一种用于微流体系统中的对准键合结构及其制作方法

摘要

本发明公开了一种用于微流体系统中的对准键合结构及其制作方法，该方法利用硬质透光材料对聚合物进行固定，通过硬质透光材料与基底材料的对准和键合，进而实现聚合物与基底材料的对准键合，避免了由于聚合物的材料本身引起的对准键合不精确的问题，提高了键合的对准精度。工艺简单，提高了键合的效率。

说明书

技术领域

本申请涉及微流体系统的键合技术领域，尤其涉及一种用于微流体系统中的对准键合结构及其制作方法。

背景技术

自20世纪90年代起，微流体技术作为分析系统、生物医药器件、化学及生物化学工具发挥出越来越重要的作用，主要是实现生物化学的相关分析设备的微型化、集成化，并且提高其便携性。键合是微流体制作中的一个关键的技术环节，微流体系统中的流体有效通道、流体作用部分的尺度至少在一个维度是在微米级，这就对键合工艺精度有了很高的要求。

随着微细加工技术的发展，以聚合物为主的微流体系统越来越受重视，聚合物与聚合物、金属、硅片、玻璃和石英等基底材料的键合技术研究具有十分重要的意义。一般键合中，聚合物含有微结构，基底不含有微结构，所以聚合物和基底键合中不存在对准问题。当基底也含有微结构时，聚合物与基底的对准键合及其高精度要求就成亟待解决的问题。聚合物材料因其本身的材料特性，以及键合方法导致的结构变形等，使其在与基底的手动对准键合、借助辅助观察工具的半自动对准键合过程中，易产生对准键合不精确的问题。

发明内容

本发明了提供了一种用于微流体系统中的对准键合结构及其制作方法，以解决对准键合不精确的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于微流体系统中的对准键合结构的制作方法，所述方法包括:

利用硬质透光材料对聚合物进行固定；

将所述硬质透光材料与基底材料进行对准和键合，进而实现所述聚合物与所述基底材料的对准键合。

优选的，所述聚合物的一面具有微结构。

优选的，所述利用硬质透光材料对聚合物进行固定，具体包括：

将所述聚合物中没有微结构的一面固定在所述硬质透光材料上。

优选的，所述硬质透光材料为具有光学透光性的基片，可透过任一波长范围的光。

优选的，所述硬质透光材料包括：玻璃，或石英，或蓝宝石，或硅片，或氮化镓。

优选的，所述聚合物包括聚二甲基硅氧烷PDMS，或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，或聚苯乙烯PS。

优选的，在所述将所述硬质透光材料与基底材料进行对准和键合之前，所述方法还包括：对所述聚合物进行键合前处理。

优选的，所述基底材料包括金属或聚合物材料。

在本发明实施例同，提供了一种用于微流体系统中的对准键合结构，所述对准键合结构为三明治结构，所述三明治结构通过上述技术方案所述的方法制备获得。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种用于微流体系统中的对准键合结构及其制作方法，该方法利用硬质透光材料对聚合物进行固定，通过硬质透光材料与基底材料的对准和键合，进而实现聚合物与基底材料的对准键合，避免了由于聚合物的材料本身引起的对准键合不精确的问题，提高了键合的对准精度。工艺简单，提高了键合的效率。

另外，本发明公开的对准键合结构，结构简单，适用于各种材料、微结构图形的聚合物与基底材料键合的对准。

附图说明

图1为本发明实施例中对准键合结构的示意图；

图2为本发明实施例对准键合结构的制作方法的实施过程图。

具体实施方式

由于聚合物具有可透光性、易加工、成本低等优点，使其成为微流体系统制备的常用材料。但同时，聚合物由容易受温度、压力等因素导致变形，使其在对准键合过程中极易出现对准键合不精确的问题。针对这点，本发明提出了使用硬质透光材料对聚合物(例如玻璃、石英、蓝宝石等)进行固定，以硬质透光材料和基底材料的对准键合来代替聚合物和基底材料的键合。

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

首先本发明介绍一种用于微流体系统中的对准键合结构，便于键合中的对准，提高对准的效率。请参看图1，该对准键合结构是“三明治”结构，“三明治”结构依次由硬质透光材料、聚合物和基底材料构成。聚合物没有微结构的一面和硬质透光材料固定，另外利用硬质透光材料的光学透光性及不易变形性，通过调节硬质透光材料与基底的对准，实现聚合物与基底的对准。

而对于上面描述的对准键合结构的制作方法，将在下面的实施例进行介绍。

下面请参看图2，是本发明介绍的对准键合结构的制作方法的实施过程图。

键合指的是将两片表面清洁、原子级平整的同质或异质半导体材料经表面清洗和活化处理，在一定条件下直接结合，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶片键合成为一体的技术。

