专利名称：一种基于pmma及其它聚合物材质的微流控芯片的键合装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微流控芯片的键合装置，具体涉及一种基于PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯，俗称有机玻璃)及其它有机聚合物材质的微流控芯片的电磁波键合装置。
背景技术：
微流控芯片是指通过微加工技术及其它加工方法将一个生物或化学实验室微缩到一块只有几平方厘米大的薄片上。在一块芯片上构建的化学或生物实验室可以将化学和生物领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测，细胞培养、分选、裂解等基本操作单元进行集成。最终，上述的操作单元可以集成到一块很小的芯片上，由微通道形成网络，用可控流体贯穿整个系统，用以实现常规化学或生物实验室的各种功能。该技术具有检测所需样品量少、检测时间短、制作成本低等优点，并能够对特定离子、化合物、DNA片段等做出有效检测。该技术可以被广泛地应用于环保、军事、医药、生化等领域。近年来，随着微加工技术、MEMS技术以及电子技术的日益成熟，微流控芯片开始向集成化、微型化方向发展。目前聚合物材质的微流控芯片在国内外比较典型键合方式主要有热压法、超声波键合法等。热压法的精密热压设备成本较高，预热和键合的时间都比较长，并且在键合过程中需要施加一定的压力，容易造成微沟道横截面形状的改变。在进行热压键合之后，微流控芯片上的有机物会附着在热压机加热块或者垫片上，不易清洗。超声波键合法在使用的时候需要在芯片上制作导能筋，这增加了芯片制作的工序和复杂度。当超声波发生器本身的功率不足以融化导能筋的时候，还需要对芯片进行升温预热。同时，和热压法一样，超声键合法通常也需要在微流控芯片的上下表面施加一定的压力，如果控制不当，同样会增加沟道型变量。此外，其它的键合方法也存在一些问题，如胶粘法，在粘合过程中容易堵塞微沟道，并且胶的固化时间也比较长。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PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片的键合装置，它可以在降低芯片键合设备成本、缩短芯片键合时间与工艺流程、保证芯片键合强度的基础上推进微流控芯片的普及。本发明的目的是通过如下技术方案实现的
本发明的基于PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片的键合装置由电磁波发生装置(磁控管)、功率控制器、定时器、K型测温热电偶(即温度传感器)与温度显示器(用于显示K型热电偶所采集的温度)、防电磁波泄漏的隔热密闭容器、加热基板组成，隔热密闭容器内部设置有电磁波发生装置和加热基板，加热基板位于隔热密闭容器底部的载物台上，加热基板与位于隔热密闭容器外部的K型测温热电偶与温度显示器连接，电磁波发生装置为容器内置的磁控管微波发生装置，磁控管与位于隔热密闭容器外部的功率控制器和定时器相连接。本发明的聚合物微流控芯片键合装置采用电磁波辐射贴在微流控芯片上下表面的两个加热基板，加热基板受到电磁波辐射迅速产生大量热，热量从加热基板上传导到微流控芯片上下两个基片的键合界面处，使其在熔融状态下键合在一起。整个键合过程在密闭容器中完成。键合装置使用了功率控制装置和定时器，以便于调节工艺参数，保证键合时所需的温度和键合强度。芯片的选材为有机玻璃以及其它有机聚合物，加热基板的面积< 200X200mm2，在隔离电磁波与热的密闭容器中采用功率可以调节并且具有定时功能的电磁波发生器对基板进行加热，功率调节范围为0-2500W，时间设定范围为0-3600S。其中，基板掺入吸波材料的质量能够以O. Img为单位精确控制，基板与芯片上下两个表面紧贴将释放的热量传递到热键合的界面处。加热基板中掺入的可以吸收微波释放热量的材料的含量是可以准确控制的，在电 磁波照射下的升温速率可以得到有效调节，从而保证微沟道在键合时的形变量比较小。K型测温热电偶与温度显示器可以检测及显示在键合过程中温度的异常波动。根据所示温度修正工艺条件，从而保证键合的效果。键合工艺的重复性和实际键合效果均较好。相比国内外其它键合装置，这种新型的微流控芯片微沟道键合装置工艺成本低，效率高，操作便捷，易于在微流控芯片的键合领域推广应用。本发明采用电磁波加热的方式，在键合的时候不需要施加外部压力，其具有如下优点
1、利用新工艺方法，将吸波材料受微波射生热原理用于键合；
2、缩短了PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片的热键合工艺流程，使得聚合物微流控芯片的热键合工艺得到简化，时间缩短；
3、将微波功率调整与时间设定相结合，键合强度稳定可控，保证了PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片的热键和强度；
4、加热基片中吸波材料的掺杂量准确可控，PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片热键合后的微沟道形变量小；
5、键合方法简单易行，键合设备成本低，便于推广普及；
6、装置的造价相对降低；
7、可以用于大尺寸的微流控芯片的键合。
图I为本发明电磁波键合装置的结构示意图。图2为用于烧结加热基板的管式炉示意图。图3为本发明加热基板模具示意图。图4为掺杂吸波材料烧结后的基板样品与模具实物图。
具体实施方式
