聚合物微流控芯片脫模過(guò)程研究.pdf

1、PMMA微流控芯片微通道采用熱壓成形法制作。熱壓成形法是制作聚合物微流控芯片的重要方法之一，可將其分成熱壓充模、保壓和冷卻脫模三個(gè)階段，其中冷卻脫模過(guò)程中的模具和聚合物接觸界面間的粘附會(huì)導(dǎo)致熱壓基片的微結(jié)構(gòu)損壞，對(duì)制作質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。由于熱壓金屬模具與PMMA的膨脹系數(shù)不同(下稱熱不匹配)，會(huì)導(dǎo)致降溫脫模時(shí)芯片內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，造成芯片翹曲變形。本章研究熱殘余應(yīng)力，并重點(diǎn)研究熱壓的過(guò)程參數(shù)：溫度、時(shí)間、壓力等對(duì)于芯片的殘余應(yīng)力的影響，

2、以及在基片整體變形較小的情況下基片內(nèi)部的應(yīng)力變化趨勢(shì)，并用有限元仿真進(jìn)行了理論研究和仿真分析。 在熱壓成形實(shí)驗(yàn)方面的工作主要有： 通過(guò)PMMA聚合物熱壓實(shí)驗(yàn)，研究了熱壓過(guò)程參數(shù)：溫度、時(shí)間、壓力對(duì)熱壓成形后基片翹曲變形的影響，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)的方法分析確定了優(yōu)化的過(guò)程參數(shù)，利用優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)參數(shù)重新安排熱壓實(shí)驗(yàn)，通過(guò)熱壓裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集到基片在熱壓過(guò)程中的變形隨時(shí)間的變化，基于粘彈性理論來(lái)分析應(yīng)力曲線得到脫模過(guò)程中得到基片

3、的應(yīng)變隨時(shí)間的變化。 在理論和仿真方面的工作有： 由上述實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)通過(guò)擬合等數(shù)據(jù)處理找到基片應(yīng)變隨時(shí)間的變化情況，并且依據(jù)聚合物熱粘彈性理論中的積分型粘彈性模型求出基片在冷卻過(guò)程中應(yīng)力σ隨時(shí)間的變化規(guī)律σ(t)。 利用板殼力學(xué)中薄板在小撓度下應(yīng)力計(jì)算的原理研究了基片熱壓后的殘余應(yīng)力。 在有限元分析思想的指導(dǎo)下，建立微溝道的有限元模型，利用ANSYS軟件進(jìn)行芯片熱變形和應(yīng)力變化的仿真。 在計(jì)算