微波等离子清洗机在微流控芯片制造中的应用

2019-05-31

    微流控学是一种研究微米尺度的结构中,皮升到纳升级流体或液滴的性质的新兴学科。近 20 年来,微流控学的迅猛发展,使得小型化、微型化的分析仪器的出现成为可能,并广泛的应用到实验室的生化分析、环境污染物监测、临床化验、医药食品检测和工农业检测等多方面。

    在上世纪九十年代初,Manz 等人首次提出了微全分析系统(Micro TotalAnalyze System,μTAS),指的是在大小为几平方厘米的芯片上操控微米尺度的流体,以此实现完整的实验功能,构建化学或生物的实验室,因此这种系统也被称作芯片实验室(Lab on a chip)。自此以后,应用微电机学、化学、生物学等学科作为基础的微流控芯片技术出现了极为迅速的发展。

    微流控芯片通常是在大小为信用卡、邮票甚至硬币的芯片上,集成各种具有功能单元的微通道,构成网络和阵列,通过操纵流体在通道中的行为以此实现各种常规化学和生物实验室中需要的甚至难以完成的功能,包括样品的制备、前处理、混合、反应、分离、检测以及细胞和微生物的培养、观测、分选等。芯片实验室的优点在于样品消耗量极小,反应迅速,整体可控,功能多样而且集成化,较为灵活,同时具有一定程度的通量。与另一种常见的微阵列芯片(Microarray chip)有所不同,各有所长。

    微流控芯片的加工技术源自半导体和集成电路板。先采用高精度的打印技术获得光掩膜版,再通过光刻技术将掩膜版上的图形转移到芯片上,然后腐蚀得到与掩膜图形相同或相反的微通道结构,最后通过化学键合的方法使得微通道闭合封装。近年来,微流控芯片在传统的技术上发展出了一系列新的加工技术,使用的材料也从微电子行业常用的单晶硅发展到了可以在光学显微镜下直接观察到通道内部的玻璃、石英等固体硬材料和 PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)和 PC(聚碳酸酯)等具有一定弹性的透明高分子聚合物材料。其中,PDMS 由于其性能的各种优点,使用最为广泛。

    典型的微流控芯片如下:

 

    现在普通实验室采用较多的 PDMS 微流控芯片制作流程包括光刻制作 SU-8硅片和用 SU-8 硅片为模板复制 PDMS 芯片两大步。具体过程如图所示:

    除去事先完成的结构设计和光掩膜制作外,包括预处理、涂胶和前烘、曝光、显影和坚膜(固定)、浇筑、剥离、等离子键合等七步。此技术工艺已经十分成熟并且被广为使用,此处不再赘述。其中等离子键合主要使用等离子清洗机,德国Alpha Plasma等离子清洗机已经在重要的微流控芯片相关应用高校实验室使用。可以实现PDMS和PDMS键合、PDMS和玻璃键合、PDMS和PMMA键合,如下图所示:

    德国Alpha Plasma提供的是2.45Ghz微波等离子清洗机,它不同于我们常见的HARRICK。 Alpha Plasma具有等离子清洗效率高,对4寸晶圆清洗均匀性好,无金属电极溅射污染,全程序化控制,更便于工艺精确掌控的优点。而且免维护。

     Alpha Plasma Q150AL 18适合高校实验室应用, Alpha Plasma AL76 适合生物芯片工厂批量生产。

     Alpha Plasma公司位于德国,本公司在Coating领域有超过11年的经验,在等离子表面处理有超过25年的经验。

●我们的主要业务是制造,销售和服务于自动微波等离子处理设备。

●我们开发并生产世界级高质量的应用于表面激活,清洗,镀层的等离子设备。

●我们专注于提供用于晶圆和封测领域的低压先进微波等离子技术。

●我们为客户提供的不仅仅是一台精密设备,而是工艺改进的一站式等离子解决方案。

●我们已经将等离子表面处理技术应用到半导体生产,照明产业(LED) ,航空航天飞行,医学技术,汽车工业,电子行业,塑料和金属工业等各个领域。