一种热塑性微流控芯片的键合装置以及键合方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种热塑性芯片的键合装置以及键合方法。其中的键合装置包括键合模块、储液模块以及废液回收模块，键合模块包括键合容器、上压板以及下基板，所述上压板以及所述下基板均设置在所述键合容器内，所述上压板以及所述下基板可沿竖向相对开合运动，待键合的芯片上板和待键合的芯片下板放入到所述上压板和所述下基板之间进行键合操作；所述储液模块包括存储有溶剂的溶剂储液容器以及存储有水溶液的水溶液储液容器，所述溶剂储液容器和所述水溶液储液容器均和所述键合容器连通；所述废液回收模块和所述键合容器连通。本发明专利技术可改善溶剂键合中由于溶剂残留而导致的微通道变形和尺寸损失的问题，进而提高热塑性芯片的键合质量。合质量。合质量。

【技术实现步骤摘要】
一种热塑性微流控芯片的键合装置以及键合方法


[0001]本专利技术属于半导体
，特别涉及一种热塑性芯片的键合装置以及键合方法。

技术介绍

[0002]目前，微流体芯片广泛应用在分析化学、化学合成、生物学实验、药物开发以及生物医学诊断等领域。在微流控芯片的制造中，热塑性聚合物由于价格低廉、柔性、光学透明、化学惰性和生物相容性等优势，逐步替代硅和玻璃成为微流控芯片商业化的主流选择。
[0003]在热塑性芯片的制造中，热塑性基材上的微通道的密封方法有热压粘合、溶剂粘合、胶粘接键合、微波热键合、表面改性键合、超声波键合和激光键合等。在这些方法中，由于工艺简单，溶剂键合和热键合是最常用的方法。溶剂键合是使用的溶剂(例如乙醇、丙酮、乙睛、二甲亚砜、二氯甲烷和异丙醇的混合溶液等)暂时软化并溶解热塑性塑料的表面，并在施加适当压力后使其粘合。热压键合是将热塑性聚合物材料加热到接近其玻璃化转变温度，使其变软或熔化以形成键。
[0004]现有技术中，热压键合需要高能量，因为该过程包括加热到接近玻璃化转变温度(通常超过100℃)并伴有加压，这可能导致通道变形。目前，基于溶剂键合和热压键合的优缺点，已有一种溶剂辅助的热压键合方法，即先溶剂键合的方法形成预键合，再使用热压键合机或在烘箱里夹持施压的方式进行键合，该方法利用溶剂键合进行快速键合、热压键合加强键合强度，同时不需要单一热压键合那么高的温度，是一种相对低温、快速的键合技术。
[0005]在实现本专利技术的过程中，申请人发现现有技术中至少存在以下不足：
>[0006]但上述方法中，溶剂键合环节中有机溶剂会残留在微流控芯片的通道中，在后续热压键合中受温度和压力作用下继续对热塑性材料起作用，进而会导致通道的变形、尺寸损失，影响键合的质量。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种热塑性芯片的键合装置以及键合方法，以解决溶剂键合中由于溶剂残留在微流控芯片的通道中，而导致的微通道变形和尺寸损失，影响键合的质量的技术问题。
[0008]本专利技术的技术方案为：
[0009]一方面，本专利技术提供了一种热塑性芯片的键合装置，所述键合装置包括：
[0010]键合模块，所述键合模块包括键合容器、上压板以及下基板，所述上压板以及所述下基板均设置在所述键合容器内，所述上压板以及所述下基板可沿竖向相对开合运动，待键合的芯片上板和待键合的芯片下板放入到所述上压板和所述下基板之间进行键合操作；
[0011]储液模块，所述储液模块包括存储有溶剂的溶剂储液容器以及存储有水溶液的水溶液储液容器，所述溶剂储液容器和所述水溶液储液容器均和所述键合容器连通；
[0012]废液回收模块，所述废液回收模块和所述键合容器连通。
