CN101786317B - 一种微流控芯片热流道注塑成型模具 - Google Patents
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Abstract
一种微流控芯片热流道注塑成型模具，属于注塑成型模具技术领域。该注塑成型模具包括热流道系统、模具模架和型腔镶块等3部分。模具主流道采用热流道系统，动模板上采用加长横流道、流线型扇形浇口设计；注塑模具模架使用两板式注塑模具模架；型腔镶块部分由定模镶块、动模镶块及微细加工镶块组成。定模镶块配合安装于定模板内，通过螺钉连接；成型芯片微通道的微细加工镶块配合安装于定模镶块内且与之连接；动模镶块配合安装于动模板内，通过螺钉连接；合模后，微细加工镶块与动模镶块之间形成型腔。动模镶块型腔侧结构设计为矩形通槽，尺寸与芯片制品相同。采用该注塑成型模具可实现芯片注塑成型过程中微通道完整复制，可高效率大批量成型塑料微流控芯片。
Description
技术领域
本发明属于注塑成型模具技术领域，涉及到一种能够成型表面具有微通道结构的微流控芯片注塑成型模具。
背景技术
微流控芯片是把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块尺寸较小的芯片上，在压力泵或者电场作用下形成微流路，达到对样品高通量快速分析的目的。目前，已开始在分析化学、生命科学及生物医学器件等领域发挥愈来愈重要的作用。以微流控芯片为核心的微分析系统正逐步取代当前化学分析实验室的很多设备，使化学分析走出实验室，进入病房、生产基地、以及家庭，因此微流控芯片的批量化生产势在必行。
微流控芯片表面一般有数十微米深、数十微米宽的矩形沟槽，可呈多种排布形式。用于成型微流控芯片的传统材料有硅、玻璃和石英等，近年来由于塑料材料成本低、种类多、适合大批量加工、工艺简单以及具有良好的生物相容性等优点，成为微流控芯片的主要材料。
目前制作塑料微流控芯片的主要方法是热压成型，但其制作周期较长(3-10min)，无法满足微流控芯片潜在的巨大市场需求。与热压成型相比，微流控芯片注塑成型成本更低、效率更高、更适合大批量生产，因此具有广阔的发展前景。但微流控芯片表面上的微通道，由于尺寸细微，熔体流动受阻，注塑复制的完整性受到限制，对模具结构设计和注塑成型工艺提出了新要求。
发明内容
本发明提供了一种微流控芯片热流道注塑成型模具，用于成型表面具有微通道结构的微流控芯片，成型的芯片可以直接用于键合和样品检验。
本发明的技术方案如下：
一种微流控芯片热流道注塑成型模具，主要由热流道系统、模具模架和型腔镶块三个部分组成。其中模具主流道采用热流道系统，以减少进入模具中的熔体的注射压力损失；动模板上采用加长横流道、流线型扇形浇口设计，可避免注塑机射出的先期喷泉流体进入型腔，在芯片表面产生成型缺陷。模具模架使用两板式注塑模具模架。模具型腔镶块部分主要由定模镶块、动模镶块及微细加工镶块组成。成型芯片微通道的微细加工镶块由镍板或硅片构成，其上用于成型芯片微通道的微凸起结构由准LIGA或光刻技术制成。为防止微细加工镶块意外损坏，首先将微细加工镶块通过螺钉或粘接的方式配合安装于定模镶块内，然后将其作为一个整体配合安装于定模板内，其间通过螺钉连接。微细加工镶块置于定模镶块内，可使塑料熔体直接填充微细加工镶块上的微突起部分，可以有效提高微凸起结构的成型复制度；而且这种设计使推杆安排在芯片有微通道表面的背面，从而不会在芯片微通道一侧留下推出痕迹。为得到长方体形状的芯片，动模侧采用镶拼结构，镶块材料选用优质模具钢，以提高型腔抛光性能。动模镶块型腔结构设计为矩形通槽，形状与芯片外观相同。动模镶块配合安装于动模板内，通过螺钉连接。合模后，微细加工镶块与动模镶块之间形成型腔。
