專利名稱：一種利用超聲波作用封裝微結(jié)構(gòu)器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬化學(xué)化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用超聲波作用進(jìn)行以有機(jī)玻璃(聚甲基丙 烯酸甲酯，PMMA)為基板的微結(jié)構(gòu)器件封裝的方法。
技術(shù)背景自20世紀(jì)90年代以來(lái)，自然科學(xué)與工程技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)是向微型化邁進(jìn)。人 們的注意力從所能感覺(jué)到的對(duì)象向所不能感覺(jué)到的微觀世界轉(zhuǎn)移，特別是納米材料以及微電 子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的發(fā)展，引起了人們對(duì)小尺度和快速過(guò)程的極大興趣。除微電子器件和微機(jī) 械器件外,微型化工器件也逐漸成為其重要成員，如微混合器、微反應(yīng)器、微化學(xué)分析儀器、 微型換熱器、微型萃取器、微型泵、微型閥門(mén)等。在這種科技發(fā)展的潮流下，"Factory on Chip", 即化工過(guò)程微型化的研究成為化工學(xué)科一個(gè)新的研究方向。美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)、杜邦 (Du Pont)公司、德國(guó)BASF公司、美國(guó)Merck公司等世界知名高校和跨國(guó)公司紛紛開(kāi)展這 方面的研究工作,并證明了微結(jié)構(gòu)設(shè)備用于化學(xué)、生化分析和合成等方面具有高效率、安全可 靠、靈活易控等優(yōu)勢(shì)。在此背景下，微器件加工方法也成為一個(gè)重要的研究?jī)?nèi)容。由于低成本、易加工、化學(xué)性 質(zhì)和機(jī)械性質(zhì)可調(diào)等優(yōu)勢(shì)，聚合物越來(lái)越多地用到了微器件加工原料中，其中聚甲基丙烯酸 甲酯(P醒A)由于其高的透光率、低的熒光性，尤其廣泛地應(yīng)用于微結(jié)構(gòu)器件的加工當(dāng)中。 典型的加工工藝是先在PMMA片上刻上微結(jié)構(gòu)，然后用另外一片PMMA放于其上進(jìn)行封裝，當(dāng) 前國(guó)際上主要的封裝方法有熱壓法、迭片法、膠沾法、溶劑法、表面處理法等，這些方法各 有利弊。開(kāi)發(fā)普適性強(qiáng)、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)便的封裝方法將有非常大的意義。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提出一種簡(jiǎn)便、廉價(jià)、普適性強(qiáng)的實(shí)現(xiàn)以有機(jī)玻璃為基板的微結(jié)構(gòu)器件的高 強(qiáng)度封裝的新方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種利用超聲波作用封裝微結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1) 在有機(jī)玻璃基板上加工或刻蝕上與要封裝的微結(jié)構(gòu)器件形狀相對(duì)應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；2) 將有機(jī)玻璃基板與要封裝的微結(jié)構(gòu)器件固定；3) 將固定好的待密封微結(jié)構(gòu)器件放到盛有乙醇的容器中，將容器置于超聲裝置內(nèi)；4) 控制超聲裝置內(nèi)的溫度為40 8(TC，控制超聲波作的時(shí)間在5 120分鐘；5) 將待封裝器件取出，放入烘箱將乙醇烘干，即完成封裝。 上述技術(shù)方案中，超聲波功率密度范圍為0.01 0. lW/cm3。烘干乙醇所用烘箱溫度為50 70°C，烘干時(shí)間為5 10分鐘。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)即突出性效果利用此方法對(duì)有機(jī)玻璃片進(jìn)行了封裝實(shí)驗(yàn)，封裝后測(cè)得的封裝強(qiáng)度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)中的封裝強(qiáng)度，而且封裝方法簡(jiǎn)單易行，無(wú)需加壓裝置，價(jià)格低廉；封裝速度快，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)；封裝后微結(jié)構(gòu)沒(méi)有形變或破壞；操作溫度低，對(duì)包埋材料普適性強(qiáng)；封裝產(chǎn)品適用范圍廣。


