聚合物微流控芯片键合系统技术方案

本发明专利技术提供了一种聚合物微流控芯片键合系统，包括：底座；设置于底座上的转动模块；设置于转动模块上的下热压板；设置于下热压板上的下注塑模具；所述转动模块用于带动下热压板和下注塑模具转动；与下注塑模具相对的上注塑模具；设置于上注塑模具上的上热压板；设置于上热压板上的超声波发生器；设置于超声波发生器上的压力控制器；设置于底座上，使得下热压板、下注塑模具、上注塑模具、上热压板、超声波发生器和压力控制器处于真空状态的真空系统；与底座相连，用于固定所述键合系统的固定架。本发明专利技术提供的系统在真空环境下采用上热压板和下热压板作为温度控制模块，结合压力控制器和超声波发生器进行协同键合，键合强度高，微结构变形量小。

Polymer microfluidic chip bonding system

The present invention provides a polymer microfluidic chip bonding system includes: a base; a rotation module arranged on the base; the lower hot press plate arranged on the rotating module; under the injection mold is arranged on the lower pressing plate; the rotating module is used to drive the hot plate and plastic mold and on bet rotation; under the injection mold injection mold relative; arranged on the injection mold on the hot plate; the ultrasonic generator is arranged on the upper pressing plate; the pressure controller is arranged on the ultrasonic generator is arranged on the base; the hot plate, vacuum system, bet plastic mold injection mold, hot plate, ultrasonic generator and the pressure controller in a vacuum; and is connected to the base, for fixation of the bond system. The present invention provides a system in a vacuum environment using hot plate and hot plate as the temperature control module, combined with the pressure controller and an ultrasonic generator for collaborative bonding, high bonding strength, low deformation of the microstructures.

【技术实现步骤摘要】
聚合物微流控芯片键合系统
本专利技术涉及机械工程
，尤其是涉及一种聚合物微流控芯片键合系统。
技术介绍
随着现代生产、生活中的科技产品向智能化、微型化方向的发展，微电子机械系统(MicroElectro-MechanicalSystems-MEMS)技术作为核心技术面临着更高要求的挑战，MEMS产品的高集成度、高性能、低成本及生化兼容性等指标成为了新型MEMS器件的重要标志。聚合物材料因其丰富的种类、优异的性能、低廉的成本和简易的加工方法等特点，作为基底材料、功能材料或敏感元件材料等在MEMS器件中有着广泛的应用空间。目前，基于聚合物微结构的微纳米压印已经成为聚合物MEMS器件加工工艺的研究热点，在信息存储器件、光学器件、微流控芯片、传感器等领域有着巨大的应用潜力。