[发明专利]一种用于多层微流控芯片的层间自动对准键合装置及方法

权利要求书

1.一种用于多层微流控芯片的层间自动对准键合装置，其特征在于，包括可调平热板平台、自动对准机构、自动对焦机构以及控制系统；多层微流控芯片包括上层芯片和下层芯片，所述上层芯片和所述下层芯片均设置有一个对准标记和三个调平标记；

所述可调平热板平台包括用于支承下层芯片和加热的热板；

所述自动对准机构包括用于夹持所述上层芯片的芯片夹持器，用于调节所述上层芯片的位置和角度，实现所述上层芯片与所述下层芯片之间的平行和对准；

所述自动对焦机构用于识别所述上层芯片和所述下层芯片的对准标记以及调平标记，并获取所述调平标记的位置信息、以及所述对准标记的位置信息和角度信息；

所述控制系统与所述热板、所述自动对准机构以及所述自动对焦机构信号连接，用于根据所述自动对焦机构获取的位置信息和角度信息控制所述自动对准机构动作，并在所述上层芯片与所述下层芯片之间平行且对准后将所述上层芯片压紧于所述下层芯片。

2.如权利要求1所述的层间自动对准键合装置，其特征在于，所述自动对准机构还包括与所述控制系统连接的三轴自动化移动平台、自动化旋转平台以及3-PRS并联调平机构；

所述三轴自动化移动平台位于所述可调平热板平台的一侧，用于调节所述上层芯片在X、Y、Z方向的位置；

所述自动化旋转平台安装于所述三轴自动化移动平台，用于调节所述上层芯片在水平面内的角度；

所述3-PRS并联调平机构的顶部安装于所述自动化旋转平台，底部安装有所述芯片夹持器，用于调节所述上层芯片的水平度。

3.如权利要求2所述的层间自动对准键合装置，其特征在于，所述三轴自动化移动平台、所述自动化旋转平台以及所述3-PRS并联调平机构均包括驱动电机。

4.如权利要求3所述的层间自动对准键合装置，其特征在于，所述自动对焦机构包括能够沿竖直方向往复移动的Z轴移动平台、固定安装于所述Z轴移动平台的显微镜以及固定安装于所述显微镜的出光侧的高清相机；

所述显微镜位于所述可调平热板平台的顶部，并与所述控制系统连接，用于放大所述对准标记和所述调平标记，并能够自动确定所述对准标记和所述调平标记的轮廓；

所述高清相机用于采集经所述显微镜放大的图像，并将采集的图像发送到所述控制系统；

根据采集所述对准标记和所述调平标记的轮廓图像，所述控制系统计算所述对准标记和所述调平标记的位置与转角，并生成用于控制所述自动对准机构动作的控制信号。

5.如权利要求4所述的层间自动对准键合装置，其特征在于，所述显微镜通过支架安装于所述Z轴移动平台。

6.如权利要求1-5任一项所述的层间自动对准键合装置，其特征在于，所述可调平热板平台还包括用于支承所述热板的可调热板底座，所述可调热板底座用于调节所述热板的水平度。

7.如权利要求6所述的层间自动对准键合装置，其特征在于，所述可调平热板平台、所述自动对准机构以及所述自动对焦机构均设置有磁吸底座。

8.一种多层微流控芯片的自动对准键合方法，采用如权利要求1-7中任意一项所述的层间自动对准键合装置，其特征在于，自动对准键合方法包括以下步骤：

制作微流控芯片的上层芯片和下层芯片，对上层芯片和下层芯片的表面进行等离子处理；

将下层芯片放置于调平的热板上，将上层芯片固定安装于芯片夹持器，并在上层芯片和下层芯片的表面添加表面活性稳定剂以维持表面活性；

采用自动对焦机构对上层芯片和下层芯片的三个调平标记进行自动对焦、识别和位置获取，通过控制系统控制所述自动对准机构运动，实现上层芯片的自动调平，使上层芯片平行于下层芯片；

采用自动对焦机构识别上层芯片和下层芯片的对准标记的轮廓、中心点和旋转角度，通过控制系统控制所述自动对准机构运动，实现上层芯片和下层芯片之间的位置、角度自动对准；

通过控制系统控制所述自动对准机构下降，直至调平对准后的上层芯片和下层芯片之间平面接触，继续控制所述自动对准机构下降预定尺寸，在上层芯片和下层芯片之间提供压紧力；

通过控制系统控制热板直接在原位对上层芯片和下层芯片进行加热来进行稳定的层间永久键合。