FLEXINITY结构化玻璃解决方案助力微流控产品走入千家万户
2018-11-09 16:15:54 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
肖特是特种玻璃和玻璃陶瓷领域的领先国际技术集团，积累了130多年的材料和技术专业知识，并提供广泛的高品质产品和智能解决方案。近日，麦姆斯咨询有幸采访了肖特客户经理张熠良先生，深入学习了肖特最新推出的FLEXINITY结构化玻璃解决方案。
微访谈：肖特客户经理张熠良
采访背景：肖特是特种玻璃和玻璃陶瓷领域的领先国际技术集团，积累了130多年的材料和技术专业知识，并提供广泛的高品质产品和智能解决方案。肖特是众多行业的创新推动者，其中包括家用电器、医药、电子、光学、生命科学、汽车和航空业。公司目前拥有员工约15000名，2016/2017财年的销售额为20.5亿欧元。近日，麦姆斯咨询有幸采访了肖特客户经理张熠良先生，深入学习了肖特最新推出的FLEXINITY™结构化玻璃解决方案。
肖特客户经理张熠良
麦姆斯咨询：首先，请您介绍下什么是FLEXINITY™？
张熠良：FLEXINITY™是肖特自主研发的一项对玻璃（特别是超薄玻璃）进行结构化的技术。这一技术给玻璃晶圆和超薄玻璃带来完全自由的设计可能性，可以实现具有极高公差的复杂结构要求，也可以实现在玻璃上打孔和切割加工。肖特目前所提供的解决方案广泛地应用于原材料行业，包括半导体、微流控和MEMS传感器等领域。这一次我们又进一步为市场提供了这项结构化加工技术：依靠我们自身的原材料优势，进一步给客户提供更多的微技术实现方法，比如具有各种尺寸的高精度结构。
FLEXINITY™结构化玻璃解决方案展示
麦姆斯咨询：FLEXINITY™如何诞生？与传统的机械加工方案相比，FLEXINITY™有什么优点？
张熠良：这要追溯到传统的机械钻孔技术。钻孔不仅效率很低而且成本较高，例如我们需要在一个八寸的晶圆上打1000多个孔，如果一个接一个孔进行钻打，会花费很长时间，整个产品最后的成本也就会升高，这是传统机械加工的缺点之一。
其次，精度的问题。机械加工很难在精度上做到完美，钻出的孔会存在孔径误差，放大之后可以观察到断面是斜的而非直孔。通常在封装过程中，越直的孔在安装针脚的时候就会越简单、越方便，贴合度也会越高。因此，客户针对机械钻孔方案的局限性，向我们提出新的需求，进而促使我们开发出符合他们需求的产品。
以晶圆为例：肖特结构化玻璃晶圆可以提供从4”到12”的尺寸，厚度从0.1mm到3.0mm，最小的孔半径可至150 μm，且特征尺寸公差低于± 25 μm。
机械加工方案还有另一个局限，就是无法加工很薄的玻璃材料。目前市场上主流的加工厚度在0.2mm以上，再薄的话就无法实现机械钻孔。这是因为玻璃是一种脆性材料，越薄强度就越低，玻璃越容易裂。而且，超薄玻璃相对来说还具有一定柔韧性，放在机台上时会有一定翘曲，打孔会使玻璃更容易碎。所以玻璃越薄，钻孔和切割都会变得很困难。
通过FLEXINITY™，我们可以加工最薄至0.1mm的玻璃晶圆。这就要说到FLEXINITY™另一个突出的优点——就是我们的产品做完之后，晶圆机械强度不会明显减弱。我们的产品在进行打孔之后还可以将其随意扭曲，而这是机械打孔没有办法做到的，因为机械加工会对玻璃表面造成损伤，使其强度减弱。而且，FLEXINITY™不仅仅可以实现不同尺寸的圆孔，就连方孔、长方形或任何几何图案的结构都能做到。
随着机械加工技术达到瓶颈，加之市场一直在寻求更高精度、更轻量化及更薄型化的玻璃器件，肖特集团的FLEXINITY™结构化玻璃解决方案应运而生，使器件实现全新突破。
FLEXINITY™结构化玻璃解决方案优点
麦姆斯咨询：请介绍下FLEXINITY™结构化玻璃解决方案的产品组合，主要面向哪些应用？
张熠良：这里要澄清一点，就是FLEXINITY™并不是一个实体产品，而是一项加工技术。就是说，除了肖特本身的玻璃原材料，FLEXINITY™也能加工任何厚度从0.1mm到3.0mm玻璃。
