基础pcb板上除焊盘对应区域以外的区域，利用反应离子刻蚀技术将所述焊盘上方的绝缘聚合物涂层刻蚀去除。使用反应离子刻蚀技术，能够最大程度地刻蚀掉焊盘上不需要的af等绝缘聚合物涂层，使处理后的基础pcb板表面平整度达到亚纳米级别。

优选地，在步骤s4中，采用丝网印刷技术在经步骤s3处理后的基础pcb板上设置绝缘疏水层。

以上微流控芯片驱动板表面平整可应用于制备微流控芯片，故本发明还提供一种微流控芯片，该微流控芯片包括以上任一种微流控芯片驱动板。

本发明的有益技术效果是：本发明提供一种微流控芯片驱动板及其制备方法和微流控芯片，通过在基础pcb板上焊盘之间的间隙设置填充件，且填充件的表面与焊盘的表面平齐，从而可提高基础pcb板的表面平整度，应用于微流控芯片驱动板，能降低绝缘疏水层被击穿导致液滴被电解的频率。具体地，对于基础pcb板上焊盘之间的间隙不设有填充件的情况，由于焊盘间存在间隙，采用常规方法在其上旋涂设置疏水材料制备疏水层时，在焊盘的垂直侧壁上的疏水层平均厚度必定不如水平方向的，甚至有一些侧壁没有形成疏水层，进而会导致焊盘跟液滴直接接触，进而出现液滴被电解现象，以至于驱动失败。本发明通过在焊盘之间的间隙设有填充件，提高基础pcb板的表面平整度，应用于微流控芯片驱动板，能够降低驱动电压，大大提高驱动成功率，微流控芯片驱动板驱动效果好，可省去采用高压模块带来的成本，降低操作难度。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。

图1是本发明实施例1中微流控芯片驱动板制备流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种微流控芯片驱动板，如图1所示，其制备方法包括以下步骤：

s1、取基础pcb板，该基础pcb板包括基板和设于基板上的焊盘，焊盘之间具有间隙。

s2、如图1中(a)所示，使用激光打磨技术采用激光发射器2对基础pcb板1上的焊盘进行打磨，降低焊盘的高度至1μm左右，打磨后焊盘的高度通过台阶仪检测。经打磨后所得基础pcb板如图1中(b)所示，包括基板11，设于基板11上且经打磨后的焊盘12，焊盘12之间具有间隙13。

s3、如图1中(c)所示，使用丝网印刷技术将af1600溶液(溶剂为fc-43)印刷在经步骤s2处理后的基础pcb板上设有焊盘12的一面，而后放在85℃热板上加热5min左右，使af1600溶液中的溶剂蒸发，形成af涂层14；使用丝网印刷技术继续在af涂层14上印刷af1600溶液，并加热蒸发掉af1600溶液中的溶剂；重复以上操作垒高af涂层14，直至焊盘之间间隙中af涂层14的表面与焊盘12的表面平齐，即af涂层14的厚度等于焊盘12的高度。

s4、如图1中(d)所示，在基础pcb板上设有af涂层14的一面，采用掩膜板遮挡基础pcb板上除焊盘对应区域以外的区域，利用反应离子刻蚀技术将焊盘12上方的af涂层14刻蚀去除。

s5、如图1中(e)所示，采用丝网印刷技术在经步骤s4处理后的基础pcb板上设置绝缘疏水层15，绝缘疏水层的材料为af1600，制得微流控芯片驱动板，该微流控芯片驱动板包括基础pcb板,基础pcb板包括基板11，基板11上设有焊盘12，焊盘12之间具有间隙，焊盘12之间的间隙填充有af涂层14，且af涂层14的表面与焊盘12的表面平齐，af涂层14和焊盘12上表面设有绝缘疏水层15。

实施例2

一种微流控芯片驱动板，其制备方法包括以下步骤：

s1、制备基础pcb板，该基础pcb板包括基板和设于基板上的焊盘，焊盘之间具有间隙。

s2、使用丝网印刷技术将af2400溶液(溶剂为fc-40)印刷在基础pcb基板上设有焊盘的一面，而后放在90℃热板上加热5min左右，使af2400溶液中的溶剂蒸发，形成af涂层；使用丝网印刷技术继续在af涂层上印刷af2400溶液，并加热蒸发掉af2400溶液中的溶剂；重复以上操作垒高af涂层，直至焊盘之间间隙中af涂层的表面与焊盘表面平齐，即af涂层的厚度等于焊盘的高度。

s3、在基础pcb板上设有af涂层的一面，采用掩膜板遮挡基础pcb板上除焊盘对应区域以外的区域，利用反应离子刻蚀技术将焊盘上方的af涂层刻蚀去除。

s4、采用丝网印刷技术在经步骤s4处理后的基础pcb板上设置绝缘疏水层，绝缘疏水层的材料为cytop，制得微流控芯片驱动板。

实施例3

一种微流控芯片驱动板，其制备方法包括以下步骤：

s1、取基础pcb板，该基础pcb板包括基板和设于基板上的焊盘，焊盘之间具有间隙。

s2、使用激光打磨技术对基础pcb板上的焊盘进行打磨，降低焊盘的高度至1μm左右，打磨后焊盘的高度可通过台阶仪进行检测；

s3、使用丝网印刷技术将聚酰胺溶液(溶剂为fc-77)印刷在经步骤s2处理后的基础pcb基板上设有焊盘的一面，而后放在80℃热板上加热5min左右，使聚酰胺溶液中的溶剂蒸发，形成绝缘聚合物涂层；使用丝网印刷技术继续在绝缘聚合物涂层上印刷聚酰胺溶液，并加热蒸发掉聚酰胺溶液中的溶剂；重复以上操作垒高绝缘聚合物涂层，直至焊盘之间间隙中绝缘聚合物涂层的表面与焊盘表面平齐，即绝缘聚合物涂层的厚度等于焊盘的高度。

s4、在基础pcb板上设有绝缘聚合物涂层的一面，采用掩膜板遮挡基础pcb板上除焊盘对应区域以外的区域，利用反应离子刻蚀技术将焊盘上方的绝缘聚合物涂层刻蚀去除。

s5、采用旋涂技术在经步骤s4处理后的基础pcb板上设置绝缘疏水层，绝缘疏水层的材料为af1600，制得微流控芯片驱动板。

以上实施例1-3通过采用丝网印刷技术在基础pcb板上焊盘之间的间隙填充绝缘聚合物涂层，使绝缘聚合物涂层的表面平齐于焊盘表面，从而使pcb板体表面平坦，在其上通过涂覆疏水材料时，疏水材料分布均匀，形成平整的疏水层，可避免pcb表面不平整导致驱动效果不理想的问题，所得的微流控芯片驱动板表面平整度高，可应用于制备微流控芯片，驱动效果良好，可保证在驱动电压为100v内成功驱动液滴，从而可省去采用高压模块带来的成本，降低操作难度。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。