本文關(guān)鍵詞：即時(shí)檢測(cè)芯片超聲鍵合技術(shù)研究

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【摘要】：即時(shí)檢測(cè)(POCT)芯片是基于即時(shí)檢測(cè)技術(shù)和微機(jī)電加工技術(shù)而發(fā)展起來的一種快速臨床檢測(cè)芯片,目前已廣泛應(yīng)用于血糖、心肌損傷檢測(cè)等方面。即時(shí)檢測(cè)芯片要求具有較高的鍵合精度、較高的鍵合強(qiáng)度、良好的生物兼容性和較高的生產(chǎn)效率。本文為了滿足即時(shí)檢測(cè)芯片的要求,基于超聲波鍵合技術(shù)做了以下幾個(gè)方面的研究工作：(1)設(shè)計(jì)了2種用于芯片熔接的接頭結(jié)構(gòu),確定了導(dǎo)能筋的布置,并利用微機(jī)電加工方法制作了實(shí)驗(yàn)芯片。兩種熔接結(jié)構(gòu)分別為：分離式接頭結(jié)構(gòu)和阻熔導(dǎo)能接頭結(jié)構(gòu),兩種結(jié)構(gòu)將微通道、導(dǎo)能筋、熔池和止焊臺(tái)集成在一起,在超聲波鍵合過程中,通過止焊臺(tái)的止焊阻熔作用保證芯片的鍵合精度。設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)化的導(dǎo)能筋布置形式,將儲(chǔ)液區(qū)、混合區(qū)、延時(shí)區(qū)、檢測(cè)區(qū)和廢液池集成于一體。使用干法刻蝕技術(shù)制作了精密硅模具,并利用熱壓方法制作了實(shí)驗(yàn)芯片。(2)建立了基于柔性調(diào)平的POCT芯片封合方法,設(shè)計(jì)了柔性調(diào)平夾具,并提出了一種芯片表面防劃傷方法。柔性調(diào)平夾具由夾具主體、彈性體和底座組成,夾具主體實(shí)現(xiàn)芯片的定位和夾緊,彈性體使用硅橡膠固化而成,利用彈性體自身的彈性形變實(shí)現(xiàn)待鍵合芯片表面的壓力均勻,底板實(shí)現(xiàn)夾具與鍵合設(shè)備的有效固定。為了使夾具具有良好的調(diào)平性能,本文提出了壓力分組調(diào)平方法,確定了每個(gè)壓力分組彈性體的結(jié)構(gòu)參數(shù),并進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：柔性調(diào)平夾具能夠有效地改善芯片表面壓力不均勻的情況,簡(jiǎn)化調(diào)平操作。為了防止芯片表面被細(xì)小微粒劃傷,提出了間質(zhì)軟膜保護(hù)法,并開展了相關(guān)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該方法能夠減少芯片表面的劃傷。(3)優(yōu)化了即時(shí)檢測(cè)芯片的接頭結(jié)構(gòu),探索了即時(shí)檢測(cè)芯片的鍵合工藝參數(shù)。對(duì)分離式接頭結(jié)構(gòu)和阻熔導(dǎo)能接頭結(jié)構(gòu)的熔接特性進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：分離式接頭結(jié)構(gòu)容易使微流體形成氣泡,影響即時(shí)檢測(cè)芯片的檢測(cè)。因此,選用了阻熔導(dǎo)能接頭結(jié)構(gòu)作為芯片的熔接結(jié)構(gòu)。將鍵合后微通道的高度作為鍵合工藝參數(shù)探索的首要指標(biāo),初步確定了鍵合工藝參數(shù),并開展了鍵合強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)、氣密性實(shí)驗(yàn)、密閉性實(shí)驗(yàn)和全血驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的導(dǎo)能筋布置形式合理可靠,利于芯片各功能的集成；阻熔導(dǎo)能接頭結(jié)構(gòu)能夠較精確地控制鍵合后微通道的高度,鍵合精度達(dá)到2μm；全血驅(qū)動(dòng)時(shí)間極差在20s以內(nèi)；所確定的鍵合工藝參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高強(qiáng)度的鍵合,鍵合強(qiáng)度大于2.5 MPa；導(dǎo)能筋熔接均勻,芯片密閉性良好,氣密性大于7個(gè)大氣壓。
【關(guān)鍵詞】：即時(shí)檢測(cè)芯片 超聲波鍵合 熔接結(jié)構(gòu) 鍵合工藝
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN492
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-21
• 1.1 即時(shí)檢測(cè)芯片概述10-14
• 1.1.1 即時(shí)檢測(cè)技術(shù)10-12
• 1.1.2 即時(shí)檢測(cè)芯片常用制造方法12-14
• 1.2 超聲波鍵合技術(shù)14-16
• 1.2.1 超聲波鍵合機(jī)理15
• 1.2.2 超聲波鍵合系統(tǒng)15-16
• 1.3 聚合物芯片超聲波鍵合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-19
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 2 熔接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)芯片的制作21-32
• 2.1 熔接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-24
• 2.2 導(dǎo)能筋的布置設(shè)計(jì)24-25
• 2.3 實(shí)驗(yàn)芯片的制作25-31
• 2.3.1 硅模具的制作25-28
• 2.3.2 即時(shí)檢測(cè)芯片的熱壓成型28-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 3 柔性調(diào)平夾具設(shè)計(jì)與芯片表面防劃傷方法32-49
• 3.1 柔性調(diào)平夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32-36
• 3.1.1 夾具主體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32-35
• 3.1.2 柔性調(diào)平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)35-36
• 3.2 彈性體調(diào)平性能分析與優(yōu)化36-47
• 3.2.1 彈性體材料的選取與壓縮性能研究36-39
• 3.2.2 柔性調(diào)平夾具力學(xué)模型分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)39-43
• 3.2.3 壓力分布均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo)與柔性調(diào)平實(shí)驗(yàn)43-47
• 3.3 芯片表面防劃傷方法47-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 4 即時(shí)檢測(cè)芯片超聲波鍵合工藝與性能測(cè)試49-62
• 4.1 超聲波鍵合設(shè)備和鍵合控制參數(shù)介紹49-51
• 4.2 熔接接頭結(jié)構(gòu)的熔接性能研究51-53
• 4.2.1 熔接結(jié)構(gòu)中微通道高度的熔陷特性研究51-52
• 4.2.2 兩種接頭結(jié)構(gòu)熔接性能對(duì)比52-53
• 4.3 即時(shí)檢測(cè)芯片超聲波鍵合工藝參數(shù)探索53-56
• 4.3.1 鍵合工藝參數(shù)衡量指標(biāo)分析53-54
• 4.3.2 鍵合工藝參數(shù)的初步確定54-56
• 4.4 即時(shí)檢測(cè)芯片鍵合強(qiáng)度測(cè)試56-58
• 4.4.1 試驗(yàn)設(shè)備與準(zhǔn)備工作56-57
• 4.4.2 鍵合強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果57-58
• 4.5 氣密性與漏液測(cè)試58-59
• 4.5.1 氣密性測(cè)試58-59
• 4.5.2 芯片漏液測(cè)試59
• 4.6 鍵合工藝參數(shù)的確定59-60
• 4.7 全血驅(qū)動(dòng)時(shí)間穩(wěn)定性測(cè)試60-61
• 4.8 本章小結(jié)61-62
• 5 全文總結(jié)及工作展望62-64
• 5.1 全文總結(jié)62-63
• 5.2 下一步工作展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況68-69
• 致謝69-70

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：892132