基于面板工艺的数字微流控芯片

发布时间：2021-08-04 23:09

　　针对传统数字微流控芯片电极数量少和制造成本高的问题,对基于面板工艺的数字微流控芯片进行了设计、制备和验证。引入现有成熟的液晶面板设计与制造技术,在玻璃基板上完成金属、绝缘层、有机膜、ITO等膜层的图形化加工。结合常规半导体旋涂工艺,完成疏水层的制备。实验成功地制备出一种集成有480个电极的单基板数字微流控芯片样品。通过合理的驱动电极排布与驱动信号时序设计,实现了低成本化的微流控芯片的设计与制造。对于所设计的微流控芯片进行了功能验证,实现了液滴的连续移动,最低驱动电压可达到25 V,可驱动液滴的体积范围为8～50μL。还通过系统化的实验对芯片的有效工作条件进行了验证。 

【文章来源】：仪器仪表学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

基于面板工艺的数字微流控芯片

图1 基于面板工艺的数字微流控芯片芯片的膜层关系如图2所示,最下层为芯片的玻璃基板,基板的表面依次制作有第一金属层、第一绝缘层、第二金属层、第二绝缘层、有机膜层、ITO电极层、第三绝缘层(介质层)和疏水层,液滴在疏水层的上表面驻留或者移动。芯片的主体部分采用常规面板工艺进行制造。疏水层采用常规的半导体旋涂工艺制作。

驱动电极及信号走线在芯片上的分布如图3所示,芯片表面共设计了480个驱动电极(20×24的电极阵列)。设计中将电极分成16个大重复单元(4×4的重复单元阵列),每个单元中包含有30个电极(5×6的电极阵列),分别对应信号1～30。通过分区阵列的方式降低对于信号线数量的需求。以信号20为例,与其对应的金属走线分成4列馈入电极阵列,并纵向穿过相应列序下的所有电极。其中的金属电极通过绝缘层打孔的方式实现与表面ITO驱动电极的连接。如图3所示,信号20的金属走线只在与其相对应的16个电极位置导通,从而实现了驱动信号的复用。与此同时不影响其他电极的信号传输。通过所述的驱动信号线排布方式,可以实现30个信号源驱动480个电极的效果,满足了低成本设计的要求。驱动电极的图案设计如图4所示,电极形状为矩形,驱动单元横纵方向的尺寸为1 530 μm。根据图3所示的复合驱动设计,同一列电极下方共有6支不同的驱动信号线穿过,金属数据线与ITO驱动电极间的信号连接采用的是16个9 μm×9 μm过孔设计。以实现金属数据线层与ITO驱动电极之间的电连接。

【参考文献】：
期刊论文
[1]快速检测病原菌含量的简易微流控系统[J]. 杨宁,左志强,Jun Steed Huang,张荣标,毛罕平.  仪器仪表学报. 2017(06)
[2]嵌入式数字微流控荧光液滴分选平台[J]. 曹康,苏岩,万莹,王伟强.  仪器仪表学报. 2016(S1)

硕士论文
[1]基于EWOD的数字微流控器件研究[D]. 高贞.哈尔滨工业大学 2015



本文编号：3322571