圖1有機(jī)玻璃基板與其他材料微結(jié)構(gòu)復(fù)合示意中l(wèi)一有機(jī)玻璃基板；2 —待封裝的微結(jié)構(gòu)器件；3 —與待封裝微結(jié)構(gòu)器件相應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供的一種利用超聲波作用封裝微結(jié)構(gòu)器件的方法，其具體工藝步驟如下1) 在有機(jī)玻璃基板上加工或刻蝕上與要封裝的微結(jié)構(gòu)器件形狀相對(duì)應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；2) 將有機(jī)玻璃基板與要封裝的微結(jié)構(gòu)器件固定；3) 將固定好的待密封微結(jié)構(gòu)器件放到盛有乙醇的容器中，將容器置于超聲裝置內(nèi)；4) 控制超聲裝置內(nèi)的溫度為40 8(TC，控制超聲波作的時(shí)間在5 120分鐘；5) 將待封裝器件取出，放入烘箱將乙醇烘干，即完成封裝。 上述技術(shù)方案中，超聲波功率密度范圍為0.01 0. 1W/cm3。烘干乙醇所用烘箱溫度為50 70°C，烘干時(shí)間為5 10分鐘。本發(fā)明的原理在于超聲可以引發(fā)基片接觸界面的震動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)能量在界面上的聚集， 在界面上產(chǎn)生相對(duì)其他位置比較高的溫度，還可以加快兩個(gè)基片之間的物料交換，最終在保 持基片其他位置溫度比較低且無(wú)形變的條件下實(shí)現(xiàn)界面上的融合，從而實(shí)現(xiàn)不破壞微結(jié)構(gòu)的 高強(qiáng)度封裝。實(shí)施例1:聚四氟乙烯毛細(xì)管微通道結(jié)構(gòu)的封裝1) 在有機(jī)玻璃上下基板上刻上與要封裝的聚四氟乙烯毛細(xì)管尺寸相對(duì)應(yīng)的通道結(jié)構(gòu)；2) 將有機(jī)玻璃基板與聚四氟乙烯毛細(xì)管清洗干凈，組合并用夾子固定；3) 將固定好的待密封微結(jié)構(gòu)器件放到有乙醇的容器中，將容器置于功率密度為0. lW/cm3 的超聲裝置內(nèi)；4) 控制超聲裝置內(nèi)溫度為8(TC;5) 達(dá)到要求溫度后打開(kāi)超聲開(kāi)關(guān)，控制超聲波作的時(shí)間為5分鐘；6) 將待封裝器件取出，放入6(TC烘箱烘10分鐘，封裝完成；封裝后微結(jié)構(gòu)沒(méi)有形變或破壞。實(shí)施例2:4聚四氟乙烯毛細(xì)管微通道結(jié)構(gòu)的封裝1) 在有機(jī)玻璃上下基板上刻上與要封裝的聚四氟乙烯毛細(xì)管尺寸相對(duì)應(yīng)的通道結(jié)構(gòu)；2) 將有機(jī)玻璃基板與聚四氟乙烯毛細(xì)管清洗干凈，組合并固定；3) 將固定好的待密封微結(jié)構(gòu)器件放到有乙醇的容器中，將容器置于功率密度為0. 1W/cm3 的超聲裝置內(nèi)；4) 控制超聲裝置內(nèi)溫度為70°C;5) 達(dá)到要求溫度后打開(kāi)超聲開(kāi)關(guān)，控制超聲波作的時(shí)間為IO分鐘；6) 將待封裝器件取出，放入50T烘箱烘10分鐘，封裝完成；封裝后微結(jié)構(gòu)沒(méi)有形變或 破壞。實(shí)施例3:石英玻璃毛細(xì)管微通道結(jié)構(gòu)的封裝1) 在有機(jī)玻璃上下基板上刻上與要封裝的石英玻璃毛細(xì)管尺寸相對(duì)應(yīng)的通道結(jié)構(gòu)；2) 將有機(jī)玻璃基板與石英玻璃毛細(xì)管清洗干凈，組合并固定；3) 將固定好的待密封微結(jié)構(gòu)器件放到有乙醇的容器中，將容器置于功率密度為0. 