紫外光刻干膜微流控模具制作研究

提出了一种基于感光干膜的微流控模具制作方法。以50μm厚的感光干膜为主要原材料,设计并制作了不同微流道结构的干膜微流控模具。针对紫外曝光和显影主要环节的关键实验参数进行了选择优化。利用该工艺制作的干膜微流控模具,完成了不同结构和功能的微流控芯片的封装及应用。结果表明,与传统光刻微流控模具制作方法相比,干膜微流控模具制备工艺具有操作简单快速、成本低、无需昂贵实验设备和专业操作人员,且制作后的干膜微流控模具边界规则、图形分辨率高,应用效果良好。

超声电铸提高金属微流控芯片模具的均匀性

利用微电铸技术制作的微流控芯片模具往往存在沉积厚度不均匀的缺陷,这种缺陷会影响模具的尺寸精度及使用性能,并增加模具的制作成本。为了制得厚度均匀的微流控芯片模具,研究了超声电铸对模具均匀性的影响。首先,采用有限元软件COMSOL Multiphysics建立微流控芯片模具的微电铸模型,分析电铸2h后的模具的厚度分布。并根据该仿真结果,设计掩模版。然后,在自主搭建的超声电铸装置中进行一系列电铸实验,来研究超声搅拌对模具均匀性的影响。实验结果表明:电铸过程中添加超声搅拌可以改善微流控芯片模具的均匀性。超声功率为200 W时,超声频率改善模具均匀性的程度为200kHz>80kHz>120kHz。超声频率为200kHz时,超声功率改善模具均匀性的程度为500 W>200 W>100 W。当超声的频率和功率分别为200kHz和500 W时,与无超声电铸相比,模具的均匀性提高约30%。

基于电化学刻蚀与微电铸工艺的微流控芯片模具制作

为解决微流控芯片模具在微电铸工艺中铸层与基底结合力差的问题,在光刻工艺的基础上,采用掩膜电化学刻蚀和微电铸相结合的方法,制作出了结合力较好的镍基双十字微流控芯片模具。针对掩膜电化学刻蚀的工艺参数进行了试验研究,选定了制作微流控芯片模具的最佳工艺参数,解决了酸洗引起胶膜脱落失效、刻蚀引起侧蚀等问题。使用剪切强度表征界面结合强度,运用剪切法测量了微电铸层与基底的剪切强度,定量分析了酸洗工艺和刻蚀工艺的参数对界面结合强度的影响。试验结果表明,酸洗20s后电铸层与基底的剪切强度相对于直接电铸提高了98.5%,刻蚀5min后剪切强度提高了203.6%。刻蚀5min后的剪切强度相对于酸洗20s后电铸的剪切强度提高了53.0%。本文提出的方法能够有效提高铸层与基底的界面结合强度,延长微流控芯片模具的使用寿命。

基于微细电铸法制备微流控芯片模具工艺

提出了一种制备微流控芯片模具的方法。首先,在分析微细电铸流场特性的基础上研究了流速对微流道传质的影响;然后,讨论了脉冲频率、电流密度、安培时、温度四个参数对微流控芯片模具质量的影响;最后,分析了基底毛化与模具结合力的关系。该方法实现了表面粗糙度值小、侧壁垂直度高的微流控芯片模具的制备。

化学微蚀刻法和微细电镀法制备微流控芯片金属模具工艺对比研究

针对化学微蚀刻法和微细电镀法制备微流控芯片金属模具进行了工艺对比研究。采用激光共聚焦显微镜分别检测表征由这两种加工工艺制备所得的模具微结构特征,对其侧壁陡度、尺寸均匀性、粗糙度进行对比分析。结果表明,化学微蚀刻法制备的模具微结构的侧壁呈不规则弧形、尺寸均匀性差,表面粗糙度较大(Ra=3.58μm)。而微细电镀法制备的模具微结构的侧壁则呈规则的梯形、尺寸均匀性好,表面粗糙度较小(Ra=0.65μm)。微细电镀法制备的微流控芯片金属模具综合效果比化学微蚀刻好。