JP4449853B2 - Microchip substrate bonding equipment - Google Patents
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Description
この発明は、吸光高度法により溶液分析を行うために使用するチップ基板を貼り合わせるマイクロチップ基板貼り合わせ装置に関し、詳しくは、樹脂製のチップ基板が互いに接着されることにより、内部に微小流路を有するマイクロチップが得られるマイクロチップ基板貼り合わせ装置に関する。 The present invention relates to a microchip substrate laminating apparatus for laminating a chip substrate used for performing solution analysis by an absorption height method, and more specifically, a resin-made chip substrate is bonded to each other to thereby form a microchannel inside. The present invention relates to a microchip substrate laminating apparatus from which a microchip having the following can be obtained.
近年、幅10〜数100μm、深さ10〜数100μm程度の微少流路を有するマイクロチップの研究が盛んに行われており、微量の試料による安価な分析が可能であり、小型化を図ることができる検査システムの実現が期待されている。微小流路を有するマイクロチップは、一般的には少なくとも一方のチップ基板に微小な溝部が刻まれており、2つ以上のチップ基板を貼り合わせることで製造されている。これまでに、マイクロチップ基板の部材として、ガラス、樹脂などが用いられているが、ガラスに比べ、樹脂では、生産性、コストの面で有益である。 In recent years, research on a microchip having a micro flow channel having a width of 10 to several hundreds of micrometers and a depth of about 10 to several hundreds of micrometers has been actively conducted. Realization of an inspection system that can A microchip having a microchannel is generally manufactured by attaching a microgroove to at least one chip substrate and bonding two or more chip substrates together. So far, glass, resin, and the like have been used as members of the microchip substrate. However, compared to glass, resin is beneficial in terms of productivity and cost.
このような樹脂製のマイクロチップ基板の貼り合わせには、微小な溝部の封鎖や変形が生じないように、溝部以外の全面を接着させなければならない。また、溝部に血液等を流すため、水密性も保たなければならない。また、チップ基板によっては表面状態が粗く、チップ基板自体の成型時に数μmの凸凹を有するものもあり、密着して貼り合わせることが困難な場合もある。これらのチップ基板の接着には、微小な溝部の形状の維持が必須であり、現在多くの手法で接合がなされており、熱溶着または接着剤を用いたものが主に行われている。接着剤に関しては、微小な溝部への液漏れによって、溝部の封鎖や汚染が生じる可能性があり、この問題に取り組んだ接着方法も特開2002−207027号公報で提案されているが、生産性、環境面などの問題が解決されていない。 When bonding such resin-made microchip substrates, the entire surface other than the groove portions must be adhered so that the minute groove portions are not blocked or deformed. Moreover, in order to flow blood etc. into a groove part, watertightness must also be maintained. In addition, some chip substrates have a rough surface, and have some irregularities of several μm when the chip substrate itself is molded, which may make it difficult to adhere closely. In order to bond these chip substrates, it is essential to maintain the shape of the minute grooves, and bonding is currently performed by many methods, and those using thermal welding or an adhesive are mainly performed. With regard to the adhesive, there is a possibility that the groove is blocked or contaminated due to liquid leakage into the minute groove, and an adhesive method that addresses this problem is also proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-207027. , Environmental problems are not solved.
熱溶着方法としては、熱源として熱板、熱風、超音波、光源などを用いたものがある。熱板などによる接合方法は、低価格ではあるが樹脂に熱変形が発生し、外観が悪いという欠点があり、マイクロチップにおける接着には不向きである。超音波を用いても、振動や熱による影響がある。光源としては、レーザ透過性樹脂とレーザ吸収性樹脂を用いたレーザ溶着法は、熱変形を比較的小さく抑えることができ、微小な溝部の封鎖や汚染の可能性も少ない。しかしながら、機材が高価格、一括に大面積照射が不可能であり生産性が悪いという問題がある。この他、溶着方法としてはフラッシュランプによる溶着が考えられる。 As a heat welding method, there is a method using a hot plate, hot air, ultrasonic waves, a light source or the like as a heat source. The bonding method using a hot plate or the like is low in cost, but has a drawback that the resin is thermally deformed and has a poor appearance, and is not suitable for bonding on a microchip. Even if ultrasonic waves are used, they are affected by vibration and heat. As a light source, a laser welding method using a laser-transmitting resin and a laser-absorbing resin can suppress thermal deformation to a relatively small level, and there is little possibility of blocking a minute groove or contamination. However, there is a problem that the equipment is expensive and the large area irradiation cannot be performed at once and the productivity is poor. In addition, as a welding method, welding with a flash lamp is conceivable.
