以环烯共聚物为衬底和上盖的微流芯片封装方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微流芯片封装领域，特别涉及一种以环烯共聚物为衬底和上盖材质的电化学微流芯片的封装技术。
【背景技术】
[0002]微流芯片是指在微米尺度上，在一定基底上利用微机电(MEMS)技术，注塑成型技术和封装技术等制作的包含传感器，反应器等微型功能器件和相应反应空间以及液体流通管道和流动液体进入和排出通道的整体结构。微流芯片可以实现将采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上完成，且可以多次使用。
[0003]这样结构使得微流芯片中的液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度快等特点，它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析，并且可以在线实现样品的处理及分析全过程，再由于其体积小、集成度高、成本低且可大批量生产，因此，微流芯片在分析化学、生物医学、疾病诊断、药物筛选，环境监测等领域有广泛的应用。
[0004]现在主要的微流芯片的材质有硅材料，玻璃石英材料和高分子聚合物。其中的高分子聚合物由于成本低、易于加工成型和批量生产等优点，得到了越来越多的关注。目前常用的高分子聚合物材质有聚酰胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环氧树脂和聚氨酯等。针对不同的检测需要，选择合适的微流芯片材料。
[0005]环稀共聚物(Cyclic Olefin Copolymer, C0C)，是一种新型非晶性聚稀经树月旨，相较于以上的高分子聚合物，由于其表面的非极性和很高的耐温性，其玻璃化温度高达80-180°C，极低的吸水率，几乎接近于零，很强的气体阻隔性，对于02的透过率60mm/(cm2*d)，032的透过率25mm/ (cm 2*d)，湿气透过率0.09mm/ (cm2*d)，和很好的光学性能，透光率大于91%，双折射率极小，色散小以及耐腐蚀性，使得C0C成为制作以分析溶液中离子和极性分子微流芯片的很好材质。
[0006]以C0C为衬底和上盖的微流芯片的封装方法是紫外胶法。其原理是利用C0C对紫外光的透射性，在C0C上盖与芯片底板结合处涂布一层紫外胶，用紫外灯照射组件后，紫外胶内由于光敏反应而固化，使得上盖和底板粘和在一起。
[0007]紫外胶技术的主要问题是胶水涂布量和涂布均匀性都会影响上盖与底板结合的紧密度和寿命。由于C0C微流芯片分析的是溶液中的离子和极性分子，固化了的紫外胶体会接触分析溶液，引起溶液成分的改变，同时也缩短了紫外固化胶的粘和效力从而缩短了微流芯片的使用寿命。
[0008]为解决以上以C0C为衬底和上盖封装技术带来的问题，需要发展一种封装严密，持久，不破坏衬底上的微功能器件结构，同时能够保持液体反应腔的体积和功能器件信号的引出。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种以环烯共聚物为衬底和上盖的微流芯片封装方法。
[0010]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现:
一种以环烯共聚物为衬底和上盖的微流芯片封装方法，包括以下步骤:
步骤1)根据芯片底片上的微型功能器件和需要的流体空间，以及信号需要引出的在芯片底片上的位置，设计制作相应的模具，将引脚接入到模具中，通过注塑成型，获得带有液体反应腔和引脚的芯片上盖；
步骤2 )利用带有液体反应腔和弓I脚的上盖与芯片底片，通过微波焊接技术紧密结合在一起。
[0011]上盖的模具设计不仅要提供给在微纳米尺度上的微型功能器件与液体空间，而且根据信号引出线在芯片底片上的位置，将引脚接入到模具上需要与芯片底片上信号的引出块位置相对应的位置。在注塑成型上盖的过程中，不仅需要液体反应腔体积和位置的准确，而且需要引脚保持在准确的位置。
[0012]所述微波焊接为20-40千赫兹的微波辐射下，在一秒内使得上盖与芯片的C0C材质通过表面的超声线1-5微米表层同时达到半熔化从而相互熔合在一起并同时凝固，达到上盖和芯片底片紧密结合在一起。
[0013]本发明的有益效果是:
