CN101323429B - 一种利用超声波作用封装微结构器件的方法 - Google Patents
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Abstract
一种超声波作用封装微结构器件的方法，本发明以乙醇作为溶剂，通过控制操作温度和超声作用时间，在超声装置中实现了以有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)为基板，与包括聚四氟乙烯、石英玻璃、金属等在内的多种材料复合的微结构器件的封装。所实现的微结构器件包括：聚四氟乙烯同轴环管微通道、石英玻璃同轴环管微通道、金属膜分散微结构设备等，所有微器件均为内部可视化的，可通过在线显微设备进行内部流动的实时观测。本方法相对其他方法来说成本低廉，简便易行，稳定性好，产品适用范围广。
Description
技术领域
本发明属化学化工技术领域，具体涉及一种利用超声波作用进行以有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA)为基板的微结构器件封装的方法。
背景技术
自20世纪90年代以来，自然科学与工程技术发展的一个重要趋势是向微型化迈进。人们的注意力从所能感觉到的对象向所不能感觉到的微观世界转移，特别是纳米材料以及微电子机械系统(MEMS)的发展，引起了人们对小尺度和快速过程的极大兴趣。除微电子器件和微机械器件外，微型化工器件也逐渐成为其重要成员，如微混合器、微反应器、微化学分析仪器、微型换热器、微型萃取器、微型泵、微型阀门等。在这种科技发展的潮流下，“Factory on Chip”，即化工过程微型化的研究成为化工学科一个新的研究方向。美国麻省理工学院(MIT)、杜邦(Du Pont)公司、德国BASF公司、美国Merck公司等世界知名高校和跨国公司纷纷开展这方面的研究工作，并证明了微结构设备用于化学、生化分析和合成等方面具有高效率、安全可靠、灵活易控等优势。
在此背景下，微器件加工方法也成为一个重要的研究内容。由于低成本、易加工、化学性质和机械性质可调等优势，聚合物越来越多地用到了微器件加工原料中，其中聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)由于其高的透光率、低的荧光性，尤其广泛地应用于微结构器件的加工当中。典型的加工工艺是先在PMMA片上刻上微结构，然后用另外一片PMMA放于其上进行封装，当前国际上主要的封装方法有热压法、迭片法、胶沾法、溶剂法、表面处理法等，这些方法各有利弊。开发普适性强、价格低廉、操作简便的封装方法将有非常大的意义。
发明内容
本发明旨在提出一种简便、廉价、普适性强的实现以有机玻璃为基板的微结构器件的高强度封装的新方法。
本发明的技术方案如下：
一种利用超声波作用封装微结构器件的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)使用两块有机玻璃板分别作为上基板和下基板，在上基板和下基板上同时加工出，或仅在下基板上加工出与要封装的微结构器件形状相对应的内部结构；
2)然后将要封装的微结构器件固定在两块有机玻璃板之间；
3)将固定好的待封装微结构器件放到盛有乙醇的容器中，将容器置于超声装置内；
4)控制超声装置内的温度为40～80℃，控制超声波工作的时间为5～120分钟；
5)将待封装微结构器件取出，放入烘箱将乙醇烘干，即完成封装。
上述技术方案中，超声波功率密度范围为0.01～0.1W/cm3。烘干乙醇所用烘箱温度为50～70℃，烘干时间为5～10分钟。
本发明具有以下优点即突出性效果：利用此方法对有机玻璃片进行了封装实验，封装后测得的封装强度远高于现有技术中的封装强度，而且封装方法简单易行，无需加压装置，价格低廉；封装速度快，可同时实现大批量生产；封装后微结构没有形变或破坏；操作温度低，对包埋材料普适性强；封装产品适用范围广。
附图说明
图1有机玻璃基板与其他材料微结构复合示意图
图中：1-有机玻璃基板；2-待封装的微结构器件；3-与待封装微结构器件相应的内部结构。
具体实施方式
本发明提供的一种利用超声波作用封装微结构器件的方法，其具体工艺步骤如下：
1)在有机玻璃基板上加工或刻蚀上与要封装的微结构器件形状相对应的内部结构；
2)将有机玻璃基板与要封装的微结构器件固定；
3)将固定好的待密封微结构器件放到盛有乙醇的容器中，将容器置于超声装置内；