フラッシュランプは、短いパルス時間で点灯できるために接着表層のみを溶融できるため、マイクロチップの外観形状を保った貼り合わせができ、さらに一括大面積照射が可能であり生産性などの面でも有益である。しかしながら、接着面を加熱し溶融させ接着させるため、密着性が重要となり、マイクロチップ基板を固定して加圧することなどで密着性を上げなければならない。密着していない部分は密着している部分に比べ、過剰な熱エネルギーを注入しなければならない。すでに述べたが、マイクロチップ基板においても、溝部側の表面状態は、チップ基板自体の成型時に発生する凹凸があり、マイクロチップ基板を加圧した際に、密着不十分で隙間が発生する部分があり、密着性が均一にならず、局部的に密着が過剰または不足の状態になる。このようなフラッシュランプでの樹脂基板の接着面の隙間を改善する方法としては、一般的には弾性体を用いる方法がある。 Since the flash lamp can be lit in a short pulse time and only the adhesive surface layer can be melted, it can be bonded while maintaining the external shape of the microchip. is there. However, since the adhesive surface is heated and melted for adhesion, adhesion is important, and the adhesion must be increased by fixing and pressing the microchip substrate. Excess heat energy must be injected into the non-adhered part compared to the adhering part. As described above, even in the microchip substrate, the surface state on the groove side has irregularities that occur when the chip substrate itself is molded, and there are portions where gaps are generated due to insufficient adhesion when the microchip substrate is pressurized. Yes, the adhesion is not uniform, and the adhesion is locally excessive or insufficient. As a method for improving the gap on the bonding surface of the resin substrate in such a flash lamp, there is generally a method using an elastic body.
特開平7−266732号公報には、透明樹脂基材層と、近赤外吸収発熱材料である光熱変換層と、シリコン樹脂等よりなる離型剤層と、熱可塑性樹脂よりなる透明な保護層よりなる保護膜形成体と受容層を持つ樹脂製の被記録体を重ね合わせ、キセノンフラッシュ光を照射して、光熱変換層を光加熱し、その熱で保護膜層と被記録体を接着させる保護膜形成装置が記載されている。マイクロチップ基板は、加圧部材及び支持部材によって密着される。この発明の特徴は、加圧部材及び支持部材の少なくとも一方の構成を規定したことにある。この構成の1つとして、加圧部材または支持部材が弾性体よりなるものがある。しかしながら、マイクロチップにおける貼り合せにおいては、この方法では溝部上にも弾性体による圧力がかかるため、溝部に沿ってマイクロチップが凹んでしまうため適応できないという問題がある。
本発明は、このようなフラッシュランプでのマイクロチップ基板の貼り合わせにおける問題を解決するべく、樹脂製のチップ基板を、微小な溝部の形状が維持された状態で確実に貼り合わせて、低い製造コストで高品質のマイクロチップを得ることができ、高い生産性が得られるマイクロチップ基板貼り合わせ装置を提供することを目的とする。 In order to solve the problem in the bonding of the microchip substrate in such a flash lamp, the present invention reliably bonds the resin-made chip substrate in a state in which the shape of the minute groove portion is maintained, thereby reducing the production. An object of the present invention is to provide a microchip substrate laminating apparatus that can obtain a high-quality microchip at low cost and that can achieve high productivity.
本発明は、上述の目的を達成するために、光透過性樹脂からなる光透過性チップ基板と、光吸収性樹脂からなる光吸収性チップ基板とを、互いに積重された状態において貼り合わせるマイクロチップ基板貼り合わせ装置であって、光透過性チップ基板と光吸収性チップ基板の接合面とされる面の少なくとも一方に、幅10〜500μm、深さ10〜500μmの微小な溝部が形成されており、積重状態にある光透過性チップ基板と光吸収性チップ基板をその積重方向に加圧する加圧機構と、光透過性チップ基板を介して光吸収性チップ基板に光を照射するフラッシュ光照射手段とを具え、マイクロチップの微小な溝部に対応したパターンが刻まれた弾性体をマイクロチップの少なくとも一方の表面に設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a microchip in which a light-transmitting chip substrate made of a light-transmitting resin and a light-absorbing chip substrate made of a light-absorbing resin are bonded together. A chip substrate laminating apparatus, in which a minute groove having a width of 10 to 500 μm and a depth of 10 to 500 μm is formed on at least one of surfaces to be joined to a light transmitting chip substrate and a light absorbing chip substrate. A pressurizing mechanism that pressurizes the light-transmitting chip substrate and the light-absorbing chip substrate in the stacking direction, and a flash that irradiates the light-absorbing chip substrate through the light-transmitting chip substrate. It is characterized in that an elastic body is provided on at least one surface of the microchip.
また、本発明の第2の発明は、2枚の光透過性樹脂からなる光透過性チップ基板と、これらの光透過性チップ基板の間に介挿された光吸収性樹脂からなる光吸収性チップ基板とを互いに積重された状態において貼り合わせるマイクロチップ基板貼り合わせ装置であって、光透過性チップ基板の各々および光吸収性チップ基板における接合面とされる面の少なくとも一方に、幅10〜500μm、深さ10〜500μmの微小な溝部が形成されており、積重状態の2枚の光透過性チップ基板と光吸収性チップ基板をその積重方向に加圧する加圧機構と、各光透過性チップ基板を介して光吸収性チップ基板に光を照射するフラッシュ光照射手段とを具え、マイクロチップの微小な溝部に対応したパターンが刻まれた弾性体をマイクロチップの表面に設けたことを特徴とする。 Further, the second invention of the present invention is a light-absorbing material comprising a light-transmitting chip substrate made of two light-transmitting resins and a light-absorbing resin interposed between the light-transmitting chip substrates. A microchip substrate laminating apparatus for laminating chip substrates in a stacked state, wherein each of the light transmissive chip substrates and at least one of the surfaces to be joined surfaces of the light absorptive chip substrate has a width of 10 A minute groove portion having a depth of ˜500 μm and a depth of 10 to 500 μm is formed, and a pressurizing mechanism that pressurizes two stacked light-transmitting chip substrates and a light-absorbing chip substrate in the stacking direction, A flash light irradiation means for irradiating light to the light-absorbing chip substrate through the light-transmitting chip substrate, and an elastic body having a pattern corresponding to a minute groove portion of the microchip on the surface of the microchip. It is provided.
