聚合物芯片的封合裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種聚合物芯片的封合裝置，包括：外殼，該外殼具有一密封的工作腔；熱封機(jī)構(gòu)，位于所述工作腔內(nèi)，該熱封機(jī)構(gòu)用于對(duì)聚合物芯片進(jìn)行熱封，具有一放置聚合物芯片的熱壓區(qū)域，所述熱封機(jī)構(gòu)包括對(duì)所述熱壓區(qū)域進(jìn)行加熱的加熱裝置；氣缸機(jī)構(gòu)，與熱封機(jī)構(gòu)連接，用于對(duì)所述熱壓區(qū)域施加壓力；抽真空機(jī)構(gòu)，與所述工作腔連接，用于對(duì)所述工作腔抽真空。本裝置在真空環(huán)境進(jìn)行熱壓，芯片表面光潔，不會(huì)產(chǎn)生氣泡。
【專利說明】
聚合物芯片的封合裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及到聚合物芯片的封合技術(shù)，特別提供了一種能夠封合聚合物芯片的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片技術(shù)(MicrofIuidics)是把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動(dòng)完成分析全過程。由于它在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的巨大潛力，已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、電子、材料、機(jī)械等學(xué)科交叉的嶄新研究領(lǐng)域。
[0003 ]微流控芯片的常規(guī)材質(zhì)包括了硅片、玻璃、PDMS和PMMA、PC等硬質(zhì)聚合物芯片。硅片、玻璃和PDMS都涉及到專門的微加工方法，這些材質(zhì)雖然有很多有優(yōu)異的性能，但是加工過程費(fèi)事費(fèi)力，且成本較高。PMMA和PC等硬質(zhì)聚合物芯片成本較低，化學(xué)性能穩(wěn)定，成為微流控芯片領(lǐng)域廣受歡迎的材質(zhì)。
[0004]微流控芯片的多數(shù)應(yīng)用都需要將微流控芯片上的流路封合，形成閉合管路，方便在管路上完成生化反應(yīng)等操作。現(xiàn)階段PMMA等硬質(zhì)聚合物芯片的封合手段包括了膠粘、有機(jī)溶劑輔助封合和熱壓封合。其中膠粘的方式雖然簡(jiǎn)單快捷，但是膠可能會(huì)對(duì)生化反應(yīng)產(chǎn)生影響，膠也會(huì)對(duì)液體的流動(dòng)性產(chǎn)生影響。有機(jī)溶劑輔助封合，操作時(shí)間短，封合強(qiáng)度高，但是芯片及表面容易產(chǎn)生裂紋，影響實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和芯片的美觀性。熱壓封合采用加熱的方式將微流控芯片表面加熱到臨界熔融狀態(tài)溫度，在壓力的作用下，將兩片同質(zhì)硬質(zhì)聚合物芯片封合在一起。但熱壓封合的芯片粗糙，有氣泡。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型提出了一種封合硬質(zhì)聚合物芯片的封合裝置，真空環(huán)境下加熱和加壓，實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)聚合物芯片的封合。
[0006]本申請(qǐng)實(shí)施例公開了一種聚合物芯片的封合裝置，包括:
[0007]外殼，該外殼具有一密封的工作腔;熱封機(jī)構(gòu)，位于所述工作腔內(nèi)，該熱封機(jī)構(gòu)用于對(duì)聚合物芯片進(jìn)行熱封，具有一放置聚合物芯片的熱壓區(qū)域，所述熱封機(jī)構(gòu)包括對(duì)所述熱壓區(qū)域進(jìn)行加熱的加熱裝置;氣缸機(jī)構(gòu)，與熱封機(jī)構(gòu)連接，用于對(duì)所述熱壓區(qū)域施加壓力;抽真空機(jī)構(gòu)，與所述工作腔連接，用于對(duì)所述工作腔抽真空。
[0008]本裝置在真空環(huán)境進(jìn)行熱壓，芯片表面光潔，不會(huì)產(chǎn)生氣泡。