[0013]一些实施例中，所述键合模块还包括加压推进装置以及压力传感器，所述加压推进装置具有沿竖向往返移动的输出部，所述上压板固定设置在所述加压推进装置的输出部上；
[0014]所述下基板固定设置在所述键合容器内的底部上，所述下基板位于所述上压板的正下方。
[0015]一些实施例中所述键合模块还包括压力传感器，所述压力传感器设置在所述加压推进装置的输出部上。
[0016]一些实施例中，所述键合模块还包括第一温度传感器、第一加热装置和第一温度控制器，所述第一温度传感器和所述第一加热装置均设置在所述键合容器内，所述第一温度控制器设置在所述键合容器外部，所述第一温度传感器、所述第一加热装置均和所述第一温度控制器连接。
[0017]一些实施例中，所述储液模块还包括第一溶剂阀、第一水溶液阀以及第一输送泵，所述第一输送泵具有第一输入端、第二输入端以及输出端，所述第一输送泵的第一输入端和所述溶剂储液容器连通，所述第一溶剂阀设置在所述第一输送泵的第一输入端和所述溶剂储液容器之间，所述第一输送泵的第二输入端和所述水溶液储液容器连通，所述第一水溶液阀设置在所述第一输送泵的第二输入端和所述水溶液储液容器之间，所述第一输送泵的输出端和所述键合容器连通。
[0018]一些实施例中，所述储液模块还包括第二温度传感器、第二加热装置和第二温度控制器，所述第二温度传感器和所述第二加热装置均设置在所述水溶液储液容器内，所述第二温度控制器设置在所述水溶液储液容器外部，所述第二温度传感器、所述第二加热装置均和所述第二温度控制器连接。
[0019]一些实施例中，所述废液回收模块包括溶剂废液容器、水溶液废液容器、第二输送泵、第二溶剂阀和第二水溶液阀，所述第二输送泵具有输入端、第一输出端以及第二输出端，所述第二输送泵的输入端和所述键合容器连通，所述第二输送泵的第一输出端和所述溶剂废液容器连通，所述第二溶剂阀设置在所述第二输送泵的第一输出端和所述溶剂废液容器之间，所述第二输送泵的第二输出端和所述水溶液废液容器连通，所述第二水溶液阀设置在所述第二输送泵的第二输出端和所述水溶液废液容器之间。
[0020]另一方面，本专利技术还提供了一种热塑性芯片的键合方法，所述键合方法是基于上述的键合装置进行的，所述键合方法包括：
[0021]将溶剂储液容器内的溶剂输送至所述键合容器中；
[0022]加热输送至所述键合容器中的溶剂至第一设定温度；
[0023]将待键合的芯片上板和待键合的芯片下板放入到上压板和下基板之间，并在加热至第一设定温度的溶剂中进行预键合，获得预键合体；
[0024]将获得预键合体后的所述键合容器中的溶剂排至所述废液回收模块；
[0025]将已预热到第二设定温度的水溶液储液容器中的水溶液输送至所述键合容器中；
[0026]保持所述键合容器中的水溶液至第二设定温度，所述预键合体在所述键合容器内的水溶液中进行水浴键合，获得键合体；
[0027]将所述键合容器内的水溶液排至所述废液回收模块。
[0028]进一步地，所述获得预键合体具体包括：
[0029]所述芯片上板和所述芯片下板浸没在溶剂中软化1～5min，所述溶剂的第一设定温度为常温；
[0030]在同样的溶剂温度下，向所述芯片上板施加0.5～5MPa的压力，维持压力0.5～1min。
[0031]进一步地，所述获得键合体具体包括：
[0032]将所述预键合体进行加压并浸没于所述键合容器1
‑
1的水溶液中，所述键合容器1
‑
1的水溶液的第二设定温度为40～80℃，所述加压的压力为0.5～5MPa，保持时间为5～30min。
[0033]本专利技术的有益效果至少包括：
