[發明專利]圓片級玻璃微流道的正壓熱成型制造方法

有效

• 申請號: 201010100938.2
• 申請日: 2010-01-22
• 公開（公告）號: CN101759138A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發明（設計）人: 尚金堂;陳波寅;張迪;徐超;柳俊文;唐潔影;黃慶安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明涉及一種微系統制造技術，尤其涉及一種圓片級玻璃微流道的正壓熱 成型制造方法。

背景技術

在MEMS制造技術領域，Pyrex7740玻璃(一種含有堿性離子的玻璃，Pyrex 是Corning公司的產品品牌)是一種重要的材料，它有著和Si材料相近的熱膨脹 系數，有著高透光率和較高的強度，并且可以通過使用陽極鍵合工藝與Si襯底形 成高強度的鍵合連接，在鍵合表面產生了牢固的Si-O共價鍵，其強度甚至高于Si 材料本身。由于這樣的特性，使得Pyrex7740玻璃廣泛應用于MEMS封裝、微流 體和MOEMS(微光學機電系統)等領域。

當前，微流道系統主要應用于傳感器和生物芯片領域，處于蓬勃發展的階段。 微流道的制備目前常用的手段是在硅，玻璃，PDMS(聚二甲基硅氧烷)上直接 刻蝕出微流道和各種流體部件的圖案結構，然后于另一平面鍵合材料形成MEMS 微流體系統。傳統刻蝕形成的微流道系統，微流道表面粗糙，增加流體流動阻力， 表面拋光技術還很難做到對3D微流道系統的高效拋光。通過玻璃熱成型工藝制 備微流道可以有效的解決表面粗糙度問題。

微流道玻璃熱成型可以采用的技術是負壓成型和正壓成型。負壓成型的主要 做法是：在硅上刻蝕流道等圖形，將硅與玻璃在真空中陽極鍵合，然后在空氣中 加熱至高溫利用腔內外的負壓熱成型。這種方法需要真空的條件，通常需要特殊 的帶有真空的鍵合設備，因而成本較高；此外，該方法采用負壓成型，因而形成 的微流道位于玻璃圓片的背面，因而在玻璃圓片較厚時，背面形成的微流道形狀 不可控，且流道較淺；對于形成較高的玻璃微流道時，通常需要使用加厚的硅片， 而且需要刻蝕深的硅腔(有的甚至需要到900微米，Glass?Blowing?on?a?Wafer Level，JOURNAL?OF?MICROELECTROMECHANICAL?SYSTEMS，VOL.16，NO.2，APRIL 2007)和高的深寬比以提供足夠的氣體，使得玻璃氣泡充分形成，具有較高的高 度，以形成較高的弧形；有時甚至需要在另外一個硅圓片上刻蝕較大的孔，再與 帶有通孔的硅片鍵合，從而提供足夠的氣體以成型高度較高，弧形度較好的玻璃 微流道，通常成本較高。

發明內容

本發明的目的是提供一種成本低廉、微腔高度高、弧形度好的圓片級玻璃微 流道的正壓熱成型制造方法。

本發明采用如下技術方案：一種圓片級玻璃微流道的正壓熱成型制造方法，包括 以下步驟：第一步，利用Si微加工工藝在Si圓片上刻蝕特定的硅微流道淺槽圖案，

第二步，在硅微流道兩端或特定的位置局部放置適量的高溫釋氣劑，

第三步，將上述Si圓片與Pyrex7740玻璃圓片，使Pyrex7740玻璃上的上述淺 槽形成密封腔體，

第四步，將上述鍵合好的圓片在空氣中加熱至810℃～890℃，保溫5～10min， 高溫釋氣劑因受熱放出氣體，產生正壓力使得密封腔體對應的熔融玻璃變形而在 玻璃上形成與硅微流道淺槽圖案對應的微流道圖案，冷卻，獲得圓片級玻璃微流 道成微流道。

上述技術方案中，高溫釋氣劑為碳酸鈣粉末。將上述微流道的兩端利用激光 劃片方法去除，激光劃片方法的具體步驟為：首先在硅片上用激光刻蝕劃片槽， 然后再彎曲鍵合后的圓片使圓片因硅片受拉而斷裂，從而形成微流道的入口和出 口，同時去除高溫釋氣劑殘留物。所述Si圓片上淺槽的微加工工藝為濕法腐蝕工 藝。所述的Si圓片與Pyrex7740玻璃的陽極鍵合工藝條件為：溫度400℃，電壓： 600V。第四步中的加熱溫度為840℃～850℃。將第四步所得到的微流道進行熱退 火，工藝條件為：退火溫度范圍在510℃～560℃中，退火保溫時間為30min，然后 緩慢風冷至常溫。第二步中硅圓片與Pyrex7740玻璃圓片按照陽極鍵合的工藝要 求進行必要的清洗和拋光。第一步刻蝕的淺槽的深度為50-100微米。第三步中硅 與玻璃圓片的鍵合是在空氣中進行的。得到的微流道系統可直接使用，也可將得 到的圓片級微流道的兩端劃開，去除高溫釋氣劑的殘留物，得到兩端開口的微流 道系統。

本發明獲得如下效果：