[發明專利]微流控結構及其制造方法

無效

• 申請號: 200680014269.9
• 申請日: 2006-04-25
• 公開（公告）號: CN101166570A
• 公開（公告）日: 2008-04-23
• 發明（設計）人: G·R·格林;C·D·布蘭徹爾
• 申請（專利權）人: 阿維扎技術有限公司
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 范莉

背景技術

近年來流體回路的微型化是個受到相當大重新關注的領域。在固態半導體出現之前首先將它們開發用于邏輯器件，例子是US3,495,604和US3,495,608。在這里于單層的單個表面內形成邏輯器件和它們的互連體(interconnect)，并且由襯墊或其它層的背面來密封。最近存在重新關注，特別對于流體分析的微型化，從而減小樣品尺寸并使得可以使用一次性分析片，該分析片類似于安裝到使用點(point-of-use)設備內的信用卡。受到較少關注的是使用微流控來用于乳液、聚合物珠等的制備，由此通過大規模并行操作可重復在微級或納級上的合成，以形成商業規模。有許多潛在優點，這些優點包括：與研究工藝同樣精確的大規模生產工藝和可能的極充分混合以例如制備乳液而不需大的能量輸入。

多層微流體的制造方法的例子示于馬里蘭大學2003年秋ENMA490，其可在如下找到：

http://www.mne.umd.edu/ugrad/courses/490?materials?design/490fall?2003/enma490?fall2003?final?projectresults/final-report-enma490-fall2003.pdf

該方法描述了具有在兩個層上的互連體和在中間層內的通孔(via)的三維互連結構，其使用堆疊到硅片上的PDMS和SU8層通過模塑來形成。方法的實例是，使用可能具有某些所需性能(例如韌性、廉價性、平整性)的基體材料例如硅或玻璃，然后用薄涂層或層向其添加層或對其選擇性涂敷。

另一方法是使用如GB2395357A中那樣的所需材料的基底。在這里制得了氟化聚合物基底，并對其進行等離子蝕刻以形成結構。這是基于半導體片模型，其中用硅片形成硅器件。該方法在確保材料完整性的同時，加工聚合物基底卻存在許多問題。另一相關方法是在基體例如硅內形成結構，隨后以這種方式涂敷它們的表面，即通過用氟化聚合物涂敷，以致于添加滿足器件要求的表面和與流體接觸的互連層表面。該方法存在許多問題，相當重要的是將非平面表面涂敷成具有粘性完好的、高質量的和一致的厚度在目前是困難的或不可能的。

發明內容

本申請人已想到，再一所需的制造方法是使用預層壓基底并進一步層壓來形成與互連層(interconnect?levels)分開的有源器件層(activedevice?layers)，互連層形成在與該器件分開的層內，并且通過通孔將該器件連接至互連體。對于較高的器件密度，可獲得多個器件層(device?levels)和互連層的堆疊，以提供緊湊和方便的大量微流控器件的高通量陣列。

還應理解的是，流控器件對包括諸如它們的能級、平滑度/粗糙度、形狀等特性的表面極為敏感。所使用的材料在大多數情況下應至少不污染流體(除非需要)，應長期耐久并且優選為由管理機構已核準的標準材料。因此，例如本申請人優選食品藥品管理局(FDA)核準的結構材料，而不是可能另外需要涂敷以滿足FDA或等同機構準許的易于加工的材料。然而，可能希望的是，至少選擇性地修飾表面以產生紊流，使得能夠將功能性部件附加至該器件或者以某種方式向該器件添加或產生功能性。

本申請人提出制造或選擇由層壓材料組成的預制基底。這些層壓材料由就圖案化加工例如等離子蝕刻而言性能顯著不同的平面層組成。某些層可以是供以犧牲的和/或某些層可以不實質性接觸流體，因此不需要具有與流體有關的所需性能。

例如用于半導體片制造的公知工藝可以用于對層壓材料的一個面(上面)內的器件和另一個面(下面)內的互連結構進行圖案化。然后形成襯墊層，該襯墊層可以是單獨的層或同一層壓材料的一部分。然后用中間插入的襯墊層將層壓材料互相堆疊，使得上部器件層面向著下部互連層，其中襯墊層在其二者之間限定互連體。

應當理解，襯墊層可位于層壓材料內、同一層壓材料的上層和下層之間。

還應當理解，由此形成的通道可用于組成流體、可能包含形成的珠或小滴的輸出流體和不直接是工藝的一部分例如提供熱控制的流體。

微流控器件內工藝流體的熱管理特別適用于聚合物基底，因為這些材料的熱傳導性低。這起初似乎違反直覺，但正是該低熱傳導性使器件的分開的區域得以維持在不同溫度而沒有過多的熱通量。例如這種概念不適用于硅基器件。雖然下面描述的熱交換器結構可作用于基于硅或玻璃的器件，但其不可適用于維持同一基底的分開的區域在不同溫度。