また、本発明の第3の発明は、光透過性樹脂からなる光透過性チップ基板と、光吸収性樹脂からなる光吸収性チップ基板とを、互いに積重された状態において貼り合わせるマイクロチップ基板貼り合わせ装置であって、光透過性チップ基板と光吸収性チップ基板の接合面とされる面の少なくとも一方に、幅10〜500μm、深さ10〜500μmの微小な溝部が形成されており、積重状態にある光透過性チップ基板と光吸収性チップ基板をその積重方向に加圧する加圧機構と、光透過性チップ基板を介して光吸収性チップ基板に光を照射するフラッシュ光照射手段とを具え、マイクロチップの少なくとも一方の表面に弾性体を設け、弾性体の加圧方向と反対の面にマイクロチップの微小な溝部に対応したパターンが刻まれた板状剛体を配置したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a microchip substrate in which a light transmitting chip substrate made of a light transmitting resin and a light absorbing chip substrate made of a light absorbing resin are bonded together in a stacked state. In the bonding apparatus, a micro groove having a width of 10 to 500 μm and a depth of 10 to 500 μm is formed on at least one of the surfaces to be joined between the light transmitting chip substrate and the light absorbing chip substrate. Pressurization mechanism that pressurizes the light-transmitting chip substrate and the light-absorbing chip substrate in the stacking direction, and flash light irradiation that irradiates the light-absorbing chip substrate through the light-transmitting chip substrate A plate-like rigid body in which an elastic body is provided on at least one surface of the microchip, and a pattern corresponding to a minute groove portion of the microchip is engraved on a surface opposite to the pressing direction of the elastic body. It is characterized by that.
また、本発明の第4の発明は、2枚の光透過性樹脂からなる光透過性チップ基板と、これらの光透過性チップ基板の間に介挿された光吸収性樹脂からなる光吸収性チップ基板とを互いに積重された状態において貼り合わせるマイクロチップ基板貼り合わせ装置であって、光透過性チップ基板の各々と光吸収性チップ基板における接合面とされる面の少なくとも一方に、幅10〜500μm、深さ10〜500μmの微小な溝部が形成されており、積重状態の2枚の光透過性チップ基板と光吸収性チップ基板をその積重方向に加圧する加圧機構と、各光透過性チップ基板を介して光吸収性チップ基板に光を照射するフラッシュ光照射手段とを具え、マイクロチップの表面に弾性体を設け、弾性体の加圧方向と反対の面にマイクロチップの微小な溝部に対応したパターンが刻まれた板状剛体を配置したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light-absorbing resin comprising a light-transmitting chip substrate made of two light-transmitting resins and a light-absorbing resin interposed between the light-transmitting chip substrates. A microchip substrate laminating apparatus for laminating chip substrates in a state of being stacked on each other, wherein each of the light transmissive chip substrates and at least one of the surfaces to be joined surfaces of the light absorptive chip substrate has a width of 10 A minute groove portion having a depth of ˜500 μm and a depth of 10 to 500 μm is formed, and a pressurizing mechanism that pressurizes two stacked light-transmitting chip substrates and a light-absorbing chip substrate in the stacking direction, Flash light irradiating means for irradiating light to the light-absorbing chip substrate through the light-transmitting chip substrate, providing an elastic body on the surface of the microchip, and the microchip on the surface opposite to the pressing direction of the elastic body. Minute groove A plate-like rigid body in which a pattern corresponding to the portion is engraved is arranged.
また、本発明の第5の発明は、フラッシュ光照射手段から光吸収性チップ基板に照射される光から、接合面の微小な溝部に照射される光の少なくとも一部を遮断する手段を具えたことを特徴とする。 The fifth invention of the present invention further includes means for blocking at least part of light irradiated to the minute groove portion of the bonding surface from light irradiated to the light-absorbing chip substrate from the flash light irradiation means. It is characterized by that.
本発明に係るマイクロチップ基板貼り合わせ装置によれば、マイクロチップの微小な溝部に対応した部分では、光透過性チップ基板と光吸収性チップ基板が加圧面と接しないので、積重方向に加圧する力が働かない。これより、光透過性チップ基板と光吸収性チップ基板とが溝部に沿ってマイクロチップが凹むことがなく、微小な溝部を除いて均一に貼り合わせることができる。さらに、フラッシュ光は例えばレーザなどと比して一度に大きな面積に対して照射することができるために、一度に多数のマイクロチップを得ることもでき、高い生産性が得られるマイクロチップ基板貼り合わせ装置を提供することができる。 According to the microchip substrate bonding apparatus according to the present invention, the light transmitting chip substrate and the light absorbing chip substrate do not contact the pressing surface in the portion corresponding to the minute groove portion of the microchip. The pressing force does not work. Accordingly, the light-transmitting chip substrate and the light-absorbing chip substrate can be bonded uniformly except for the minute groove portion without the microchip being recessed along the groove portion. Furthermore, since flash light can be irradiated to a large area at a time compared to, for example, a laser, etc., a large number of microchips can be obtained at one time, and high-productivity microchip substrate bonding can be achieved. An apparatus can be provided.
