微流控芯片模具化学蚀刻制造工艺研究.pdf

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1、机械设计与制造第12期250MachineryDesign&Manufacture2015年l2月微流控芯片模具化学蚀刻制造工艺研究王亚坤，郭钟宁，郑文书，刘祥发(广东工业大学机电工程学院，广东广州510006)摘要：为制造微流控芯片模具实现微流控芯片的大批量生产，采用三酸型蚀刻液对图案掩膜的P20模具铜进行蚀刻加工。观测蚀刻的微流道形状和尺寸，分析蚀刻深度、流道宽度、蚀刻因子和面粗糙度等随加工时间的变化规律。结果表明加工时间越长，微流道侧壁垂直性越好，蚀刻因子越大，但面粗糙度越差。因为反应产物附着于工

2、件表面，特别是侧壁上，使侧向蚀刻速度低于深度方向蚀刻速度，而蚀刻反应产生热量，使工件反应表面温度升高，蚀刻速度加快，影响表面质量。蚀刻反应中，合理控制掩膜尺寸、加工时间、搅拌速度和反应温度等，才能得到满足要求的微流控芯片模具。关键词：化学蚀刻；微流控芯片；模具制造；微流道；微结构中图分类号：TH16；TG176文献标识码：A文章编号：1001—3997(2015)12—0250—04ResearchonChemicalEtchingManufacturingProcessforMicrofluidicC

3、hipMoldWANGYa-kun，GUOZhong-ning，ZHENGWen-shu，LIUXiang-fa(CollegeofElectromeehanicalEngineering，GuangdongUniversityofTechnology，GuangdongGuangzhou510006，China)Abstract：Forthemanufacturingofmicrofluidicmoldtoachievemossproductionofmicrofluidicchips，three-a

4、cid—basedetchantwasusedtoetchpatternmaskedP20diestee1．Theshapeandsizeoftheetchedmicro—channelwereobserved．Thechangeruleswithprocessingtimeofetchingdepth，thechannelwidth，etchingfactorandsurfaceroughnesswereanalyzed．Theresultsshowedthatthelongertheprocessi

5、ngtime，thebetterverticalthemicro-channelsidewall，andthegreatertheetchingfactor．theD，ethesuqCaceroughness．BecauseofthereactionproductadheringtothesuoCace，especiallyonthesidewall，lateraletchingrateWOSlowerthantheetchingrateinthedepthdirection．Theetchingrea

6、ctiongeneratedheat，SOthetemperatureofworkpiecesu~Caceraised，theetchingspeed，andthentheslt~facequalitywasaffected．KeyWords：ChemicalEtching；MicrofluidicChip；MoldManufacturing；Microchannel；Microstructure1引言的方法制备聚合物微流控芯片l删。这些方法都要预先制备所需微流控芯片的模具，故微流控芯片模具的制造方法和

7、工艺至关重微流控芯片是一种由微通道形成网络，集成了生物检测和要。化学分析领域中各种基本操作单元实现采样、分离、反应、检测、湿法化学蚀刻是利用被加工材料在特定腐蚀溶液中发生化筛选、细胞培养等功能，并结合一定的外部设备快速自动完成化学反应生成可溶物的原理去除加工区材料的，由于具有一定图案防学分析或生物分析全过程的微型实验室分析平台【ll。微流控芯片蚀剂层的保护作用，形成具有相似图案的凹凸结构或镂空效果[71。在疾病诊断、药物发现、分析化学、环境检测、石油三次开采等方化学刻蚀法具有操作简单、无切削应力、加工成

8、本低、加工效率高面具有广泛应用前景和巨大的市场需求。等优点，广泛应用于PCB板、模具花纹和图案、表面织构、微机械如何实现微流控芯片的低成本、快速、大批量生产，是推进和传感器等目的制造。故研究化学蚀刻法制备微流控芯片模具。微流控芯片设计、制造及应用产业化的关键。聚合物材料由于具有成本低、选择范围广、可大批量加工、性能良好、易于加工和生2实验材料及方法物相容性好等优点目，所以较多采用模具利用热压、微注塑、模塑实验工件材料选用P20模具钢，其组织