微流控芯片或称作微全分析系统(μ-TAS)、片上实验室系统(LabonaChip)、生物芯片，其原理是将宏观的生物、化学实验室缩小集成到一个数平方厘米的基片上，将宏观的器件、管道、检测仪器等以微反应室、微流道和微型传感器的形式集成在基片上。国际上大量的研究机构，针对聚合物微流控芯片的键合技术展开了研究，并针对不同的应用要求提出了多种键合方法。这些方法大致可以分为无间质键合和有间质键合两大类，无间间质键合主要包括:直接热键合、表面改性热键合以及局部热键合，而有间质键合主要包括胶粘接键合、溶剂键合。直接热键合法操作简单，而且可以保证微通道材料的均匀一致性，是目前最常用的键合方法，但该方法键合强度低、通道变形大而且键合效率较低；表面改性热键合法虽然在键合强度和微通道变形方面较直接热键合法有一定的改善，但是这种方法适用的材料有限，而且表面改性处理会改变微通道的表面特性，这种方法的制作效率依然较低；激光键合和微波键合虽然键合速度快、强度高，然而它们对材料的要求苛刻，且键合精度不高；胶粘接键合和溶剂键合虽然强度较高，但是它们的操作过程复杂不适合自动化生产，而且由于中间介质的引入，微通道容易堵塞或变形，还需要对中间介质的化学兼容性和生物适应性进行评价。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种聚合物微流控芯片键合系统，本专利技术提供的聚合物微流控芯片键合系统对于芯片的键合强度高，键合后微结构变形量小。本专利技术提供了一种聚合物微流控芯片键合系统，包括：底座；设置于底座上的转动模块；设置于转动模块上的下热压板；设置于下热压板上的下注塑模具；所述转动模块用于带动下热压板和下注塑模具转动；与下注塑模具相对的上注塑模具；设置于上注塑模具上的上热压板；设置于上热压板上的超声波发生器；设置于超声波发生器上的压力控制器；设置于底座上，使得下热压板、下注塑模具、上注塑模具、上热压板、超声波发生器和压力控制器处于真空状态的真空系统；与底座相连，用于固定所述键合系统的固定架。优选的，所述转动模块上设置有转动轴。优选的，所述压力控制器和超声波发生器通过滚动轴连接；所述超声波发生器和上热压板通过焊接方式连接；所述上热压板和上注塑模具通过螺纹连接。优选的，所述下热压板和下注塑模具通过螺纹连接；所述下热压板和转动模块通过螺纹连接；所述转动模块和底座通过螺纹连接。优选的，压力控制器上还设置有与固定架连接的夹持装置。优选的，所述注塑模具上设置有用于注塑成型基片的凹槽和用于注塑成型盖片的凹槽。优选的，所述注塑模具为圆盘状；所述注塑模具的材质为镍；厚度为2～5mm；直径为4～12英寸。优选的，所述上热压板由半导体热电制冷器控制温度；所述下热压板由半导体热电制冷器控制温度；所述压力控制器由伺服电机控制压力；所述转动模块为步进电机。本专利技术提供了一种采用上述技术方案所述的键合系统进行聚合物微流控芯片键合的方法，包括如下步骤：采用上注塑模具和下注塑模具将基片和盖片注塑成型；启动真空系统，保持真空度为1～4mBar，使用压力控制器对注塑模具进行开模；启动上热压板和下热压板控制温度为70～90℃；转动模块带动下注塑模具转动，实现基片和盖片的对准；对准后压力系统对基片和盖片加压，同时超声发生器控制频率为60～70KHz，功率为45～60W，振幅为5～10μm，使得基片和盖片键合，得到聚合物微流控芯片。优选的，所述温度为85～90℃；升温速度为1～2℃/s；压力范围为200～350kN。与现有技术相比，本专利技术提供了一种聚合物微流控芯片键合系统，包括：底座；设置于底座上的转动模块；设置于转动模块上的下热压板；设置于下热压板上的下注塑模具；所述转动模块用于带动下热压板和下注塑模具转动；与下注塑模具相对的上注塑模具；设置于上注塑模具上的上热压板；设置于上热压板上的超声波发生器；设置于超声波发生器上的压力控制器；设置于底座上，使得下热压板、下注塑模具、上注塑模具、上热压板、超声波发生器和压力控制器处于真空状态的真空系统；与底座相连，用于固定所述键合系统的固定架。本专利技术提供的聚合物微流控芯片键合系统在真空的环境下对基片和盖片进行热压，不易产生气泡；采用上热压板和下热压板作为温度控制模块，同时结合压力控制器和超声波发生器进行协同键合，最终使得该键合系统对于芯片的键合强度高，键合后微结构变形量小。