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微流控芯片键合方法

    微流控芯片键合方法主要有三种:热键合、阳极键合、低温键合。

芯片键合

无论采用何种键合方式,基片在键合前均需进行严格的清洗。原因:刻蚀后玻璃基片表面会残留较多的有机物和无机颗粒、尘埃等,直接造成表面的平整出现不均匀,粗糙度不一致,在键合时导致结合界面产生衍射纹,不能紧密贴合而导致键合失败。因此,芯片键合能否成功的关键在于芯片表面的洁净度和平整度。

针对玻璃表面存在的物质,清洗试剂也不同。有机试剂如甲醇、乙醇和丙醇等用来清除表面的光胶残余和碎玻璃,超纯水用来冲走表面的尘埃和其他试剂,硫酸类氧化性酸或H2O2用来去除表面的有机物等。

一、热键合

     热键合是玻璃芯片键合中最常用的一种方法。含二氧化硅材料之间的热键合也称为硅熔键合。将贴合在一起的基片放在高温炉中加热到100—1000℃后退火,界面上发生化学反应,使两块基片牢固地键合在一起。

玻璃和石英材料的微流控芯片一般使用热键合方法封合。

热键合的缺点在于不能用于装有温度敏感试剂、电极和波导管的芯片,也不能用于不同热膨胀系数材料的封接;可能发生的通道变形,甚至塌陷的现象,成品率低。

二、阳极键合

     阳极键合是一种比较简单而有效的永久性封接玻璃片和硅片的键合方法,首先被用于含钠玻璃片和硅片的键合。在玻璃片和硅片上施加500~1500V高压,玻璃片接负极,硅片接正极,当温度升高到200~500℃时,玻璃片中钠离子从玻璃-硅界面向阴极移动,在界面的玻璃一侧产生负电荷,硅片一侧形成正电荷,正负电荷通过静电引力结合在一起,促使玻璃片和硅片间的化学键合。

在玻璃表面沉积上一层薄膜材料如多晶硅、氮化硅等作为中间层,在约700V的电场下,升温到400℃时,可使两块玻璃片结合。

实验中使用普通的3mm厚的平板玻璃,不加电场时,620℃烘烤半小时,可使玻璃软化并融合在一起。500℃时,500—760伏电场下,可使其键合。

三、低温键合

    低温键合是相对高温键合而言的,通常指在100℃以下甚至温室下进行的芯片键合。因为高温键合存在种种不利因素,促使许多研究人员开始进行玻璃芯片低温或温室键合技术的研究。

微流控芯片键合



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