当然，肖特此次推出的FLEXINITY™结构化玻璃解决方案的出发点，还是基于扩展肖特本身的核心竞争力，那就是玻璃原材料生产。比如，通过肖特独家的下拉法生产的超薄玻璃D 263 bio，及浮法生产的高硼硅BOROFLOAT 33® ，均在不同领域得以应用。下拉法生产的超薄玻璃主要应用在半导体和微控流等领域，例如D 263® bio是用在生物芯片领域的。浮法高硼硅玻璃主要应用在半导体，也就是在MEMS封装上的应用比较多，而在整个半导体封装过程中主要被用作绝缘垫片。目前的应用领域主要为MEMS传感器，比如汽车压力传感器、光学传感器以及生物识别传感器。
FLEXINITY™应用于压力传感器
FLEXINITY™应用于微流控芯片
总体来说，FLEXINITY™可以跟肖特的原材料相结合，生产出不同需求的产品。客户可以根据需求选择不同的玻璃型号，如硼硅玻璃（MEMpax®、D 263®系列、BOROFLOAT 33®）和无碱玻璃（AF 32® eco）。
麦姆斯咨询：那么，客户如何选择合适的结构化玻璃呢？
张熠良：我们会全面了解客户需求的结构化玻璃的应用环境，或拿到玻璃后是否还需要再加工，在微控流领域方面，还要考虑到生物相容性的需求。例如，用下拉法生产的D 263®bio这款材料通过了国际上生物相容性验证，它有很低的自发荧光效应，不会干扰生物检测结果，所以最适合需要生物相容性的应用。有些微流控应用需要透紫外，我们会推荐BF33，因为它在紫外区域的透过率比较好。在MEMS传感器封装方面，如果客户对于我们的玻璃厚度、膨胀系数、耐酸耐碱性、或者耐热性有具体的要求，肖特都有适合的型号供选择。
麦姆斯咨询：关于前面您提到的下拉法，请问肖特在原材料生产方面有何特别之处？
张熠良：下拉法是肖特独家的超薄玻璃生产技术，可以一次成型，直接生产出最终的玻璃厚度。目前最薄可至0.03mm，也就是30μm。在生产过程中给玻璃一个下拉的力，熔融的玻璃在上面，然后往下拉，最后把玻璃拉薄，不用抛光可以直接镀膜。如果是换成其它方式加工，做出来的玻璃因为厚度的问题需要进行机械抛光后才能镀膜。然而，机械抛光后的玻璃表层会遭受损伤，表面的微观结构也会发生一些改变。目前来看，最好的超薄玻璃生产方法就是下拉法，该方法掌握在肖特手里，并且实现了量产。
目前市场上更多的是再成型拉薄方法，生产出来的玻璃规格也有偏差，厚度公差、翘曲等都很难达到精确需求，并且成本也更高。其它公司也许会在展柜或宣传手册上称它们有超薄玻璃，但并没有在市场上看到他们批量供应的产品。
另外要提到的是肖特的微浮法生产工艺。可以认为，浮法生产是传统的生产方法，平时我们看到的玻璃窗都是浮法生产的钠钙系列玻璃。浮法生产的特点是可以大批量生产，价格相应会比其它生产方式便宜很多。而肖特独有的微浮法生产工艺可以批量生产高质量硼硅玻璃，大大降低成本。据我了解，肖特是世界上唯一一家可以做到这一点的公司。
麦姆斯咨询：在微流控领域，FLEXINITY™结构化玻璃解决方案有何竞争优势？可以解决客户什么问题？
张熠良：我们结构化玻璃解决方案正在与全球知名客户合作。我们在玻璃的型号、厚度、尺寸和形状的选择上有高度的灵活性，使短时间内将复杂结构变成原型成为可能。目前它的研发在德国，我们有专业的打孔加工线。根据客户不同的形状及厚度要求，肖特可以在加工线上进行演示（demo）测试。
FLEXINITY™可以更好地帮助客户实现更精准、更薄和更小的微流控解决方案。结构的精度跟它的加工方式有关，薄型化更是得益于肖特本身的原材料，下拉法可以极好地为客户提供薄型选择，而市场上大多是较厚的玻璃产品。玻璃越薄质量就会越轻，相对于封装而言，比如微型器件上玻璃尺寸也越来越小，因此在质量管控上超薄玻璃优势极其明显。
从自身的能力而言，肖特拥有数个产品系列和众多专家，可支持从原材料到最终产品的整个过程，提供多功能的结构化玻璃基板。先进光学事业部的材料专家协助客户选择材料，使玻璃具有最佳的化学、光学和机械性能。结构专家帮助客户选择正确的技术和方法进行微流控器件的晶圆级组装。来自肖特Nexterion部门的生物技术专家协助客户选择、设计和生产功能性镀膜。
