CN101332972B - 一种微流体系统的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微流体系统，公开一种微流体系统的制作方法。它包括以下步骤：选用光刻胶SU-8，在玻璃晶片上匀胶、烘烤制作微流体系统的基体，采用UV-LIGA厚胶紫外光刻工艺制作微流体系统的腔体；采用美国3M公司的VHB4910薄膜材料作为振膜层，涂敷导电碳膏，形成泵膜和内引线；根据微流体系统的腔体结构尺寸，在有机玻璃上开设与微泵室、进出液口相对应的通孔；采用3M公司的VHB9473薄膜材料做为黏结层，将振膜层对准覆盖在黏结层上，在振膜层和黏结层上开设进出液通孔，然后对准压接上有机玻璃，室温放置结合；最后，安装进出液管，电连接引出内引线，即可。

Description

一种微流体系统的制作方法

技术领域

本发明涉及微流体系统，尤其涉及一种微流体系统的制作方法。

技术背景

基于微加工制造技术的微流体系统是微机电系统(MEMS)的一个重要分支。由于它具有尺寸微小，集成度好，功耗低，控制精度高，响应速度快等特点，且加工、键合工艺与集成电路兼容，容易实现微泵、微阀、微流量传感器等流体器件与控制电路的集成，有利于批量生产，使得这种微型化、集成化的微流体系统在微量化学分析与检测，微量液体或气体配给，打印机喷墨阵列，集成电路芯片的散热与冷却，微型部件的润滑，药物的微量注射，微小卫星的推进等领域有着广阔的应用前景。

目前微流体系统中使用的动力元件一般为振动膜式微泵，但是作为振动膜的许多驱动材料常存在驱动频率低或冲程体积小等缺点而导致流量太小，从而大大限制了微流体系统的开发与应用。

电介质弹性材料(Dielectric Elastomer)是一种新型的电致动的智能材料，该材料在电场作用下可产生大幅变形(甚至大于100％)，且具有机电转换效率高、疲劳寿命高等优点，因此在微流体控制中是一种非常具有潜力的新型材料。

但是，由于电介质弹性材料具有聚合物材料特性，它和普遍使用的基于硅材料的MEMS加工技术不易兼容，难以实现电介质弹性材料在微型化器件中的应用，因此生物兼容性差，很难满足许多应用场合的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流体系统的制作方法，它采用电介质弹性材料作为驱动泵膜，能够克服驱动泵膜与基体的兼容性，提高微流体系统的微泵体积冲程和流量，增强微流体系统的生物兼容性。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：一种微流体系统的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)选用光刻胶SU-8，在玻璃晶片上匀胶、烘烤制作微流体系统的基体，采用UV-LIGA厚胶紫外光刻工艺制作微流体系统的腔体，所述腔体包括微泵室和进出液口；

(2)采用美国3M公司的VHB4910薄膜材料作为振膜层，根据微流体系统的腔体结构尺寸，在振膜层涂敷导电碳膏，形成泵膜和内引线；

(3)根据微流体系统的腔体结构尺寸，在有机玻璃上开设与微泵室、进出液口相对应的通孔；

(4)采用3M公司的VHB9473薄膜材料做为黏结层，将黏结层覆盖在基体上，按照基体的外观尺寸剪裁后，将振膜层对准覆盖在黏结层上，在振膜层和黏结层上开设进出液通孔，然后对准压接上有机玻璃，室温放置结合；最后，安装进出液管，电连接引出内引线，即可。

本发明在微流体系统中采用了以电介质弹性材料做为驱动泵膜和以SU-8光刻胶为制作基体。在电介质弹性材料VHB4910两侧涂上柔性导电碳膏，利用其在电场作用下的大幅度的变形效果，作为微流体系统中的驱动泵膜；采用紫外光的UV-LIGA技术可对SU-8光刻胶进行大批量的加工，其成本和加工精度远远优于以往的硅加工工艺。此外，由于VHB材料和SU-8都是高分子材料，因此该微流体系统具有良好的生物兼容性。

在电介质弹性材料(VHB材料)和SU-8进行结合的时候，传统的MEMS封装键合的工艺较复杂，会破坏SU-8的结构和电介质弹性材料的性能，本发明提出了用不同厚度的同系列的其他电介质弹性材料作为黏结层，将作为泵膜的电介质弹性材料包裹在其中，利用黏结层自身的粘性，在室温下即可实现与SU-8的封装结合。这种封装工艺避免了其他材料的介入，保证了整个微流体系统中材料的统一性和完整性，可长时间的工作而不会对泵膜主体结构造成约束损伤。

