文档介绍：摘要
微流控芯片在生命科学、医学、化学、新药开发、食品和环境卫生监测等
领域应用前景广阔,聚合物微流控芯片具有加工简单,低成本,易于批量生产等
优点成为了研究热点,当前聚合物微流控芯片的成型工艺和键合工艺完全分开,
自动化程度低,芯片制作周期长;本文对微流控芯片的模内键合技术展开研究,
将为聚合物微流控芯片的注射成型和模内键合提供积累经验,为微流控芯片的批
量、快速生产研究打下基础。
首先,在聚合物粘合基础理论上从芯片键合力、表面张力和键合能出发,
详细地分析了芯片的键合过程,在分析基础上提出微流控芯片的模内压缩键合方
法,并对可行性进行了分析;研究了芯片键合应力、芯片表面质量、微通道变形
和键合强度的产生原因及检测方法,研究表明基片和盖片的平面度对芯片键合应
力和芯片表面微观质量影响较大,芯片表面洁净度主要影响到芯片表面微观质
量,键合工艺参数影响微通道变形和键合强度。
其次,设计对比了微流控芯片模内键合实验方案,并采用有限元法对
厚基片内宽高的微通道变形进行了仿真研究,结果表明:键合
后微通道不能保持键合前的截面形状和尺寸精度,微通道的截面面积变小,其尺
寸变化主要来于基片微通道尺寸向上凸起变形和盖片向下凸起两个方面,而微通
道宽度尺寸基本保持不变;随着温度和压缩厚度增加,通道变形量增加,压缩厚
度影响程度大于温度,微通道的变形随着盖片厚度的增加而减小,但减小变化不
明显。
再次,设计了一套芯片模内键合实验模具,实验研究了竦母瞧突
片的芯片模内键合,对芯片键合面微观质量和通道变形进行了检测,实验结果表
明,键合后芯片内部具有封闭微通道,证明可以模内压缩来键合芯片;微通道变
形主要发生在高度方向,在宽度方向变形很小,微通道变形随着压缩厚度、温度
和时间增加呈增大趋势,但影响程度不同,压缩厚度对芯片内微通道变形影响最
大,要明显大于键合温度和键合时间的影响,与仿真结果得出的影响规律相同;
键合面非键合缺陷随着键合工艺参数的升高而得到改善,压缩厚度和温度影响较
大,时⑷認影响不明显。
关键词微流控芯片,,模内键合,键合机理,微通道变形;
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硕±学位论文第一章结论
第一章绪论
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微流控芯片殖莆⒘骺匦酒笛槭畂甤,是把
化学和生物等领域中所涉及的样品制备、进样、反应、分离、检测集于一体,以
取代常规化学或生物实验室各种功能的一种技术平台,具有高效性、微型化、集
约化、自动化等特点晃⒘骺匦酒笛槭业幕咎卣骱妥畲笥攀剖墙ǘ嘀值ピ
技术在整体可控的微小平台上灵活组合,规模集成,在治觥⒒虮泶锓
析、疾病诊断、药物筛选、免疫学测定等系统生物学方面有着广泛的应用前景吐
微流控芯片产品如图所示。
图甹常见微流控芯
微流控芯片具有体⒊杀镜汀⒈阌谛⒒肪澄廴拘⒎治龉套远
化、分析速度快、分析所需样品少等优点,
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硕士学位论文第一章绪论
如今微流控芯片实验室已被列为世纪最为重要的前沿技术之一,在年
月福布斯又驹诩湍钇浯纯苣甑囊黄谔乜狭谐龅挠跋烊死
件最为重要的发明,微流控芯片名列其中,有数据表明年微流控芯片全
世界市场总值约为亿美元,市场调查公司预测到年,
微流控芯片总值将达到亿美元。
目前微流控芯片制作的材料主要有硅片、石英、玻璃、聚合物材料,石英
和玻璃微流控芯片目前制作技术已经很成熟,而高分子聚合物芯片因材料品种
多、加工成型方便,原料价格低、光学性能好等特点,已经非常适合于大批量制
作,且成本很低,已经成为当前的研究热点【。
聚合物微流控芯片制作技术发展现状
微流控芯片内部具有尺寸微小且复杂的微通道,已不能采用普通的加工方
法在芯片内部加工出微通道,目前制作微流控芯片的方法是先制作出基片和盖
片,然后在基片和盖片内制作出所需的微通道,最后加温、加压将基片和盖片粘
结霞际,基片与盖片则组成具有封闭微通道的芯片;键合后要求微通道
变形小,不堵塞以及较好的表面质量,这样芯片才有实际的应用,也要保证芯片
具有一定的键合强度用来满足分析的需要;当前制作一块芯片主要分成