[發(fā)明專利]一種用于多層微流控芯片的層間自動對準鍵合裝置及方法

有效

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• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112973814B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉曉明;李鵬云;唐小慶;李玉洋;柳丹;黃強;新井健生
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;B81C3/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 廖輝;郭德忠

1.一種用于多層微流控芯片的層間自動對準鍵合裝置，其特征在于，包括可調(diào)平熱板平臺、自動對準機構、自動對焦機構以及控制系統(tǒng)；多層微流控芯片包括上層芯片和下層芯片，所述上層芯片和所述下層芯片均設置有一個對準標記和三個調(diào)平標記；

所述可調(diào)平熱板平臺包括用于支承下層芯片和加熱的熱板；

所述自動對準機構包括用于夾持所述上層芯片的芯片夾持器，用于調(diào)節(jié)所述上層芯片的位置和角度，實現(xiàn)所述上層芯片與所述下層芯片之間的平行和對準；

所述自動對焦機構用于識別所述上層芯片和所述下層芯片的對準標記以及調(diào)平標記，并獲取所述調(diào)平標記的位置信息、以及所述對準標記的位置信息和角度信息；

所述控制系統(tǒng)與所述熱板、所述自動對準機構以及所述自動對焦機構信號連接，用于根據(jù)所述自動對焦機構獲取的位置信息和角度信息控制所述自動對準機構動作，并在所述上層芯片與所述下層芯片之間平行且對準后將所述上層芯片壓緊于所述下層芯片。

2.如權利要求1所述的層間自動對準鍵合裝置，其特征在于，所述自動對準機構還包括與所述控制系統(tǒng)連接的三軸自動化移動平臺、自動化旋轉平臺以及3-PRS并聯(lián)調(diào)平機構；

所述三軸自動化移動平臺位于所述可調(diào)平熱板平臺的一側，用于調(diào)節(jié)所述上層芯片在X、Y、Z方向的位置；

所述自動化旋轉平臺安裝于所述三軸自動化移動平臺，用于調(diào)節(jié)所述上層芯片在水平面內(nèi)的角度；

所述3-PRS并聯(lián)調(diào)平機構的頂部安裝于所述自動化旋轉平臺，底部安裝有所述芯片夾持器，用于調(diào)節(jié)所述上層芯片的水平度。

3.如權利要求2所述的層間自動對準鍵合裝置，其特征在于，所述三軸自動化移動平臺、所述自動化旋轉平臺以及所述3-PRS并聯(lián)調(diào)平機構均包括驅動電機。

4.如權利要求3所述的層間自動對準鍵合裝置，其特征在于，所述自動對焦機構包括能夠沿豎直方向往復移動的Z軸移動平臺、固定安裝于所述Z軸移動平臺的顯微鏡以及固定安裝于所述顯微鏡的出光側的高清相機；

所述顯微鏡位于所述可調(diào)平熱板平臺的頂部，并與所述控制系統(tǒng)連接，用于放大所述對準標記和所述調(diào)平標記，并能夠自動確定所述對準標記和所述調(diào)平標記的輪廓；

所述高清相機用于采集經(jīng)所述顯微鏡放大的圖像，并將采集的圖像發(fā)送到所述控制系統(tǒng)；

根據(jù)采集所述對準標記和所述調(diào)平標記的輪廓圖像，所述控制系統(tǒng)計算所述對準標記和所述調(diào)平標記的位置與轉角，并生成用于控制所述自動對準機構動作的控制信號。

5.如權利要求4所述的層間自動對準鍵合裝置，其特征在于，所述顯微鏡通過支架安裝于所述Z軸移動平臺。

6.如權利要求1-5任一項所述的層間自動對準鍵合裝置，其特征在于，所述可調(diào)平熱板平臺還包括用于支承所述熱板的可調(diào)熱板底座，所述可調(diào)熱板底座用于調(diào)節(jié)所述熱板的水平度。

7.如權利要求6所述的層間自動對準鍵合裝置，其特征在于，所述可調(diào)平熱板平臺、所述自動對準機構以及所述自動對焦機構均設置有磁吸底座。

8.一種多層微流控芯片的自動對準鍵合方法，采用如權利要求1-7中任意一項所述的層間自動對準鍵合裝置，其特征在于，自動對準鍵合方法包括以下步驟：

制作微流控芯片的上層芯片和下層芯片，對上層芯片和下層芯片的表面進行等離子處理；

將下層芯片放置于調(diào)平的熱板上，將上層芯片固定安裝于芯片夾持器，并在上層芯片和下層芯片的表面添加表面活性穩(wěn)定劑以維持表面活性；

采用自動對焦機構對上層芯片和下層芯片的三個調(diào)平標記進行自動對焦、識別和位置獲取，通過控制系統(tǒng)控制所述自動對準機構運動，實現(xiàn)上層芯片的自動調(diào)平，使上層芯片平行于下層芯片；

采用自動對焦機構識別上層芯片和下層芯片的對準標記的輪廓、中心點和旋轉角度，通過控制系統(tǒng)控制所述自動對準機構運動，實現(xiàn)上層芯片和下層芯片之間的位置、角度自動對準；

通過控制系統(tǒng)控制所述自動對準機構下降，直至調(diào)平對準后的上層芯片和下層芯片之間平面接觸，繼續(xù)控制所述自動對準機構下降預定尺寸，在上層芯片和下層芯片之間提供壓緊力；

通過控制系統(tǒng)控制熱板直接在原位對上層芯片和下層芯片進行加熱來進行穩(wěn)定的層間永久鍵合。