基于电化学刻蚀与微电铸工艺的微流控芯片模具制作.PDFVIP

专 稿 FEATURE 基于电化学刻蚀与微电铸工艺的 微流控芯片模具制作* 1,2 2 2 2 杜立群 ，李庆峰 ，李爰琪 ，赵文君 （1. 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，大连 116024； 2. 大连理工大学辽宁省微纳米及系统重点实验室，大连 116024） [摘要] 为解决微流控芯片模具在微电铸工艺中铸层与基底结合力差的问题，在光刻工艺的基础上，采用掩膜电化 学刻蚀和微电铸相结合的方法，制作出了结合力较好的镍基双十字微流控芯片模具。针对掩膜电化学刻蚀的工艺 参数进行了试验研究，选定了制作微流控芯片模具的最佳工艺参数，解决了酸洗引起胶膜脱落失效、刻蚀引起侧蚀等 问题。使用剪切强度表征界面结合强度，运用剪切法测量了微电铸层与基底的剪切强度，定量分析了酸洗工艺和刻 蚀工艺的参数对界面结合强度的影响。试验结果表明，酸洗 20s 后电铸层与基底的剪切强度相对于直接电铸提高了 98.5% ，刻蚀 5min 后剪切强度提高了 203.6%。刻蚀 5min 后的剪切强度相对于酸洗 20s 后电铸的剪切强度提高了 53.0%。本文提出的方法能够有效提高铸层与基底的界面结合强度，延长微流控芯片模具的使用寿命。 关键词：结合力；电化学刻蚀；微流控芯片模具；微电铸 DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2017.17.016 自 20 世 纪 90 年 代 以 来，微 流 的问题，国内外专家学者开展了相 控芯片因其在 DNA 分析 [1] 、疾病诊 关研究。Kim 等 [6] 采用 1 ∶ 200 的 断 [2] 、分子筛选和免疫学测定等方面 NH OH 溶液对镍基底进行预处理， 4 的广阔应用前景而得到了迅猛的发 并对处理后电铸层的组织形貌进行 展 [3] 。微流控芯片模具作为芯片制 研究，得出了通过基底预处理提高铸 作过程中的核心器件，在微流控芯片 层与基底界面结合强度的方法。朱 产业化过程中起着重要作用。当前 荻提出了基于掩膜电解加工的“置 微流控芯片模具主要由硅材料和金 桩”工艺，即先反向制作桩基然后电 属材料制作而成。硅模具因其韧性 铸，并成功制作出了直径为 300μm 差、易破碎的缺点 [4] ，在微流控芯片 的金属微细阵列电极结构，同时用过 规模化生产中的应用受到了限制。 切量来评价结合强度，过切量越大铸 基于无背板生长工艺的金属微流控 层与基底的结合强度越高，此方法直 芯片模具由于具有精度高、制作相对 接改变了铸层与基底的结合方式，提 杜立群 简单、寿命相对较高的优点，在注塑、 高了结合强度 [7] 。 教授、博士生导师，主要研究方向 压塑等批量生产领域应用越来越广 掩膜电化学刻蚀技术根据金属 为微器件UV-LIGA加工技术、微模具制 [5] 泛 。由于微电铸模具铸层与基底 阳极溶解的原理加工基板，具有电 造、PZT压电薄膜制备与应用、超声波在 微纳加工中的应用等。