01W/cm3 的超聲裝置內(nèi)；4) 控制超聲裝置內(nèi)溫度為60°C;5) 達(dá)到要求溫度后打開(kāi)超聲開(kāi)關(guān)，控制超聲波作的時(shí)間為40分鐘；6) 將待封裝器件取出，放入70。C烘箱烘5分鐘，封裝完成；封裝后微結(jié)構(gòu)沒(méi)有形變或 破壞。實(shí)施例4:石英玻璃毛細(xì)管微通道結(jié)構(gòu)的封裝1) 在有機(jī)玻璃上下基板上刻上與要封裝的石英玻璃毛細(xì)管尺寸相對(duì)應(yīng)的通道結(jié)構(gòu)；2) 將有機(jī)玻璃基板與石英玻璃毛細(xì)管清洗干凈，組合并固定；3) 將固定好的待密封微結(jié)構(gòu)器件放到有乙醇的容器中，將容器置于功率密度為0. 05W/cm3 的超聲裝置內(nèi)；4) 控制超聲裝置內(nèi)溫度為50°C;5) 達(dá)到要求溫度后打開(kāi)超聲開(kāi)關(guān)，控制超聲波作的時(shí)間為60分鐘；6) 將待封裝器件取出，放入70T烘箱烘5分鐘，封裝完成；封裝后微結(jié)構(gòu)沒(méi)有形變或 破壞。實(shí)施例5:不銹鋼膜片膜分散微結(jié)構(gòu)設(shè)備的封裝1) 在有機(jī)玻璃下基板上刻上與要封裝的不銹鋼膜片形狀尺寸相對(duì)應(yīng)的通道結(jié)構(gòu)；2) 將有機(jī)玻璃基板與不銹鋼膜片清洗干凈，組合并固定；3) 將固定好的待密封微結(jié)構(gòu)器件放到有乙醇的容器中，將容器置于功率密度為0. 05W/cm: 的超聲裝置內(nèi)；4) 控制超聲裝置內(nèi)溫度為40T;5) 達(dá)到要求溫度后打開(kāi)超聲開(kāi)關(guān)，控制超聲波作的時(shí)間為120分鐘；6) 將待封裝器件取出，放入70X烘箱烘5分鐘，封裝完成；封裝后微結(jié)構(gòu)沒(méi)有形變或 破壞。
權(quán)利要求
1、一種利用超聲波作用封裝微結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)在有機(jī)玻璃基板上加工或刻蝕上與要封裝的微結(jié)構(gòu)器件形狀相對(duì)應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；2)將有機(jī)玻璃基板與要封裝的微結(jié)構(gòu)器件固定；3)將固定好的待密封微結(jié)構(gòu)器件放到盛有乙醇的容器中，將容器置于超聲裝置內(nèi)；4)控制超聲裝置內(nèi)的溫度為40～80℃，控制超聲波作的時(shí)間在5～120分鐘；5)將待封裝器件取出，放入烘箱將乙醇烘干，即完成封裝。
2、 按照權(quán)利要求1所述的利用超聲波作用封裝微結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征在于超聲波 功率密度范圍為0. 01 0. 1W/cm3。
3、 按照權(quán)利要求1所述的利用超聲波作用封裝微結(jié)構(gòu)器件的方法，其特征在于步驟5) 中烘干乙醇所用烘箱溫度為50 70 。C，烘干時(shí)間為5 10分鐘。
全文摘要
一種超聲波作用封裝微結(jié)構(gòu)器件的方法，本發(fā)明以乙醇作為溶劑，通過(guò)控制操作溫度和超聲作用時(shí)間，在超聲裝置中實(shí)現(xiàn)了以有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)為基板，與包括聚四氟乙烯、石英玻璃、金屬等在內(nèi)的多種材料復(fù)合的微結(jié)構(gòu)器件的封裝。所實(shí)現(xiàn)的微結(jié)構(gòu)器件包括聚四氟乙烯同軸環(huán)管微通道、石英玻璃同軸環(huán)管微通道、金屬膜分散微結(jié)構(gòu)設(shè)備等，所有微器件均為內(nèi)部可視化的，可通過(guò)在線顯微設(shè)備進(jìn)行內(nèi)部流動(dòng)的實(shí)時(shí)觀測(cè)。本方法相對(duì)其他方法來(lái)說(shuō)成本低廉，簡(jiǎn)便易行，穩(wěn)定性好，產(chǎn)品適用范圍廣。
文檔編號(hào)B81C3/00GK101323429SQ200810116820
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者蘭文杰, 徐建鴻, 李少偉, 凱 王, 王玉軍, 駱廣生 申請(qǐng)人:清華大學(xué)