以下、本発明について、微小流路が形成されたチップ基板を貼り合わせることによりマイクロチップが得られるマイクロチップ基板貼り合わせ装置を説明する。 Hereinafter, a microchip substrate laminating apparatus in which a microchip can be obtained by laminating a chip substrate on which a microchannel is formed will be described.
図1に、本願発明のマイクロチップ基板貼り合わせ装置の概略断面図を示し、図2に本発明のマイクロチップ基板貼り合わせ装置のマイクロチップの概略図を示す。 FIG. 1 shows a schematic sectional view of a microchip substrate bonding apparatus according to the present invention, and FIG. 2 shows a schematic diagram of a microchip of the microchip substrate bonding apparatus according to the present invention.
図2に示すように、マイクロチップ1は、例えばポリエチレンテレフタラート(PET)樹脂、ボリメタクリル酸メチル(PMMA)樹脂などのアクリル樹脂類、ポリカーボネート(PC)樹脂などの熱可塑性樹脂からなり、フラッシュ光を透過する光透過性チップ基板11と、熱可塑性樹脂に例えばカーボンブラックなどの光吸収発熱体を分散させたものからなり、光を吸収して発熱すると共に、その熱により溶融して接着性を有する光吸収性チップ基板12とを、互いに重ね合わせて、光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12が積重された状態において貼り合わせたものである。
As shown in FIG. 2, the
光吸収性チップ基板12の厚みは、例えば0.1〜1.0mmとされ、フラッシュ光が照射されたときに光吸収性チップ基板12自体の形状を維持できる程度の厚みが必要とされる。光透過性チップ基板11の厚みは、必要とするマイクロチップ1の厚さやその一面に形成される溝部13の深さなどに応じて適宜に選択され、例えば0.1〜5.0mmとされ、フラッシュ光が照射されたときに光吸収性チップ基板12自体の形状を維持できる程度の厚みが必要とされる。また光透過性チップ基板12には、幅10〜500μm、深さ10〜500μmの微小な溝部13が予め形成され、光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12が貼り合わされることで、溝部13が接合面14に経路を形成している。
The thickness of the light-absorbing
このようなマイクロチップ1を形成するためには、図1に示すマイクロチップ基板貼り合わせ装置において、光透過性樹脂からなる光透過性チップ基板11と、光吸収性樹脂からなる光吸収性チップ基板12とを、互いに重ね合わせて、積重された状態において、加圧機構40によって、狭圧することによりその積重方向(図1において上下方向)に加圧し、そして、フラッシュランプ7を照射して、光透過性チップ基板11を介して光吸収性チップ基板12を加熱する必要がある。
In order to form such a
マイクロチップ1を形成する光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12を加圧する加圧機構40は、例えば、箱型の機枠41によって固定された、狭圧用基板の一方を構成する加圧窓6と、ゴム弾性体よりなる介挿体42を介して配置されるジャッキ43によって加圧窓6に近接する方向(図1において上方)に押し上げられる支持部材5とを備えている。加圧機構40によってマイクロチップ1に加えられる加圧力は、例えば0.1〜2.0MPaの範囲であることが好ましい。このマイクロチップ1に加えられる加圧力が0.1MPa未満であると、マイクロチップ1における光透過性チップ基板11および光吸収性チップ基板12との密着が不十分となり、接合面14において所望の形状の微小流路が得られない恐れがある。また、マイクロチップ1に加えられる加圧力が2.0MPaを越えると、マイクロチップ1に加えられた過大な圧力に起因して、溝部13の損傷が発生する恐れがある。
The
この加圧機構40の支持部材5上に光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12を載置し、これらを位置決めピン8に押し当てることにより所定の位置に設置する。マイクロチップ1の加圧機構40に対する位置決めをするためには、縦と横の2面を指定する必要があり、最低2ヶ所に位置決めピン7を支持部材5に設置しなければならない。位置決めピン7は、例えばアルミよりなり、ネジにより支持部材上に固定され、ネジと一体となっているネジ止めピンであることが好ましい。フラッシュランプ7側からは光透過性部材からなる加圧窓6、マイクロチップ1を載置する支持部材5側からは弾性体2を介して、光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12の表面を両側からはさみこんで、その積重方向に加圧する。
The light-transmitting
そして、フラッシュランプ7を1ショット当りのパルス幅が0.1〜100ms、好ましくは0.5〜20msで光吸収性チップ基板12の接合面14における照射エネルギー密度が0.1〜10J/cm2、好ましくは1〜7J/cm2となる光を照射する特定の作動条件に従って照射すると、フラッシュランプ7からの光は加圧窓6及び光透過性チップ基板11を通過し、光吸収性チップ基板12により吸収され、加熱される。そして、光吸収性チップ基板12は、軟化、溶融され、光透過性チップ基板11に熱を伝え、接合面14付近のみが溶融された光透過性チップ基板11の樹脂と光吸収性チップ基板12の樹脂を、接着させることが可能となる。
The
