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种新型微流控芯片金属热压模具的制作工艺研究——罗怡王晓东刘冲等 种新型微流控芯片金属热压模具的制作工艺研究 罗怡王晓东刘冲王立鼎 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,大连,116024 摘要:研究了利用UV一LIGA技术制造PMMA微流控芯片金属热压模具。采用预机械 拋光的Ni板作为电铸基底,光刻SU一82050后形成电铸型模,然后电铸N微通道,去胶后 电铸基底与微通道结合形成芯片热压模具。此方法有效地解决了传统UV-LIGA方法中的 倒拔模斜度的问题。制作的微流控芯片模具微通道的宽度和高度尺寸偏差分别为1.7%和 2.8%,满足微流控芯片的应用要求 关键词:UV一LIGA;光刻;电铸;拔模斜度 中图分类号:TN305.7;TQ153 文章编号:1004-132X(2005)17-1505-03 A New Method to Fabricate Metal Hot Embossing Mould for Microfluidic Chip Luo Yi wang xiao Liu Chong Wang liding Key laboratory for Precision and Non-traditional Machining Technology of Ministry of education Dalian University of Technology, Dalian, 116024 Abstract: Using UV-LIGA technique to fabricate hot embossing mould of PMMA microfluidic e- polished Ni plate was used as electroforming substrate, patterned SU-8 2050 as mold to electroforming Ni, after electroforming, remove the SU-8, pre- polished Ni plate and electroformed Ni microchannel integrated as the metal hot embossing mould for PMMA. This method solves the problem of negative demoulding taper occured in traditional UV-LIGA. width and ht dev hannel are 1.7% and 2. 8% crofluidic chip analysis Key words: UV-LIGA; photolithography electroforming; demoulding taper 0引言 产生的软X一射线光刻结合微电铸相比,U 微流控芯片技术是从20世纪90年代初发展LIGA技术大大降低了加工成本,被誉为“穷人的 起来的。 Harrison等1利用以湿法刻蚀为主的LIGA”6。近年来,随着SU-8光刻胶的研制成 加工技术将传统的毛细管移植到玻璃基底的芯片功以及商品化,极大推动了UV-LGA技术的 上,与常规的毛细管电泳相比,该技术具有散热性发展,使得该技术能够实现大深宽比结构的制作 能好、分离速度快、分离效果好等优点。高聚物微成为MEMS微制作技术发展的一个热点方向 流控芯片制作成本低,易于成形制作,已逐步成为另外,UV-LIGA技术也可以广泛应用于金属微 微流控芯片的主选材料2]。微流控芯片的微通道齿轮微阀和微泵等活动微部件的制作,有广泛的 制作通常需要模具,以便热压成形(PMMA)或浇应用前景 注成形(PDMS),因此高性能的模具在芯片制作 本文研究了一种新型的利用UV-LIGA技 过程中起到至关重要的作用。金属模具使用寿命术制作微流控芯片金属模具的方法。与普通的 长、沟道表面质量好,是此类芯片模具的首选 U-LlGA方法不同,本方法采用了预机械抛光 微流控芯片金属模具的制作方法通常有金属的N板作为电铸基底,光刻SU-82050后形成 腐蚀法、LIGA技术和UV-LIGA技术1电铸型模,然后微电铸N微通道,电铸后利用剥 等,其中UV-LIGA采用近紫外光刻厚胶得到离技术脱SU-8胶模,最后得到金属N的微流 电铸型模,然后微电铸得到金属结构。该方法的控芯片模具 加工厚度可以从数十微米至数百微米,且与C工1UV一LIGA工艺流程 艺的兼容性好。与LIGA工艺中的同步辐射光源 微流控芯片的结构见图1a,光刻掩模(信息 收稿日期:2004-11-02 产业部电子第47研究所制作)见图1b 基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项 利用UV—LIGA工艺制作微流控芯片金属 (2004AA404260);辽宁省博士启动基金资助项目(20041073) 热压模具的工艺流程如图2所示。