专利名称：一种非硅mems微通道组的制作方法
技术领域：
本发明属于一种微电子机械系统(MEMS)制作技术领域，涉及一种适用于小批量生产的非硅微通道的低成本灵活制备方法，即用准分子激光直写技术制作出胶层模板复制出反向金属模板，用反向金属模板批量注塑高聚物微通道的制作方法；该方法适用于周期短、样式多和批量小的聚合物微通道基片产业化生产，应用在环境污染物检测、生物化学分析和临床检验领域中一次性芯片的批量生产。
背景技术：
微通道制作是MEMS微流控系统中不可或缺的一个环节。随着MEMS技术的发展和在医学、生物等领域应用的不断深化，应用于传感器和生物芯片领域的微流控系统的研制得到了越来越多的关注。其中微通道的制作工艺也是近年来比较活跃的研究领域，目前 制作方法主要包括基于激光或其他高能粒子束加工技术的直写法和基于模具的模塑法。这两种方法都有各自的优缺点激光或其他高能粒子束直写法前期准备工作较少，具有高柔性，适合实验室研发阶段，但由于激光器和高能粒子束设备价格较高，且工作路径单一，无法实现大规模批量生产，而且加工质量较差(尺寸精度较低、底面较粗糙)，对微流体的运动有很大的影响；模塑法可以实现较大批量生产，但其前期进行复杂的光刻，即使用成本较低的紫外光刻工艺进行微模具加工，对仪器的要求较高，前期制作费用仍然较高，时间也较长。所以目前，处于微米量级宽度的微通道组，迫切的需要降低表面粗糙度来提高微通道中流体的流速，同时提高批量化生产的灵活性和周期性。
发明内容
本发明的目的是提供了一种微通道表面粗糙度低，且批量生产周期短、生产成本低和设计制作灵活性强的非硅MEMS微通道的制作方法。本发明采用如下技术方案一种非硅MEMS微通道组的制作方法，包括以下步骤第一步，用涂胶机在圆形玻璃基片上均匀甩涂光刻胶，制得均匀胶层玻璃基板。第二步，用准分子激光直写法在第一步所得均匀涂胶的玻璃基片刻蚀微通道结构，得到胶层模板。第三步，对刻蚀后的胶层微流控芯片原型进行溅镀，溅镀上一层I 3μπι的导电Ni层，然后在电铸液中电铸一层O. 5 O. 6mm Ni层,得到微流控芯片反向金属模板。第四步，使用第三步制得的反向金属模具作母板采用透明高聚物料注塑成型法，复制出具有与所述胶层模板相同的高聚物料凹微通道组。本技术方案中，所述为准分子激光直写工艺与注塑工艺相结合方法。第一步中所述均勻胶层的制作方法为在勻胶台转速为IOOOrpm使胶层厚度控制在20 70 μ m。第二步中所述胶层微通道模板的制作方法为在通过单脉冲刻蚀玻璃基片实验确定玻璃基片的准分子激光刻蚀阈值后，在玻璃与胶层的准分子激光刻蚀阈值之间，选择脉冲激光能量密度为4. 94 6. 90J/cm2，工作台移动速度为5 17mm/min的条件下，运用准分子激光直写法进行微通道形貌刻蚀。第三步所述反向金属模板的制作方法为对刻蚀后的胶层微通道模板进行溅镀，溅镀上一层薄的导电Ni层，然后在电铸液成分为氨基磺酸镍、硼酸和氯化镍(80:6:3)，电流为44. 5Ah、电压为20v、温度为51. 5°C的工作环境下电铸一层厚Ni层，得到微流控芯片反向金属模具。第四步所述高聚物微通道基片的制作方法为以金属模具作为母板在锁模压力为280KN ;冷却时间为2. 35s进行透明高聚物注塑成型，批量复制微通道基片。本发明获得如下效果I.本发明充分利用准分子激光直写方法和注塑方法的优点，有机的结合成一种新的工艺方法，首先在玻璃基片上均匀甩涂光刻胶(准分子在光刻胶上刻蚀质量较高)，然后利用两种材料的准分子激光刻蚀阈值差异采用准分子激光直写技术灵活的玻璃基胶层上刻蚀微通道组(因为准分子激光无法刻蚀到玻璃，所以胶层微通道的底面为光滑的玻璃表面，保证了微通道的底面粗糙度较小)，再通过溅镀和电铸的方法得到反向金属模板，最后 采用注塑的方法复制出与胶层微通道模板相同凹形微通道结构。在此过程中良好的转移了微通道底面粗糙度，使得注塑的得到的微通道底面粗糙度较低。2.本发明利用准分子激光直写技术制作胶层微通道模板，在保证微通道底面光洁度的同时，比普通光刻省去了复杂模板的制作过程，既节省了时间，又降低了成本。3.本发明利用注塑方法进行高聚物微通道复制，比其他高能束直写微通道法保证了微通道底面光洁度的同时，增加了批量生产和同形复制能力。
图I为本发明涂胶层玻璃基片示意2为本发明胶层微通道模板的制作示意3为本发明反向金属模板的制作示意4为本发明的反向金属模板的结构示意5为本发明的高聚物微通道基片的制作示意6为本发明的高聚物微通道基片的结构示意中，I、涂均匀胶层玻璃基片，11、均匀胶层，2、准分子激光光束，4、反向金属模板，6、高聚物微通道基片
