聚合物微流控芯片超聲波鍵合方法研究.pdf

1、鍵合是制造微流控芯片的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，基片上的微結(jié)構(gòu)只有通過鍵合才能形成封閉的微通道網(wǎng)絡(luò)，鍵合在很大程度上決定了芯片的制作質(zhì)量。將聚合物超聲波焊接技術(shù)引入到聚合物微流控芯片的鍵合能大大提高微流控芯片的鍵合效率，超聲波的局部加熱使得微結(jié)構(gòu)以及芯片整體鍵合前后變形很小，此外該方法還具有不需要中間介質(zhì)、鍵合強(qiáng)度高、生物兼容性好等優(yōu)點。但是目前采用超聲波鍵合聚合物微器件尚停留在小面積封接微閥、連接導(dǎo)管等應(yīng)用上，微流控芯片整體鍵合尚無報道。此外，將

2、傳統(tǒng)的聚合物超聲波焊接運(yùn)用于關(guān)鍵尺寸在微米量級的微流控芯片的鍵合時，鍵合精度難以滿足要求。因此本文基于聚合物在超聲波作用下的分段產(chǎn)熱機(jī)理，提出鍵合過程非熔融控制方法，實現(xiàn)高精度的聚合物微流控芯片非熔融整體鍵合。
　　 首先，本文從聚合物微流控芯片超聲波鍵合相關(guān)理論和實驗研究出發(fā)，提出一種聚合物微流控芯片超聲波微熔融鍵合方法，設(shè)計了適用于該方法的面接觸導(dǎo)能筋結(jié)構(gòu)，以延緩熔體產(chǎn)生速率，通過對聚合物超聲波鍵合過程進(jìn)行分階控制，實現(xiàn)微熔

3、融鍵合目的，避免熔融物堵塞微通道。超聲波微熔融鍵合方法采用振幅較高，輸入到焊接區(qū)域的能量較大，局部容易因過熱出現(xiàn)氣泡等質(zhì)量問題，因此提出基于局部溶解性激活和熱輔助兩種聚合物微流控芯片超聲波非熔融鍵合方法?；诰植咳芙庑约せ畹某暡ㄦI合方法是利用超聲波局部產(chǎn)熱原理和溶劑的溫變?nèi)芙馓匦詠韺崿F(xiàn)對微流控芯片的封接，導(dǎo)能筋在焊接過程中起到能量引導(dǎo)和集中作用，因此導(dǎo)能筋存在的部位將是鍵合過程熱源產(chǎn)生的部位，通過對導(dǎo)能筋的設(shè)計達(dá)到使熱量產(chǎn)生在需要鍵合

4、的部位的目的。所用溶劑在常溫下對芯片基體材料不產(chǎn)生溶解作用，而在低于材料玻璃轉(zhuǎn)化溫度的某溫度段對基體材料產(chǎn)生溶解，這樣才會隨著超聲作用下鍵合界面溫度的升高，溶劑對材料的溶解性被激活來實現(xiàn)芯片的有效鍵合。熱輔助超聲波鍵合方法是利用材料在玻璃轉(zhuǎn)化溫度附近鍵合界面分子的擴(kuò)散作用，在壓力作用下界面分子運(yùn)動并相互纏結(jié)達(dá)到使界面聯(lián)接的目的。鍵合前通過熱板加熱聚合物材料到玻璃點轉(zhuǎn)化溫度Tg以下的某溫度值，并在外部壓力的作用下使得聯(lián)接表面緊密接觸，然后