以環(huán)烯共聚物為襯底和上蓋的微流芯片封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微流芯片封裝領(lǐng)域，特別涉及一種以環(huán)烯共聚物為襯底和上蓋材質(zhì)的電化學(xué)微流芯片的封裝技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]微流芯片是指在微米尺度上，在一定基底上利用微機電(MEMS)技術(shù)，注塑成型技術(shù)和封裝技術(shù)等制作的包含傳感器，反應(yīng)器等微型功能器件和相應(yīng)反應(yīng)空間以及液體流通管道和流動液體進入和排出通道的整體結(jié)構(gòu)。微流芯片可以實現(xiàn)將采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離、檢測等集成在微芯片上完成，且可以多次使用。
[0003]這樣結(jié)構(gòu)使得微流芯片中的液體流動可控、消耗試樣和試劑極少、分析速度快等特點，它可以在幾分鐘甚至更短的時間內(nèi)進行上百個樣品的同時分析，并且可以在線實現(xiàn)樣品的處理及分析全過程，再由于其體積小、集成度高、成本低且可大批量生產(chǎn)，因此，微流芯片在分析化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、疾病診斷、藥物篩選，環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)在主要的微流芯片的材質(zhì)有硅材料，玻璃石英材料和高分子聚合物。其中的高分子聚合物由于成本低、易于加工成型和批量生產(chǎn)等優(yōu)點，得到了越來越多的關(guān)注。目前常用的高分子聚合物材質(zhì)有聚酰胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、環(huán)氧樹脂和聚氨酯等。針對不同的檢測需要，選擇合適的微流芯片材料。
[0005]環(huán)稀共聚物(Cyclic Olefin Copolymer, C0C)，是一種新型非晶性聚稀經(jīng)樹月旨，相較于以上的高分子聚合物，由于其表面的非極性和很高的耐溫性，其玻璃化溫度高達80-180°C，極低的吸水率，幾乎接近于零，很強的氣體阻隔性，對于02的透過率60mm/(cm2*d)，032的透過率25mm/ (cm 2*d)，濕氣透過率0.09mm/ (cm2*d)，和很好的光學(xué)性能，透光率大于91%，雙折射率極小，色散小以及耐腐蝕性，使得C0C成為制作以分析溶液中離子和極性分子微流芯片的很好材質(zhì)。
[0006]以C0C為襯底和上蓋的微流芯片的封裝方法是紫外膠法。其原理是利用C0C對紫外光的透射性，在C0C上蓋與芯片底板結(jié)合處涂布一層紫外膠，用紫外燈照射組件后，紫外膠內(nèi)由于光敏反應(yīng)而固化，使得上蓋和底板粘和在一起。
[0007]紫外膠技術(shù)的主要問題是膠水涂布量和涂布均勻性都會影響上蓋與底板結(jié)合的緊密度和壽命。由于C0C微流芯片分析的是溶液中的離子和極性分子，固化了的紫外膠體會接觸分析溶液，引起溶液成分的改變，同時也縮短了紫外固化膠的粘和效力從而縮短了微流芯片的使用壽命。
[0008]為解決以上以C0C為襯底和上蓋封裝技術(shù)帶來的問題，需要發(fā)展一種封裝嚴(yán)密，持久，不破壞襯底上的微功能器件結(jié)構(gòu)，同時能夠保持液體反應(yīng)腔的體積和功能器件信號的引出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種以環(huán)烯共聚物為襯底和上蓋的微流芯片封裝方法。
[0010]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種以環(huán)烯共聚物為襯底和上蓋的微流芯片封裝方法，包括以下步驟:
步驟1)根據(jù)芯片底片上的微型功能器件和需要的流體空間，以及信號需要引出的在芯片底片上的位置，設(shè)計制作相應(yīng)的模具，將引腳接入到模具中，通過注塑成型，獲得帶有液體反應(yīng)腔和引腳的芯片上蓋；
步驟2 )利用帶有液體反應(yīng)腔和弓I腳的上蓋與芯片底片，通過微波焊接技術(shù)緊密結(jié)合在一起。
[0011]上蓋的模具設(shè)計不僅要提供給在微納米尺度上的微型功能器件與液體空間，而且根據(jù)信號引出線在芯片底片上的位置，將引腳接入到模具上需要與芯片底片上信號的引出塊位置相對應(yīng)的位置。在注塑成型上蓋的過程中，不僅需要液體反應(yīng)腔體積和位置的準(zhǔn)確，而且需要引腳保持在準(zhǔn)確的位置。
[0012]所述微波焊接為20-40千赫茲的微波輻射下，在一秒內(nèi)使得上蓋與芯片的C0C材質(zhì)通過表面的超聲線1-5微米表層同時達到半熔化從而相互熔合在一起并同時凝固，達到上蓋和芯片底片緊密結(jié)合在一起。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
