一种在普通实验室条件下制作玻璃芯片的方法技术

本发明专利技术涉及一种在普通实验室条件下制作玻璃芯片的方法。本发明专利技术针对普通实验室的条件，优化了设计和加工玻璃微流控芯片的程序，实现了在普通实验室即可进行的玻璃芯片制作的目的。本发明专利技术主要包括：优化调整芯片加工键合的顺序，有效地保护玻璃表面，减少机械打孔过程中造成的芯片表面损伤；设计网状通道使得键合时气体通过通向芯片边缘的通道疏导出啮合面，降低气体对主要结构的影响；使用加热腐蚀液形成氟化氢蒸气处理带水膜的玻璃表面处理技术，有效地解决了键合剂均匀分布的问题。本发明专利技术通过以上一项或几项优化组合，可以大大提高了芯片在高温、低温或常温条件下键合的质量和成品率。本发明专利技术可以广泛应用于包括玻璃基质微流控芯片和玻璃基质生物芯片在内的芯片制作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制作玻璃芯片的方法，特别是关于一种包括玻璃基质微流控芯片和玻璃基质生物芯片在内的，在普通实验室条件下制作玻璃芯片的方法。
技术介绍
微流控芯片是当前十分活跃的研究领域，迄今为止，用于制作微流控芯片的材料主要是熔融硅、石英、玻璃及有机高分子聚合物，其中以玻璃基质芯片最为广泛。玻璃芯片具有与石英毛细管相似的性能，良好的透明度和优良的电渗性能，适合采用光学检测的特点。但是，玻璃芯片也有不足之处需要超净的工作环境，封接的温度要达到500℃以上且成功率不高。与石英、玻璃材质相比，高分子材料成本较低，易于加工，比较适合于批量生产，但电渗性能稳定性较差。对于玻璃、石英或熔融材质的芯片来讲，其加工工艺包括图形设计、掩模制造、光刻、蚀刻和键合等步骤。例如利用CAD软件设计微通道的结构图像，用高分辨打印机将图像打印到透明薄膜上制备掩模，蚀刻剂常用HF-HNO3或HF-NH4F；设计图形后，用高分辨率激光照排机在照相底片上加工光刻掩模，用光刻和湿法刻蚀的方法，在商品玻璃基片上加工微通道，将玻璃盖片与加工好的基片进行热键合，制得较好的微流控芯片。近年来，低温键合技术也有报道，比如以0.1～1％的氢氟酸作为键合剂在室温下加压0.01～1.3MPa实现了SiO2-SiO2键合。又比如使用7％水玻璃作为键合剂，在室温条件下过夜或90℃条件下固化1小时实现玻璃基片和盖片的键合。但是键合剂涂抹后的均匀分布问题很重要，一旦出现不均匀就会引起键合不完全或通道堵塞。普通实验室空气中悬浮的微米和纳米级颗粒是很多的，因此芯片的键合大多在超净实验室中进行。玻璃表面粘附的微粒对芯片的键合质量有很大的影响，较大尺度的芯片键合使这一问题更加突出，殷学锋等人采取的方法很奏效，即在彻底洗净玻璃基片表面的痕量有机物和无机盐后，将基片和未玷污的盖片在超纯水环境中直接贴合后，再取出放进真空干燥箱干燥。这种方法避免了空气中微粒对键合的影响，大大提高了芯片键合的质量，并避免了基片和盖片中的微量水在高温炉中加热键合时迅速气化而引起的芯片爆裂。但是在没有真空干燥箱干燥的情况下，由于基片和盖片间微量水分的不能很好地排出，因此会出现大量牛顿环，使键合成功率很低。另外，在现有芯片的加工过程中，对基片和盖片进行剪裁、打孔的程序一般是放在去掉铬版玻璃表面铬层之后，因此在剪裁和打孔时会造成对芯片表面划伤或变形的损伤，大大降低芯片的键合成功率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种键合质量好，成品率高，在普通实验室条件下制作玻璃芯片的方法。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术采取以下技术方案其包括以下步骤(1)用绘图软件绘制具有主通道的芯片掩膜版，然后用激光照排机输出胶片；(2)将所述胶片与表面涂敷有光刻胶的铬版玻璃置于光刻机上曝光50～60秒；(3)将所述铬版玻璃浸入0.6～1％的NaOH溶液中，室温显影20～60秒形成光刻通道，立即在流动的蒸馏水中漂洗干净，并置于干燥箱内，在70～120℃条件下烘干10～40分钟，坚膜；(4)将所述隔板玻璃从干燥箱中取出，放入去铬液中轻轻震荡1～3分钟形成铬层通道，用水冲洗；(5)将所述铬版玻璃浸入盛有玻璃腐蚀液的器皿中，置于涡漩混合器上振荡，形成玻璃通道，用水冲洗；(6)将所述铬版玻璃和作为盖片的抛光片剪裁成所需尺寸，并在所述铬版玻璃或所述盖片上钻孔，用水冲洗；(7)将所述铬版玻璃放入无水乙醇或0.6～1％NaOH溶液中浸泡一段时间去光胶，轻轻振荡，待玻璃表面由红棕色变为亮黄色，取出，用水冲洗；(8)将所述铬版玻璃放入去铬液中，去除其表面的铬层，直到露出透明的玻璃表面为止，用水冲洗；(9)将所述基片和盖片放置在浓硫酸中过夜，清除表面污染物，然后取出，用超纯水清洗；(10)将所述基片和盖片盖合，绑紧，低温键合，或常温键合，或放入马福炉中高温键合即成。在所述步骤1用绘图软件绘制具有主通道的芯片掩膜版的同时，在所述主通道周围，绘制通向芯片边缘的网状通道。