4)控制超声装置内的温度为40～80℃，控制超声波作的时间在5～120分钟；
5)将待封装器件取出，放入烘箱将乙醇烘干，即完成封装。
上述技术方案中，超声波功率密度范围为0.01～0.1W/cm3。烘干乙醇所用烘箱温度为50～70℃，烘干时间为5～10分钟。
本发明的原理在于：超声可以引发基片接触界面的震动，从而实现能量在界面上的聚集，在界面上产生相对其他位置比较高的温度，还可以加快两个基片之间的物料交换，最终在保持基片其他位置温度比较低且无形变的条件下实现界面上的融合，从而实现不破坏微结构的高强度封装。
实施例1：
聚四氟乙烯毛细管微通道结构的封装：
1)在有机玻璃上下基板上刻上与要封装的聚四氟乙烯毛细管尺寸相对应的通道结构；
2)将有机玻璃基板与聚四氟乙烯毛细管清洗干净，组合并用夹子固定；
3)将固定好的待密封微结构器件放到有乙醇的容器中，将容器置于功率密度为0.1W/cm3 的超声装置内；
4)控制超声装置内温度为80℃；
5)达到要求温度后打开超声开关，控制超声波作的时间为5分钟；
6)将待封装器件取出，放入60℃烘箱烘10分钟，封装完成；封装后微结构没有形变或破坏。
实施例2：
聚四氟乙烯毛细管微通道结构的封装：
1)在有机玻璃上下基板上刻上与要封装的聚四氟乙烯毛细管尺寸相对应的通道结构；
2)将有机玻璃基板与聚四氟乙烯毛细管清洗干净，组合并固定；
3)将固定好的待密封微结构器件放到有乙醇的容器中，将容器置于功率密度为0.1W/cm3 的超声装置内；
4)控制超声装置内温度为70℃；
5)达到要求温度后打开超声开关，控制超声波作的时间为10分钟；
6)将待封装器件取出，放入50℃烘箱烘10分钟，封装完成；封装后微结构没有形变或破坏。
实施例3：
石英玻璃毛细管微通道结构的封装：
1)在有机玻璃上下基板上刻上与要封装的石英玻璃毛细管尺寸相对应的通道结构；
2)将有机玻璃基板与石英玻璃毛细管清洗干净，组合并固定；
3)将固定好的待密封微结构器件放到有乙醇的容器中，将容器置于功率密度为0.01W/cm3 的超声装置内；
4)控制超声装置内温度为60℃；
5)达到要求温度后打开超声开关，控制超声波作的时间为40分钟；
6)将待封装器件取出，放入70℃烘箱烘5分钟，封装完成；封装后微结构没有形变或破坏。
实施例4：
石英玻璃毛细管微通道结构的封装：
1)在有机玻璃上下基板上刻上与要封装的石英玻璃毛细管尺寸相对应的通道结构；
2)将有机玻璃基板与石英玻璃毛细管清洗干净，组合并固定；
3)将固定好的待密封微结构器件放到有乙醇的容器中，将容器置于功率密度为0.05W/cm3 的超声装置内；
4)控制超声装置内温度为50℃；
5)达到要求温度后打开超声开关，控制超声波作的时间为60分钟；
6)将待封装器件取出，放入70℃烘箱烘5分钟，封装完成；封装后微结构没有形变或破坏。
实施例5：
不锈钢膜片膜分散微结构设备的封装：
1)在有机玻璃下基板上刻上与要封装的不锈钢膜片形状尺寸相对应的通道结构；
2)将有机玻璃基板与不锈钢膜片清洗干净，组合并固定；
3)将固定好的待密封微结构器件放到有乙醇的容器中，将容器置于功率密度为0.05W/cm3 的超声装置内；
4)控制超声装置内温度为40℃；
5)达到要求温度后打开超声开关，控制超声波作的时间为120分钟；
6)将待封装器件取出，放入70℃烘箱烘5分钟，封装完成；封装后微结构没有形变或破坏。
Claims (3)
1.一种利用超声波作用封装微结构器件的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)使用两块有机玻璃板分别作为上基板和下基板，在上基板和下基板上同时加工出，或仅在下基板上加工出与要封装的微结构器件形状相对应的内部结构；
2)然后将要封装的微结构器件固定在两块有机玻璃板之间；
3)将固定好的待封装微结构器件放到盛有乙醇的容器中，将容器置于超声装置内；
4)控制超声装置内的温度为40～80℃，控制超声波工作的时间为5～120分钟；
5)将待封装微结构器件取出，放入烘箱将乙醇烘干，即完成封装。
2.按照权利要求1所述的利用超声波作用封装微结构器件的方法，其特征在于：超声波功率密度范围为0.01～0.1W/cm3。
3.按照权利要求1所述的利用超声波作用封装微结构器件的方法，其特征在于：步骤5)中烘干乙醇所用烘箱温度为50～70℃，烘干时间为5～10分钟。
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