从专利角度分析微流控芯片的键合技术

张 茜

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510530）

微流控芯片是20 世纪90 年代在分析化学领域发展起来的，它以微管道网络为结构特征，以生命科学为主要应用对象，并在分析化学、生命科学及生物医学器件等领域广泛应用。微流控芯片的制作通常包括以下两部分：成型盖片和基片以及键合微流控芯片。而键合是微流控芯片加工中的一个关键的工艺环节。

本文对微流控芯片的键合技术在我国的专利申请情况进行了分析，以便更好了解该领域的技术发展概况。

1 键合技术在中国专利申请技术分析

本文以2019 年1 月1 日之前向中国国家知识产权局提交并公开公告的专利申请为研究对象，数据来源于国家知识产权局专利局的专利检索与服务系统中的中国专利文摘数据库（简称“CNABS”数据库）。检索式为 (微流控芯片s(键合or 封接)and(apd＜20190101))，得到符合条件的中国专利申请共计577 件。

对577 件专利申请的分类号进行了统计分析，表1 示出了该领域申请数量排名前6 位涉及的分类号。其中B01L3/00 下申请数量最大为752件，这与微流控芯片应用于实验室分析是相呼应的。需要说明的是，根据国际专利分类规则，可对一个或多个技术主题分别分类，因此同一专利申请可包括表1 中的多个分类号，本文未做去重处理。

如图1 所示，该领域申请主要集中在2009 至2018 年这十年中，申请量共508 件，占申请总量的88%，其中2015 年年申请量达到117 件，创历史新高。需要说明的是，2017-2018 年年申请量数据由于部分可能尚未公布存在一定误差，因为中国专利法第34 条规定，发明专利申请自申请日起满十八个月，即行公布。根据图1 结合微流控芯片的具体应用对象，该领域在未来仍然是研究热点，年申请量也会维持在一个较高水平。

表1 微流控芯片的键合技术所在领域主要分类号统计

图1 微流控芯片的键合技术的专利年申请量情况

图2 主要申请人排名

如图2 所示，该领域申请量排名前10 的均为国内申请人，表明在国内该领域我国自主研发占绝对主导地位。具体包括7 所高校和3 所研究机构，没有公司企业和个人申请，这是由微流控芯片的具体应用对象所决定的。其中中科院大连化学物理研究所申请数量达到69 件，排名第一。

2 键合技术简介

直接热键合、超声波键合、微波焊接键合、等离子体辅助键合、溶剂键合等均是常见的微流控芯片键合方式。

例如申请号为200510046835.1 的专利申请[1]将两片待封接的石英芯片经稀HF 酸处理，通过加压模具加压，同时在烘箱中加热一段时间，实现较大面积芯片的快速封接。

申请号为200710011530.6 的专利申请[2]采用超声波键合的方式提高了键合效率，实现了聚合物微流控芯片的快速无间质键合；制作微导能梁，在键合过程中会不断熔融，有利于键合接触面的润湿，形成稳定键合强度；制作微定位舌精密定位微接头结构，解决了超声波键合时，由于横波分量导致的上、下聚合物基片窜动以及由此引起的精密定位困难，提高芯片制作成品率。

申请号为201210395924.7 的专利申请[3]将吸波涂层均匀涂覆于芯片的基片和盖片的键合界面处，电磁波发射装置和聚合物微流控芯片均被置于一个可以防止电磁波泄漏并且有一定隔热作用的封闭容器内。用电磁波在密闭容器内辐射加热，此时键合界面处的吸波材料吸收微波辐射释放热量，键合界面受热形成短暂的半熔融状态，从而完成键合。

申请号为201210442236.1 的专利申请[4]首先提供一硅基芯片与一PDMS 芯片，采用丙酮和酒精对所述硅基芯片及所述PDMS 芯片进行超声清洗，然后采用氧气及第二气体的混合等离子体对所述硅基芯片的键合面及PDMS 芯片的键合面进行处理，最后将所述硅基芯片的键合面及PDMS芯片的键合面相互贴合并进行按压，以键合所述硅基芯片及PDMS 芯片。

申请号为201711448805.2 的专利申请[5]使用溶剂蒸气作用于聚合物芯片表面，形成溶解层或溶胀层，溶剂蒸气分布均匀，且含量较少，避免沟道内溶剂分子过多，粘接力过强，堵塞沟道。将聚合物盖片的单面熏蒸，避免了传统双面熏蒸影响透光性的问题，并增加使用UV 照射，促进键合过程中断键与交联，增强键合强度，同时提高芯片光学性能。

申请号为201410853042.X 的专利申请[6]在预处理环节中利用等离子体改性技术对微流控芯片表面进行等离子体处理，提高芯片表面活性后进入热压机中实现键合。该方法在键合工艺参数上降低了键合温度与时间，提高了热键合的生产效率，且键合强度为直接热键合的3~5 倍，而微结构的变形量比直接热键合显著降低。

3 结语

本文从中国专利申请的视角出发，对微流控芯片的键合技术的相关专利申请涉及的主要分类号、主要申请人、年申请量进行了统计分析，并结合专利申请简要介绍了键合方式。由于微流控芯片的应用领域是以实验科学为基础的，决定了其在将来很长一段时间内依然是研究热点，专利申请质量也会得到进一步提高。