在完成所述步骤(9)后，将所述基片和盖片放入盛有HF/NH4F溶液的封闭器皿中的露出液面的平台上，并在低于40℃温度下对器皿加热15～30分钟，通过氟化氢蒸气处理带水膜的玻璃表面后，再进入所述步骤(10)。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本专利技术由于优化调整了芯片加工键合的顺序，将对玻璃的剪裁、钻孔程序修改为放在去光刻胶程序和去铬层程序之前进行，因此可以利用光刻胶和铬层对玻璃表面的保护作用，减少机械剪裁、打孔对芯片表面的损伤，从而有效地提高了芯片键合的质量和成品率。2、本专利技术由于在主通道周围制作了辅助的通向芯片边缘的网状通道，因此芯片键合时，一方面气体可以通过网状通道疏导出啮合面，避免高温键合时可能出现的暴涨，另一方面可以将未排出的气体限制在网格通道之内，避免了牛顿环的生成，降低了对主通道的影响。3、本专利技术由于使用加热腐蚀液形成的氟化氢蒸气，对带水膜的玻璃表面进行处理，因此可以依靠分子热运动在玻璃表面形成浓度极稀并且高度均匀分布的氢氟酸，从而实现了键合剂的高均匀分布，不但避免了键合剂造成的通道堵塞，而且可以节省键合剂。本专利技术通过以上一项或几项优化组合，大大提高了芯片高温、低温或常温键合的成品率，实现了在普通实验室条件下，用普通干燥箱制作玻璃芯片的目的。本专利技术可以广泛应用于包括玻璃基质微流控芯片和玻璃基质生物芯片在内的芯片制作。附图说明图1是用绘图软件绘制主通道和网状通道的示意2是芯片的键合原理具体实施方式本专利技术包括三项关键技术，下面分别叙述一、玻璃芯片键合率不高一直是制约许多实验室芯片发展的瓶颈，芯片无法高质量键合的原因主要归于基片和盖片由于某种原因造成表面变形或损伤，基片和盖片之间出现大量牛顿环，难以键合或键合质量不高，成品率很低。一般普通化学实验室，制作玻璃芯片的步骤程序如下1、绘制掩膜版，用Coreldraw 9.0绘图软件绘制出所需的图形(阳模或阴模)，然后通过激光照排机输出胶片，分辨率为3000dpi(200线)；2、紫外线曝光，将掩模版胶片与涂敷有光刻胶的铬版玻璃置于光刻机上曝光50～60秒；3、显影，将曝光后的铬版玻璃浸入0.7％的NaOH溶液中室温显影30分钟左右，立即在流动的蒸馏水中漂洗干净，然后，置于真空干燥箱110℃条件下烘干15分钟，坚膜；4、去通道铬层，将铬版玻璃从干燥箱中取出，放入去铬液中轻轻震荡2分钟左右，用水冲洗干净；5、腐蚀液湿法腐蚀通道，将前面去了通道铬层的玻璃浸入盛有腐蚀液的塑料器皿中，置于涡漩混合器上振荡；6、去光胶，将腐蚀好的玻璃立即取出，在流水中冲洗干净，然后放入无水乙醇或2％NaOH溶液中浸泡一段时间，轻轻振荡。待玻璃表面由红棕色变为亮黄色，取出，用水冲洗干净；7、用去铬液去铬版玻璃表面铬层，放入去铬液(可以是回收后的)中轻轻震荡2分钟左右，直到露出透明的玻璃表面为止，用水冲洗干净；8、切割玻璃-剪裁、钻孔，腐蚀后的玻璃片可根据需要剪裁成一定尺寸，同时，将抛光片剪裁成相应的尺寸作为盖片，在基片(或盖片上)各通道的端口处，用钻床按照需要钻直径为1mm的孔，作为样品/缓冲溶液池；9、表面处理，将基片和盖片放置在浓硫酸中过夜，清除表面污染物，然后取出，超纯水中清洗；10、封接与热键合；将基片和盖片合并，绑紧，放入马福炉中按程序升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在普通实验室条件下制作玻璃芯片的方法，其包括以下步骤：（１）用绘图软件绘制具有主通道的芯片掩膜版，然后用激光照排机输出胶片；（２）将所述胶片与表面涂敷有光刻胶的铬版玻璃置于光刻机上曝光５０～６０秒；（３）将所述铬 版玻璃浸入０．６～１％的ＮａＯＨ溶液中，室温显影２０～６０秒形成光刻通道，立即在流动的蒸馏水中漂洗干净，并置于干燥箱内，在７０～１２０℃条件下烘干１０～４０分钟，坚膜；（４）将所述隔板玻璃从干燥箱中取出，放入去铬液中轻轻震荡１～３分 钟形成铬层通道，用水冲洗；（５）将所述铬版玻璃浸入盛有玻璃腐蚀液的器皿中，置于涡漩混合器上振荡，形成玻璃通道，用水冲洗；（６）将所述铬版玻璃和作为盖片的抛光片剪裁成所需尺寸，并在所述铬版玻璃或所述盖片上钻孔，用水冲洗；　 　（７）将所述铬版玻璃放入无水乙醇或０．６～１％ＮａＯＨ溶液中浸泡一段时间去光胶，轻轻振荡，待玻璃表面由红棕色变为亮黄色，取出，用水冲洗；（８）将所述铬版玻璃放入去铬液中，去除其表面的铬层，直到露出透明的玻璃表面为止，用水冲洗； （９）将所述基片和盖片放置在浓硫酸中过夜，清除表面污染物，然后取出，用超纯水清洗干净；（１０）将所述基片和盖片盖合，绑紧，低温键合，或常温键合，或放入马福炉中高温键合即成。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗国安，陈令新，刘科辉，王义明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]