通过本发明的实施，改变了高分子聚合物微流芯片底片与上盖之间主要通过胶粘工艺进行结合的方法。通过微波焊接的方法使得上盖与芯片底片通过表面极外表层物理熔化结合在一起，凝固后获得具有物理性质完全一致的密闭液体腔的封装效果。对于有检测或者响应信号需要引出微流芯片，通过将引脚接到上盖的模具中的对应位置，在微波焊接工艺过程中，使得引脚接触芯片底片上的信号引出区域。这样既能保证信号通过引脚顺利引出微流芯片外，又能保证信号引出通过只允许信号通过，而测量液体则不会沿着信号引出通道外泄。本发明的实施，有利于批量化生产规格、质量统一的微流芯片，从而为降低微流芯片的生产成本，扩大微流芯片的应用范围建立技术基础。
[0014]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【附图说明】
[0015]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明使用的运用MEMS技术在C0C基片上制作的包含微电极系统的电化学微流芯片底片；
图2为本发明使用的电化学微流芯片底片对应的液体反应腔的形状和尺寸要求；
图3为本发明作为实例使用的运用微波焊接技术获得的芯片-上盖结合示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
[0017]本发明以通过运用MEMS技术在几乎无内应力C0C片上制作获得的电化学微流芯片底片和运用注塑成型技术获得的包含引脚和液体反应腔的C0C上盖的封装作为实例说明C0C作为微流芯片底片和上盖材质的封装的过程。
[0018]首先是根据电化学微流芯片的尺寸，微电极系统的尺寸，位置，液体反应腔的体积，形状的要求，如图1和2所示，图中11表示镀金接触点，12表示微电极系统。每个微电极呈长方体长3毫米，高0.5毫米，厚度200纳米。液体反应腔高度220微米，体积10微升。据此液体反应腔极设计制作相应的模具，并在模具上对应芯片底片上电信号引出块的位置接入引脚。通过注塑成型，获得带有引脚和液体反应腔结构的上盖。
[0019]第二步是将电化学微流芯片底片与上盖按照特定的结合方式进行封装前的结合。
[0020]第三步是通过微波焊接技术，在20千赫兹超声波震荡焊接下，在不到一秒的时间内，在底片和上盖通过表面的超声线1-5微米厚度的熔化相互粘和在一起，达到紧密结合的目的。最后的获得的分析芯片成品如图3所示，图中1表示上盖壳体，2表示液体入口，3表示液体出口，4表示上盖技术引脚，5表示检测芯片。通过液体和电极信号的检测，实现了对电化学微流芯片的预期功能。
[0021]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种以环烯共聚物为衬底和上盖的微流芯片封装方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1)根据芯片底片上的微型功能器件和需要的流体空间，以及信号需要引出的在芯片底片上的位置，设计制作相应的模具，将引脚接入到模具中，通过注塑成型，获得带有液体反应腔和引脚的芯片上盖； 步骤2 )利用带有液体反应腔和弓I脚的上盖与芯片底片，通过微波焊接技术紧密结合在一起。2.根据权利要求1所述的微流芯片封装方法，其特征在于:所述微波焊接为20-40千赫兹的微波辐射下，在一秒内使得上盖与芯片的COC材质通过表面的超声线1-5微米表层同时达到半熔化从而相互熔合在一起并同时凝固，达到上盖和芯片底片紧密结合在一起。
【专利摘要】本发明公开了一种以环烯共聚物为衬底和上盖的微流芯片封装方法，包括以下步骤：根据芯片底片上的微型功能器件和需要的流体空间，以及信号需要引出的在芯片底片上的位置，设计制作相应的模具，将引脚接入到模具中，通过注塑成型，获得带有液体反应腔和引脚的芯片上盖；利用带有液体反应腔和引脚的上盖与芯片底片，通过微波焊接技术紧密结合在一起。通过本发明的实施，改变了高分子聚合物微流芯片底片与上盖之间主要通过胶粘工艺进行结合的方法。通过微波焊接的方法使得上盖与芯片底片通过表面极外表层物理熔化结合在一起，凝固后获得具有物理性质完全一致的密闭液体腔的封装效果。
【IPC分类】B81C1/00
【公开号】CN105399051
【申请号】CN201511006070
【发明人】高孙杨, 黄炳南, 赵真真, 石威
【申请人】南京洁态环保科技有限公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月29日