弾性体2としては、光透過性チップ基板11の樹脂や光吸収性チップ基板12の樹脂よりも弾力のあるもので、光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12の接合面14の隙間を埋める程度の弾性変形をするもので良い。加圧機構40によって光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12の積重された状態に加えられる加圧圧力0.1MPa〜2.0MPa程度で10〜30μm程度の変形量を有する材料でよく、具体的にはショアA硬度で20〜90°程度の硬度を有するゴムを用いることが好ましい。例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、天然ゴム、ウレタンゴム、スチレンブタジエンゴム、イソブテンイソプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴムなどの各種ゴムがあげられ、金属、樹脂などと複合したシートや硬度の異なる弾性体を組み合わせたものでもよい。また、光加熱による熱損傷などを防ぐため、耐熱性に優れたものや透明、半透明の素材のものが好ましい。弾性体2の厚さとしては、0.1mm〜10mm程度のものが好ましい。ただし、板状部材が平面ではない形状をとる場合は、厚さが薄すぎると弾性体2としての機能を損なう恐れがあるので、その形状等に合わせて弾性体の形状を加工することが好ましい。
The
光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12の表面にこのような弾性体2によって加圧すると、光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12は隙間を埋めるように変形し、樹脂同士が密着した状態となるが、図3(a)に示すように、溝部上でも溝部13と光吸収性チップ基板12の空間を埋めようとして、光吸収性チップ基板12が溝部13に押し込まれ、フラッシュランプ7による加熱によって、光吸収性チップ基板12は溝部13に押し込まれた状態のまま熱変形してしまうことになる。このため、溝部13に沿った熱変形を抑えることが必要である。
When the
そこで、本発明のマイクロチップ基板貼り合わせ装置では、弾性体2にマイクロチップ1の微小な溝部13に対応したパターン21を刻んでいる。溝部13に沿ってパターン21が刻まれた弾性体2を設置して、マイクロチップ1の表面を加圧すれば、図3(b)に示すように、溝部13上には圧力がかからないので、光吸収性チップ基板12は変形せず、溝部13の形状を維持したまま光透過性チップ基板11と密着することができる。
Therefore, in the microchip substrate bonding apparatus of the present invention, a
また、弾性体2に刻むパターン21はマイクロチップ1の微小な溝部13を必ずしも忠実に再現する必要はない。溝部13の形状を維持できる程度に、溝部13に圧力がかからない構造ならばよい。具体的には、弾性体2に刻まれた溝部13に沿ったパターン21は、マイクロチップのパターン幅に対して0〜100μm程度広い幅であることが好ましい。パターン幅が大きいとマイクロチップが溝部13の内部に押し込まれないので、溝部の接合面14は良好な溝部13の形状を保つことができる。ただし、パターン21の幅を大きくしすぎると、十分に加圧できず、光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12の接合面14に隙間が発生してしまい、水密性を保つことができなくなる。また、パターン21の幅が小さすぎると、マイクロチップ1の溝部13の内部にまで大きな圧力が加わり、光吸収性チップ基板12は溝部13に押し込まれた状態のまま熱変形してしまう恐れがある。
Further, the
また、弾性体2に刻むパターン21の深さは、パターン21の幅に対し深すぎると弾性体2が異常変形する可能性がある。図4(b)のように、パターン21の深さが大きすぎると、加圧したときに弾性体2の押圧部分22に圧力が集中し、図4(c)のように、押圧部分22に異常変形が生じる。そのため、図4(a)のように、弾性体2のパターン21の深さはパターン2の幅に対して5〜20%程度であることが好ましい。加圧機構により加圧された光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12は、弾性体2により数μm変形され、溝部13以外を密着させることが可能になる。
Moreover, if the depth of the
さらに、図5のように、パターンの入っていない平らな弾性体2とマイクロチップ1の微小な溝部13に対応したパターン31が刻まれた板状剛体3を重ね合わせることで、パターン21が刻まれた弾性体2の代わりとすることも可能である。例えば、金属板、ガラス、セラミックスのような板状剛体3から、マイクロチップ1の微小な溝部13に対応したパターン31を型抜きし、これを弾性体3の支持部材5側から重ね合わせて、光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12をその積重方向に挟み込み加圧する。このように、弾性体2の加圧方向と反対の面にマイクロチップ1の微小な溝部13に対応したパターンが刻まれた板状剛体3を配置したことによって、光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12をその積重方向に挟み込み加圧しても溝部13には圧力がかからないので、光吸収性チップ基板12は変形せず、溝部13の形状を維持したまま光透過性チップ基板11と密着することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the
このとき、板状剛体3に刻むパターン31はマイクロチップ1の微小な溝部13を必ずしも忠実に再現する必要はない。弾性体2の場合と同様に、板状剛体3に刻まれる溝部13に沿ったパターン31は、マイクロチップ1の溝部13の幅に対して0〜100μm程度広い幅であることが好ましい。また、パターン21が刻まれていない平らな弾性体31とマイクロチップ1の微小な溝部13に対応したパターン31が刻まれた板状剛体3を重ね合わせることで、溝部13に沿ったパターン21が刻まれた弾性体2を設置した場合と同様の効果が得られる。
At this time, the pattern 31 carved in the plate-like
さらに、図6にフラッシュランプ7側にマイクロチップ1の溝部13のパターンに沿ったマスク4を設置したときの概略図を示す。図6(a)のように、マスク4を設置しない場合では、溝部13上の光吸収性チップ基板12と光透過性チップ基板11は接着していないが、光吸収性チップ基板12は光透過性チップ基板11に接していないので、熱を伝えることができなくなる。このため、溝部13上の光吸収性チップ基板12は、溝部13以外の密着部15よりも高温状態になり、過熱により熱分解などを引き起こし、溝部13を損傷する恐れがある。このため、図6(b)のように溝部13の上に遮光板としてマスク4を設置して、フラッシュランプ7からの溝部13への照射光を遮断し溝部13の光吸収性チップ基板12の過熱を防ぐことができる。
