一种新型数字微流控芯片及其制备方法

1.本发明涉及数字微流控与mems技术的交叉领域，特别是涉及一种新型数字微流控芯片及其制备方法。


背景技术：

2.数字微流控技术(dmf)，又称为微液滴技术，可以在一张芯片上对多个微液滴进行并行控制，以此实现平时在专业实验室内才能完成的工作。与在专业实验室中进行操作的传统方法相比，数字微流控技术在保证实验准确可靠的前提下，具有便携、易于操作、使用门槛低等不可被替代的优势。它能够极大地提高检测效率，降低各方面成本。因此，从数字微流控技术问世以来就得到了人们的广泛关注。
3.微流控芯片是实现dmf的核心元件，其类型多种多样。如使用光刻工艺在玻璃基板上制备金属电极，再使用蒸镀、旋涂加热的方式在上面覆盖一层介电层，最后通过旋涂加热的工艺覆盖一层疏水层。此外，也可以在玻璃基板和金属电极基础上，使用覆膜工艺得到可重复利用的数字微流控芯片，每次只需要更换介电层薄膜和疏水层。除玻璃基板外，还可以利用印制电路板(pcb)工艺得到芯片基底，再对基底进行覆膜得到所需的数字微流控芯片。
4.相比于前两种方法，pcb工艺简单，且可大规模批量生产，能极大地降低成产成本。
5.但现有基于pcb工艺的数字微流控芯片需要进行覆膜，这不得不面临覆膜所带来的问题。首先，pcb覆膜过程非常繁琐，且对覆膜环境以及所用薄膜的洁净程度要求较高，通常需要在洁净间内使用异丙醇等物质对薄膜进行清洗，再进行覆膜。其次，由于介电层薄膜过薄(一般要求在10微米以下)，因此在覆膜过程中难以避免静电带来的问题，薄膜很容易吸附在一起，形成褶皱，影响液滴移动。覆膜完成后，多余的薄膜材料又会与静电结合，影响芯片制备环境的洁净度。并且，基于现有的覆膜方法，不论是抽真空还是使用油覆膜，都会使薄膜紧密地贴合在芯片表面，对于pcb芯片而言，电极之间的间隙以及电极中心的过孔都会严重阻碍液滴在芯片上的移动。
6.综上所述，探索一种不需要覆膜工艺的pcb数字微流控芯片则成为了本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

7.为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种新型数字微流控芯片及其制备方法。
8.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
9.一种新型数字微流控芯片的制备方法，包括：
10.采用填充材料填充pcb基板中的过孔；
11.压合过孔中填充有填充材料的pcb基板，使填充后的过孔表面与所述pcb基板的表面齐平；
12.在压合后的所述pcb基板上覆铜并刻蚀电极和线路，然后，依次制备阻焊层和第二
疏水层，得到下极板；
13.在玻璃基板上依次制备导电层和第一疏水层得到上极板；
14.采用导电胶带粘合所述下极板和所述上极板，得到数字微流控芯片。
15.优选地，采用树脂或铝片作为填充材料填充pcb基板中的过孔。
16.优选地，采用多层pcb技术，制备得到第一过孔和第二过孔；
17.采用阻焊层的制备材料作为填充材料填充所述第一过孔；
18.所述第一过孔和所述第二过孔通过隐层导线连接。
19.优选地，采用多层pcb技术，制备得到第一过孔和第二过孔；
20.采用树脂或铝片作为填充材料填充所述第一过孔；
21.所述第一过孔和所述第二过孔通过隐层导线连接。
22.优选地，所述导电层的制备材料为氧化铟锡。
23.一种新型数字微流控芯片，采用上述提供的新型数字微流控芯片的制备方法制备得到；所述新型数字微流控芯片包括：上极板和下极板；所述上极板和所述下极板采用导电胶带连接；
24.所述下极板包括：pcb基板、驱动电极、阻焊层、第二疏水层和接地电极；所述pcb基板上设置有过孔结构；所述过孔结构中的第一过孔采用填充材料填充；所述驱动电极设置在所述第一过孔上；所述阻焊层覆盖在所述驱动电极上；所述接地电极设置在所述阻焊层的两侧；所述第二疏水层覆盖在所述阻焊层上；