【技术领域】
[0001]本发明属于微流芯片封装领域，特别涉及一种以环烯共聚物为衬底和上盖材质的电化学微流芯片的封装技术。
【背景技术】
[0002]微流芯片是指在微米尺度上，在一定基底上利用微机电(MEMS)技术，注塑成型技术和封装技术等制作的包含传感器，反应器等微型功能器件和相应反应空间以及液体流通管道和流动液体进入和排出通道的整体结构。微流芯片可以实现将采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上完成，且可以多次使用。
[0003]这样结构使得微流芯片中的液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度快等特点，它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析，并且可以在线实现样品的处理及分析全过程，再由于其体积小、集成度高、成本低且可大批量生产，因此，微流芯片在分析化学、生物医学、疾病诊断、药物筛选，环境监测等领域有广泛的应用。
[0004]现在主要的微流芯片的材质有硅材料，玻璃石英材料和高分子聚合物。其中的高分子聚合物由于成本低、易于加工成型和批量生产等优点，得到了越来越多的关注。目前常用的高分子聚合物材质有聚酰胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环氧树脂和聚氨酯等。针对不同的检测需要，选择合适的微流芯片材料。
[0005]环稀共聚物(Cyclic Olefin Copolymer, C0C)，是一种新型非晶性聚稀经树月旨，相较于以上的高分子聚合物，由于其表面的非极性和很高的耐温性，其玻璃化温度高达80-180°C，极低的吸水率，几乎接近于零，很强的气体阻隔性，对于02的透过率60mm/(cm2*d)，032的透过率25mm/ (cm 2*d)，湿气透过率0.09mm/ (cm2*d)，和很好的光学性能，透光率大于91%，双折射率极小，色散小以及耐腐蚀性，使得C0C成为制作以分析溶液中离子和极性分子微流芯片的很好材质。
[0006]以C0C为衬底和上盖的微流芯片的封装方法是紫外胶法。其原理是利用C0C对紫外光的透射性，在C0C上盖与芯片底板结合处涂布一层紫外胶，用紫外灯照射组件后，紫外胶内由于光敏反应而固化，使得上盖和底板粘和在一起。
[0007]紫外胶技术的主要问题是胶水涂布量和涂布均匀性都会影响上盖与底板结合的紧密度和寿命。由于C0C微流芯片分析的是溶液中的离子和极性分子，固化了的紫外胶体会接触分析溶液，引起溶液成分的改变，同时也缩短了紫外固化胶的粘和效力从而缩短了微流芯片的使用寿命。
[0008]为解决以上以C0C为衬底和上盖封装技术带来的问题，需要发展一种封装严密，持久，不破坏衬底上的微功能器件结构，同时能够保持液体反应腔的体积和功能器件信号的引出。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种以环烯共聚物为衬底和上盖的微流芯片封装方法。
[0010]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现:
一种以环烯共聚物为衬底和上盖的微流芯片封装方法，包括以下步骤:
步骤1)根据芯片底片上的微型功能器件和需要的流体空间，以及信号需要引出的在芯片底片上的位置，设计制作相应的模具，将引脚接入到模具中，通过注塑成型，获得带有液体反应腔和引脚的芯片上盖；
步骤2 )利用带有液体反应腔和弓I脚的上盖与芯片底片，通过微波焊接技术紧密结合在一起。
[0011]上盖的模具设计不仅要提供给在微纳米尺度上的微型功能器件与液体空间，而且根据信号引出线在芯片底片上的位置，将引脚接入到模具上需要与芯片底片上信号的引出块位置相对应的位置。在注塑成型上盖的过程中，不仅需要液体反应腔体积和位置的准确，而且需要引脚保持在准确的位置。
[0012]所述微波焊接为20-40千赫兹的微波辐射下，在一秒内使得上盖与芯片的C0C材质通过表面的超声线1-5微米表层同时达到半熔化从而相互熔合在一起并同时凝固，达到上盖和芯片底片紧密结合在一起。
[0013]本发明的有益效果是:
通过本发明的实施，改变了高分子聚合物微流芯片底片与上盖之间主要通过胶粘工艺进行结合的方法。通过微波焊接的方法使得上盖与芯片底片通过表面极外表层物理熔化结合在一起，凝固后获得具有物理性质完全一致的密闭液体腔的封装效果。对于有检测或者响应信号需要引出微流芯片，通过将引脚接到上盖的模具中的对应位置，在微波焊接工艺过程中，使得引脚接触芯片底片上的信号引出区域。这样既能保证信号通过引脚顺利引出微流芯片外，又能保证信号引出通过只允许信号通过，而测量液体则不会沿着信号引出通道外泄。本发明的实施，有利于批量化生产规格、质量统一的微流芯片，从而为降低微流芯片的生产成本，扩大微流芯片的应用范围建立技术基础。
[0014]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【附图说明】
[0015]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明使用的运用MEMS技术在C0C基片上制作的包含微电极系统的电化学微流芯片底片；
图2为本发明使用的电化学微流芯片底片对应的液体反应腔的形状和尺寸要求；
图3为本发明作为实例使用的运用微波焊接技术获得的芯片-上盖结合示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
[0017]本发明以通过运用MEMS技术在几乎无内应力C0C片上制作获得的电化学微流芯片底片和运用注塑成型技术获得的包含引脚和液体反应腔的C0C上盖的封装作为实例说明C0C作为微流芯片底片和上盖材质的封装的过程。
[0018]首先是根据电化学微流芯片的尺寸，微电极系统的尺寸，位置，液体反应腔的体积，形状的要求，如图1和2所示，图中11表示镀金接触点，12表示微电极系统。每个微电极呈长方体长3毫米，高0.5毫米，厚度200纳米。液体反应腔高度220微米，体积10微升。据此液体反应腔极设计制作相应的模具，并在模具上对应芯片底片上电信号引出块的位置接入引脚。通过注塑成型，获得带有引脚和液体反应腔结构的上盖。
[0019]第二步是将电化学微流芯片底片与上盖按照特定的结合方式进行封装前的结合。
[0020]第三步是通过微波焊接技术，在20千赫兹超声波震荡焊接下，在不到一秒的时间内，在底片和上盖通过表面的超声线1-5微米厚度的熔化相互粘和在一起，达到紧密结合的目的。最后的获得的分析芯片成品如图3所示，图中1表示上盖壳体，2表示液体入口，3表示液体出口，4表示上盖技术引脚，5表示检测芯片。通过液体和电极信号的检测，实现了对电化学微流芯片的预期功能。
[0021]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种以环烯共聚物为衬底和上盖的微流芯片封装方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1)根据芯片底片上的微型功能器件和需要的流体空间，以及信号需要引出的在芯片底片上的位置，设计制作相应的模具，将引脚接入到模具中，通过注塑成型，获得带有液体反应腔和引脚的芯片上盖； 步骤2 )利用带有液体反应腔和弓I脚的上盖与芯片底片，通过微波焊接技术紧密结合在一起。2.根据权利要求1所述的微流芯片封装方法，其特征在于:所述微波焊接为20-40千赫兹的微波辐射下，在一秒内使得上盖与芯片的COC材质通过表面的超声线1-5微米表层同时达到半熔化从而相互熔合在一起并同时凝固，达到上盖和芯片底片紧密结合在一起。
【专利摘要】本发明公开了一种以环烯共聚物为衬底和上盖的微流芯片封装方法，包括以下步骤：根据芯片底片上的微型功能器件和需要的流体空间，以及信号需要引出的在芯片底片上的位置，设计制作相应的模具，将引脚接入到模具中，通过注塑成型，获得带有液体反应腔和引脚的芯片上盖；利用带有液体反应腔和引脚的上盖与芯片底片，通过微波焊接技术紧密结合在一起。通过本发明的实施，改变了高分子聚合物微流芯片底片与上盖之间主要通过胶粘工艺进行结合的方法。通过微波焊接的方法使得上盖与芯片底片通过表面极外表层物理熔化结合在一起，凝固后获得具有物理性质完全一致的密闭液体腔的封装效果。
【IPC分类】B81C1/00
【公开号】CN105399051
【申请号】CN201511006070
【发明人】高孙杨, 黄炳南, 赵真真, 石威
【申请人】南京洁态环保科技有限公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月29日
再多了解一些
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