专用的研发资源和经过认证的实验室可以为众多领域的客户提供帮助，涉及材料、断裂分析、表面化学等方面。众多的专家和广泛的资源实现了先进的材料、加工和结构化方法——例如， FLEXINITY™。
麦姆斯咨询：可否介绍肖特在解决微流控工程方面的一个案例？
张熠良：有位客户的微流控器件在操作时呈现出意想不到的性能和结果。研究后发现，操作期间发生了化学反应，具体情况尚不明确。
该器件在肖特经过认证的研发实验室里进行了拆解和分析。通过精确的表面分析，我们发现了外部污染，这与玻璃或功能镀膜无关，而是与生产过程中某一步骤使用的材料有关。通过分析，我们可以锁定该步骤并消灭及控制污染物，以继续批量生产。
麦姆斯咨询：可否介绍一款应用于人体血液检测的微流控产品案例？
张熠良：当客户需要一个血液或细胞检测的微流控产品时，他需要一个不同的玻璃组合，比如下面有个基板是载玻片，上面有个盖玻片，中间是带有孔或微流槽等结构的的玻璃。这种三层解决方案，的中间部分就可以用FLEXINITY™来加工出客户想要的孔或微流道的各种形状。产品整体上下都密封，客户拿到之后就可以使液体在我们的孔或槽里面流动。它使用的原材料可以包括D 263®bio、BF33，根据客户的需求我们推荐不同的原材料。
麦姆斯咨询：微流控领域的基材有玻璃、塑料、硅、金属等，您是如何看待不同材料的优势和应用呢？
张熠良：正常来说透明的材料用在微流控方面比较多，因为很多是为了可视化或者需要光透过。玻璃和塑料是透明的，可透光且可视。之前，玻璃在微流控领域的缺点比较明显，就是玻璃做不通孔的开槽比较难，因为玻璃比较脆，所以经常用塑料代替。但是通过FLEXINITY™，我们可以较为轻松的在不损伤玻璃强度和韧性的情况下做出各种结构。
玻璃相对于塑料还有很多优势，例如：玻璃是无机物，提供高透过率，具有高隔断效果和均匀性。在电子产品的生产中，玻璃还可以作为绝缘体且对化学试剂具有高阻抗。玻璃的化学稳定性和低表面粗糙度，为镀膜应用提供理想的材料。此外，湿度和紫外（UV）辐射对玻璃材料的影响也非常小。
麦姆斯咨询：请您谈谈FLEXINITY™结构化玻璃产品的产能规划情况。
张熠良：整体而言，FLEXINITY™目前处于送样阶段，同时进行量产的布局，预计2019年初建成量产线。由于国内的合作伙伴目前还不具备相应的生产条件，我们会在马来西亚现有的生产基地进行加工，原材料由德国提供。
对于结构玻璃的产品来说，客户的孔径要求都不一样，定制化及特性化的需求就会使得结构化玻璃的需求量变大，这也要看市场的反馈，我们目前也在收集更多客户的评估及市场的反馈数据。
就目前而言，这款技术还是主要由掌握了MEMS和微流控核心技术的国外公司应用最多。国内的公司虽然特别多，但整体而言，是还尚未大量出现特别高精度的需求。在未来，国内的手机行业应该会领先大规模采用这项技术，因为手机量比较大，而且它更新换代比较快，对新技术的采用会比较快，是极为活跃的一个市场。
麦姆斯咨询：最后，请您展望一下微流控技术的未来吧。
张熠良：目前，微流控应用和技术融合了许多学科，正在迅速发展。光学诊断技术正和硅组装工艺融合。这些都结合了光学、化学和电学分析法，结合程度不断加深（芯片实验室），就像我们在半导体中看到的那样。大规模实验室使用化学反应来分析患者的血液，现在的生物化学反应同样适用于小规模、低成本和多用途需求，例如消费品、即时检测和日常生活方面的应用。
展望未来，随着应用从科学研究扩展到消费品和即时检测，成本将成为一个决定性因素。其它领域的生产方法（晶圆级组装）将用于降低制造成本。利用微流控器件进行光学诊断中的材料性能将是关键要素。
同时，微流控将成为一种普遍的“生物信息”运输方式，就像铜线之于电力一样。我认为个人医疗保健和生活方式需求将驱动微流控产品走入千家万户！
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