[發(fā)明專利]用于微反應(yīng)器的絕熱的方法及設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210356871.8
• 申請(qǐng)日: 2012-09-21
• 公開（公告）號(hào): CN103007856B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: B·瓊斯;P·費(fèi)奧里尼;田中浩之
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: IMEC公司;魯汶天主教大學(xué);松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): B01J19/00
• 分類號(hào): B01J19/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 管琦琦

本發(fā)明涉及用于微反應(yīng)器絕熱的方法及設(shè)備。本發(fā)明提供了一種微流控設(shè)備（104），包括：?半導(dǎo)體襯底；?在所述半導(dǎo)體襯底中的至少一個(gè)微反應(yīng)器(105)；?在所述半導(dǎo)體襯底中連接至所述至少一個(gè)微反應(yīng)器(105)的一個(gè)或多個(gè)微流控通道(101)；?結(jié)合至所述半導(dǎo)體襯底(900)以便密封所述一個(gè)或多個(gè)微流控通道(101)的覆蓋層(106)；以及?圍繞所述至少一個(gè)微反應(yīng)器(105)和所述一個(gè)或多個(gè)微流控通道(101)的至少一個(gè)貫通襯底的溝(100)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微芯片上的微結(jié)構(gòu)的熱屬性。更具體地，本發(fā)明涉及微芯片上的微反應(yīng)器的絕熱以及其制造方法。

背景技術(shù)

微反應(yīng)器，也稱作微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器或者微通道反應(yīng)器，是這樣一種設(shè)備，其中化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在橫向尺寸通常為幾毫米或更小的界限內(nèi)。微反應(yīng)器是微觀尺寸空腔，它們以基于加熱器和溫度計(jì)來控制其溫度的系統(tǒng)為特色，其中可任選地將加熱器和溫度計(jì)集成到該微反應(yīng)器自身之中。微反應(yīng)器提供許多超越傳統(tǒng)稱量反應(yīng)器的優(yōu)勢，包括在能效、反應(yīng)速度和產(chǎn)量、安全性、可靠性、可稱量性、現(xiàn)場生產(chǎn)/按需生產(chǎn)、更加精細(xì)的工藝控制程度以及減少反應(yīng)物的消耗方面的巨大改進(jìn)。

微反應(yīng)器制造在多個(gè)襯底上，因此優(yōu)選絕熱襯底。然而，在某些情況下必須和其它流控或非流控組件一起制造微反應(yīng)器，其中流控或非流控組件優(yōu)選用硅制造。然而，硅是一種具有高導(dǎo)熱性的材料。不管芯片上的微反應(yīng)器是獨(dú)立微反應(yīng)器或者它們是微反應(yīng)器陣列的一部分（例如，用以并行分析各種目標(biāo)），重要的是，增大微反應(yīng)器內(nèi)的溫度不受附近的組件或微反應(yīng)器影響或不受附近的組件或微反應(yīng)器限制。除了在微反應(yīng)器中發(fā)生的放熱反應(yīng)，期望最小化用以升高微反應(yīng)器中溫度的功率。

由此可以得出結(jié)論，為了最小化用以升高微反應(yīng)器中溫度所必須的功率以及避免加熱附近的組件，微反應(yīng)器的絕熱是必須的。

Cathy Ke等人在Sensor and Actuators B（傳感器和傳動(dòng)器B）120(2007)第538-541頁題為“Single step cell lysis/PCR detection of Escherichia coli in anindependently controllable silicon microreactor（單步細(xì)胞裂解/可獨(dú)立控制的硅微反應(yīng)器中大腸桿菌的PCR檢測）”的文章中描述了一種微反應(yīng)器，該微反應(yīng)器被設(shè)計(jì)并建模以檢驗(yàn)諸如溫度均勻性、功耗、加熱和冷卻速率的熱屬性。微反應(yīng)器包括圍繞反應(yīng)腔的蝕刻出的絕熱通道，該絕熱通道提供了與周圍硅襯底的隔絕。該通道改進(jìn)了熱性能。從通過襯底的寄生散熱的角度而言，反應(yīng)腔的深度等于蝕刻出的絕熱通道的深度，從而使得微反應(yīng)器的熱屬性并不適當(dāng)。

Ali Kozar等人在International Journal of Heat and Mass Transfer（國際傳熱與傳質(zhì)雜志）48(2005)第4867-4886頁題名為“Boiling heat transfer in rectangularmicrochannels with reentrant cavities（帶凹腔矩形微通道中的沸騰換熱）”的文章中描述了在帶凹腔的流通微通道中所進(jìn)行的沸騰換熱實(shí)驗(yàn)。在硅襯底中鄰近微流控通道的陣列處，蝕刻出隔絕腔。在陽極結(jié)合之前蝕刻出晶片全深度的隔絕溝。由于絕熱溝使得微反應(yīng)器支撐薄弱，該制造過程對(duì)于隔絕微反應(yīng)器而言并不現(xiàn)實(shí)。