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对于本发明做进一步的说明一种非硅MEMS微通道组的制作方法，包括以下步骤第一步，如图I所示，在玻璃基片上均勻甩涂Kayakud bd_r 864胶,选用AMS系列光盘盘基玻璃作为玻璃基板，外径Φ160. 0±0. 025mm，厚度为1.60±0. 100mm，用SC-IB型匀胶机在玻璃基板上均匀涂胶，在匀胶台为IOOOrpm的转速条件下能够制作出厚为40±5 μ m的均匀胶层，在匀胶机运转顺畅后，在距离基片中心直径为Φ30. O Φ 100. Omm圆环范围内胶层较均匀，膜厚可达到40±1 μ m。第二步，如图2所示，采用的激光器为准分子激光器(LPX305iF，Lambda PhysikLasertechnik)单脉冲最大能量IlOOmJ,脉宽30ns ;能量通过工作电压来调节，工作电压17 23kV ;最高脉冲重复频率50Hz。在此准分子激光器组成的掩模投影加工系统上，在脉冲激光能量密度为4. 94 6. 90J/cm2，工作台移动速度为5 17mm/min的条件下，刻蚀玻璃基胶层，形成胶层微通道结构。第三步，如图3、图4所示，对刻蚀后的胶层微流控芯片原型进行溅镀，溅镀上一层I 3μηι的导电Ni层,然后在电铸液中电铸一层O. 5 O. 6mm Ni层,得到微流控芯片反向金属模具。其中，电铸液成分氨基磺酸镍、硼酸和氯化镍(80:6:3)，电铸在电流为44. 5Ah、电压为20v、温度为51. 5°C的工作环境下进行。 第四步，如图5，图6所示，在锁模压力为280KN ;冷却时间为2. 35s ;PC料温度为300°C的工作条件下，以金属模具作为母板进行透明PC料注塑成型，批量生产微流控芯片。
权利要求
1.一种非硅MEMS微通道的制作方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步，用涂胶机在圆形玻璃基片上均匀甩涂光刻胶，制得均匀胶层玻璃基板； 第二步，用准分子激光直写法在第一步所得的均匀胶层玻璃基板上刻蚀微通道结构，得到胶层模板； 第三步，对刻蚀后的胶层微流控芯片原型即胶层模板进行溅镀，溅镀上一层I 3μπι的导电Ni层，然后在电铸液中电铸一层O. 5 O. 6mmNi层，将胶层去除后得到微通道反向金属模板； 第四步，使用第三步制得的微通道反向金属模板作母板采用透明高聚物料注塑成型法，复制出具有与第二步所述胶层模板相同的高聚物料凹微通道组。
2.如权利要求I所述的非硅MEMS微通道的制作方法，其特征在于，所述的第一步骤制得的均匀胶层玻璃基板的胶层厚度为20 70 μ m。
3.如权利要求I所述的非硅MEMS微通道的制作方法，其特征在于，第二步骤所用准分子激光能量密度选择在光刻胶与玻璃的激光刻蚀阈值之间。
4.如权利要求I所述的非硅MEMS微通道的制作方法，其特征在于，第二步骤制得的凹微通道结构只制作在胶层上。
5.如权利要求I所述的非硅MEMS微通道的制作方法，其特征在于，第三步骤制得的带有凸微通道形貌的反向金属模板为在刻蚀制得的胶层模板经溅镀薄导电Ni层后再电铸厚Ni层得到的反向镍金属模板。
6.如权利要求I所述的非硅MEMS微通道的制作方法，其特征在于，所述的第四步骤制得的高聚物料微通道基片为带有凹微通道组的高聚物料基片，材料为聚碳酸酯PC或聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或聚苯乙烯PS ;所述高聚物料微通道基片的凹微通道结构与所述胶层模板上得凹微通道结构相同。
全文摘要
一种非硅MEMS微通道组的制作方法，涉及电子器件生产技术领域。本发明首先用用涂胶机在圆形玻璃基片上均匀甩涂光刻胶，制得均匀胶层玻璃基板；再用准分子激光直写法在第一步所得均匀涂胶的玻璃基片刻蚀微通道结构，得到胶层模板；再对刻蚀后的胶层微流控芯片原型进行溅镀，溅镀上一层1～3μm的导电Ni层，然后在电铸液中电铸一层0.5～0.6mm Ni层，得到微流控芯片反向金属模板；最后使用第三步制得的反向金属模具作母板采用透明高聚物料注塑成型法，复制出具有与所述胶层模板相同的高聚物料凹微通道组。本方法适用于周期短、样式多和批量小的聚合物微通道基片产业化生产，应用在环境污染物检测、生物化学分析和临床检验领域中一次性芯片的批量生产。
文档编号B81C1/00GK102910574SQ20121043076
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者陈涛, 申雪飞 申请人:北京工业大学