微流控芯片合片的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種微流控芯片合片機(jī)，包括底座、固化裝置、定位盤、真空加壓裝置、控制機(jī)構(gòu)；所述固化裝置安裝在底座頂部的槽孔內(nèi)，固化裝置包括固定在槽孔內(nèi)底上的紫外線固化燈，紫外線固化燈上方的槽孔側(cè)壁之間設(shè)置自動(dòng)門；所述定位盤固定在底座頂部，定位盤包括安裝與槽孔尺寸對(duì)應(yīng)的盤面，盤面的四周設(shè)置內(nèi)側(cè)帶有真空吸附孔的邊艙，邊艙的邊角處設(shè)置由氣缸控制的水平運(yùn)動(dòng)隔離用的擋片；所述真空加壓裝置設(shè)置在定位盤的正上方，真空加壓裝置包括由伺服電機(jī)A帶動(dòng)的與槽孔頂部外沿配合的外接真空泵的真空室，真空室內(nèi)設(shè)置由伺服電機(jī)B驅(qū)動(dòng)的與邊艙內(nèi)側(cè)的盤面對(duì)應(yīng)的真空腔。本實(shí)用新型具有自動(dòng)化程度高、效率高、成本低、鍵合后無氣泡、鍵合強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】微流控芯片合片機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種制作微流控芯片的機(jī)械設(shè)備，具體的說是一種用于微流體芯片中大面積硬質(zhì)材質(zhì)合片工藝的機(jī)械裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]利用微流體芯片技術(shù)和高通量基因芯片技術(shù)可以制備一個(gè)整合型的微流控芯片，通過高度集成化和自動(dòng)化技術(shù)使整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的化驗(yàn)工作在這一張芯片上完成。使用微流控芯片可以一次檢測(cè)500種非培養(yǎng)微生物。與傳統(tǒng)培養(yǎng)技術(shù)相比，具有檢測(cè)通量大、檢測(cè)速度快、自動(dòng)化程度高、操作簡便的特點(diǎn)，是醫(yī)用細(xì)菌感染檢測(cè)、個(gè)性化用藥、用藥效果監(jiān)測(cè)、工業(yè)菌種篩選、環(huán)境微生物調(diào)查和科學(xué)研究的良好工具。
[0003]微流控芯片的制備度量單位均以微米為計(jì)算單位，制作精度要求高。而且通常都涉及兩種不同材質(zhì)，尤其是高分子聚合物與玻璃的異質(zhì)鍵合過程?，F(xiàn)有的鍵合方法有使用粘合劑的方法、焊接方法、或擴(kuò)散方法。所謂使用粘合劑的方法，需要精細(xì)的調(diào)整粘合劑的量，耗費(fèi)大量的時(shí)間，鍵合的結(jié)構(gòu)容易破裂，鍵合的兩種物料容易在高濕度下分離。而且，在封裝技術(shù)中，粘合劑有可能成為污染源。使用焊接方法，鍵合的部分容易變形，并且在封裝可靠性測(cè)試中，出現(xiàn)差的溫度循環(huán)結(jié)果，還存在由于疲勞而產(chǎn)生的蠕變松弛問題。擴(kuò)散方法則需要應(yīng)用附加的靜電場(chǎng)產(chǎn)生高溫?zé)?，并需要使用專門的化學(xué)機(jī)制進(jìn)行表面活化。最為關(guān)鍵的是，現(xiàn)有的鍵合方法大多自動(dòng)化程度不高，僅僅依靠人的操作根本無法，難以保證兩種物料的精確定位，并且人工操作重復(fù)性差、誤差大，芯片制備無法批量化生產(chǎn)。
