微流控芯片金屬模具電鑄成型技術(shù)研究.pdf

1、微流控芯片可應(yīng)用于微檢測(cè)、藥物輸送（微型泵，微針）、工業(yè)和環(huán)境分析裝置、制藥和生命科學(xué)研究、食品檢測(cè)、新材料制備，市場(chǎng)需求潛力巨大。作為微流控技術(shù)的重要載體，微流控芯片是在幾平方厘米的芯片上構(gòu)建化學(xué)或生物實(shí)驗(yàn)室，具有費(fèi)用低、效率高、便攜性好、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。但目前微流控芯片的產(chǎn)業(yè)化成本相對(duì)較高，基于熱壓成型、注塑成型的模具成型工藝是解決微流控芯片大批量制造難題的重要方法，而制造加工出含有大規(guī)模微結(jié)構(gòu)的精密微流控芯片模具是該技術(shù)的關(guān)鍵所在

2、，電鑄作為一種低成本的大面積微結(jié)構(gòu)制造技術(shù)，可用于微流控芯片金屬模具的制備。
　　結(jié)合微流控芯片金屬模具加工工藝要求，制定了照相制版技術(shù)、化學(xué)蝕刻技術(shù)和電鑄技術(shù)相結(jié)合的工藝方法。通過(guò)對(duì)被加工件進(jìn)行光刻處理來(lái)制作掩膜，然后進(jìn)行化學(xué)蝕刻和電鑄成型來(lái)加工微流控芯片金屬模具?；瘜W(xué)蝕刻采用噴淋蝕刻機(jī)床，電鑄實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過(guò)PID控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確控制，陰極工裝夾具設(shè)計(jì)了軌跡式運(yùn)動(dòng)，提高電鑄鑄層的均勻性。
　　圍繞電鑄工藝，研究了電

3、鑄陰極平動(dòng)、陰極電流密度、掩膜厚度、二次輔助陰極等方面對(duì)微流控芯片金屬模具電鑄成型微結(jié)構(gòu)側(cè)壁陡直度和鑄層均勻性的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的含有外加電勢(shì)二次輔助陰極的三電極電鑄體系可以提高鑄層的均勻性。針對(duì)電鑄工藝因素較為復(fù)雜的問(wèn)題，以鑄前蝕刻深度、溫度、掩膜厚度和陰極電流密度為重點(diǎn)工藝因素，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，得到優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)工藝方案。
　　研究對(duì)比了化學(xué)微蝕刻法和微細(xì)電鑄法制備微流控芯片金屬模具。化學(xué)微蝕刻法制備的模具微結(jié)構(gòu)側(cè)壁呈不規(guī)則弧形、尺寸

4、均勻性相對(duì)較差，表面粗糙度較大(Ra3.58μm)。而微細(xì)電鑄法制備的模具微結(jié)構(gòu)的側(cè)壁呈規(guī)則的梯形、尺寸均勻性好、表面粗糙度較低(Ra0.65μm)。綜合比較，微細(xì)電鑄法制備的微流控芯片金屬模具在微結(jié)構(gòu)的側(cè)壁陡度、尺寸均勻性和粗糙度方面比化學(xué)微蝕刻好。
　　采用控制電鑄過(guò)程電源脈沖頻率、脈沖波形的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行微流控芯片模具流道表面微納結(jié)構(gòu)制備的初步工藝研究，較高的頻率和一定的脈沖波形可以制備得到具有一定尺寸表面微納結(jié)構(gòu)的芯片微流