而对准键合是一种工艺。对准键合结构则是利用对准合得到的一种结构。

具体来说，对准键合是键合工艺中，针对两个键合物体的键合相对位置的对准工艺，进而提出的一种应用于键合工艺对准问题的制作工艺。

对准键合的工艺过程，是将聚合物固定于硬质透光材料，选取键合方式，进行键合前处理，通过对准硬质透光材料与基底材料，实施具体键合处理，实现对准键合。

下面请参看具体的描述。

S1，利用硬质透光材料对聚合物进行固定。

首先介绍硬质透光材料。

硬质透光材料具体是指具有光学透过率良好的基片(即光学透光性的基片)，例如玻璃、石英、蓝宝石、硅片、氮化镓等等。并且其不局限于可见光，可以是任一波长范围的光，例如红外光、紫外光等。

聚合物为微流体系统中常用的聚合物材料，聚合物所含微结构具有任意性。

本发明中的聚合物可以是PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)。PDMS作为一种高分子有机硅化合物，通常被称为有机硅。具有光学透明，且在一般情况下，被认为是惰性，无毒，不易燃。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是最广泛使用的硅为基础的有机聚合物材料。

另外，本发明中的聚合物还可以是PMMA(PolymethylMethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)。光学级PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)因其优良的透光性、电绝缘性、后加工性等应用广泛，被誉为“塑料女王”。PMMA高性能光学级液晶材料，主要应用液晶显示器导光板、光纤材料、太阳能光伏电池等高端市场。

另外，聚合物还可以是聚苯乙烯PS。

而在利用硬质透光材料对聚合物进行固定之前，会先进行聚合物的制备。例如制备一个含有微结构的聚合物薄片。在制备过程中，可利用SU-8聚合物模具、硅基模具等方法制备含有微结构的聚合物薄片。

制备的聚合物具有两面，一面具有微结构，一面没有微结构，而在利用硬质透光材料对聚合物进行固定时，将聚合物的无微结构的一面固定在硬质透光材料上。

为了稳固的进行固定，可利用胶黏剂等具有粘黏功能的材料或物体进行固定。

S2，将所述硬质透光材料与基底材料进行对准和键合，进而实现所述聚合物与所述基底材料的对准键合。

下面先介绍基底材料。

基底材料可能是含有微结构的，也可能不含有。

而对于基地材料来说，其可能是金属、聚合物材料中的任意一种。当然也可以是硅片等衬底材料。

而在将硬质透光材料与基底材料进行对准和键合之前，还需要对所述聚合物进行键合前处理。键合前处理具体是：对聚合物或基底材料，或者聚合物和基底材料，采取的促使键合成效的处理。键合前处理根据具体的键合方法得不同而不同。例如，羟基化聚合物表面、旋涂胶黏剂等。

在将硬质透光材料与基底材料的对准时，是将硬质透光材料的固定有聚合物的一面与基底材料进行对准。

将所述硬质透光材料与基底材料进行对准和键合实际上包含两个部分，即将所述硬质透光材料与基底材料进行对准；以及将所述硬质透光材料与基底材料进行键合。

在将硬质透光材料与基底材料对准时，可采用对准标记、图形等进行直接对准。对准标记可以是十字形、长方形、正方形、数字等。

在将硬质透光材料与基底材料键合时，采用具体的键合方法，进行对应的键合处理。本发明中的对准键合不限制键合方法，例如表面改性键合方法、胶黏剂键合等等。

下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但应当注意的是，本发明的方法并不局限于此。

实例1：图形化PDMS与图形化Au的对准键合。

(1)制备含有微结构的图形化PDMS，将商品化的PDMS原料注入微结构SU-8聚合物模具，按照商品使用说明固化一定的时间，得到所需要的PDMS薄片。

(2)将PDMS薄片固定于玻璃片，利用在玻璃片上旋涂液体PDMS(液体PDMS是一种黏合剂)，在液体PDMS上放置PDMS薄片，使其按照PDMS使用说明进行固化。

(3)在石英片上溅射纳米厚度的图形化Au，石英作为PDMS上非图形化部分的基底，图形化的Au作为图形化PDMS的基底。

(4)采用PDMS作为胶黏剂实现PDMS与Au的键合方法，对PDMS薄片进行涂PDMS的键合前处理。

(5)采用设置对准标记，进行玻璃片与硅片上的图形化的Au对准，使得图形化PDMS与图形化Au两者的图形进行对准。

(6)胶黏剂PDMS的固化实现键合。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种用于微流体系统中的对准键合结构及其制作方法，该方法利用硬质透光材料对聚合物进行固定，通过硬质透光材料与基底材料的对准和键合，进而实现聚合物与基底材料的对准键合，避免了由于聚合物的材料本身引起的对准键合不精确的问题，提高了键合的对准精度。工艺简单，提高了键合的效率。

另外，本发明公开的对准键合结构，结构简单，适用于各种材料、微结构图形的聚合物与基底材料键合的对准。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。