[0004]在實(shí)際生產(chǎn)中，大面積硬質(zhì)材質(zhì)的雙板鍵合(也稱合片工藝)是制造中難度很大的一道工藝，要求鍵合后無氣泡、鍵合強(qiáng)度高。但是由于合片的雙板(即基板和蓋板)面積大、材質(zhì)硬，常規(guī)的合片工藝不是合片前沒有充分除泡，蓋板和基板之間存留氣泡，就是因?yàn)楹掀瑫r(shí)壓力不當(dāng)或者鍵合膠凝固不好造成鍵合強(qiáng)度差，不能使蓋板和基板完全粘合。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問題是提供一種鍵合后無氣泡、鍵合強(qiáng)度高的微流控芯片合片機(jī)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0007]微流控芯片合片機(jī)，包括底座、固化裝置、定位盤、真空加壓裝置、控制機(jī)構(gòu)，
[0008]所述固化裝置安裝在底座頂部的槽孔內(nèi)，固化裝置包括固定在槽孔內(nèi)底上的紫外線固化燈，紫外線固化燈上方的槽孔側(cè)壁之間設(shè)置受控于控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行開合動(dòng)作的自動(dòng)門，
[0009]所述定位盤固定在底座頂部，定位盤包括安裝在槽孔頂部外沿上的與槽孔尺寸對(duì)應(yīng)的盤面，盤面的四周設(shè)置內(nèi)側(cè)帶有真空吸附孔的邊艙，邊艙的邊角處設(shè)置由氣缸控制的水平運(yùn)動(dòng)伸入相應(yīng)盤面邊角的用于隔離的擋片，
[0010]所述真空加壓裝置設(shè)置在定位盤的正上方，真空加壓裝置包括由伺服電機(jī)A通過絲杠螺母副帶動(dòng)的與槽孔頂部外沿配合的外接真空泵的真空室，真空室內(nèi)設(shè)置由伺服電機(jī)B驅(qū)動(dòng)的與邊艙內(nèi)側(cè)的盤面對(duì)應(yīng)的外接抽真空裝置的真空腔，真空腔的下表面設(shè)置真空吸附小孔。
[0011]本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述定位盤其中兩個(gè)對(duì)角處設(shè)置擋片，氣缸固定在邊艙外側(cè)，氣缸的運(yùn)動(dòng)桿連接擋片，擋片包括兩個(gè)互相垂直連接為一體的鋼片，邊艙上開設(shè)供擋片運(yùn)動(dòng)的長槽。
[0012]本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述定位盤的盤面采用透明的鋼化玻璃制作。
[0013]本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述定位盤的邊艙的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置向上向外展開的40°?60°的導(dǎo)向角。
[0014]本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述槽孔的內(nèi)底上設(shè)置反光罩。
[0015]本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述底座外側(cè)設(shè)置受控于控制機(jī)構(gòu)的感應(yīng)門。
[0016]本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述底座下部設(shè)置散熱風(fēng)扇。
[0017]由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型取得的技術(shù)進(jìn)步是:
[0018]本實(shí)用新型采用真空加壓裝置，通過設(shè)計(jì)嵌套形式的真空室，對(duì)需要合片的基板和蓋板分別抽真空，并進(jìn)行加壓操作，完成鍵合前的除泡工作，去除基板和蓋板鍵合過程中所產(chǎn)生的氣泡，令鍵合膠分布更均勻，優(yōu)化鍵合效果，然后經(jīng)過固化裝置的特殊波長光照射，使基板和蓋板之間的鍵合膠快速凝固，達(dá)到完全粘合的目的。采用全自動(dòng)機(jī)械設(shè)備操作，鍵合后，芯片基本成型，基板和蓋板之間無氣泡，固化光澤好，鍵合強(qiáng)度高，操作人員可直接接觸芯片而不會(huì)產(chǎn)生二次污染，鍵合的效率高，不合格率低，有效降低了勞動(dòng)成本，節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間。
