电磁屏蔽系统的制作方法、电磁屏蔽系统及芯片检测设备与流程

本发明涉及微流控设备技术领域，尤其涉及一种电磁屏蔽系统的制作方法、电磁屏蔽系统及芯片检测设备。

背景技术：

微流控芯片实验室可实现常规生物与化学实验室的各种功能操作，对于一套完整的微流控芯片来说，除了芯片用于流体控制的结构之外，用于信号检测及采集的结构也是不可或缺的。

由于在微流控芯片中，各种化学、生物学反应都发生在微米尺寸的流体通道内，所以相对于常规检测，微流控芯片实验室中待测溶液的体积极小，对检测的要求更为苛刻，检测需要至少满足灵敏度高、响应速度快、结构体积小的要求。

根据检测方式的不同，微流控芯片检测一般可以分为以下三大种方式：光学检测、质谱检测及电学检测。光学检测的实施条件较严苛，不但对反应要求较高(需要含有荧光或者可通过衍生反应得到荧光信号官能团)，还对芯片材质和结构有特殊要求，另外还需要庞大的附加光学显微镜等辅助设备，不易实现集成化和微型化。质谱检测在生物大分子的研究中有着重要地位，但是现行仪器体积庞大，价格昂贵。

电学检测是一种微流控芯片中常用的检测技术，即使用电极作为传感器，将流道内的物理信息、化学信息转化为电学信号(电流、电容、电阻)输出。电学检测灵敏度高，选择性好，体积小，电极结构简单，便于测量结果进行数字化输出和实时采集，可实现微型化与集成化。

但是电学检测过程中，测量信号容易受到外界环境干扰，噪声过大，从而引起测量不准等问题，因而需要对检测电路进行界面干扰信号的电磁屏蔽处理。目前常规的电磁屏蔽材料是固态金属网，然而固态金属屏蔽网用在微流控芯片中，会使微流控芯片的结构尺寸增大，影响芯片本身的柔性及透明性，不利于集成化和微型化，且制作工艺繁琐。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种电磁屏蔽系统的制作方法、电磁屏蔽系统及芯片检测设备，用以解决现有技术中电学检测过程中因测量信号受到干扰而导致测量不准的缺陷，利于集成化和微型化，有效简化工艺流程。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电磁屏蔽系统，包括第一屏蔽层和第二屏蔽层，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层之间设有用于封装芯片的芯片层，所述第一屏蔽层和第二屏蔽层内分别设有屏蔽流道，两组所述屏蔽流道之间设有穿透所述芯片层的导通管路；所述屏蔽流道和导通管路内均充有液态金属流体。

在部分实施例中，所述屏蔽流道包括引入管、引出管、以及一组或多组屏蔽盘管，每组所述屏蔽盘管紧密的铺装在所述屏蔽层内，以使所有的所述屏蔽盘管能覆盖所述芯片层内的芯片；所述引入管连通在各组所述屏蔽盘管的一端，所述引出管连通在各组所述屏蔽盘管的另一端，所述引入管和引出管上分别设有用于液态金属流体进出的入口和出口。

在部分实施例中，各组所述屏蔽盘管在所述屏蔽层内成弓形或螺旋形或网状铺设。

在部分实施例中，所述第一屏蔽层内设有接地接口，所述第一屏蔽层的出口与所述第二屏蔽层的入口之间通过所述导通管路连通，所述第二屏蔽层的出口与所述接地接口之间通过导通管路连通，所述第一屏蔽层的入口和所述接地接口分别与接地端连接。

在部分实施例中，所述液态金属流体包括液态汞、单质金属镓、镓基合金和铋基合金中的至少一种或几种的组合。

在部分实施例中，所述液态金属流体内含有镓基合金时，所述镓基合金为镓铟合金、镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。