[0034]本专利技术所提供的一种热塑性芯片的键合装置以及键合方法，先将待键合的芯片上板和待键合的芯片下板在含有溶剂的键合容器内通过溶剂键合，暂时软化并溶解热塑性芯片的表面，并施加适当压力后使其粘合，预键合后在含有水溶液的键合容器内通过水浴键合获得键合体，水浴环境使得待键合芯片受热更加均匀，有助于键合的均匀性，也可使得溶剂键合过程流入热塑性芯片微通道里的溶剂迅速被稀释，从而改善溶剂键合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热塑性芯片的键合装置，其特征在于，所述键合装置包括：键合模块(1)，所述键合模块(1)包括键合容器(1
‑
1)、上压板(1
‑
4)以及下基板(1
‑
5)，所述上压板(1
‑
4)以及所述下基板(1
‑
5)均设置在所述键合容器(1
‑
1)内，所述上压板(1
‑
4)以及所述下基板(1
‑
5)可沿竖向相对开合运动，待键合的芯片上板(4)和待键合的芯片下板(5)放入到所述上压板(1
‑
4)和所述下基板(1
‑
5)之间进行键合操作；储液模块(2)，所述储液模块(2)包括存储有溶剂的溶剂储液容器(2
‑
1)以及存储有水溶液的水溶液储液容器(2
‑
2)，所述溶剂储液容器(2
‑
1)和所述水溶液储液容器(2
‑
2)均和所述键合容器(1
‑
1)连通；废液回收模块(3)，所述废液回收模块(3)和所述键合容器(1
‑
1)连通。2.根据权利要求1所述的热塑性芯片的键合装置，其特征在于，所述键合模块(1)还包括加压推进装置(1
‑
2)以及压力传感器(1
‑
3)，所述加压推进装置(1
‑
2)具有沿竖向往返移动的输出部，所述上压板(1
‑
4)固定设置在所述加压推进装置(1
‑
2)的输出部上；所述下基板(1
‑
5)固定设置在所述键合容器(1
‑
1)内的底部上，所述下基板(1
‑
5)位于所述上压板(1
‑
4)的正下方。3.根据权利要求2所述的热塑性芯片的键合装置，其特征在于，所述键合模块(1)还包括压力传感器(1
‑
3)，所述压力传感器(1
‑
3)设置在所述加压推进装置(1
‑
2)的输出部上。4.根据权利要求1所述的热塑性芯片的键合装置，其特征在于，所述键合模块还包括第一温度传感器(1
‑
6)、第一加热装置(1
‑
7)和第一温度控制器(1
‑
8)，所述第一温度传感器(1
‑
6)和所述第一加热装置(1
‑
7)均设置在所述键合容器(1
‑
1)内，所述第一温度控制器(1
‑
8)设置在所述键合容器(1
‑
1)外部，所述第一温度传感器(1
‑
6)、所述第一加热装置(1
‑
7)均和所述第一温度控制器(1
‑
8)连接。5.根据权利要求1所述的热塑性芯片的键合装置，其特征在于，所述储液模块(2)还包括第一溶剂阀(2
‑
3)、第一水溶液阀(2
‑
4)以及第一输送泵(2
‑
5)，所述第一输送泵(2
‑
5)具有第一输入端、第二输入端以及输出端，所述第一输送泵(2
‑
5)的第一输入端和所述溶剂储液容器(2
‑
1)连通，所述第一溶剂阀(2
‑
3)设置在所述第一输送泵(2
‑
5)的第一输入端和所述溶剂储液容器(2
‑
1)之间，所述第一输送泵(2
‑
5)的第二输入端和所述水溶液储液容器(2
‑
2)连通，所述第一水溶液阀(2
‑
4)设置在所述第一输送泵(2
‑
5)的第二输入端和所述水溶液储液容器(2
‑
2)之间，所述第一输送泵(2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王欢，解婧，邢建鹏，范涛，刘金虎，宋宏岩，李超波，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：