通過本發(fā)明的實施，改變了高分子聚合物微流芯片底片與上蓋之間主要通過膠粘工藝進行結(jié)合的方法。通過微波焊接的方法使得上蓋與芯片底片通過表面極外表層物理熔化結(jié)合在一起，凝固后獲得具有物理性質(zhì)完全一致的密閉液體腔的封裝效果。對于有檢測或者響應(yīng)信號需要引出微流芯片，通過將引腳接到上蓋的模具中的對應(yīng)位置，在微波焊接工藝過程中，使得引腳接觸芯片底片上的信號引出區(qū)域。這樣既能保證信號通過引腳順利引出微流芯片外，又能保證信號引出通過只允許信號通過，而測量液體則不會沿著信號引出通道外泄。本發(fā)明的實施，有利于批量化生產(chǎn)規(guī)格、質(zhì)量統(tǒng)一的微流芯片，從而為降低微流芯片的生產(chǎn)成本，擴大微流芯片的應(yīng)用范圍建立技術(shù)基礎(chǔ)。
[0014]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發(fā)明的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細給出。
【附圖說明】
[0015]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
圖1為本發(fā)明使用的運用MEMS技術(shù)在C0C基片上制作的包含微電極系統(tǒng)的電化學(xué)微流芯片底片；
圖2為本發(fā)明使用的電化學(xué)微流芯片底片對應(yīng)的液體反應(yīng)腔的形狀和尺寸要求；
圖3為本發(fā)明作為實例使用的運用微波焊接技術(shù)獲得的芯片-上蓋結(jié)合示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細說明本發(fā)明。
[0017]本發(fā)明以通過運用MEMS技術(shù)在幾乎無內(nèi)應(yīng)力C0C片上制作獲得的電化學(xué)微流芯片底片和運用注塑成型技術(shù)獲得的包含引腳和液體反應(yīng)腔的C0C上蓋的封裝作為實例說明C0C作為微流芯片底片和上蓋材質(zhì)的封裝的過程。
[0018]首先是根據(jù)電化學(xué)微流芯片的尺寸，微電極系統(tǒng)的尺寸，位置，液體反應(yīng)腔的體積，形狀的要求，如圖1和2所示，圖中11表示鍍金接觸點，12表示微電極系統(tǒng)。每個微電極呈長方體長3毫米，高0.5毫米，厚度200納米。液體反應(yīng)腔高度220微米，體積10微升。據(jù)此液體反應(yīng)腔極設(shè)計制作相應(yīng)的模具，并在模具上對應(yīng)芯片底片上電信號引出塊的位置接入引腳。通過注塑成型，獲得帶有引腳和液體反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)的上蓋。
[0019]第二步是將電化學(xué)微流芯片底片與上蓋按照特定的結(jié)合方式進行封裝前的結(jié)合。
[0020]第三步是通過微波焊接技術(shù)，在20千赫茲超聲波震蕩焊接下，在不到一秒的時間內(nèi)，在底片和上蓋通過表面的超聲線1-5微米厚度的熔化相互粘和在一起，達到緊密結(jié)合的目的。最后的獲得的分析芯片成品如圖3所示，圖中1表示上蓋殼體，2表示液體入口，3表示液體出口，4表示上蓋技術(shù)引腳，5表示檢測芯片。通過液體和電極信號的檢測，實現(xiàn)了對電化學(xué)微流芯片的預(yù)期功能。
[0021]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種以環(huán)烯共聚物為襯底和上蓋的微流芯片封裝方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1)根據(jù)芯片底片上的微型功能器件和需要的流體空間，以及信號需要引出的在芯片底片上的位置，設(shè)計制作相應(yīng)的模具，將引腳接入到模具中，通過注塑成型，獲得帶有液體反應(yīng)腔和引腳的芯片上蓋； 步驟2 )利用帶有液體反應(yīng)腔和弓I腳的上蓋與芯片底片，通過微波焊接技術(shù)緊密結(jié)合在一起。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流芯片封裝方法，其特征在于:所述微波焊接為20-40千赫茲的微波輻射下，在一秒內(nèi)使得上蓋與芯片的COC材質(zhì)通過表面的超聲線1-5微米表層同時達到半熔化從而相互熔合在一起并同時凝固，達到上蓋和芯片底片緊密結(jié)合在一起。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以環(huán)烯共聚物為襯底和上蓋的微流芯片封裝方法，包括以下步驟：根據(jù)芯片底片上的微型功能器件和需要的流體空間，以及信號需要引出的在芯片底片上的位置，設(shè)計制作相應(yīng)的模具，將引腳接入到模具中，通過注塑成型，獲得帶有液體反應(yīng)腔和引腳的芯片上蓋；利用帶有液體反應(yīng)腔和引腳的上蓋與芯片底片，通過微波焊接技術(shù)緊密結(jié)合在一起。通過本發(fā)明的實施，改變了高分子聚合物微流芯片底片與上蓋之間主要通過膠粘工藝進行結(jié)合的方法。通過微波焊接的方法使得上蓋與芯片底片通過表面極外表層物理熔化結(jié)合在一起，凝固后獲得具有物理性質(zhì)完全一致的密閉液體腔的封裝效果。
【IPC分類】B81C1/00
【公開號】CN105399051
【申請?zhí)枴緾N201511006070
【發(fā)明人】高孫楊, 黃炳南, 趙真真, 石威
【申請人】南京潔態(tài)環(huán)保科技有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月29日