Further, FIG. 6 shows a schematic view when the mask 4 along the pattern of the
マスク4の配置位置は、マイクロチップ1に隣接して設置することが好ましい。具体的には加圧窓部材のマイクロチップ側表面にアルミニウムなどの金属膜をコーティングする方法が好ましい。また、加圧窓6にガラスのような部材を用いて、ガラス間に金属膜を挟み込むことも可能である。金属膜は、マイクロチップ1の微少な溝部13と同様の形状に、塗布する薄膜の材料、厚さ、耐久性、コストなどを考慮して、コーティングされている。具体的には、無電解メッキ、ディッピング、スプレー、CVD、スパッタリング、ゾルゲル法などがあり、膜はフォトリソグラフィなどの微細パターニングによって微少な溝部13の形状に形成できる。また、金属膜はマイクロチップ1の加圧体に含まれるため、膜厚は、できる限り薄いほうが好ましく、1μm程度以下であることが望ましい。また、マスク4は溝部13の形状に型抜きした金属板より設けることも可能である。
The arrangement position of the mask 4 is preferably set adjacent to the
図7はマスクを設置したときの密着部15の熱伝導と光吸収性チップ基板12の温度分布の簡易図である。マスク4によって照射光は遮断されるが、光吸収性チップ基板12の熱伝導により溝部13側にも熱が伝わり温度は上昇する。溝部13周りは、水密性を保ち、無損傷であることが必要とされるので、熱伝導効果を考慮すると、マスク4のパターンは溝部13よりも10〜100μm程度大きな幅で設け、余分な熱伝導を遮断できるように設計されることが好ましい。
FIG. 7 is a simplified diagram of the heat conduction of the
以上、マイクロチップ1の微小な溝部13に対応したパターン21を刻んだ弾性体2が支持部材5側に設けられた例について説明したが、弾性体2は支持部材5側と加圧窓6側のどちらに設けられてもよく、さらに両側に設けられても本願発明と同様の効果を有する。ただし、フラッシュランプ7側に弾性体2を設ける場合には、光を透過する部材であることを必要とする。また、マイクロチップ1の微小な溝部13に対応したパターン21を刻んだ弾性体2やマイクロチップ1の微小な溝部13に対応したパターン31が刻まれた板状剛体3は、少なくとも一方の弾性体2に設ければ、本願発明の効果を有する。
The example in which the
また、得られるマイクロチップ1において微小流路となる、光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12の積重体における溝部13は、光透過性チップ基板11に形成されていることに限定されず、例えば光吸収性チップ基板12に形成されていてもよく、また、光透過性チップ基板11と光吸収性チップ基板12の両方に形成された溝部13が、接合面14で連通していてもよい。
Further, the
また、図8のように、光吸収性チップ基板12の両面に光透過性チップ基板11を貼り合わせて、光吸収性チップ基板12の両面に微小な溝部13を形成することも可能である。このようにマイクロチップ1に2層の溝部13を形成するためには、光吸収性チップ基板12の両側からフラッシュランプ7を照射する必要がある。また、弾性体2および支持部材5は、光を透過する部材であることを必要とする。
Further, as shown in FIG. 8, it is also possible to attach the light-transmitting
2層の溝部13を形成するマイクロチップ1を貼り合わせるとき、図9(a)のように、マイクロチップ1の微小な溝部13に対応したパターン21を刻んだ弾性体2を、それぞれ光透過性チップ基板11のフラッシュランプ1の照射側に配置する。このとき、弾性体2はそれぞれに隣接するマイクロチップ1の接合面14に形成された微小な溝部13に対応したパターン21を刻む必要があるので、光吸収性チップ基板12の両側に配置された2つの弾性体2の両方に、マイクロチップ1の微小な溝部13に対応したパターン21を刻む必要がある。また、図9(b)のように、パターンの入っていない平らな弾性体2とマイクロチップ1の微小な溝部13に対応したパターン31が刻まれた板状剛体3を重ね合わせることで、パターン21が刻まれた弾性体2の代わりとすることも可能である。なお、弾性体2や板状剛体3に刻む微小な溝部13に対応したパターンは、光吸収性チップ基板12の片面だけに光透過性チップ基板11を貼り合わせる場合と同様に、マイクロチップ1の溝部13の幅に対して0〜100μm程度広い幅であることが好ましい。また、弾性体2に刻むパターン21の深さはパターン21の幅に対して5〜20%程度であることが好ましい。さらに、光吸収性チップ基板12の両面に光透過性チップ基板11を貼り合わせる場合にも、フラッシュランプ7の照射光を遮断するようにマイクロチップ1の溝部13のパターンに沿ったマスク4を設置することが可能である。
When the
次に、本発明のマイクロチップ基板貼り合わせ装置について、その効果を確認した実験について説明する。
図1に示す構成のマイクロチップ基板貼り合わせ装置であって、マイクロチップとしては、ポリエチレンテレフタレートからなる微小な溝部が刻まれた光透過性チップ基板(厚さ1.5mm)と光吸収性チップ基板(厚さ0.5mm)を使用した。フラッシュランプはキセノンガスを450torr封入したもので、弾性体(厚さ1.0mm)には、硬度60°のシリコンゴムを用い、シリコンゴムに微少な溝部に沿った深さ50μm、幅は、微少な溝部に対して10μm大きくしたパターンを刻んだ。加圧窓は、厚さ15mmの石英ガラスを用い、光照射側から加圧窓、光透過性チップ基板、光吸収性チップ基板、弾性体の順で重ねあわせ加圧窓と支持部材でマイクロチップ基板を加圧した。加圧窓のマイクロチップ側の表面は、微少な溝部に照射される光を遮断するようにアルミニウム膜を分散させてマスクを配置した。比較例として、同条件で弾性体にマイクロチップの微小な溝部に対応するパターンを刻まないマイクロチップ基板貼り合わせ装置を作成し、これについても光照射実験を行った。
Next, the experiment which confirmed the effect is demonstrated about the microchip board | substrate bonding apparatus of this invention.