[0019]本實(shí)用新型使用紫外線固化燈(UV固化燈)對(duì)鍵合膠進(jìn)行特殊波長光照射，使鍵合膠吸收高強(qiáng)度特征光線后，產(chǎn)生活性自由基，從而引發(fā)聚合、交聯(lián)和接枝反應(yīng)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，達(dá)到穩(wěn)固粘合基板和蓋板的目的，最終完成雙板的合片。底座的槽孔內(nèi)底設(shè)置反光罩，增強(qiáng)UV固定燈的固化效果，槽孔上方設(shè)置自動(dòng)門，根據(jù)需要控制UV固化燈的光線。
[0020]本實(shí)用新型的定位盤的盤面采用透明的鋼化玻璃制作，便于吸收UV固化燈的光線，定位盤的邊艙設(shè)置導(dǎo)向角，實(shí)現(xiàn)基板和蓋板的高精度定位。定位盤的邊角設(shè)置擋片用于初始狀態(tài)蓋板和基板的有效分隔，分別吸附后進(jìn)行加壓操作。
[0021]本實(shí)用新型的微流控芯片合片機(jī)外側(cè)設(shè)置感應(yīng)門，整個(gè)合片工藝在高及精度的空氣的環(huán)境中進(jìn)行，避免帶來不必要的污染。
[0022]本實(shí)用新型具有自動(dòng)化程度高、效率高、成本低、鍵合后無氣泡、鍵合強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本實(shí)用新型定位盤上的擋片部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是本實(shí)用新型真空加壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]其中，1、底座，2、散熱風(fēng)扇，3、紫外線固化燈，4、反光罩，5、自動(dòng)門，6、盤面，7、邊艙，8、氣缸，9、真空室，10、擋片，11、真空吸附孔，20、伺服電機(jī)A，21、絲杠螺母副，22、伺服電機(jī)B，23、鋼板，24、真空吸附小孔。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0028]微流控芯片合片機(jī)，如圖1所示，包括底座1、固化裝置、定位盤、真空加壓裝置、控制機(jī)構(gòu)。
[0029]所述底座I為如圖1所示的柜體結(jié)構(gòu)。底座I的頂部中心位置開設(shè)方形的槽孔，槽孔的尺寸略大于或等于所需要進(jìn)行合片的基板和蓋板的尺寸。底座I下部設(shè)置散熱風(fēng)扇2，用于對(duì)槽孔內(nèi)的固化裝置散熱。底座I的外側(cè)設(shè)置感應(yīng)門，用于為合片工藝提供有效清潔的環(huán)境。
[0030]所述固化裝置設(shè)置在槽孔內(nèi)。槽孔內(nèi)底安裝有若干UV固化燈3，用于對(duì)鍵合膠進(jìn)行高強(qiáng)度的特征光線照射。UV固化燈3下面的槽底還設(shè)置波浪形的用于增強(qiáng)光線的反光罩4。槽孔中部的相對(duì)的兩側(cè)壁之間設(shè)置一對(duì)自動(dòng)門5，自動(dòng)門5位于UV固定燈的上方。自動(dòng)門5受控制機(jī)構(gòu)的信號(hào)控制，在水平方向開啟和關(guān)閉，用于封住和打開UV固化燈3。
[0031]所述定位盤固定在底座I頂部,如圖1所示,底座頂部設(shè)置有伸出槽孔頂部的外沿，定位盤固定在外沿上。定位盤包括盤面6、設(shè)置在盤面四周的邊艙7。所述盤面6采用透明的鋼化玻璃制作，盤面6的四周設(shè)置邊艙7，邊艙7與盤面6構(gòu)成封閉的腔體，在邊艙7的內(nèi)側(cè)開設(shè)真空吸附孔11。邊艙內(nèi)側(cè)面的盤面尺寸與基板尺寸對(duì)應(yīng)，保證合片精度。