[0009]優(yōu)選地，所述的熱封機(jī)構(gòu)包括上下相對(duì)設(shè)置的上加熱板和下加熱板，所述熱壓區(qū)域位于所述上加熱板和下加熱板之間，所述氣缸機(jī)構(gòu)包括氣缸，該氣缸驅(qū)動(dòng)所述上加熱板接近或遠(yuǎn)離所述下加熱板。
[0010]優(yōu)選地，所述氣缸機(jī)構(gòu)還包括擋板，該擋板位于所述上加熱板上方，所述氣缸和所述擋板之間連接有萬向節(jié)。
[0011]優(yōu)選地，所述工作腔內(nèi)設(shè)置有豎直設(shè)置的導(dǎo)向軸，所述擋板和上加熱板沿所述導(dǎo)向軸可上下移動(dòng)。
[0012]優(yōu)選地，所述下加熱板和工作腔的底部之間設(shè)有壓力傳感器。
[0013]優(yōu)選地，所述氣缸機(jī)構(gòu)包括油水過濾器，該油水過濾器分別與所述氣缸以及空氣壓縮機(jī)連接。
[0014]優(yōu)選地，所述工作腔內(nèi)設(shè)置有對(duì)所述熱壓區(qū)域進(jìn)行降溫的冷卻裝置。
[0015]優(yōu)選地，所述冷卻裝置采用水冷或風(fēng)冷冷卻方式。
[0016]這種封合裝置溫度和壓力控制精確，芯片上管路形變量在I%以內(nèi)；半自動(dòng)操作，減少人工成本，減少人為誤差;裝置簡(jiǎn)單易用，可擴(kuò)展性極強(qiáng)。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例中一種聚合物芯片的封合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例中一種聚合物芯片的封合裝置的機(jī)體示意圖；
[0020]圖3所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例中一種聚合物芯片的封合裝置的控制面板示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。這些優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中進(jìn)行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本實(shí)用新型的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本實(shí)用新型并不限于這些實(shí)施方式。
[0022]聚合物芯片的封合裝置，如圖1所示，包括:工作腔100;氣缸機(jī)構(gòu)110，貫穿所述的工作腔，與熱封機(jī)構(gòu)連接，用于驅(qū)動(dòng)熱封機(jī)構(gòu)，對(duì)熱封機(jī)構(gòu)進(jìn)行加壓;熱封機(jī)構(gòu)，位于所述工作腔內(nèi)，用于對(duì)聚合物芯片熱封，具有一放置聚合物芯片的熱壓區(qū)域，所述熱封機(jī)構(gòu)包括對(duì)所述熱壓區(qū)域進(jìn)行加熱的加熱裝置;支撐結(jié)構(gòu)，位于所述工作腔內(nèi)，用于將氣缸機(jī)構(gòu)和熱封機(jī)構(gòu)固定于所述工作腔上;抽真空機(jī)構(gòu)，與所述工作腔連接，用于對(duì)所述工作腔抽真空氣。本裝置可對(duì)工作腔抽真空，從而在真空環(huán)境進(jìn)行熱壓，芯片表面光潔，不會(huì)產(chǎn)生氣泡。
[0023]氣缸機(jī)構(gòu)包括了氣缸144、氣缸控制電磁閥112、萬向節(jié)113和擋板114。通過電磁閥112控制氣缸軸111，并通過萬向節(jié)113連接氣缸軸111和擋板114，實(shí)現(xiàn)壓力的傳遞，最終作用于需要封合的芯片上。萬向節(jié)113的引入避免了氣缸螺紋引起的加壓不平均或者擋板傾斜的問題，提高了芯片封合的成功率。
[0024]在工作腔100內(nèi)還有油水過濾器115，油水過濾器115連接空氣壓縮機(jī)與氣缸，空氣壓縮為氣缸提供潔凈的空氣的同時(shí)，能起到緩沖氣體的作用，油水過濾器能夠保護(hù)氣缸，避免過多水汽進(jìn)入氣缸，腐蝕氣缸元器件，大大延長(zhǎng)了氣缸的使用壽命。
[0025]熱封機(jī)構(gòu)分為上加熱板121和下加熱板122，芯片放置于上下加熱板之間，上加熱板121與所述的下加熱板122之間形成芯片的熱壓區(qū)域上下加熱板采用金屬材質(zhì)，加熱板上加工有加熱槽，用來放置加熱棒或者加熱絲。