1 is a microchip substrate laminating apparatus having the configuration shown in FIG. 1, and the microchip includes a light-transmitting chip substrate (thickness 1.5 mm) and a light-absorbing chip substrate in which minute grooves made of polyethylene terephthalate are engraved. (Thickness 0.5 mm) was used. The flash lamp is filled with 450 torr of xenon gas. Silicon rubber with a hardness of 60 ° is used for the elastic body (thickness: 1.0 mm), the depth of the rubber is 50 μm along the minute groove, and the width is very small. A pattern having a size of 10 μm was cut into a groove. The pressure window is made of quartz glass with a thickness of 15 mm. The pressure window, the light-transmitting chip substrate, the light-absorbing chip substrate, and the elastic body are stacked in this order from the light irradiation side. The substrate was pressurized. On the surface of the pressure window on the microchip side, an aluminum film was dispersed and a mask was arranged so as to block the light irradiated to the minute grooves. As a comparative example, a microchip substrate bonding apparatus in which a pattern corresponding to a minute groove of a microchip was not formed on an elastic body under the same conditions was prepared, and a light irradiation experiment was also performed on this.
上記条件で照射エネルギー密度を2J/cm2、パルス幅0.1ms、板状部材の表面の加圧圧力0.4MPaとして照射実験を行った。マスクを設置した条件では溝部以外の全面にマイクロチップを接着することができ、溝部に沿った光吸収性チップ基板の凹みはみられなく外観は良好であった。また、溝部に液体を注入したところリークは発生せず、水密性にも優れていた。パターンを刻まない弾性体を設置した場合では、全面にマイクロチップを接着することができたが、溝部に沿った光吸収性チップ基板の凹みがあった。溝部に液体を注入したところ、凹みが発生した部分での液流れが通常よりも悪くなった。 An irradiation experiment was conducted under the above conditions with an irradiation energy density of 2 J / cm 2 , a pulse width of 0.1 ms, and a pressure of 0.4 MPa on the surface of the plate member. Under the conditions where the mask was installed, the microchip could be adhered to the entire surface other than the groove, and the appearance of the light-absorbing chip substrate along the groove was not seen and the appearance was good. Further, when a liquid was injected into the groove, no leak occurred and the water tightness was excellent. In the case where an elastic body not engraved with a pattern was installed, the microchip could be adhered to the entire surface, but there was a recess in the light absorbing chip substrate along the groove. When liquid was poured into the groove, the liquid flow at the portion where the dent was generated was worse than usual.
1 マイクロチップ
2 弾性体
3 板状剛体
4 マスク
5 支持部材
6 加圧窓
7 フラッシュランプ
8 位置決めピン
11 光透過性チップ基板
12 光吸収性チップ基板
13 溝部
14 接合面
15 密着部
21 パターン
22 押圧部分
31 パターン
40 加圧機構
41 機枠
42 介挿体
43 ジャッキ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
光透過性チップ基板および光吸収性チップ基板の接合面とされる面の少なくとも一方に、幅10〜500μm、深さ10〜500μmの微小な溝部が形成されており、
積重状態にある光透過性チップ基板および光吸収性チップ基板をその積重方向に加圧する加圧機構と、
光透過性チップ基板を介して光吸収性チップ基板に光を照射するフラッシュ光照射手段とを具え、
マイクロチップの微小な溝部に対応したパターンが刻まれた弾性体をマイクロチップの少なくとも一方の表面に設けたことを特徴とするマイクロチップ基板貼り合わせ装置。 A microchip substrate laminating apparatus for laminating a light transmissive chip substrate made of a light transmissive resin and a light absorptive chip substrate made of a light absorptive resin in a stacked state,
A minute groove having a width of 10 to 500 μm and a depth of 10 to 500 μm is formed on at least one of the surfaces to be joined to the light transmitting chip substrate and the light absorbing chip substrate,
A pressurizing mechanism that pressurizes the light-transmitting chip substrate and the light-absorbing chip substrate in a stacked state in the stacking direction;
Flash light irradiation means for irradiating light to the light-absorbing chip substrate through the light-transmitting chip substrate,
A microchip substrate laminating apparatus, wherein an elastic body in which a pattern corresponding to a minute groove portion of a microchip is engraved is provided on at least one surface of the microchip.
