基于uv-liga制作细胞培养器微注塑模具型腔的工艺的研究

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1、大连理工大学硕士学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：．叁王型生丝堡垒鱼睦塑堕堡盎墨避塑里壁鱼至堑暨作者签名：鱼垄查殳日期：—堕年—竺月』乙日导师签名：日期：丝让月丛日大连理工大学硕士学位论文1绪论1

2、．1课题研究的背景微机电系统(Micr0Elec仃oMechaIlicalSystems，MEMS)是建立在微米／纳米技术基础上的2l世纪前沿技术，是指对微米／纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。它是集微传感器、微执行器及其电路控制系统于一体的、具有感知、自响应和自处理等智能化功能的系统“】。微机电系统具有体积小、重量轻、能耗低、灵敏度高等特点，在精密机械、生物医疗、国防、航空航天、核工业等领域有着广泛的应用前景。采用微注塑成型技术成型的微塑件既可作微结构件在微机电系统中发挥重要功能作用，还可使各

3、种微小尺寸的元器件通过聚合物注塑封装成一体，实现整体或部分的装配功能，简化了微机电系统的结构装配难题。微注塑件由于具有好的生物相容性、易加工性和高复制性而逐渐得到普遍使用，除了重量以mg计，几何尺寸以岬计的微塑件外，宏观尺度的制件上局部带有微观特征的注塑制品更是成为世界各国研究和开发的重点，如芯片实验室(1ab．0n．a_c11ip)带有微流道系统的生物和医学检测片等【2l。微注塑成型加工离不开微型模具，微型模具的型腔加工精度与质量直接关系到微小塑件的成型质量。微尺度型腔的加工成为微注塑模具制造的关键。由于其

4、尺寸微小，加工精度要求高，传统的切削加工方法与理念无法满足微小尺度零件的精细加工要求，必须采用现代的微细加工技术或特种加工手段，如LIGA、UV．LIGA及微细特种加工等先进精密加工技术。Uv—LIGA技术可以制作具有一定厚度、高深宽比、复杂的微结构且微结构具有表面粗糙度低，寿命长，模腔精度和形状自由度高，费用低等优点，在MEMS等领域获得广泛的应用，它是利用传统光刻机上的深紫外光(波长为350~450姗)对SU．8胶进行光刻，结合牺牲层技术【3】、多层掩模套刻【4l、光刻时在线规律性移动掩模板【5l、倾斜／

5、移动承片台【6～、背面倾斜光刻‘8，91等措施来形成电铸模，由此获得台阶叠状的二维半或可转动的三维立体金属微结构。Uv．LIGA工艺过程除了所用的光刻光源和掩膜外，与LIGA工艺基本相同，且Uv．LIGA技术不需要昂贵的同步辐射光源设备，加工成本相对较低。以LIGA及Uv-LIGA技术为代表的光加工技术是最具发展前途的微型模具加工方法。基于uv．LIGA制作细胞培养器微庄塑模具型腔的工艺研究12uv-LJGA技术在微型腔制作中的研究现状LIGA技术是20世纪80年代初期德国的核研究中心发明的，主要包括深层x射

6、线光刻、微电铸和模塑成型三个工艺过程。与传统的微细加工方法相比，LIGA技术的特点是：1)可以制作高深宽比的微结构，精度高；2)取材广泛，可以制造金属如镍、铜、金以及塑料、玻璃、陶瓷等材料的微器件；3)适于制作平面图形复杂的微器件；4)可以重复复制，具有大批量生产的特性。但同时LIGA技术的缺点同样突出，就是LIGA技术必须采用同步辐射x射线光源，价格昂贵。uv-LIGA工艺弥补了LlGA技术的缺点．用常规的紫外光光刻法代替同步辐射x射线光刻，然后进行后续的微电铸和模塑成型。在紫外光光刻过程中，由于紫外光沿直

7、线传播，因此一次光刻得到的微结构是侧壁垂直的平面二维结构，为此，目

8、j{『国内外学者已对其进行改进，以拓展LⅣ-LIGA的应用范围。上海交通大学陈迪等人【10】基于si工艺和uv．LIGA技术制作了多层微结构型腔。首先利用si的刻蚀工艺形成第一层图形结构，再进行su一8胶的光刻工艺形成第二层胶模结构，然后经过微电铸形成多层微结构型腔。如图l2所示。■■■●■■LJ_NI⋯4u’■。⋯⋯f1“⋯、o一⋯”r【、●‘lK日d1、¨E’m-‘¨ⅢuⅢ●一图1．1制作多层微结构的工艺示意闰Fig1lschem“c婚腓

9、ofp瞄㈣sformⅢ-l∞斜micr0鲫c

10、Il懈；一一兰i一大连理L大学硕士学位论文图12去除su·8胶后的Ni模具sEM照片和热压成型的PETG微结构sEM照片Fjgl2SEMPjctureofnjckelmoId世"mmovaIofsu-8phm㈣Ist蛐dsubs口mesEMpidumofmcPE7romIcmstrLlct啪fabrlc如dbymicmhotembossingproce镕