附图说明图1为本专利技术实施例所述聚合物微流控芯片键合系统示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种聚合物微流控芯片键合系统，包括：底座；设置于底座上的转动模块；设置于转动模块上的下热压板；设置于下热压板上的下注塑模具；所述转动模块用于带动下热压板和下注塑模具转动；与下注塑模具相对的上注塑模具；设置于上注塑模具上的上热压板；设置于上热压板上的超声波发生器；设置于超声波发生器上的压力控制器；设置于底座上，使得下热压板、下注塑模具、上注塑模具、上热压板、超声波发生器和压力控制器处于真空状态的真空系统；与底座相连，用于固定所述键合系统的固定架。本专利技术提供的聚合物微流控芯片键合系统包括底座，本专利技术底座的材质优选为航空铝；本专利技术对于底座的规格不进行限定。用于承载上述系统即可。本专利技术提供的聚合物微流控芯片键合系统包括设置于底座上的转动模块；所述转动模块上优选设置有转动轴；更优选由步进电机制得。所述转动模块和底座优选通过螺纹连接。更优选的，本专利技术的步进电机与底座的连接具体为电机外壳与底座通过螺纹连接。本专利技术对于所述步进电机不进行限定，本领域技术人员熟知的步进电机即可。本专利技术提供的聚合物微流控芯片键合系统包括设置于转动模块上的下热压板；本专利技术所述下热压板由半导体热电制冷器制成；本专利技术下热压板和上热压板共同构成了温度控制模块。在本专利技术中，本专利技术所述下热压板和转动模块优选通过螺纹连接；更优选通过自攻锁紧螺钉连接，其螺纹为弧形三角界面，螺钉经表面淬硬，可拧入金属材料的预制孔中，挤压形成内螺纹。挤压形成内螺纹比切制的提高强度30％以上。螺钉的最小抗拉强度为800Mpa。上述自攻锁紧螺钉具有低拧紧力矩和高锁紧性能。热电致冷器作为一种新型加热/致冷元件具有双向工作特性，可同时实现加热、致冷操作，采用半导体热电致冷器取代电阻丝和循环水作为加热/致冷器件恰好可以克服电阻加热及液冷降温的缺点。本装置采用热电致冷器作为温控装置的主控元件。总的热电效应由同时发生的五种不同效应组成。赛贝克、帕尔帖和汤姆逊效应及焦耳、傅立叶效应，其中赛贝克、帕尔帖和汤姆逊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物微流控芯片键合系统，其特征在于，包括：底座；设置于底座上的转动模块；设置于转动模块上的下热压板；设置于下热压板上的下注塑模具；所述转动模块用于带动下热压板和下注塑模具转动；与下注塑模具相对的上注塑模具；设置于上注塑模具上的上热压板；设置于上热压板上的超声波发生器；设置于超声波发生器上的压力控制器；设置于底座上，使得下热压板、下注塑模具、上注塑模具、上热压板、超声波发生器和压力控制器处于真空状态的真空系统；与底座相连，用于固定所述键合系统的固定架。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物微流控芯片键合系统，其特征在于，包括：底座；设置于底座上的转动模块；设置于转动模块上的下热压板；设置于下热压板上的下注塑模具；所述转动模块用于带动下热压板和下注塑模具转动；与下注塑模具相对的上注塑模具；设置于上注塑模具上的上热压板；设置于上热压板上的超声波发生器；设置于超声波发生器上的压力控制器；设置于底座上，使得下热压板、下注塑模具、上注塑模具、上热压板、超声波发生器和压力控制器处于真空状态的真空系统；与底座相连，用于固定所述键合系统的固定架。2.根据权利要求1所述的键合系统，其特征在于，所述转动模块上设置有转动轴。3.根据权利要求1所述的键合系统，其特征在于，所述压力控制器和超声波发生器通过滚动轴连接；所述超声波发生器和上热压板通过焊接方式连接；所述上热压板和上注塑模具通过螺纹连接。4.根据权利要求1所述的键合系统，其特征在于，所述下热压板和下注塑模具通过螺纹连接；所述下热压板和转动模块通过螺纹连接；所述转动模块和底座通过螺纹连接。5.根据权利要求1所述的键合系统，其特征在于，压力控制器上还设置有与固定架连接的夹持装置。6.根据权利要求1所述的键合系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭钟宁，陈戈，王冠，罗红平，邓宇，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44