用于制造集成流体芯片的方法和系统技术方案

一种集成流体芯片包括：衬底，所述衬底由大于28平方英寸的横向表面积限定。所述集成流体芯片还包括：第一弹性层，所述第一弹性层具有模制表面和顶表面。所述第一弹性层的模制表面连接至所述衬底的一部分。所述第一弹性层包括多个第一沟道，所述第一沟道从所述衬底垂直地延伸至所述第一弹性层内部的第一尺寸。所述集成流体芯片还包括：第二弹性层，所述第二弹性层具有模制表面和顶表面。所述第二弹性层的模制表面连接至所述第一弹性层的顶表面的至少一部分。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种集成流体芯片包括：衬底，所述衬底由大于28平方英寸的横向表面积限定。所述集成流体芯片还包括：第一弹性层，所述第一弹性层具有模制表面和顶表面。所述第一弹性层的模制表面连接至所述衬底的一部分。所述第一弹性层包括多个第一沟道，所述第一沟道从所述衬底垂直地延伸至所述第一弹性层内部的第一尺寸。所述集成流体芯片还包括：第二弹性层，所述第二弹性层具有模制表面和顶表面。所述第二弹性层的模制表面连接至所述第一弹性层的顶表面的至少一部分。【专利说明】用于制造集成流体芯片的方法和系统 本申请为国际申请号为PCT/US2009/051568,国家申请号为200980137623. 0、国 际申请日为2009年7月23日、专利技术名称为"用于制造集成流体芯片的方法和系统"的专利 申请的分案申请。
本专利技术整体上涉及微加工结构以及用于制作微加工结构的方法。本专利技术的实施例 仅仅以示例的方式提供了用于制作用于执行各种生物和化学分析的集成流体芯片的方法。 本文所述的方法和系统的范围还可应用于调整流体流动中使用的流体装置的制作和操作。
技术介绍
已经采用各种方法来制造微流体泵和阀。制造包括泵和阀的微机电（MEMS)结构 的一种方法是基于娃的立体微加工（bulk micro-machining)技术。这是减法式制作方法， 其中单晶硅通过光刻来形成图案，然后被蚀刻以形成三维结构。制造包括泵和阀的MEMS结 构的另一种方法是表面微加工技术。这是加法式方法，其中半导体型材料（例如多晶硅、氮 化硅、二氧化硅）层和各种金属层被依次地添加并被形成图案以制成三维结构。 基于硅的微加工技术的第一种方法的受限之处在于，用在所述过程中的半导体材 料的刚度需要高致动力，其又导致大的和复杂的设计。实际上，立体微加工方法和表面微加 工方法都受到用在特定过程中的材料刚度的限制。另外，在所加工的器件的各层之间的粘 结提出了关于可靠操作的问题。第一方法的另一个限制是通常采用晶片键合技术来形成多 层结构。所述第二方法的受限之处在于，器件的各层之间的热应力限制了总的器件厚度，总 的器件厚度经常被限制至大约20 μ m。采用上述方法中的每一种，通常都需要无尘室制造和 仔细的品质控制。 本申请的受让人已经研发了基于多层、软光刻过程的用于制造包括弹性结构的集 成（即单块的）流体芯片的方法和系统。如美国专利No. 6, 793, 753所述，可以制造包括支 撑流体流动的一个或更多的层以及配置成控制这些流体的流动的一个或更多的层的多层 弹性结构，所述美国专利No. 6, 793, 753的公开内容以引用的方式出于所有的目的整体地 并入到本文中。 不管在与这种集成流体芯片的制作相关的技术上完成了多少进步，本领域中都需 要用于制作微流体器件的改进的方法和系统。
技术实现思路
本专利技术提供涉及微制作结构的制造的方法。本专利技术的实施例仅仅以示例的方式提 供了用于制作用于进行各种生物和化学分析的集成流体芯片的方法。本文所述的方法和系 统的范围还可应用于调整流体流动时所使用的流体装置的制作和操作。 根据本专利技术的一实施例，提供一种用于制造一个或更多的集成流体芯片的方法。 所述方法包括：提供第一衬底，所述第一衬底在其上形成有一个或更多的模制特征；和在 所述第一衬底上形成第一弹性层。所述第一弹性层由模制表面和后表面限定。所述方法还 包括：连接所述第一弹性层的所述后表面至支撑衬底。所述方法还包括：提供第二衬底，所 述第二衬底在其上形成有一个或更多的第二模制特征；和在玻璃衬底上形成第二弹性层。 所述第二弹性层由模制表面和后表面限定。另外，所述方法包括：对准所述玻璃衬底与所述 支撑衬底；和结合所述第一弹性层的所述模制表面至所述第二弹性层的所述后表面。 