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微流控芯片键合方法及特点

芯片键合

一、热键合

    对玻璃和石英材质刻蚀的微结构一般使用热键合方法,将加工好的基片和相同材质的盖片洗净烘干对齐紧贴后平放在高温炉中,在基片和盖片上下方各放一块抛光过的石墨板,在上面的石墨板上再压一块重0.5 Kg的不锈钢块,在高温炉中加热键合。玻璃芯片键合时,高温炉升温速度为10℃/分,在620℃时保温3.5小时,再以10℃/分的速率降温。石英芯片键合温度高达1000℃以上。此方法对操作技术要求较高,芯片如一次封接后有干涉条纹可多次热键合。

    但热键合不能用于含温度敏感试剂、含电极和波导管芯片,也不能用于不同热膨胀系数材料的封接。

    一般地说,封接比在玻璃和硅片上刻蚀微结构更困难,热键合成品率也不高。

二、阳极键合

在玻璃、石英与硅片的封接中已广泛采用阳极键合的方法。即在键合过程中 ,施加电场 ,使键合温度低于软化点温度。

为防止热键合可能发生的通道变形 ,甚至塌陷的现象 ,玻璃与玻璃之间的阳极键合已引起广泛的兴趣。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700伏的电场下,升温到400℃时,可使两块玻璃片键合。文献报道,在500~760伏电场下,升温到500℃时,可使两块玻璃片键合而不需在玻璃表面沉积中间层。在两块玻璃板尚未键合时,板间空气间隙承担了大部分电压降,玻璃板可视为平行板电容器,板间吸引力与电场强度的平方成正比,因此,键合从两块玻璃中那些最接近的点开始,下板中可移动的正电荷(主要是Na+)与上板中的负电荷中和,生成一层氧化物(正是这层过渡层,使两块玻璃板封接),该点完成键合后,周围的空气间隙相应变薄,电场力增大,从而键合扩散开来,直至整块密合。玻璃表面进行抛光处理,减小玻璃之间间隙宽度,可降低键合温度。

 

三、其它封接方法

    有报道用HF和硅酸钠粘结玻璃的低温键合技术,用1 %HF 滴入两玻璃片之间的缝隙中,在室温下加40gf/ cm2压力,2h即可键合成功,温度升高60℃,1h即可完成;在两玻璃片之间,通过硅酸钠稀溶液中间层,在室温下放置过夜,或 90℃下放置1h也能进行键合。Sayah等又报道了两种低温键合的方法:a.在两片仔细清洁的玻璃片之间使用1μm厚的环氧胶,在1MPa的压力和90℃条件下硬化;b.在100~200℃加高压15h使之直接键合,压力最高可用50MPa。



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