[0032]如圖2所示，邊艙7的兩個(gè)對(duì)角處設(shè)置由氣缸8控制的擋片10。該擋片主要用于初始狀態(tài)時(shí)，基板放置在盤面上，擋片伸出基板上方，蓋板對(duì)應(yīng)基板放置但是由擋片隔離，在兩者均位于真空環(huán)境時(shí)，可以各自分離。所述氣缸8安裝在邊艙7的外側(cè)，邊艙7上開設(shè)連通到邊艙內(nèi)側(cè)的盤面上的長槽，擋片安裝在氣缸8的運(yùn)動(dòng)桿上，并伸入長槽內(nèi)。所述擋片10由兩個(gè)互相垂直連接為一體的鋼片組成，鋼片設(shè)置的位置與盤面的邊角處對(duì)應(yīng)，長槽的位置也相應(yīng)的設(shè)置在邊艙的邊角處。所述定位盤的邊艙的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置向上向外展開的導(dǎo)向角，導(dǎo)向角的角度控制在40°?60°，優(yōu)選60°。該導(dǎo)向角將引導(dǎo)蓋板和基板準(zhǔn)確的滑落到盤面，定位準(zhǔn)確，提高粘合的位置精度。
[0033]所述真空加壓裝置設(shè)置在定位盤的正上方，如圖3所示，真空加壓裝置包括真空室9，真空室9由伺服電機(jī)A20通過絲杠螺母副帶動(dòng)，真空室9的下端與槽孔頂部外沿配合。真空室9受伺服電機(jī)A20驅(qū)動(dòng)向下運(yùn)動(dòng)，與底座槽孔頂部的外沿緊密接觸，邊艙7、盤面6、氣缸8進(jìn)入兩者對(duì)接形成的密閉空間，真空室9外接真空泵，便可以對(duì)此密閉空間抽真空。真空室9內(nèi)還設(shè)置由伺服電機(jī)B22驅(qū)動(dòng)的鋼板23。鋼板23通過絲杠螺母與伺服電機(jī)B22連接的。鋼板23與邊艙內(nèi)側(cè)的盤面對(duì)應(yīng)，鋼板23的下面連通真空腔，真空腔對(duì)著盤面的一面的邊緣位置開設(shè)真空吸附小孔24。所述真空腔外接真空吸附裝置。鋼板、真空腔與蓋板接觸構(gòu)成封閉的腔體，用于抽真空后吸附蓋板。
[0034]本實(shí)用新型的工作流程為:
[0035]1.定位:
[0036]借助吊裝機(jī)器人將預(yù)涂鍵合膠的基板吊裝至感應(yīng)門，控制機(jī)構(gòu)發(fā)出信號(hào)，打開感應(yīng)門，吊裝機(jī)器人將基板吊裝至定位盤正上方，下降一段距離釋放基板，基板落入定位盤。
[0037]吊裝機(jī)器人復(fù)位，同時(shí)氣缸推動(dòng)擋片伸入盤面內(nèi)基板的上方。[0038]吊裝機(jī)器人吸附蓋板，將蓋板吊裝至定位盤正上方，下降一段距離釋放蓋板，蓋板通過擋片與基板保持一定距離。
[0039]2.真空脫泡
[0040]伺服電機(jī)A工作帶動(dòng)絲杠螺母副轉(zhuǎn)動(dòng)，使絲杠螺母副帶動(dòng)真空室向下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到底座槽孔的外沿后停止運(yùn)動(dòng)，真空室與底座構(gòu)成密閉空間。
[0041]此時(shí)伺服電機(jī)B工作帶動(dòng)絲杠螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，使絲杠螺母帶動(dòng)鋼板向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)鋼板運(yùn)動(dòng)到蓋板上后停止運(yùn)動(dòng)，鋼板、真空腔和蓋板構(gòu)成密閉空間。真空室外接的真空泵以及真空腔外接的抽真空裝置同時(shí)工作，開始抽真空，使蓋板吸附在鋼板上面，延時(shí)一定時(shí)間后，氣缸控制擋片退回邊艙內(nèi)。
[0042]此步驟，在雙板結(jié)合前利用抽真空完成雙板鍵合前的最后除泡工作。
[0043]3.加壓
[0044]開啟伺服電機(jī)B，鋼板向下運(yùn)動(dòng)，鋼板對(duì)蓋板和基板加壓，達(dá)到一定的壓力后，停止加壓。
[0045]此步驟，對(duì)芯片原板施加一定的壓力，去除基板和蓋板中的氣泡，同時(shí)令鍵合膠分布更均勻，優(yōu)化鍵合效果。
