一种介电层表面平整的微流控芯片及制备方法、制作模具技术

本发明专利技术涉及微流控芯片制造技术领域，特别涉及一种具有平整介电层外表面的微流控芯片及其制备封装工艺。一种介电层表面平整的微流控芯片，其介电层表面为平整面。一种介电层表面平整的微流控芯片的制备方法，包括在介电层上依次设置电路层，并利用介电层成型面对介电层表面压平以确保介电层表面平整。本发明专利技术采用的技术方案有效的提高了数字微流控芯片的产品质量。品质量。品质量。

【技术实现步骤摘要】
一种介电层表面平整的微流控芯片及制备方法、制作模具


[0001]本专利技术涉及微流控芯片制造
，特别涉及一种具有平整介电层表面的微流控芯片。

技术介绍

[0002]微流控，是一种精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术，在DNA芯片、芯片实验室、微进样技术和微热力学技术等方向得到了发展。传统的微流控芯片，利用MEMS微加工技术在芯片上集成微阀、微泵、微小电极和微小传感器等器件，同时在芯片表面刻蚀出微型沟道，通过流体在沟道中的流动完成分离、运输、检测等分析过程。微流控芯片又可分为连续微流控芯片和数字微流控芯片。其中连续微流控芯片的操控对象为连续流体，而数字微流控芯片的操控对象为微液滴。数字微流控芯片(DMF)是近10年来发展迅猛的一种新兴技术，以控制实现单个或多个离散液滴在芯片平面上运动为基础，利用液滴表面的电湿润现象，通过向芯片上的电极上施加电压，从而改变芯片介电层与其上液滴的固液表面张力，实现液滴在平面上的灵活运动。现有的数字微流控芯片产品的介电层难以避免因下方电极突起而造成的介电层表面的凹凸不平。介电层表面凹凸不平会对液滴灵活运动造成一定障碍，影响数字微流控芯片产品的性能和质量。
[0003]现有的数字微流控芯片加工方式难以对芯片表面进行有效的平整化处理。现有的技术无论是PCB加工技术还是MEMS加工技术皆属于“正序加工”工艺。“正序加工”的特征为，加工从基板开始堆叠数字微流控技术芯片的各个结构层，例如“电线层”，“绝缘层”，“电极层”，“介电层”。由于“介电层”永远是“正序加工”工艺堆叠的最后一层，所以他的平整度会受下方各个结构层累计影响。
[0004]通过MEMS加工工艺制备的数字微流控芯片虽然可以通过减薄抛光介电层将打磨平整，但是减薄抛光工序有一定的限制性。当部分介电层陷入电极层之间的间隙，且表面低于电极层表面时，减薄抛光工序则无法减薄至完全平整。而且，将制备好的芯片进行抛光处理，不仅增加加工成本，也降低良品率，并且会造成一定程度的加重批间差的问题。通过PCB加工技术生产的数字微流控芯片虽然可以通过填充电极层的电极之间的缝隙来减轻不平整性，但无法彻底解决“正序加工”带来的凹凸不平的问题。近年来，一种新型柔性数字微流控芯片采用了“倒序加工”的新方法。这种“倒序加工“的方法通过先制备介电层，而后在依次堆叠电极层，绝缘层，电线层等电路结构。由于“倒序加工”的第一层是介电层，也就避免了累计堆叠造成的结构性凹凸不平。虽然“倒序加工”的数字微流控芯片表面平整但是柔软。其柔软的特性造成这种数字微流控芯片封装在硬质的基板上时，表面容易凹陷。最终，封装好的这种数字微流控芯片还是会有一定程度凹凸不平并造成液滴移动不畅，影响最终产品的性能和质量。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种新的微流控芯片及其制备方法，由高压成型注
塑工艺制备具有平整介电层的微流控芯片，以确保介电层表面光滑平整。
[0006]一种介电层表面平整的微流控芯片，包括介电层和电路层，液滴在介电层相对电路层的另一面移动，所述介电层的未形成所述电路层的一侧为平整表面。
[0007]平整表面是指两个相邻电极间的间隙深度小于两个电极表面的粗糙度Ry(Rz)中的最大值。
[0008]进一步的，所述平整面的平整度X
min
/Y
max
≧10。其中，芯片上电极间的距离用G1、G2
……
Gn来表示，n为芯片上所有电极缝隙的总数，其中X
min
为G1、G2
……
Gn中的最小值。芯片上电极表面的粗糙度用Ry1、Ry2
……
Rym来表示，m为芯片上电极的总数，其中Y
max
为Ry1、Ry2
……
Rym中的最大值。
[0009]进一步的，所述平整面的平整度X
min
/Y
