一种微流控芯片的微沟道加工方法

日期:2019-03-02 15:11:27

专利名称:一种微流控芯片的微沟道加工方法
技术领域
本发明涉及一种微流控芯片的微沟道加工方法,属微流控芯片的加工技术领域。
背景技术
微流控芯片是指通过微加工技术及其他加工方法将一个生物或化学实验室微缩到一块只有几平方厘米大的薄片上。在一块芯片上构建的化学或生物实验室可以将化学和生物领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测,细胞培养、分选、裂解等基本操作单元进行集成。最终,上述的操作单元可以集成到一块很小的芯片上,由微通道形成网络,用可控流体贯穿整个系统,用以实现常规化学或生物实验室的各种功能。该技术具有检测限低,检测所需样品量少,检测时间短,制作成本低等优点,能够对特定离子、化合物、DNA片段等做出有效检测。该技术可以被广泛地应用于环保、军事、医药、生化等领域。近年来,随着微加工技术,MEMS技术以及电子技术的日益成熟,微流控芯片开始向集成化、微型化方向发展。目前微流控芯片在国内外比较典型的加工方式主要有光刻阳模热压法、微机械加工法等。其中光刻阳模热压方法成本较高,模具制作周期较长,一种模具只能加工一种形状的微沟道,且模具材质通常为半导体材料,质地较脆,使用寿命较短。而微机械加工的设备较为昂贵且远没有普及,并且其微尺寸刀具采用纯机械的方式在有机材质上进行沟道加工,使得单个微尺寸刀具的寿命较短。此外其他加工方法也存在一些问题,如金属丝热压法,其加工沟道的线性度不够;激光刻蚀法,其加工的沟道侧壁较为粗糙。总之,上述微流控芯片的微沟道制作方法在实际应用过程中受到诸多条件限制。这有悖于微流控芯片通过集成化、微型化实现普及的宗旨,从而限制了微流控芯片在各个领域的应用。

发明内容
本发明的目的是提供一种可以降低芯片加工成本、缩短芯片加工周期、保证微沟道加工质量的基础上推进微流控芯片普及的微流控芯片的微沟道加工方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的首先用去离子水超声清洗已经切割好的基片,然后将基片在真空条件下低温烘干,待基片被完全烘干后,将其置于控温加热划刻设备的载物台上,将基片固定;将控温加热划刻设备的刀具加热到基片材质的软化温度,移动载物台使刀具头部对准沟道的起始位置,对设备的数控部分进行编程,设定刀具的运动轨迹使之与所需的图形相吻合,刀具移动速度的设定范围为O 100mm/S,启动数控装置,待划刻结束之后,从载物台上取下基片,对芯片表面进行平整化并用酸对微沟道进行平整化处理,再次用去离子水超声清洗基片上的沟道,然后将基片在真空条件下低温烘干即可。本发明将控温加热与微机械加工方法相结合,采用数控编程方式保证复杂沟道图形加工的同时也保证了所需的加工精度,其具体优点如下1、利用了热划刻加工工艺方法, 将控温加热、微尺寸刀具与数控装置结合。2、使得微流控芯片的工艺流程得到简化,加工时间缩短。3、便于微流控芯片的批量化生产。4、制作的微流控芯片的沟道平整度与线性度良好。5、加工方法简单易行,单个芯片加工成本低,便于推广普及。