25.所述上极板包括：玻璃基板、导电层和第一疏水层；所述导电层附着在所述玻璃基板上；所述第一疏水层覆盖在所述导电层上；采用导电胶带粘合所述第一疏水层与所述第二疏水层。
26.优选地，所述pcb基板为多层结构时，所述过孔结构还包括：第二过孔；所述第一过孔和所述第二过孔采用隐层导线连接。
27.优选地，所述第一过孔采用填充材料填充。
28.优选地，当所述pcb板为单层结构时，所述第一过孔的填充材料为树脂或铝片。
29.优选地，当所述pcb板为多层结构时，所述第一过孔的填充材料为阻焊层材料、树脂或铝片。
30.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
31.本发明提供的新型数字微流控芯片及其制备方法，以简化dmf芯片制作难度和降低芯片制作成本为目的，使用pcb加工工艺中的阻焊层来作为数字微流控芯片的介电层，后续只需要制备疏水层，省去了给pcb基板覆膜的工艺，从而达到避免上述pcb芯片覆膜问题的目的。并且，将pcb板上的过孔进行填充，能够形成驱动液滴移动的介电泳力或介电润湿力，以消除液滴在芯片上移动的阻力。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明实施例一提供的新型数字微流控芯片的结构示意图；
34.图2为本发明实施例二提供的新型数字微流控芯片的结构示意图；
35.图3为本发明实施例三提供的新型数字微流控芯片的结构示意图；
36.符号说明：
37.1-玻璃基板，2-氧化铟锡层，3-第一疏水层，4-导电胶带，5-第二疏水层，6-阻焊层，7-接地电极，8-第一过孔，9-驱动电极，10-pcb基板，11-第二过孔，12-隐层导线。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.以简化dmf芯片制作难度和降低芯片制作成本为目的，本发明提出一种新型数字微流控芯片及其制备方法。由于pcb加工工艺中的阻焊层材料是一种介电材料，因此，本发明提出使用pcb加工工艺中的阻焊层来作为数字微流控芯片的介电层，后续只需要制备疏水层，省去了给pcb基板覆膜的工艺，从而达到避免上述pcb芯片覆膜问题的目的。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.由于pcb基板存在过孔，如果不加处理，直接进行阻焊层盖油，则会导致电极或其导线在涂盖阻焊层时不能完全被覆盖。若使用此方法制作的数字微流控芯片，当微液滴移动到驱动电极上时，会在未被阻焊层覆盖的部位形成导通，不能形成进一步驱动液滴移动的介电泳力或介电润湿力，导致芯片失效。因此，需要将电极中心的过孔完全填充。
42.基于此，本发明提出了不同制备该新型数字微流控芯片的方法，具体如下：
43.实施例一
44.使用填充材料(如树脂、铝片)将过孔填满至填充材料与pcb基板10上表面平齐，完成过孔填充之后，再对pcb基底进行阻焊层6盖油。
45.具体工艺为：对过孔进行沉铜及电镀铜工艺后，使用填充材料将pcb板的过孔塞住，然后再进行压合，使得pcb芯片表面平整，再进行表面覆铜。通过刻蚀得到电极和线路。最后在表面覆盖阻焊层6材料进行光固化，得到使用树脂塞孔的pcb芯片下极板基板。后续使用旋涂加热的方法得到第二疏水层5，得到pcb芯片下极板。芯片上极板工艺与玻璃基上极板工艺相同，使用旋涂加热的方法在导电玻璃(由玻璃基板1和氧化铟锡层2构成)表面附着第一疏水层3，最后使用导电胶带4将芯片的上下极板相连，得到基于pcb基板10的新型数字微流控芯片，其结构如图1所示。