本发明的效果和益处是：采用该注塑成型模具可以高效率大批量成型塑料微流控芯片。主流道采用热流道系统，减少了注射压力的损失，有利于提高微通道复制的完整性，并减少了塑料原料的消耗；采用型腔镶块结构可方便得到矩形型腔，并能通过快速更换型腔镶块使制品尺寸易于调整；微通道的微凸起结构设置在定模一侧，开模时制品即从微凸起上脱出，可以很好地保持微通道的完整性，避免微凸起结构设置在动模一侧，易产生推出不平稳造成的微通道脱模时的变形；在芯片微通道一侧没有推出痕迹，既便于后续芯片键合，也防止样品泄漏；型腔抛光性能良好，可提高芯片的透光性，提高样品分析结果的准确率。本发明有效解决了微流控芯片注塑成型过程中微通道复制不完全等技术难题，将进一步提高微流控芯片的制造水平，促进注塑成型技术在微机械系统领域的应用。
附图说明
图1为本发明微流控芯片注塑成型模具装配示意图。
图2(A)为微流控芯片结构示意图。
图2(B)为图1(A)的A-A截面放大图。
图3(A)为动模镶块3示意图主视图。
图3(B)为动模镶块3示意图俯视图。
图4(A)为芯片、浇口及流道示意图主视图。
图4(B)为芯片、浇口及流道示意图俯视图。
图中：1热流道；2定模板；3定模镶块；4微细加工镶块；5动模镶块；6动模板；7推杆。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明注塑成型模具用于成型图2所示微流控芯片，外形为平板结构，其上有十字形微通道，微通道截面形状为50μm深、80μm宽的矩形。
如图1所示，本发明注塑成型模具一模两腔，主要包括热流道系统、模具模架和型腔镶块等3部分。模具主流道采用热流道系统1，安装固定于定模板2内；型腔镶块由定模镶块3、动模镶块5、及用于成型芯片上微通道的镍基微细加工镶块4组成，定模镶块3与模架中的定模板2配合，且通过螺钉连接；微细加工镶块4与定模镶块3配合，且与之通过螺钉连接，微细加工镶块4表面与定模板2表面持平；动模镶块5与模架中的动模板6配合，且通过螺钉连接；合模后，微细加工镶块4与动模镶块4之间形成型腔。
动模镶块5型腔一侧结构设计为矩形通槽，如图3(B)所示，形状与芯片制品相同。
动模板6上横流道设计较长，浇口设计采用流线型扇形浇口，如图4(A)及图4(B)所示。
注塑时，塑料熔体首先通过热流道形成的主流道进入动模板上的流道，先期喷泉型流体首先进入图4(B)所示横流道两端，后续流体通过流线型扇形浇口平稳地进入并充满微细加工镶块4与动模镶块5形成的型腔，经保压冷却，开模后，由推杆7推出得到微流控芯片。根据实际情况，整个注塑过程需1min左右。
Claims (1)
1.一种微流控芯片热流道注塑成型模具，包括热流道系统、注塑模具模架和型腔镶块三个部分，其特征在于：模具主流道采用热流道系统(1)，安装固定于定模板(2)内；注塑模具模架使用两板式注塑模具模架；型腔镶块包括定模镶块(3)、动模镶块(5)及微细加工镶块(4)；成型芯片微通道的微细加工镶块由镍板或硅片构成，其上用于成型芯片微通道的微凸起结构由准LIGA或光刻技术制成；该注塑成型模具中定模镶块(3)配合安装于定模板(2)内，通过螺钉连接；成型芯片微通道的微细加工镶块(4)配合安装于定模镶块(3)内且与之连接；动模镶块(5)配合安装于动模板(6)内，通过螺钉连接；合模后，微细加工镶块(4)与动模镶块(5)之间形成型腔；动模镶块(5)型腔侧结构为矩形通槽，形状与芯片制品相同；动模板(6)上采用加长横流道、流线型扇形浇口设计。
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