[0026]在上加熱板121的底部裝有冷卻裝置123，由于主體結(jié)構(gòu)中處于真空加熱環(huán)境，自然冷卻速度較慢。冷卻裝置123可以采用水冷或者風(fēng)冷方式。
[0027]在下加熱板122底部安裝有壓力傳感器124，能夠顯示氣缸向芯片施加的壓力，通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)合適的鍵合壓力。
[0028]支撐機(jī)構(gòu)包括固定底板131和和固定于底板上的用導(dǎo)向氣缸機(jī)構(gòu)和熱封機(jī)構(gòu)移動(dòng)的導(dǎo)向軸132，此處的導(dǎo)向軸132為四根，導(dǎo)向軸132上下貫穿氣缸機(jī)構(gòu)的檔板114和熱封機(jī)構(gòu)的上下加熱板，所述擋板114和上加熱板沿所述導(dǎo)向軸可上下移動(dòng)在工作時(shí)，氣缸144向檔板114傳遞壓力，上下加熱板沿著導(dǎo)向軸132移動(dòng)實(shí)現(xiàn)芯片的封合。
[0029]如圖2所示，一種聚合物芯片的封合裝置的腔體是由金屬外殼140密封形成。外殼材質(zhì)可以是不銹鋼等金屬材質(zhì)，采用CNC加工方式，密封部分采用密封膠，避免使用過程中漏氣。
[0030]在外殼140的前側(cè)有密封門141，密封四周放置墊圈，抽真空過程中，密封門141和外殼主體140通過墊圈143緊密貼合，實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境。密封門141是由不銹鋼包裹鋼化玻璃而成，通過鋼化玻璃可以觀察內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況、以及芯片的封合情況。密封門141上有把手145，方便密封門141的開關(guān)。
[0031 ] 外殼140—側(cè)加工有兩個(gè)孔，一個(gè)通過閥門連接真空栗，在加工過程實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境;一個(gè)連接兩通閥門，以便于加工完成之后和大氣聯(lián)通，消除主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的真空環(huán)境。
[0032]外殼上部留有氣缸孔，以便于氣缸的安裝。氣缸安裝于主體結(jié)構(gòu)和外殼之上，通過控制部分給主體結(jié)構(gòu)加壓，實(shí)現(xiàn)芯片的封合。外殼和控制面板連接部分加工有數(shù)個(gè)通孔，用來安裝傳感器和加熱裝置的控制線。
[0033]外殼140的前側(cè)有密封門141的一側(cè)還有控制面板142，通過一個(gè)金屬外殼包裹，各個(gè)部分的控制部分通過按鍵或者表頭連接于面板14之上。
[0034]如圖3所示，調(diào)壓閥1422連接氣缸控制電磁閥112，通過控制電磁閥和調(diào)壓閥控制氣缸加壓狀態(tài)，并且通過下加熱板下面的壓力傳感器124進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。增壓開關(guān)1427用來控制氣缸的壓力。
[0035]在控制面板142上有氣缸壓力顯示表1424用來顯示氣缸的壓力。壓力顯示表1430用來通過下加熱板下面的壓力傳感器124進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋腔體壓力。
[0036]上板溫度開關(guān)1426和下板溫度開關(guān)1429用來控制上下加熱板的溫度，上下板溫度通過上板溫度顯示表1423和下板溫度顯示表1425顯示。
[0037]制冷開關(guān)1428用來控制主體結(jié)構(gòu)中的降溫速率。
[0038]真空表1421顯示主體內(nèi)部真空度的大小，通過真空栗抽真空，最大負(fù)壓值可以達(dá)至IJ:相對(duì)一0.1Mpa。
[0039]整個(gè)控制面板142通過一個(gè)金屬外殼包裹，各個(gè)部分的控制部分通過按鍵或者表頭連接于面板142之上。
[0040]使用過程中，首先將需要封合的兩層或者多層硬質(zhì)聚合物芯片對(duì)齊之后，放置于下加熱板122上，然后關(guān)閉密封門141。