46.第一疏水层3和第二疏水层5均具有导电功能。导电胶带4用于连接上下极板；阻焊层6使用光固化形成，作为数字微流控芯片的介电层；接地电极7暴露在阻焊层6外部，使用蚀刻得到，在阻焊层6光固化时通过掩膜遮盖，防止被阻焊层6覆盖；第一过孔8可以连通两端的电路，其内部填满填充材料，以防止阻焊层6材料通过过孔下漏；驱动电极9使用蚀刻得到，每个电极通过第一过孔8与pcb基板10底层的导线相连，理论上第一过孔8的中心与驱动电极9的中心位于同一垂线上；接地电极7、阻焊层6、驱动电极9和pcb基板10形成了使用pcb
加工工艺得到的没有疏水层的芯片下极板，后续通过添加第二疏水层5即可以与上极板配合组成上述如图1所示的新型数字微流控芯片。
47.在该实施例中，pcb基板10加工流程为：开料
→
钻孔
→
沉铜
→
电镀铜
→
填充材料塞孔
→
打磨
→
外层图形
→
图形电镀
→
蚀刻
→
阻焊
→
表面处理
→
成型
→
电测。为了提高芯片性能，可以选择使用沉金、电镀金的工艺取代沉铜、电镀铜工艺。
48.实施例二
49.在该实施例中，采用多层pcb技术进行制备。
50.首先使用阻焊层6作为填充材料填充第一过孔8至与pcb基板10上表面平齐，其次，制作驱动电极9后，再对pcb基底进行阻焊层6盖油，即上层pcb基板10过孔(第一过孔8)内也充满阻焊层6材料。
51.在进行阻焊层6覆盖之前，使用光固化的方法将阻焊层6材料填满与芯片上表面相通的过孔(第一过孔8)。在表面覆盖阻焊层6材料进行光固化，得到使用树脂塞孔(第二过孔11)的pcb芯片下极板基底。后续使用旋涂加热的方法得到第二疏水层5，得到pcb芯片的下极板。芯片上极板工艺与现有技术玻璃基上极板的制备工艺相同，使用旋涂加热的方法在导电玻璃表面附着第二疏水层5，最后使用导电胶带4将芯片的上下极板相连，得到如图2所示的新型数字微流控芯片结构。
52.在该实施例中，第一过孔8和第二过孔11位于同一pcb基板10上的不同层，用于连接两端的电路；隐层导线12用于连接第一过孔8和第二过孔11。第一过孔8内部使用阻焊层6材料进行填充；驱动电极9通过第一过孔8与pcb板底层的导线相连，理论上第一过孔8的中心与驱动电极9的中心位于同一垂线上。
53.在该实施例中，pcb下极板的加工流程为：开料
→
埋孔内层图形
→
自动光学检测(aoi)
→
压合
→
沉铜
→
电镀铜
→
内层图形
→
aoi
→
压合
→
钻通孔
→
沉铜
→
电镀铜
→
外层图形
→
图形电镀
→
蚀刻
→
阻焊填平
→
阻焊
→
表面处理
→
成型
→
电测。为了提高芯片性能，可以选择使用沉金、电镀金的工艺取代沉铜、电镀铜工艺。
54.实施例三
55.使用树脂、铝片等填充材料将与pcb基板10上表面相通的过孔塞住，然后进行压合，在表面进行覆铜，得到平整的表面。再进行表面覆铜。通过刻蚀得到电极和线路。最后在表面覆盖阻焊层6材料进行光固化，得到使用树脂塞孔的pcb芯片下极板基底。后续使用旋涂加热的方法得到疏水层，得到下极板。上极板工艺与现有玻璃基上极板工艺相同，使用旋涂加热的方法在导电玻璃表面附着第一疏水层3，最后使用导电胶带4将芯片的上下极板相连，得到如图3所示的新型数字微流控芯片。
56.该实施例中的新型数字微流控芯片的结构与上述实施例二中提供的新型数字微流控芯片的结构相同，二者区别仅在于，填充第一过孔8的材料不同。
57.在该实施例中，pcb下极板的加工流程为：开料
→
埋孔内层图形
→
aoi
→
压合
→
沉铜
→
电镀铜
→
内层图形
→
aoi
→
压合
→
钻通孔
→
沉铜
→
电镀铜
→
填充材料塞孔
→
打磨
→
外层图形
→
图形电镀
→
蚀刻
→
阻焊
→
表面处理
→
成型
→
电测。为了提高芯片性能，可以选择使用沉金、电镀金的工艺取代沉铜、电镀铜工艺。
58.上述三个实施例中所给出的新型数字微流控芯片中相同结构部分相互参见即可，在此不再进行赘述。
59.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
60.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。