图2a是传统 万方数据一种新型微流控芯片金属热压模具的制作工艺研究——罗 怡 王晓东 刘 冲等 一种新型微流控芯片金属热压模具的制作工艺研究 罗 怡 王晓东 刘 冲 王立鼎 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室,大连,116024 摘要:研究了利用UV—LIGA技术制造PMMA微流控芯片金属热压模具。采用预机械 抛光的Ni板作为电铸基底,光刻SU一8 2050后形成电铸型模,然后电铸Ni微通道,去胶后 电铸基底与微通道结合形成芯片热压模具。此方法有效地解决了传统UV—LIGA方法中的 倒拔模斜度的问题。制作的微流控芯片模具微通道的宽度和高度尺寸偏差分别为1.7%和 2.8%,满足微流控芯片的应用要求。 关键词:UV—LIGA;光刻;电铸;拔模斜度 中图分类号:TN305.7;TQl53 文章编号:1004—132X(2005)17—1505—03 A New Method to Fabricate Metal Hot Embossing Mould for Microfluidic Chip Luo Yi Wang Xiaodong Liu Chong Wang Liding Key Laboratory for Precision and Non—traditional Machining Technology of Ministry of Education, Dalian University of Technology,Dalian,116024 Abstract:Using UV—LIGA technique to fabricate hot embossing mould of PMMA microfluidic chip was presented.Pre—polished Ni plate was used as electroforming substrate,patterned SU一8 2050 as mold to electroforming Ni,after electroforming,remove the SU一8,pre—polished Ni plate and electroformed Ni microchannel integrated as the metal hot embossing mould for PMMA.This method solves the problem of negative demoulding taper occured in traditional UV—LIGA.Width and height deviations of microchannel are 1.7%and 2.8%respectively.This can satisfy the needs of mi— crofluidic chip analysis. Key words:UV—LIGA;photolithography;electroforming;demoulding taper 0 引言 微流控芯片技术是从20世纪90年代初发展 起来的。Harrison等[13利用以湿法刻蚀为主的 加工技术将传统的毛细管移植到玻璃基底的芯片 上,与常规的毛细管电泳相比,该技术具有散热性 能好、分离速度快、分离效果好等优点。高聚物微 流控芯片制作成本低,易于成形制作,已逐步成为 微流控芯片的主选材料[2]。微流控芯片的微通道 制作通常需要模具,以便热压成形(PMMA)或浇 注成形(PDMS),因此高性能的模具在芯片制作 过程中起到至关重要的作用。金属模具使用寿命 长、沟道表面质量好,是此类芯片模具的首选。 微流控芯片金属模具的制作方法通常有金属 腐蚀法[3]、LIGA技术[4]和UV—LIGA技术[5] 等,其中UV~LIGA采用近紫外光刻厚胶得到 电铸型模,然后微电铸得到金属结构。该方法的 加工厚度可以从数十微米至数百微米,且与IC工 艺的兼容性好。与LIGA工艺中的同步辐射光源 收稿日期:2004—11—02 基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目 (2004AA404260);辽宁省博士启动基金资助项目(20041073) 产生的软X一射线光刻结合微电铸相比,UV— LIGA技术大大降低了加工成本,被誉为“穷人的 LIGA”[6]。近年来,随着SU一8光刻胶的研制成 功以及商品化,极大推动了UV—LIGA技术的 发展,使得该技术能够实现大深宽比结构的制作, 成为MEMS微制作技术发展的一个热点方向。 另外,UV—LIGA技术也可以广泛应用于金属微 齿轮、微阀和微泵等活动微部件的制作,有广泛的 应用前景。 本文研究了一种新型的利用UV—LIGA技 术制作微流控芯片金属模具的方法。与普通的 UV—LIGA方法不同,本方法采用了预机械抛光 的Ni板作为电铸基底,光刻SU一8 2050后形成 电铸型模,然后微电铸Ni微通道,电铸后利用剥 离技术脱SU一8胶模,最后得到金属Ni的微流 控芯片模具。 1 UV—LIGA工艺流程 微流控芯片的结构见图la,光刻掩模(信息 产业部电子第47研究所制作)见图1b。 利用UV—LIGA工艺制作微流控芯片金属 热压模具的工艺流程如图2所示。图2a是传统 ·1 505· 万方数据
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