同现有的基于硅结构的微流体系统相比，本发明的基体材料、驱动材料和封装材料，均为高分子聚合物，成本低，可大批量的加工生产，与生物有天然的兼容性，因此可植入人体内部。

附图说明

图1是一种微流体系统腔体结构的示意图；

图2是紫外光刻工艺中使用的掩模板示意图；

图3是微流体系统的结构分解示意图；

图4是基于本发明的微流体系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

微流体系统的泵结构，可以是单泵也可以是多泵的组合，考虑到对微流体系统功能的扩展，本实施例以一种双泵结构微流体系统(如图1所示)进行说明。

首先，选用光刻胶SU-8，在玻璃晶片上匀胶、烘烤制作微流体系统的基体，采用UV-LIGA厚胶紫外光刻工艺制作微流体系统的腔体。

本实施例选用光刻胶SU-8为美国MicroChem Crop.公司的50型号。腔体的具体制作步骤如下：

(1)清洗：把玻璃晶片放置在表面皿中，逐次用纯的丙酮、异丙醇和去离子水清洗，然后在烘箱中120℃下烘40分钟；

(2)匀胶：把玻璃晶片放置在水平台上，取5ml的SU-8胶倒在玻璃晶片上(约覆盖晶片的二分之一)，利用SU-8在室温下的粘流特性，在室温下静置12小时，让其均匀覆盖在晶片上，达到自平整；

(3)参照图1，根据微流体系统的腔体结构尺寸，制作掩膜版，如图2所示，备用；

(4)前烘：将覆盖了胶体的玻璃晶片放在烘箱中，设定温度为65℃下，烘烤20分钟，然后在95℃下烘烤10小时，可得到厚度约为560μm的SU-8胶体，作为微流体系统的基体；

(5)曝光：在紫外线下通过掩膜版曝光SU-8胶体180秒，将胶体完全刻穿；

(6)后烘：曝光后的胶体在65℃的烘箱中，烘烤20分钟，然后在95℃下烘烤1小时；

(7)显影：将后烘过的胶体置于显影液中，在超声波中显影20分钟，得到微流体的腔体。参照图3，在基体2上，微流体系统的腔体由具有左右对称的两个扩散/收缩管结构的无阀微泵室201、流体进出口202和一个T型流体通道203构成。

其次，采用为美国3M公司的VHB4910薄膜材料作为振膜层，根据微流体系统的腔体结构尺寸，在振膜层涂敷导电碳膏，形成泵膜和内引线。如图3所示，振膜层3采用为美国3M公司的VHB4910薄膜材料，在它的上下两侧，相对应于两个无阀微泵室201位置均匀涂敷一层MB公司846型号的导电碳膏，形成了泵膜301和内引线303。由于振动层不可避免的要与液体接触，因此会对导电碳膏造成污染，必须对振膜层3进行封装。

第三，根据微流体系统的腔体结构尺寸，在有机玻璃上开设与微泵室进出液口相对应的通孔。如图3，在有机玻璃上4上，与微泵室201、进出液口202相对应的位置开设通孔。

最后，采用3M公司的VHB9473薄膜材料做为黏结层，按照基体的外观尺寸剪裁后，进行封装。

参照图3，将黏结层覆盖在基体2上，将振膜层3对准覆盖在黏结层上，在振膜层和黏结层上开设进出液通孔302，然后对准压接上有机玻璃4，在室温中放置24小时结合，最后，安装进出液管，将双面均有粘性的铜胶带5粘贴在玻璃晶片1的四角上，电连接相应的内引线303和外引线6。

最终的微流体系统如图4所示。

Claims (1)

1.一种微流体系统的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)选用光刻胶SU-8，在玻璃晶片上匀胶、烘烤制作微流体系统的基体，采用UV-LIGA厚胶紫外光刻工艺制作微流体系统的腔体，所述腔体包括微泵室和进出液口；

(2)采用美国3M公司的VHB4910薄膜材料作为振膜层，根据微流体系统的腔体结构尺寸，在振膜层涂敷导电碳膏，形成泵膜和内引线；

(3)根据微流体系统的腔体结构尺寸，在有机玻璃上开设与微泵室、进出液口相对应的通孔；

(4)采用3M公司的VHB9473薄膜材料做为黏结层，将黏结层覆盖在基体上，按照基体的外观尺寸剪裁后，将振膜层对准覆盖在黏结层上，在振膜层和黏结层上开设进出液通孔，然后对准压接上有机玻璃，室温放置结合；最后，安装进出液管，电连接引出内引线，即可。

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