微流控芯片的封接技術(shù)
熱鍵合(fusion bonding)
對(duì)玻璃和石英材質(zhì)刻蝕的微結(jié)構(gòu)一般使用熱鍵合方法,將加工好的基片和相同材質(zhì)的蓋片洗凈烘干對(duì)齊緊貼后平放在高溫爐中,在基片和蓋片上下方各放一塊拋光過(guò)的石墨板,在上面的石墨板上再壓一塊重0.5 Kg的不銹鋼塊,在高溫爐中加熱鍵合。
玻璃芯片鍵合時(shí),高溫爐升溫速度為10℃/分,在620℃時(shí)保溫3.5小時(shí),再以10℃/分的速率降溫。石英芯片鍵合溫度高達(dá)1000℃以上。此方法對(duì)操作技術(shù)要求較高,芯片如一次封接后有干涉條紋可多次熱鍵合。
但熱鍵合不能用于含溫度敏感試劑、含電極和波導(dǎo)管芯片,也不能用于不同熱膨脹系數(shù)材料的封接。
一般地說(shuō),封接比在玻璃和硅片上刻蝕微結(jié)構(gòu)更困難,熱鍵合成品率也不高。
陽(yáng)極鍵合(anodic bonding)
在玻璃、石英與硅片的封接中已廣泛采用陽(yáng)極鍵合的方法。即在鍵合過(guò)程中 ,施加電場(chǎng) ,使鍵合溫度低于軟化點(diǎn)溫度。
為防止熱鍵合可能發(fā)生的通道變形 ,甚至塌陷的現(xiàn)象 ,玻璃與玻璃之間的陽(yáng)極鍵合已引起廣泛的興趣。在玻璃表面沉積上一層薄膜材料如多晶硅、氮化硅等作為中間層,在約700伏的電場(chǎng)下,升溫到400℃時(shí),可使兩塊玻璃片鍵合。
文獻(xiàn)報(bào)道,在500~760伏電場(chǎng)下,升溫到500℃時(shí),可使兩塊玻璃片鍵合而不需在玻璃表面沉積中間層。在兩塊玻璃板尚未鍵合時(shí),板間空氣間隙承擔(dān)了大部分電壓降,玻璃板可視為平行板電容器,板間吸引力與電場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比。
因此,鍵合從兩塊玻璃中那些最接近的點(diǎn)開(kāi)始,下板中可移動(dòng)的正電荷(主要是Na+)與上板中的負(fù)電荷中和,生成一層氧化物(正是這層過(guò)渡層,使兩塊玻璃板封接),該點(diǎn)完成鍵合后,周?chē)目諝忾g隙相應(yīng)變薄,電場(chǎng)力增大,從而鍵合擴(kuò)散開(kāi)來(lái),直至整塊密合。玻璃表面進(jìn)行拋光處理,減小玻璃之間間隙寬度,可降低鍵合溫度。
其它封接方法
有報(bào)道用HF和硅酸鈉粘結(jié)玻璃的低溫鍵合技術(shù),用1 %HF 滴入兩玻璃片之間的縫隙中,在室溫下加40gf/ cm2壓力,2h即可鍵合成功,溫度升高60℃,1h即可完成;在兩玻璃片之間,通過(guò)硅酸鈉稀溶液中間層,在室溫下放置過(guò)夜,或 90℃下放置1h也能進(jìn)行鍵合。
Sayah等又報(bào)道了兩種低溫鍵合的方法:a.在兩片仔細(xì)清潔的玻璃片之間使用1μm厚的環(huán)氧膠,在1MPa的壓力和90℃條件下硬化;b.在100~200℃加高壓15h使之直接鍵合,壓力最高可用50MPa。
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