[發明專利]一種非硅MEMS微通道組的制作方法

無效

• 申請號: 201210430764.5
• 申請日: 2012-11-01
• 公開（公告）號: CN102910574A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 陳濤;申雪飛
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明屬于一種微電子機械系統（MEMS）制作技術領域，涉及一種適用于小批量生產的非硅微通道的低成本靈活制備方法，即用準分子激光直寫技術制作出膠層模板復制出反向金屬模板，用反向金屬模板批量注塑高聚物微通道的制作方法；該方法適用于周期短、樣式多和批量小的聚合物微通道基片產業化生產，應用在環境污染物檢測、生物化學分析和臨床檢驗領域中一次性芯片的批量生產。

背景技術

微通道制作是MEMS微流控系統中不可或缺的一個環節。隨著MEMS技術的發展和在醫學、生物等領域應用的不斷深化，應用于傳感器和生物芯片領域的微流控系統的研制得到了越來越多的關注。其中微通道的制作工藝也是近年來比較活躍的研究領域，目前制作方法主要包括：基于激光或其他高能粒子束加工技術的直寫法和基于模具的模塑法。這兩種方法都有各自的優缺點：激光或其他高能粒子束直寫法前期準備工作較少，具有高柔性，適合實驗室研發階段，但由于激光器和高能粒子束設備價格較高，且工作路徑單一，無法實現大規模批量生產，而且加工質量較差（尺寸精度較低、底面較粗糙），對微流體的運動有很大的影響；模塑法可以實現較大批量生產，但其前期進行復雜的光刻，即使用成本較低的紫外光刻工藝進行微模具加工，對儀器的要求較高，前期制作費用仍然較高，時間也較長。所以目前，處于微米量級寬度的微通道組，迫切的需要降低表面粗糙度來提高微通道中流體的流速，同時提高批量化生產的靈活性和周期性。

發明內容

本發明的目的是提供了一種微通道表面粗糙度低，且批量生產周期短、生產成本低和設計制作靈活性強的非硅MEMS微通道的制作方法。

本發明采用如下技術方案：

一種非硅MEMS微通道組的制作方法，包括以下步驟：

第一步，用涂膠機在圓形玻璃基片上均勻甩涂光刻膠，制得均勻膠層玻璃基板。

第二步，用準分子激光直寫法在第一步所得均勻涂膠的玻璃基片刻蝕微通道結構，得到膠層模板。

第三步，對刻蝕后的膠層微流控芯片原型進行濺鍍，濺鍍上一層1～3μm的導電Ni層，然后在電鑄液中電鑄一層0.5～0.6mm?Ni層，得到微流控芯片反向金屬模板。

第四步，使用第三步制得的反向金屬模具作母板采用透明高聚物料注塑成型法，復制出具有與所述膠層模板相同的高聚物料凹微通道組。

本技術方案中，所述為準分子激光直寫工藝與注塑工藝相結合方法。第一步中所述均勻膠層的制作方法為：在勻膠臺轉速為1000rpm使膠層厚度控制在20～70μm。第二步中所述膠層微通道模板的制作方法為：在通過單脈沖刻蝕玻璃基片實驗確定玻璃基片的準分子激光刻蝕閾值后，在玻璃與膠層的準分子激光刻蝕閾值之間，選擇脈沖激光能量密度為4.94～6.90J/cm2，工作臺移動速度為5～17mm/min的條件下，運用準分子激光直寫法進行微通道形貌刻蝕。第三步所述反向金屬模板的制作方法為：對刻蝕后的膠層微通道模板進行濺鍍，濺鍍上一層薄的導電Ni層，然后在電鑄液成分為氨基磺酸鎳、硼酸和氯化鎳（80:6:3），電流為44.5Ah、電壓為20v、溫度為51.5℃的工作環境下電鑄一層厚Ni層，得到微流控芯片反向金屬模具。第四步所述高聚物微通道基片的制作方法為：以金屬模具作為母板在鎖模壓力為280KN；冷卻時間為2.35s進行透明高聚物注塑成型，批量復制微通道基片。

本發明獲得如下效果：

1.本發明充分利用準分子激光直寫方法和注塑方法的優點，有機的結合成一種新的工藝方法，首先在玻璃基片上均勻甩涂光刻膠（準分子在光刻膠上刻蝕質量較高），然后利用兩種材料的準分子激光刻蝕閾值差異采用準分子激光直寫技術靈活的玻璃基膠層上刻蝕微通道組（因為準分子激光無法刻蝕到玻璃，所以膠層微通道的底面為光滑的玻璃表面，保證了微通道的底面粗糙度較小），再通過濺鍍和電鑄的方法得到反向金屬模板，最后采用注塑的方法復制出與膠層微通道模板相同凹形微通道結構。在此過程中良好的轉移了微通道底面粗糙度，使得注塑的得到的微通道底面粗糙度較低。

2.本發明利用準分子激光直寫技術制作膠層微通道模板，在保證微通道底面光潔度的同時，比普通光刻省去了復雜模板的制作過程，既節省了時間，又降低了成本。

3.本發明利用注塑方法進行高聚物微通道復制，比其他高能束直寫微通道法保證了微通道底面光潔度的同時，增加了批量生產和同形復制能力。

附圖說明

圖1為本發明涂膠層玻璃基片示意圖

圖2為本發明膠層微通道模板的制作示意圖

圖3為本發明反向金屬模板的制作示意圖