[0046]4.固化
[0047]自動(dòng)門接受控制機(jī)構(gòu)的信號(hào)后打開，UV固化燈開啟，對(duì)基板和蓋板進(jìn)行高強(qiáng)度特征光線照射進(jìn)行固化。固化完成延時(shí)一定時(shí)間后，自動(dòng)門關(guān)閉，真空泵及真空腔外接的抽真空裝置停止抽真空。開啟伺服電機(jī)B，控制鋼板向上運(yùn)動(dòng)。
[0048]感應(yīng)門打開，吊裝機(jī)器人吸附鍵合后的芯片到指定位置。
[0049]5.重復(fù)I?4步驟的合片工藝流程。
【權(quán)利要求】
1.微流控芯片合片機(jī)，其特征在于:包括底座(I)、固化裝置、定位盤、真空加壓裝置、控制機(jī)構(gòu)， 所述固化裝置安裝在底座(I)頂部的槽孔內(nèi)，固化裝置包括固定在槽孔內(nèi)底上的紫外線固化燈(3)，紫外線固化燈(3)上方的槽孔側(cè)壁之間設(shè)置受控于控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行開合動(dòng)作的自動(dòng)門(5)， 所述定位盤固定在底座(I)頂部，定位盤包括安裝在槽孔頂部外沿上的與槽孔尺寸對(duì)應(yīng)的盤面(6)，盤面(6)的四周設(shè)置內(nèi)側(cè)帶有真空吸附孔(11)的邊艙(7)，邊艙(7)的邊角處設(shè)置由氣缸(8)控制的水平運(yùn)動(dòng)伸入相應(yīng)盤面邊角的用于隔離的擋片(10)， 所述真空加壓裝置設(shè)置在定位盤的正上方，真空加壓裝置包括由伺服電機(jī)A(20)通過絲杠螺母副帶動(dòng)的與槽孔頂部外沿配合的外接真空泵的真空室(9)，真空室(9)內(nèi)設(shè)置由伺服電機(jī)B(22)驅(qū)動(dòng)的與邊艙內(nèi)側(cè)的盤面對(duì)應(yīng)的外接抽真空裝置的真空腔，真空腔的下表面設(shè)置真空吸附小孔(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片合片機(jī)，其特征在于:所述定位盤其中兩個(gè)對(duì)角處設(shè)置擋片(10)，氣缸(8)固定在邊艙(7)外側(cè)，氣缸(8)的運(yùn)動(dòng)桿連接擋片(10)，擋片(10)包括兩個(gè)互相垂直連接為一體的鋼片，邊艙(7)上開設(shè)供擋片運(yùn)動(dòng)的長槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微流控芯片合片機(jī)，其特征在于:所述定位盤的盤面(6)采用透明的鋼化玻璃制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的微流控芯片合片機(jī)，其特征在于:所述定位盤的邊艙(7)的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置向上向外展開的40°?60°的導(dǎo)向角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的微流控芯片合片機(jī)，其特征在于:所述槽孔的內(nèi)底上設(shè)置反光罩(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的微流控芯片合片機(jī)，其特征在于:所述底座(I)外側(cè)設(shè)置受控于控制機(jī)構(gòu)的感應(yīng)門。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的微流控芯片合片機(jī)，其特征在于:所述底座(I)下部設(shè)置散熱風(fēng)扇(2)。
【文檔編號(hào)】H01L21/68GK203423147SQ201320557126
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】白向陽 申請(qǐng)人:江陰迪林生物電子技術(shù)有限公司