max
≧100。
[0010]进一步的，介电层上印刷或者涂布有电路层，即通过先制备介电层，而后在介电层上依次设置电路层。
[0011]进一步的，在电路层上设置介电层，即采用正序加工工艺，从基板开始堆叠数字微流控技术芯片的各电路层，在最后一层电路层结构上设置介电层。
[0012]进一步的，用带有介电层成型面的制作模具对芯片介电层未形成所述电路层的一侧压平处理可以得到表面平整的介电层。
[0013]进一步的，所述介电层作为制备电路层的的基底材料，在所述介电层上利用印刷、打印或者蚀刻的方式形成包含电极层的电路层，所述电路层用于产生驱动位于所述介电层上与所述电路层相对一面的微液滴的电场。本专利技术采用的技术方案直接在介电层上形成所需电路层，所以电路层与介电层能够充分接触，使得电路层、介电层、位于介电层上与电路层相对一面的微液滴三者构成一个等效的平板电容。当对电路层施加电压时，介电层可以有效地避免电路层和微液滴之间的电荷交换而导致微液滴发生电解现象。在传统芯片中先形成电路层而后形成介电层的方案中，因电路层本身高低不平，附在电路层上方的介电层亦会高低不平并在电极间留有间隙，影响微液滴的移动。本专利技术所采用的技术方案先形成介电层，再在介电层上形成电路层，因此介电层上、与电路层相对的一面不会产生高低不平和间隙，利用介电层这一侧平整的表面承载微液滴，使微液滴在受到驱动时不被阻挡，顺畅移动。
[0014]进一步的，所述电路层包括电极层以及电线层，电极层与电线层以共层的形式处于同一层。电极层由按需设计的多个单电极组成。当微液滴位于某些单电极(以下称为“上位电极”)上时，微液滴的周缘部会接触到另外的、数个不同方向的单电极(以下称为“下位电极”)。当微液滴周围的下位电极未被加上电压时，微液滴会在上位电极上保持当前位置。当某一方向的下位电极被施加电压且上位电极和其他方向的下位电极未被施加电压时，微液滴部分接触加压的下位电极的接触角θ将减小，而液滴其他部位的接触角维持不变，因而使得液滴产生向一侧铺展的趋势，施加的电压越大，则接触角变化的越大，当电压大到一定程度时，液滴两侧会产生非常大的接触角差异，则液滴向一侧铺展的趋势更强烈，此时液滴内部会出现一个非常大的压力差，当这个压力差达到一定阈值时，液滴就会向加压的下位电极移动，实现微液滴位移的操作，微液滴现在所处的电极为新上位电极。电线层由按需设计的多条电线组成，将单电极之间、电极与外部电压连接，使电压能够施加在各个单电极上。采用共层的设计使电极层与电线层能够充分接触，确保每个单电极可以具有驱动微液
滴的电压，且电极层与电线层可以同时形成，降低了工艺难度，减少了生产成本。
[0015]进一步的，在介电层上依次形成电极层、绝缘层以及电线层，电极层、绝缘层以及电线层共同构成电路层且以堆叠的形式形成为多层结构。对于较复杂的电路层设计，电极层与电线层共层容易发生短路，影响芯片的使用，且工艺上难以实现，因此将电极层与电路层堆叠形成，并在两层之间加入绝缘层使两层隔离。电极层形成在介电层上，通过绝缘层将电极层与电线层隔离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介电层表面平整的微流控芯片，包括介电层和电路层，其特征在于：所述介电层未形成所述电路层的一侧为平整表面，所述平整表面是指两个相邻电极间的间隙深度小于两个电极表面的粗糙度Ry(Rz)中的最大值。2.如权利要求1所述的一种介电层表面平整的微流控芯片，其特征在于：所述介电层上设置电路层。3.如权利要求1所述的一种介电层表面平整的微流控芯片，其特征在于：所述电路层上设置有介电层。4.如权利要求1所述的一种介电层表面平整的微流控芯片的制作模具，其特征在于：包括：第一模具(41)、第二模具(42)，所述第一模具(41)连接有第一喷嘴(43)，所述第一模具(41)上设置有底座空间腔(411)，所述第二模具(42)上设置有介电层成型面(44)，第一模具(41)、第二模具(42)贴合后中部形成铸造腔，微流控芯片设置于其中，所述介电层(1)的未形成所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：高维，胡丛余，
申请(专利权)人：上海仁芯生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：