即时检测芯片超声键合技术研究

发布时间：2017-09-21 03:29

  本文关键词：即时检测芯片超声键合技术研究

  更多相关文章： 即时检测芯片 超声波键合 熔接结构 键合工艺

【摘要】：即时检测(POCT)芯片是基于即时检测技术和微机电加工技术而发展起来的一种快速临床检测芯片,目前已广泛应用于血糖、心肌损伤检测等方面。即时检测芯片要求具有较高的键合精度、较高的键合强度、良好的生物兼容性和较高的生产效率。本文为了满足即时检测芯片的要求,基于超声波键合技术做了以下几个方面的研究工作：(1)设计了2种用于芯片熔接的接头结构,确定了导能筋的布置,并利用微机电加工方法制作了实验芯片。两种熔接结构分别为：分离式接头结构和阻熔导能接头结构,两种结构将微通道、导能筋、熔池和止焊台集成在一起,在超声波键合过程中,通过止焊台的止焊阻熔作用保证芯片的键合精度。设计了结构化的导能筋布置形式,将储液区、混合区、延时区、检测区和废液池集成于一体。使用干法刻蚀技术制作了精密硅模具,并利用热压方法制作了实验芯片。(2)建立了基于柔性调平的POCT芯片封合方法,设计了柔性调平夹具,并提出了一种芯片表面防划伤方法。柔性调平夹具由夹具主体、弹性体和底座组成,夹具主体实现芯片的定位和夹紧,弹性体使用硅橡胶固化而成,利用弹性体自身的弹性形变实现待键合芯片表面的压力均匀,底板实现夹具与键合设备的有效固定。为了使夹具具有良好的调平性能,本文提出了压力分组调平方法,确定了每个压力分组弹性体的结构参数,并进行了相关验证实验。实验结果表明：柔性调平夹具能够有效地改善芯片表面压力不均匀的情况,简化调平操作。为了防止芯片表面被细小微粒划伤,提出了间质软膜保护法,并开展了相关验证实验。实验结果表明：该方法能够减少芯片表面的划伤。(3)优化了即时检测芯片的接头结构,探索了即时检测芯片的键合工艺参数。对分离式接头结构和阻熔导能接头结构的熔接特性进行了研究,实验结果表明：分离式接头结构容易使微流体形成气泡,影响即时检测芯片的检测。因此,选用了阻熔导能接头结构作为芯片的熔接结构。将键合后微通道的高度作为键合工艺参数探索的首要指标,初步确定了键合工艺参数,并开展了键合强度实验、气密性实验、密闭性实验和全血驱动试验。实验结果表明：所设计的导能筋布置形式合理可靠,利于芯片各功能的集成；阻熔导能接头结构能够较精确地控制键合后微通道的高度,键合精度达到2μm；全血驱动时间极差在20s以内；所确定的键合工艺参数能够实现高强度的键合,键合强度大于2.5 MPa；导能筋熔接均匀,芯片密闭性良好,气密性大于7个大气压。
【关键词】：即时检测芯片 超声波键合 熔接结构 键合工艺
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN492
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 即时检测芯片概述10-14
• 1.1.1 即时检测技术10-12
• 1.1.2 即时检测芯片常用制造方法12-14
• 1.2 超声波键合技术14-16
• 1.2.1 超声波键合机理15
• 1.2.2 超声波键合系统15-16
• 1.3 聚合物芯片超声波键合国内外研究现状16-19
• 1.4 本文的主要研究内容19-21
• 2 熔接结构的设计与实验芯片的制作21-32
• 2.1 熔接接头的结构设计21-24
• 2.2 导能筋的布置设计24-25
• 2.3 实验芯片的制作25-31
• 2.3.1 硅模具的制作25-28
• 2.3.2 即时检测芯片的热压成型28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 柔性调平夹具设计与芯片表面防划伤方法32-49
• 3.1 柔性调平夹具结构设计32-36
• 3.1.1 夹具主体的结构设计32-35
• 3.1.2 柔性调平结构设计35-36
• 3.2 弹性体调平性能分析与优化36-47
• 3.2.1 弹性体材料的选取与压缩性能研究36-39
• 3.2.2 柔性调平夹具力学模型分析与结构设计39-43
• 3.2.3 压力分布均匀性评价指标与柔性调平实验43-47
• 3.3 芯片表面防划伤方法47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 即时检测芯片超声波键合工艺与性能测试49-62
• 4.1 超声波键合设备和键合控制参数介绍49-51
• 4.2 熔接接头结构的熔接性能研究51-53
• 4.2.1 熔接结构中微通道高度的熔陷特性研究51-52
• 4.2.2 两种接头结构熔接性能对比52-53
• 4.3 即时检测芯片超声波键合工艺参数探索53-56
• 4.3.1 键合工艺参数衡量指标分析53-54
• 4.3.2 键合工艺参数的初步确定54-56
• 4.4 即时检测芯片键合强度测试56-58
• 4.4.1 试验设备与准备工作56-57
• 4.4.2 键合强度测试结果57-58
• 4.5 气密性与漏液测试58-59
• 4.5.1 气密性测试58-59
• 4.5.2 芯片漏液测试59
• 4.6 键合工艺参数的确定59-60
• 4.7 全血驱动时间稳定性测试60-61
• 4.8 本章小结61-62
• 5 全文总结及工作展望62-64
• 5.1 全文总结62-63
• 5.2 下一步工作展望63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况68-69
• 致谢69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 龚飞;胡席远;谭峗;王春明;;热塑性塑料PP半导体激光焊接工艺[J];焊接学报;2013年04期

2 安晓静;张宇飞;;即时检测在呼吸科重症监护病房的临床应用[J];成都医学院学报;2013年01期

3 蔡伟林;熊涛;尹周平;;基于螺旋理论的转动解耦调平机构型综合[J];中国机械工程;2012年18期

4 唐延辉;董成霞;周延美;;检验医学的新领域—POCT[J];中国医学创新;2012年23期

5 黄祥芬;;即时检验(POCT)发展现状与应用[J];中外医学研究;2011年25期

6 王晓东;郑英松;张宗波;罗怡;;聚合物微流控芯片超声波微熔融键合方法[J];纳米技术与精密工程;2011年03期

7 宋满仓;刘莹;祝铁丽;张传赞;刘军山;刘冲;;微流控芯片注塑成型缺陷的成因与对策[J];机械工程学报;2011年06期

8 张时民;;尿干化学分析技术进展和展望[J];中国医疗器械信息;2010年12期

9 林彤;独军政;丛国正;邵军军;高闪电;常惠芸;谢庆阁;;胶体金标记免疫层析技术的最新应用进展[J];安徽农业科学;2010年16期

10 朱文钏;孔繁德;林祥梅;徐淑菲;吴德峰;韩雪清;吴绍强;;免疫胶体金技术的应用及展望[J];生物技术通报;2010年04期

，

本文编号：892132