在部分实施例中，所述液态金属流体内含有铋基合金时，所述铋基合金为铋铟合金、铋铟锡合金或铋铟锡锌合金。

本发明提供了一种芯片检测设备，包括如上所述的电磁屏蔽系统。

本发明提供了一种电磁屏蔽系统的制作方法，是用于制造如上所述的电磁屏蔽系统，该方法包括以下步骤：

分别规划并制作第一屏蔽层和第二屏蔽层内的屏蔽流道；

将芯片封装在所述第一屏蔽层和第二屏蔽层之间的芯片层内；

制作连接在所述第一屏蔽层和第二屏蔽层之间的导通管路；

自所述第一屏蔽层向所述屏蔽流道内充入液态金属流体，以使所述液态金属流体依次充满所述第一屏蔽层的屏蔽流道、导通管路和所述第二屏蔽层的屏蔽流道。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明的电磁屏蔽系统包括第一屏蔽层和第二屏蔽层，第一屏蔽层和第二屏蔽层之间设有用于封装芯片的芯片层，第一屏蔽层和第二屏蔽层内分别设有屏蔽流道，两组屏蔽流道之间设有穿透芯片层的导通管路；屏蔽流道和导通管路内均充有液态金属流体。该电磁屏蔽系统能够将芯片的上下表面封装，并利用液态金属流体产生的电磁屏蔽效应对芯片实现全面屏蔽，能够解决现有技术中电学检测过程中因测量信号受到干扰而导致测量不准的问题；该系统的两层屏蔽层的屏蔽流道相互导通，可以利用液态金属流体一次注入成型，简化微流控芯片电磁屏蔽的制作工艺，加工简单；该系统能够封装厚度小于1mm的芯片，易于集成；芯片运行时，该系统不会对其造成任何影响，同时可以消除外界电磁干扰，以提升微流控芯片电学检测结果的可靠性。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述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。

图1为本发明实施例的电磁屏蔽系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的第一屏蔽层的俯视图；

图3为本发明实施例的第二屏蔽层的俯视图。

其中，1、第一入口；2、第一出口；3、第二出口；4、第二入口；5、第一屏蔽层；6、芯片层；7、第二屏蔽层；8、导线；9、接地端；10、第一盘管；11、第二盘管；12、导通管路；13、接地接口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供的电磁屏蔽系统能应用在微流控芯片实验室中，能够将芯片封装在系统内部，从而保证芯片在检测时不会受到外部电磁干扰，以提高芯片的可靠性和运行、检测效率。

具体的，如图1所示，该电磁屏蔽系统包括第一屏蔽层5和第二屏蔽层7。第一屏蔽层5和第二屏蔽层7之间设有用于封装芯片的芯片层6，芯片层6作为功能区域，可以用于封装芯片，以使芯片在芯片层6内能够正常运行。芯片在装入芯片层6内以后，第一屏蔽层5和第二屏蔽层7分别紧密的封装在芯片的上表面和下表面，以对芯片进行可靠屏蔽，能够解决现有技术中电学检测过程中因测量信号受到干扰而导致测量不准的问题。图1所示的系统结构中，为了便于显示第一屏蔽层5和第二屏蔽层7的结构，故而将第一屏蔽层5与第二屏蔽层7之间拉开分离，因此，图1所示的芯片层6仅为示例，而不能作为芯片层6与各屏蔽层的厚度关系的限定。

本实施例中，第一屏蔽层5和第二屏蔽层7内分别设有屏蔽流道，两组屏蔽流道之间设有穿透芯片层6的导通管路12，在屏蔽流道和导通管路12内均充有液态金属流体。导通管路12将两层屏蔽层5、7的屏蔽流道相互导通，可以利用液态金属流体一次注入成型，简化微流控芯片电磁屏蔽的制作工艺，加工简单。

在部分实施例中，每层屏蔽层5、7内的屏蔽流道均包括有引入管、引出管、以及一组或多组屏蔽盘管。每组屏蔽盘管都对应的紧密铺装在屏蔽层5或7内，以使各层所有的屏蔽盘管能完全覆盖芯片层6内的芯片，从而利用紧凑排列的屏蔽盘管将芯片与外部的电磁干扰之间完全屏蔽。优选各组屏蔽盘管在屏蔽层内成弓形或螺旋形或网状铺设，以便于在屏蔽层内构成屏蔽网，对芯片产生完全屏蔽作用，避免出现漏屏蔽现象。