图1是实施弯角转弯沟道芯片加工示意图,图2是实施十字沟道芯片加工示意图,图3是实施T形沟道芯片加工示意图,图4是实施双T形沟道芯片加工示意图,图5是控温加热划刻设备的结构示意图。
具体实施例方式本发明较佳的实施方式见图1 图4,首先用去离子水超声清洗已经切割好的基片,然后将基片在真空条件下低温烘干,待基片被完全烘干后,将其置于控温加热划刻设备的载物台上,将基片固定;将控温加热划刻设备的刀具加热到基片材质的软化温度,移动载物台使刀具头部对准沟道的起始位置,对设备的数控部分进行编程,设定刀具的运动轨迹使之与所需的图形相吻合,刀具移动速度的设定范围为0 100mm/S,启动数控装置,待划刻结束之后,从载物台上取下基片,对芯片表面进行平整化并用酸对微沟道进行平整化处理,再次用去离子水超声清洗基片上的沟道,然后将基片在真空条件下低温烘干即可。所述基片的材质是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,俗称有机玻璃)、聚碳酸酯或聚对二甲苯。由于上述材料软化温度低,采用热划刻加工工艺方法,将控温加热划刻设备的刀具加热到基片软化温度后,在基片上划刻形成微沟道,此时刀具在划刻过程中受到阻力较小。其中温度控制部分采用PID控制,通过合理设定PID参数以保证加热温度的稳定。载物台和刀具采用数控方式进行控制,所以能够通过CAD方式进行各种沟道图形的加工。在载物台上将基片固定之后,将刀具加热到指定的温度,对数控部分进行编程设定或者导入CAD图形后,设备能够自动加工出所需要的沟道图形。多自由度的载物台和刀具采用数控编程控制,不但能够控制运动轨迹而且能够保证在指定速度下沿预设的运动轨迹勻速移动,其移动速度可以自行设定与选择。所述基片的面积彡200 X 200mm。所述微沟道的截面形状是圆弧形、锥形、矩形或梯形。所述微沟道的几何尺寸为宽度10-1000 μ m,深度为10-1000 μ m,长度为 30-500mm。所述用乙酸对微沟道进行平整化。以上所述实施方式的优点在于1、保证了 PMMA及其他聚合物材质的微流控芯片微沟道的平整度;2、制作PMMA及其他聚合物材质的微流控芯片的工艺参数容易控制;3、制作PMMA及其他聚合物材质的微流控芯片的加工周期短;4、制作的PMMA及其他聚合物材质的微流控芯片成本低;5、能够制作形状复杂的微沟道,并能够保证加工的微沟道图形精度。所述控温加热划刻设备包括支架1、划刻深度控制标尺2、温度控制器3、加热器 4、微尺寸刀具5、微尺寸刀具数控运动机构6、多自由度的数控载物台(载物台)7和摇臂 8,所述支架1的下端与多自由度的数控载物台7相连接,所述的摇臂8设置在支架1上,所述的划刻深度控制标尺2设置在摇臂8上,所述的微尺寸刀具数控运动机构6设置在划刻深度控制标尺2上,加热器4的上端与划刻深度控制标尺2的下端相连接,微尺寸刀具5的上部设置在加热器4内,温度控制器3通过导线与加热器4相连接。所述的微尺寸刀具有多种尺寸规格,可以任意选择。刀具采用精密模具铸造,其微尺寸刀具5的刀头5-1形状为锥形、圆弧形、矩形或梯形,可以通过热划刻得到截面形状为锥形、圆弧形、矩形或梯形的沟道。
权利要求
1.一种微流控芯片的微沟道加工方法,其特征在于,首先用去离子水超声清洗已经切割好的基片,然后将基片在真空条件下低温烘干,待基片被完全烘干后,将其置于控温加热划刻设备的载物台上,将基片固定;将控温加热划刻设备的刀具加热到基片材质的软化温度,移动载物台使刀具头部对准沟道的起始位置,对设备的数控部分进行编程,设定刀具的运动轨迹使之与所需的图形相吻合,刀具移动速度的设定范围为O 100mm/S,启动数控装置,待划刻结束之后,从载物台上取下基片,对芯片表面进行平整化并用酸对微沟道进行平整化处理,再次用去离子水超声清洗基片上的沟道,然后将基片在真空条件下低温烘干即可。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片的微沟道加工方法,其特征在于,所述基片的材质是聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚对二甲苯。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片的微沟道加工方法,其特征在于,所述基片的面积;^ 200 X 200mm。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片的微沟道加工方法,其特征在于,所述微沟道的截面形状是圆弧形、锥形、矩形或梯形。
5.根据权利要求1所述的微流控芯片的微沟道加工方法,其特征在于,所述微沟道的几何尺寸为宽度10-1000 μ m,深度为10-1000 μ m,长度为30_500mm。
6.根据权利要求1所述的微流控芯片的微沟道加工方法,其特征在于,所述用乙酸对微沟道进行平整化处理。
全文摘要
本发明提供了一种微流控芯片的微沟道加工方法,本发明的方法首先用去离子水超声清洗已经切割好的基片,然后将基片在真空条件下低温烘干,将控温加热划刻设备的刀具加热到基片材质的软化温度,对设备的数控部分进行编程,刀具移动速度的设定范围为0~100mm/s,对芯片表面进行平整化并用酸对微沟道进行平整化。本发明将控温加热与微机械加工方法相结合,采用数控编程方式保证复杂沟道图形加工的同时也保证了所需的加工精度,其具体优点如下利用了热划刻加工工艺方法,将控温加热、微尺寸刀具与数控装置结合。使得微流控芯片的工艺流程得到简化,加工时间缩短。便于微流控芯片的批量化生产。制作的微流控芯片的沟道平整度与线性度良好。
文档编号B81C1/00GK102198926SQ20111008463
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月6日 优先权日2011年4月6日
发明者刘晓为, 张海峰, 王蔚, 田丽, 韩小为 申请人:哈尔滨工业大学


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