根据本专利技术的另一实施例，提供一种用于制造一个或更多的集成流体芯片的方 法。所述方法包括：提供衬底，所述衬底具有大于28平方英寸的第一表面积；在所述衬底上 形成多个模制特征；和形成包括弹性材料的层，所述弹性材料覆盖所述衬底和所述多个模 制特征。所述方法还包括：提供第二衬底，所述第二衬底具有大于28平方英寸的第二表面 积；在所述第二衬底上形成第二多个模制特征；和形成包括第二弹性材料的第二层，所述 第二弹性材料覆盖所述第二衬底和所述第二多个模制特征。所述方法还包括：结合所述层 至所述第二层。 根据本专利技术的特定的实施例，提供一种集成流体芯片。所述集成流体芯片包括：衬 底，所述衬底由大于28平方英寸的横向表面积限定；和第一弹性层，所述第一弹性层具有 模制表面和顶表面。所述第一弹性层的模制表面连接至所述衬底的一部分。所述第一弹性 层包括多个第一沟道，所述第一沟道从所述衬底垂直地延伸至所述第一弹性层内部的第一 尺寸。所述集成流体芯片还包括第二弹性层，所述第二弹性层具有模制表面和顶表面。所 述第二弹性层的模制表面连接至所述第一弹性层的顶表面的至少一部分。 根据本专利技术的另一特定的实施例，提供一种集成流体芯片。所述集成流体芯片包 括：衬底；和弹性结构，所述弹性结构连接至所述衬底。所述弹性层包括：第一层，所述第一 层具有宽度小于1000 μ m的多个流动沟道以及与所述多个流动沟道流体连通的多个腔。所 述多个腔的组合体积大于115μ 1。所述弹性层还包括：第二层，所述第二层具有宽度小于 1000 μ m的多个控制沟道。所述第二层布置在平行于所述第一层的平面中。 根据本专利技术的特定的实施例，提供一种流体器件阵列。所述流体器件阵列包括：衬 底，所述衬底由大于或等于18平方英寸的横向表面积限定。所述流体器件阵列还包括：第 一组流体器件，所述第一组流体器件布置成第一几何构型。所述第一组流体器件中的每个 包括：多个第一沟道，所述第一沟道设置在平行于所述衬底的平面中并从所述衬底延伸预 定的距离到第一弹性层中；和多个第二沟道，所述第二沟道设置在平行于所述衬底的平面 中并从所述第一弹性层延伸第二预定的距离到第二弹性层中。所述流体器件阵列还包括： 第二组流体器件，所述第二组流体器件布置成第二几何构型。所述第二组流体器件中的每 个包括：第二多个第一沟道，所述第二多个第一沟道设置在平行于所述衬底的平面中并从 所述衬底延伸预定的距离到第一弹性层中；和第二多个第二沟道，所述第二多个第二沟道 设置在平行于所述衬底的平面中并从所述第一弹性层延伸第二预定的距离到第二弹性层 中。 使用本专利技术实现了优于常规技术的多个益处。例如，根据本专利技术的实施例提供以 增加的生产量和降低的成本来制造集成流体芯片的方法。另外，实施例提供规模化的芯片 设计，所述芯片设计可应用于除生物系统分析之外的技术。在此所述的制造过程中的一些 补充已经证明的技术和包含新的制作步骤以提供每个衬底的数量增加的器件、提供增加的 功能的更大的器件或其组合。另外，一些实施例提供规模化的制造过程，所述制造过程可转 移至具有更大尺寸的衬底的处理。依赖于所述实施例，可以存在这些益处中的一个或更多 的益处。这些和其它的益处已经贯穿于本说明书进行描述并在下文中更具体地进行描述。 【专利附图】【附图说明】 图1A是根据本专利技术一实施例的集成流体芯片的一部分的简化示意图； 图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造集成流体芯片的方法，所述方法包括如下步骤：支撑具有沟道的第一弹性层；在玻璃衬底上形成具有沟道的第二弹性层，其中玻璃衬底和第二弹性层具有中心部分；以翻转的位置在第一弹性层上方悬挂具有第二弹性层的玻璃衬底；将具有第二弹性层的玻璃衬底在第一弹性层上方对准，同时使玻璃衬底和第二弹性层的中心部分朝向第一弹性层下陷；以及通过使第二弹性层的中心部分首先接触第一弹性层来连接第一弹性层和第二弹性层，由此在横向方向上从中心部分向外推动空气并防止在连接的第一弹性层和第二弹性层中形成气穴。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·S·科恩，
申请(专利权)人：弗卢丁公司，
类型：发明
国别省市：美国;US