聚合物微流控芯片模內(nèi)鍵合微通道變形研究.pdf

1、微流控芯片在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、新藥開發(fā)、食品和環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，聚合物微流控芯片具有加工簡單，低成本，易于批量生產(chǎn)等優(yōu)點成為了研究熱點，當前聚合物微流控芯片的成型工藝和鍵合工藝完全分開，自動化程度低，芯片制作周期長； 本文對微流控芯片的模內(nèi)鍵合技術(shù)展開研究，將為聚合物微流控芯片的注射成型和模內(nèi)鍵合提供積累經(jīng)驗，為微流控芯片的批量、快速生產(chǎn)研究打下基礎(chǔ)。 首先，在聚合物粘合基礎(chǔ)理論上從芯片鍵合力、表面張力

2、和鍵合能出發(fā)，詳細地分析了芯片的鍵合過程，在分析基礎(chǔ)上提出微流控芯片的模內(nèi)壓縮鍵合方法，并對可行性進行了分析；研究了芯片鍵合應(yīng)力、芯片表面質(zhì)量、微通道變形和鍵合強度的產(chǎn)生原因及檢測方法，研究表明基片和蓋片的平面度對芯片鍵合應(yīng)力和芯片表面微觀質(zhì)量影響較大，芯片表面潔凈度主要影響到芯片表面微觀質(zhì)量，鍵合工藝參數(shù)影響微通道變形和鍵合強度。 其次，設(shè)計對比了微流控芯片模內(nèi)鍵合實驗方案，并采用有限元法對1mm厚基片內(nèi)寬0.1mm高0.04

3、mm的微通道變形進行了仿真研究，結(jié)果表明： 鍵合后微通道不能保持鍵合前的截面形狀和尺寸精度，微通道的截面面積變小，其尺寸變化主要來于基片微通道尺寸向上凸起變形和蓋片向下凸起兩個方面，而微通道寬度尺寸基本保持不變； 隨著溫度和壓縮厚度增加，通道變形量增加，壓縮厚度影響程度大于溫度，微通道的變形隨著蓋片厚度的增加而減小，但減小變化不明顯。 再次，設(shè)計了一套芯片模內(nèi)鍵合實驗?zāi)＞?，實驗研究?mm厚的蓋片和基片的芯片模內(nèi)

4、鍵合，對芯片鍵合面微觀質(zhì)量和通道變形進行了檢測，實驗結(jié)果表明，鍵合后芯片內(nèi)部具有封閉微通道，證明可以模內(nèi)壓縮來鍵合芯片； 微通道變形主要發(fā)生在高度方向，在寬度方向變形很小，微通道變形隨著壓縮厚度、溫度和時間增加呈增大趨勢，但影響程度不同，壓縮厚度對芯片內(nèi)微通道變形影響最大，要明顯大于鍵合溫度和鍵合時間的影響，與仿真結(jié)果得出的影響規(guī)律相同； 鍵合面非鍵合缺陷隨著鍵合工藝參數(shù)的升高而得到改善，壓縮厚度和溫度影響較大，時間影響