[發(fā)明專利]一種導能導流和精密定位的聚合物微結構超聲波鍵合結構

無效

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• 申請日: 2007-05-30
• 公開（公告）號: CN101088912A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發(fā)明（設計）人: 羅怡;王曉東;劉沖;王立鼎;張宗波;張振強
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B81C5/00
• 分類號: B81C5/00;B29C65/08
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 侯明遠;李寶元

技術領域

本發(fā)明屬于聚合物微機電系統(tǒng)加工技術領域，涉及一種微結構封接接頭結構，用于聚合物微流控芯片微結構的超聲波鍵合，特別涉及一種導能導流和精密定位的聚合物微結構超聲波鍵合結構。

背景技術

微流控芯片是目前微全分析系統(tǒng)(μ-TAS)的研究重點之一，它借助于微細加工技術，制作以微管道網(wǎng)絡為主的微型結構，通過對流體的控制，實現(xiàn)對生物樣品集成處理和分析。快速高效地實現(xiàn)聚合物微通道的封接是芯片制作的關鍵技術之一。目前聚合物微流控芯片的鍵合方法可分為間質鍵合和直接鍵合兩大類。間質鍵合由于膠粘劑或溶劑的引入，對檢測造成影響，并易于造成微通道的堵塞【A.Gerlach，et?al，Microsyst.Technol.，vol.6，1999：19-22】。直接鍵合中的熱鍵合【王曉東等，中國機械工程，2005：2061-2063】能夠保證鍵合無中間介質，但鍵合的時間長、微結構整體變形大，并且鍵合強度較低；等離子體輔助熱鍵合【R.Pelzer，et.al.，Vol.4，No.4，2005：551-557】、輻射降解熱鍵合【H.S.Lee，et.al.，In?Proc.IEEE?12th?Int.Conf.Transducers，2003：1331-1334.】在一定程度上解決了直接熱鍵合聯(lián)接強度低的問題，但鍵合效率仍很低；激光焊接【J.Lai，et.al.In?Proc.IEEE?ICEPT，2003：168-171】、微波焊接鍵合【K.F.Lei，et.al.，In?Proc.IEEE?12thInt.Conf.Transducers，2003：1335-1338】需要芯片材料本身具有或在其上制備能夠吸收激光、微波輻射能量的材料，僅適用于個別的聚合物材料。

綜上所述，已有的聚合物微流控芯片鍵合技術在方法的適用性、制作質量、效率以及是否便于實現(xiàn)自動化等方面尚存在問題和局限性，制約了芯片的批量化生產(chǎn)。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種超聲波鍵合聚合物微流控芯片微結構的方法，采用導能導流和精密定位微接頭結構，實現(xiàn)超聲波封接面均勻鍵合，解決聚合物微流控芯片鍵合效率低、微通道變形大的問題。

本發(fā)明的技術方案是導能導流和精密定位微接頭由微導能梁、微導流槽和微定位舌組成，其特征是，微導能梁距離被封接的微通道0.005～1mm，其截面形狀為矩形、梯形或三角形，可以與被封接的微通道處于同一聚合物基片上，也可以處于另一基片上；微導流槽距離微導能梁0.01～1mm，與被封接的微通道異側，其截面形狀為矩形、梯形、三角形或半圓形，可以與被封接的微通道處于同一聚合物基片上，也可以處于另一基片上；微定位舌與被封接的微通道處于不同聚合物基片上，位置重合，但是深度不同，截面形狀與被封接的微通道相似。

導能導流和精密定位微結構的制備可以采用熱壓、注塑或精密機械加工等方法獲得，下面以熱壓為例說明利用本發(fā)明的聚合物微結構進行超聲波鍵合的方法。

1.采用熱壓的方法將微通道、微導能梁、微導流槽復制到聚合物基片上，熱壓參數(shù)分別為：熱壓溫度115.5℃，壓力2.5MPa，保持時間4min和熱壓溫度112℃，壓力2.0MPa，保持時間4min；

2.采用熱壓的方法將微定位舌復制到另一聚合物基片上，熱壓溫度115.5℃，壓力2.5MPa，保持時間4min；

3.將帶有微通道、微導能梁、微導流槽的聚合物基片與帶有微定位舌的聚合物基片置于超聲波焊機的工作臺上，設置超聲波焊機的工作參數(shù)并啟動焊機實施焊接。焊接參數(shù)為：超聲波作用時間為0.35s，焊頭速度為48mm/s，焊接壓力為300N，觸發(fā)壓力為44N，保壓時間為0.5s，得到聚合物微流控芯片。

本發(fā)明的效果和益處是：采用超聲波鍵合的方式提高了鍵合效率，實現(xiàn)了聚合物微流控芯片的快速無間質鍵合；制作微導能梁，使得在鍵合初期，縮小接觸面積，提高摩擦面壓力，在鍵合過程中，微導能梁不斷熔融，有利于鍵合接觸面的潤濕，形成穩(wěn)定鍵合強度；制作微導流槽，鍵合過程中多余的聚合物熔體流入槽內而不是微通道內，使得封接后的通道截面均勻，鍵合可以在較寬泛的超聲波鍵合參數(shù)范圍內實現(xiàn)；制作微定位舌精密定位微接頭結構，解決了芯片超聲波鍵合時，由于橫波分量導致的上、下聚合物基片竄動以及由此引起的精密定位困難，提高芯片制作成品率。

附圖說明

圖1是帶有導能導流微結構和微通道的聚合物基片結構示意圖。

圖2是帶有精密定位微結構的聚合物基片結構示意圖。

圖3是微流控芯片鍵合前微結構裝配示意圖。

圖4是微流控芯片鍵合前微結構裝配立體圖。