下面结合附图详细阐述本发明的技术方案，但并不限定本发明的保护范围。首先，根据所键合的芯片尺寸，用耐高温材料制作一个加热基板模具。然后，将低温玻璃浆料与吸波放热材料均匀混合后，置入模具(图3)中，在200-700°C的条件下烧结3-15min，烧结设备如图2所示。待冷却后脱模取出即制成加热基板。所述吸波材料可以是碳纳米管等吸波材料，掺入的吸波材料的量可以精确控制到O. lmg，微沟道在键合后的形变量小于2%，键合强度大于lN/cm2。加热基板烧结制作完毕，如图4所示。如图I所示，本发明的电磁波键合装置由电磁波发生装置2、功率控制器3、定时器4、K型测温热电偶与温度显示器5、防电磁波泄漏的隔热密闭容器I、加热基板6组成。所述防电磁波泄漏的隔热密闭容器I是利用微波屏蔽材料和隔热材料制作而成的微波加热装置的外壳，该密闭容器能够有效隔绝电磁辐射，防止对操作者的伤害；同时，容器在密闭状态下能够一定程度上防止热量的散失。隔热密闭容器I内部设置有电磁波发生装置2和加热基板6，温度传感器(即K型热电偶)与加热基片6相连接，温度显示可以精确到O. I度，能够实时显示温度的波动，当温度出现异常波动时，可以对键合过程实施人为的干预或·者终止。隔热密闭容器I底部内置梯形的载物台8，载物台8用以承载加热基板6和被加热的微流控芯片7。其中，微波可以通过的耐高温载物台8。电磁波发生装置2为内置磁控管的微波发生装置(图1)，位于容器的右上方，磁控管与位于隔热密闭容器外部的功率控制器3和定时器4相连接，以便于控制微波辐射的强度和时间。该装置所使用的一切部件均为现有技术。该装置利用埋于吸波加热基板6的K型热电偶进行测温，得到的电信号通过温度显示器显示，由此得到微波键合的工艺温度。实际使用过程中可以通过显示的键合升温速率对微波辐射时间、辐射功率进行调整以达到工艺的优化。将加热基板6与微流控芯片7贴紧，水平放置在隔热密闭容器I中，将电磁波发生装置2的功率调节到所需的数值，并设定适当的键合时间，启动键合装置。掺入吸波材料的加热基板6在微波的辐射下迅速释放出大量的热量，热量传导到微流控芯片7的两个基片的界面处，界面处在短时间内处于熔融状态完成键合。在键合过程中不施加外部压力，同时注意利用温度传感器检测温度的波动。当到达设定的键合时间后，电磁波发生装置2停止工作。打开隔热密闭容器1，待微流控芯片7和加热基板6自然冷却后从容器内取出。此时，微流控芯片的键合完成。
权利要求
1.一种基于PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片的键合装置，其特征在于所述键合装置由电磁波发生装置(2)、功率控制器(3)、定时器(4)、K型测温热电偶与温度显示器(5)、防电磁波泄漏的隔热密闭容器(I)、加热基板(6)组成，隔热密闭容器(I)内部设置有电磁波发生装置(2)和加热基板，加热基板(6)位于隔热密闭容器(I)底部的载物台(8)上，加热基板(6)与位于隔热密闭容器(I)外部的K型测温热电偶与温度显示器(5)连接，电磁波发生装置(2)与位于隔热密闭容器(I)外部的功率控制器(3)和定时器(4)相连接。
2.根据权利要求I所述的一种基于PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片的键合装置，其特征在于所述电磁波发生装置(2)位于隔热密闭容器(I)内的右上方。
3.根据权利要求I所述的一种基于PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片的键合装置，其特征在于所述电磁波发生装置(2)为容器内置的磁控管微波发生装置，磁控管与位于隔热密闭容器(I)外部的功率控制器(3)和定时器(4)相连接。
4.根据权利要求I或3所述的一种基于PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片的键合装置，其特征在于所述电磁波发生装置(2)的功率调节范围为0-2500W，时间设定范围为0-3600S。
5.根据权利要求I所述的一种基于PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片的键合装置，其特征在于所述隔热密闭容器(I)为利用微波屏蔽材料和隔热材料制作而成的微波加热装置。
6.根据权利要求I所述的一种基于PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片的键合装置，其特征在于所述加热基板(6)中掺入有吸波材料。
7.根据权利要求I或6所述的一种基于PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片的键合装置，其特征在于所述加热基板(6)的面积< 200X200mm2。
全文摘要
一种基于PMMA及其它聚合物材质的微流控芯片的键合装置，涉及一种微流控芯片的键合装置，由电磁波发生装置、功率控制器、定时器、K型测温热电偶与温度显示器、防电磁波泄漏的隔热密闭容器、加热基板组成，隔热密闭容器内部设置有电磁波发生装置和加热基板，加热基板位于隔热密闭容器底部的载物台上，加热基板与位于隔热密闭容器外部的K型测温热电偶与温度显示器连接，电磁波发生装置为容器内置的磁控管微波发生装置，磁控管与位于隔热密闭容器外部的功率控制器和定时器通过导线相连接。本发明的微流控芯片微沟道键合装置工艺成本低，效率高，操作便捷，易于在微流控芯片的键合领域推广应用。
文档编号B01L3/00GK102886281SQ201210395918
公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者田丽, 刘晓为, 韩小为, 王蔚, 张贺 申请人:哈尔滨工业大学