在部分实施例中，引入管连通在各组屏蔽盘管的一端，引出管连通在各组屏蔽盘管的另一端，引入管和引出管上分别设有用于液态金属流体进出的入口和出口，从而在制造该系统时，能够引导液态金属流体顺次注入第一屏蔽层5和第二屏蔽层7，合理规划液态金属的流向，从而简化生产流程。

在部分实施例中，第一屏蔽层5与第二屏蔽层7都作接地处理。为了合理规划线路，便于芯片集成和优化加工流程，在第一屏蔽层5内设有接地接口13，第一屏蔽层5的出口与第二屏蔽层7的入口之间通过导通管路12连通，第二屏蔽层7的出口与接地接口13之间通过导通管路12连通，第一屏蔽层5的入口和接地接口13分别与接地端9连接。这样的线路结构将所有与外部连通的接口均设置在第一屏蔽层5上，防止线路规划对芯片的运行和系统的屏蔽作用造成不利影响。

具体的，如图2所示的第一屏蔽层5中，第一盘管10在第一屏蔽层5内沿弓形排列，其首尾两端分别通过引入管和引出管与第一入口1和第一出口2连通。如图3所示的第二屏蔽层7中，第二盘管11在第二屏蔽层7内沿弓形排列，其首尾两端分别通过引入管和引出管与第二出口3和第二入口4连通。

为了合理规划管路，减少导通管路12对芯片区内的芯片的不利影响，第一出口2和第二入口4的位置上下相对，且通过一条同时垂直于第一屏蔽区和第二屏蔽区的导通管路12连通；在第一屏蔽区内设置有接地接口13，接地接口13与第二屏蔽区的第二出口3的位置上下相对，且接地接口13与第二出口3之间也通过另一条同时垂直于第一屏蔽区和第二屏蔽区的导通管路12连通。第一出口2与接地接口13相邻，但互不接触，可将第一入口1与接地接口13分别通过导线8与接地端9连接。

为了将芯片层6内的芯片完全覆盖在屏蔽盘管内，第一盘管10和第二盘管11都采用弓回形(或如上述的弓形)结构紧密排布，并且第一盘管10和第二盘管11的覆盖范围相互对称，将芯片安装在芯片区内时，位于第一盘管10和第二盘管11的覆盖范围内，这样可以将芯片完全覆盖，以保证系统具有很好的屏蔽效果。

需要说明的是，本实施例的第一盘管10和第二盘管11都采用弓形结构排布，为了确保屏蔽盘管具有紧密型排布结构，以提高屏蔽盘管的屏蔽效果，还可以将屏蔽盘管的排布结构设置为其他密集型排布结构，例如蜿蜒的流道、网状的流道或者螺旋线流道布置方式等。

本实施例的各层屏蔽层5、7中，各条屏蔽流道内的液态金属流体的流向如图1的箭头所示，自第一屏蔽层5的第一入口1流入系统，一直流至第二屏蔽层7的第二出口3，第二屏蔽层7的第二出口3可为封闭端，保证液态金属填满屏蔽流道的内部。

需要说明的是，接地接口13既可以设置在第一屏蔽层5内，也可以设置在第二屏蔽层7内，以便于在系统工作时，所有对外接地的端口都设置在同一屏蔽区5或7内，便于生产加工和插接使用方便。需要说明的是，第一屏蔽层5与第二屏蔽层7之间的连通结构不限于上述的单通道的导通管路12连通结构，也可以是多通道网状连通结构，即在第一屏蔽层5与第二屏蔽层7之间利用多条导通管路12交错连通，从而形成导通管网。只要该导通官网在穿透芯片区时不会对芯片区内的芯片造成不利影响即可。

本实施例中，填充在屏蔽流道内的工作介质为低熔点金属介质，即如上所述的液态金属流体。该液态金属流体包括液态汞、单质金属镓(呈液态)、镓基合金和铋基合金中的至少一种或几种的组合。其中，液态金属流体内含有镓基合金时，镓基合金为镓铟合金、镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。液态金属流体内含有铋基合金时，铋基合金为铋铟合金、铋铟锡合金或铋铟锡锌合金。

