聚合物微流控芯片模內(nèi)鍵合溫度控制與鍵合工藝研究.pdf

1、近年來(lái)，微流控芯片憑借快速、高效、低耗等特點(diǎn)，在化學(xué)與生物分析領(lǐng)域內(nèi)，獲得了越來(lái)越多的關(guān)注。聚合物材料具有成本低、易于大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了石英、玻璃等早期芯片材料的不足，同時(shí)聚合物以其良好的電化學(xué)性質(zhì)和生物兼容性成為微流控芯片最理想的制備材料。當(dāng)前聚合物微流控芯片的成型與鍵合相互分離，芯片制作周期長(zhǎng)，效率低。本文旨在實(shí)現(xiàn)聚合物芯片低成本、批量化制造，引入芯片模內(nèi)鍵合技術(shù)，圍繞模內(nèi)鍵合加熱系統(tǒng)與模內(nèi)鍵合工藝參數(shù)對(duì)芯片鍵合質(zhì)量的影響進(jìn)行

2、研究。
　　 本文根據(jù)聚合物分子擴(kuò)散理論和吸附理論，描述芯片鍵合過(guò)程，從芯片表面張力和鍵合能的角度探明了熱鍵合發(fā)生的原因，并對(duì)現(xiàn)有芯片鍵合工藝進(jìn)行分析，在理論上證明聚合物芯片模內(nèi)鍵合的可行性。并對(duì)微流控芯片表面微觀質(zhì)量、微通道變形、鍵合強(qiáng)度以及影響上述鍵合質(zhì)量的因素進(jìn)行研究，確定芯片鍵合質(zhì)量評(píng)價(jià)方法；
　　 采用有限元的方法對(duì)微流控芯片熱鍵合過(guò)程中主要鍵合參數(shù)對(duì)微通道變形的影響進(jìn)行數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明：鍵合后微通道高度

3、方向上的變形較大，在寬度方向上變形不明顯，可忽略不計(jì)。微通道高度改變量隨鍵合溫度和鍵合壓力的升高而增大，鍵合溫度對(duì)高度改變量存在較大影響，當(dāng)鍵合溫度高于材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，微通道變形較為嚴(yán)重，綜合考慮鍵合效率與微通道變形。
　　 分析模內(nèi)鍵合加熱需求，選取遠(yuǎn)紅外陶瓷加熱器對(duì)芯片鍵合表面進(jìn)行加熱，設(shè)計(jì)開發(fā)模內(nèi)鍵合加熱及采用PID算法的溫度控制系統(tǒng)，完成PID參數(shù)整定，使加熱器穩(wěn)定工作在設(shè)定溫度值附近。進(jìn)行鍵合面加熱實(shí)驗(yàn)，得出各加