[0041]啟動(dòng)真空栗，通過真空壓力顯示表1421和調(diào)壓閥1422，控制芯片封合所需的真空度。
[0042]同時(shí)設(shè)置芯片封合所需的溫度，通過上下加熱板上的加熱裝置開始升溫。通過控制增壓開關(guān)1427，氣缸向壓力擋板施加壓力，從而將上下加熱板擠壓在一起，給芯片提供封合壓力，此時(shí)下加熱板下面的壓力傳感器124感受的壓力，通過控制面板上的壓力顯示表1430顯示。
[0043]硬質(zhì)聚合物芯片在一定的溫度下達(dá)到臨界熔融態(tài)，在相應(yīng)壓力狀態(tài)下從而將聚合物芯片表面封合在一起，而真空環(huán)境避免了熔融態(tài)下芯片表面氣泡的產(chǎn)生。
[0044]在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本實(shí)用新型，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本實(shí)用新型的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本實(shí)用新型關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0045]最后，還需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種聚合物芯片的封合裝置，其特征在于，包括: 外殼，該外殼具有一密封的工作腔； 熱封機(jī)構(gòu)，位于所述工作腔內(nèi)，該熱封機(jī)構(gòu)用于對(duì)聚合物芯片進(jìn)行熱封，具有一放置聚合物芯片的熱壓區(qū)域，所述熱封機(jī)構(gòu)包括對(duì)所述熱壓區(qū)域進(jìn)行加熱的加熱裝置； 氣缸機(jī)構(gòu)，與熱封機(jī)構(gòu)連接，用于對(duì)所述熱壓區(qū)域施加壓力； 抽真空機(jī)構(gòu)，與所述工作腔連接，用于對(duì)所述工作腔抽真空。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物芯片的封合裝置，其特征在于:所述的熱封機(jī)構(gòu)包括上下相對(duì)設(shè)置的上加熱板和下加熱板，所述熱壓區(qū)域位于所述上加熱板和下加熱板之間，所述氣缸機(jī)構(gòu)包括氣缸，該氣缸驅(qū)動(dòng)所述上加熱板接近或遠(yuǎn)離所述下加熱板。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物芯片的封合裝置，其特征在于:所述氣缸機(jī)構(gòu)還包括擋板，該擋板位于所述上加熱板上方，所述氣缸和所述擋板之間連接有萬向節(jié)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚合物芯片的封合裝置，其特征在于:所述工作腔內(nèi)設(shè)置有豎直設(shè)置的導(dǎo)向軸，所述擋板和上加熱板沿所述導(dǎo)向軸可上下移動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物芯片的封合裝置，其特征在于:所述下加熱板和工作腔的底部之間設(shè)有壓力傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚合物芯片的封合裝置，其特征在于:所述氣缸機(jī)構(gòu)包括油水過濾器，該油水過濾器分別與所述氣缸以及空氣壓縮機(jī)連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物芯片的封合裝置，其特征在于:所述工作腔內(nèi)設(shè)置有對(duì)所述熱壓區(qū)域進(jìn)行降溫的冷卻裝置。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聚合物芯片的封合裝置，其特征在于:所述冷卻裝置采用水冷或風(fēng)冷冷卻方式。
【文檔編號(hào)】B81C3/00GK205527729SQ201620104898
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年2月2日
【發(fā)明人】聶富強(qiáng), 劉鵬, 顧志鵬, 姚紀(jì)文, 竇利燕
【申請(qǐng)人】蘇州汶顥芯片科技有限公司