光透過性チップ基板の各々および光吸収性チップ基板における接合面とされる面の少なくとも一方に、幅10〜500μm、深さ10〜500μmの微小な溝部が形成されており、
積重状態の2枚の光透過性チップ基板および光吸収性チップ基板をその積重方向に加圧する加圧機構と、
各光透過性チップ基板を介して光吸収性チップ基板に光を照射するフラッシュ光照射手段とを具え、
マイクロチップの微小な溝部に対応したパターンが刻まれた弾性体をマイクロチップの表面に設けたことを特徴とするマイクロチップ基板貼り合わせ装置。 In a state in which a light-transmitting chip substrate made of two light-transmitting resins and a light-absorbing chip substrate made of a light-absorbing resin interposed between these light-transmitting chip substrates are stacked on each other A microchip substrate laminating apparatus for laminating,
A minute groove having a width of 10 to 500 μm and a depth of 10 to 500 μm is formed on each of the light-transmitting chip substrates and at least one of the surfaces to be bonded to the light-absorbing chip substrate.
A pressurizing mechanism that pressurizes the two light-transmitting chip substrates and the light-absorbing chip substrate in the stacking state;
Flash light irradiation means for irradiating light to the light-absorbing chip substrate through each light-transmitting chip substrate,
A microchip substrate bonding apparatus, characterized in that an elastic body in which a pattern corresponding to a minute groove of a microchip is engraved is provided on the surface of the microchip.
光透過性チップ基板および光吸収性チップ基板の接合面とされる面の少なくとも一方に、幅10〜500μm、深さ10〜500μmの微小な溝部が形成されており、
積重状態にある光透過性チップ基板および光吸収性チップ基板をその積重方向に加圧する加圧機構と、
光透過性チップ基板を介して光吸収性チップ基板に光を照射するフラッシュ光照射手段とを具え、
マイクロチップの少なくとも一方の表面に弾性体を設け、弾性体の加圧方向と反対の面にマイクロチップの微小な溝部に対応したパターンが刻まれた板状剛体を配置したことを特徴とするマイクロチップ基板貼り合わせ装置。 A microchip substrate laminating apparatus for laminating a light transmissive chip substrate made of a light transmissive resin and a light absorptive chip substrate made of a light absorptive resin in a stacked state,
A minute groove having a width of 10 to 500 μm and a depth of 10 to 500 μm is formed on at least one of the surfaces to be joined to the light transmitting chip substrate and the light absorbing chip substrate,
A pressurizing mechanism that pressurizes the light-transmitting chip substrate and the light-absorbing chip substrate in a stacked state in the stacking direction;
Flash light irradiation means for irradiating light to the light-absorbing chip substrate through the light-transmitting chip substrate,
A micro-chip characterized in that an elastic body is provided on at least one surface of the microchip, and a plate-like rigid body in which a pattern corresponding to a minute groove portion of the microchip is engraved on a surface opposite to the pressing direction of the elastic body. Chip substrate bonding equipment.
光透過性チップ基板の各々および光吸収性チップ基板における接合面とされる面の少なくとも一方に、幅10〜500μm、深さ10〜500μmの微小な溝部が形成されており、
積重状態の2枚の光透過性チップ基板および光吸収性チップ基板をその積重方向に加圧する加圧機構と、
各光透過性チップ基板を介して光吸収性チップ基板に光を照射するフラッシュ光照射手段とを具え、
マイクロチップの表面に弾性体を設け、弾性体の加圧方向と反対の面にマイクロチップの微小な溝部に対応したパターンが刻まれた板状剛体を配置したことを特徴とするマイクロチップ基板貼り合わせ装置。 In a state in which a light-transmitting chip substrate made of two light-transmitting resins and a light-absorbing chip substrate made of a light-absorbing resin interposed between these light-transmitting chip substrates are stacked on each other A microchip substrate laminating apparatus for laminating,
A minute groove having a width of 10 to 500 μm and a depth of 10 to 500 μm is formed on each of the light-transmitting chip substrates and at least one of the surfaces to be bonded to the light-absorbing chip substrate.
A pressurizing mechanism that pressurizes the two light-transmitting chip substrates and the light-absorbing chip substrates in the stacking state;
Flash light irradiation means for irradiating light to the light-absorbing chip substrate through each light-transmitting chip substrate,
A microchip substrate attached, characterized in that an elastic body is provided on the surface of the microchip, and a plate-like rigid body in which a pattern corresponding to a minute groove portion of the microchip is engraved on the surface opposite to the pressing direction of the elastic body. Alignment device.
2. The apparatus according to claim 1, further comprising means for blocking at least a part of light irradiated to a minute groove portion of the bonding surface from light irradiated to the light-absorbing chip substrate from the flash light irradiation means. The microchip board | substrate bonding apparatus of Claim 4.
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