需要说明的是，液态金属流体材质不限于上述已列出的材质或材质组合外，还可以是低熔点的一切金属及其合金化合物。

为了提高电磁屏蔽系统的柔性，第一屏蔽层5和第二屏蔽层7中载有屏蔽流道的基底材质为柔性的硅橡胶材料，但不限于柔性的硅橡胶材料，也可以是其他柔性的聚合物材料或者塑料等。

当该电磁屏蔽系统对于柔性没有特殊要求时，上述的基底材质也可以采用聚甲基丙烯酸甲酯等其他机械强度较高的材料。

本实施例的第一屏蔽层5和第二屏蔽层7的基底材质均为聚二甲基硅氧烷，并采用软光刻技术制作屏蔽层内的所有屏蔽流道。

由于上述的电磁屏蔽系统能用于微流控芯片中，微流控芯片的材料为聚合物、硅橡胶、玻璃或石英等。微流控芯片具有体积小的特点，常规的微流控芯片的厚度可小于1mm，则该屏蔽系统只需对芯片进行顶部与底部屏蔽，易于集成化。与此同时，在芯片运行时，屏蔽系统不会对其造成任何影响，同时可消除外界电磁干扰。

本实施例还提出了一种芯片检测设备，该设备包括如上所述的电磁屏蔽系统。该设备能够应用在微流控芯片实验室中，利用该系统良好的屏蔽性能、柔性和可集成性，为芯片在检测和正常运行时提供可靠的电磁屏蔽效果。且该系统可直接封装在芯片外部，对于芯片的正常运行不会造成不利影响。

本实施例还提供了一种电磁屏蔽系统的制作方法。该方法用于制造如上所述的电磁屏蔽系统。该方法精简了电磁屏蔽系统的制造工艺流程，有效提高产品生产效率和产品质量。

具体的，该方法包括以下各步骤：

步骤1、分别规划并制作第一屏蔽层5和第二屏蔽层7内的屏蔽流道。

步骤2、将芯片封装在第一屏蔽层5和第二屏蔽层7之间的芯片层6内，保证芯片位于屏蔽盘管的覆盖范围内。

步骤3、制作连接在第一屏蔽层5和第二屏蔽层7之间的导通管路12。在制作时，可从一个屏蔽层直接竖直贯穿芯片层6并穿透连接在另一个屏蔽层的屏蔽流道上，从而在两层屏蔽层5、7之间构成导通管路12。

步骤4、自第一屏蔽层5向屏蔽流道内充入液态金属流体，以使液态金属流体依次充满第一屏蔽层5的屏蔽流道、导通管路12和第二屏蔽层7的屏蔽流道。

在制作时，可采用软光刻技术，在基底上刻出用于承载液态金属流体的凹槽或微流管，以构成屏蔽流道；然后再通过一体注射的方式向屏蔽流道内注入液态金属流体，以使屏蔽流道内充满液态金属。

此外，还可以采用喷墨打印或直写的方式，直接按照规划好的线路图在基底上写入液态金属流体，使其构成具有液态金属流体的屏蔽流道。

综上所述，本实施例的电磁屏蔽系统包括第一屏蔽层5和第二屏蔽层7，第一屏蔽层5和第二屏蔽层7之间设有用于封装芯片的芯片层6，第一屏蔽层5和第二屏蔽层7内分别设有屏蔽流道，两组屏蔽流道之间设有穿透芯片层6的导通管路12；屏蔽流道和导通管路12内均充有液态金属流体。该电磁屏蔽系统能够将芯片的上下表面封装，并利用液态金属流体产生的电磁屏蔽效应对芯片实现全面屏蔽，能够解决现有技术中电学检测过程中因测量信号受到干扰而导致测量不准的问题；该系统的两层屏蔽层的屏蔽流道相互导通，可以利用液态金属流体一次注入成型，简化微流控芯片电磁屏蔽的制作工艺，加工简单；该系统能够封装厚度小于1mm的芯片，易于集成；芯片运行时，该系统不会对其造成任何影响，同时可以消除外界电磁干扰，以提升微流控芯片电学检测结果的可靠性。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。