CN102556957A - Mems空气放大器离子聚集装置的制作方法 - Google Patents

Mems空气放大器离子聚集装置的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于微机电系统(MEMS)领域，涉及一种MEMS空气放大器离子聚集装置的制作方法。其特征是利用微加工方法制作双层结构的SU-8模具，再用浇注方法制作基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的空气放大器，然后通过PDMS-PDMS键合得到PDMS空气放大器，最后通过PDMS与玻璃的键合来增加装置的强度，进而完成了MEMS空气放大器离子聚集装置的制作；最终得到的空气放大器气体入口缝隙为50μm，并且缝隙可以倾斜各种角度、缝隙与壁面处深度为150μm、中心槽聚集离子位置处深度为350μm。本发明采用SU8模具和PDMS浇注、键合这种较简单的方法制作出空气放大器离子聚集装置，制作工艺简单、成本低、尺寸小并且容易实现。

Description

MEMS空气放大器离子聚集装置的制作方法
技术领域
本发明涉及微机电研究领域，特别是涉及一种对电喷雾离子进行聚集的MEMS空气放大器装置的制作。 
背景技术
近年来，人们一直就进一步提高电喷雾质谱(ESI-MS)的灵敏度，分辨率开展了大量研究工作，其中关键技术是如何增加离子输运效率，即把电喷雾电离所产生的离子更有效地输运给质谱仪，从而提高电喷雾质谱灵敏度。空气放大器是一个空气动力学装置，它利用科恩达和文丘里效应把喷雾液滴和离子聚集到质谱仪入口。 
空气放大器的工作过程为气体从入口进入，然后气体在缝隙处被挤压速度增加，科恩达效应使气体沿着壁面运动，文丘里效应使高速的气体产生压力降，这就在壁面处产生诱导气流，诱导气流使中心槽离子聚集区的电喷雾聚集、加速，这样就提高了离子的运输效率。 
人们已经研究了商业空气放大器在电喷雾质谱系统中的作用，研究结果表明它改善了离子的数量。但是随着电喷雾质谱分析系统的小型化和纳升电喷雾离子源的应用，商业空气放大器的尺寸过大、结构复杂、成本高。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对商业空气放大器的尺寸过大、结构复杂、成本高并且尺寸没有得到优化的缺陷，提供一种结构简单并且成本低的MEMS空气放大器离子聚集装置的制作方法。 
本发明采用的技术方案包括以下步骤： 
(1)制作MEMS空气放大器模具，包括二次光刻： 
第一次光刻：在硅片上氧化一层二氧化硅，然后旋涂一层厚度150μm的胶层，对胶层前烘；制作两个掩模板，第一个掩模板上带有空气放大器缝隙和壁面结构图形并带有标记点图形，其中缝隙宽度为50μm，第二个掩模板上带有空气放大器中心槽离子聚焦区图形和对准标记点图形；将第一个掩膜版放置在胶层上进行紫外线曝光，对胶层后烘得到交联胶层，使用显影液显影，得到第一层空气放大器模具结构，即缝隙与壁面微结构和对准标记点结构； 
第二次光刻：旋涂第二层胶层，厚度350μm，对胶层前烘；将第二个掩膜版放置在胶层上，利用第一次光刻所得到的标记点和第二个掩模板标记点对准，然后紫外线曝光，对胶层后烘得到交联胶层，使用显影液显影，得到第二层空气放大器模具结构，即空气放大器中心槽离子聚集区的微结构； 
通过上述两次光刻加工制作出MEMS空气放大器模具。 
(2)芯片浇注：MEMS空气放大器模具制作完成后，浇注聚二甲基硅氧烷(PDMS)得到一片PDMS空气放大器结构；用相同的方法制作另一片PDMS空气放大器结构； 
(3)第一次芯片键合：选择其中一片PDMS空气放大器结构打孔，作为气体入口，打孔位置在缝隙处，然后利用缝隙与壁面微结构和标记点将两片PDMS芯片键合，得到完整的PDMS空气放大器结构； 
(4)第二次芯片键合：在玻璃上打孔，玻璃孔的位置与上述PDMS空气放大器孔的位置一致；然后再与上述键合后得到的PDMS空气放大器结构键合，得到最终的MEMS空气放大器离子聚集装置。 
本发明采用SU8模具和PDMS浇注、键合并结合PDMS与玻璃键合的MEMS加工方法制作出空气放大器离子聚集装置。气体从装置入口进入后，在缝隙处被 挤压后速度增加，科恩达效应使氮气沿着壁面向右侧运动，文丘里效应使高速的氮气流产生压力降，在壁面处产生诱导气流，诱导气流对电喷雾离子进行聚集和去溶，由此提高了离子的运输效率。 
本发明制作工艺简单、成本低、尺寸小并且容易实现。 
附图说明
图1是MEMS空气放大器离子聚集装置第一实施例的剖面构造图。 
图2是MEMS空气放大器离子聚集装置第二实施例的剖面构造图。 
图3是MEMS空气放大器离子聚集装置的制作流程示意图。 
图4是MEMS空气放大器离子聚集装置第一实施例的结构示意图。 
图中：1入口；2缝隙；3壁面；4中心槽离子聚集区；5硅片；6二氧化硅；7胶层；8第一个掩膜版；9交联胶层；10第二个掩膜版；11PDMS；12玻璃。 
具体实施方式
参见图1至图4所示，图1是本发明MEMS空气放大器离子聚集装置第一实施例的剖面构造图，图2是缝隙与壁面成一定角度时的剖面构造图，图3是MEMS空气放大器离子聚集装置的制作流程示意图，图4是MEMS空气放大器离子聚集装置第一实施例的结构示意图。 
下面结合技术方案和附图详细叙述本发明专利的具体实施方式。 
图1所示结构的制作，如图3(a)所示，将硅片5通过标准清洗液清洗后，放入氧化炉内进行氧化，使得硅片的表面生成一层二氧化硅层6，作为基底。如图3(b)所示，在硅片正面的二氧化硅层5上旋涂一层150微米厚的2075SU-8胶层7，旋涂器转速为1400转每分钟、旋涂时间为30秒。如图3 (c)所示，制作两个掩模板，第一个掩模板上带有空气放大器缝隙和壁面结构图形，并带有标记点图形，缝隙宽度为50μm，第二个掩模板上带有空气放大器中心槽离子聚焦区图形和对准标记点图形；对上述SU-8胶层在85℃下烘3小时，然后将第一个掩膜版8放置在SU-8胶层上对准，采用紫外线曝光工艺，实现掩膜版上空气放大器图形向SU-8胶层的转移。如图3(d)所示，对曝光后的SU-8胶层后烘，温度为85℃、时间为3分钟，使用显影液对SU-8胶层进行显影，得到第一层交联胶层结构9，即缝隙2和壁面3附近的微结构和对准标记点结构。如图3(e)所示，在第一层结构上旋涂另一层2075SU-8，厚度为350微米，旋涂器转速转速为700转每分钟，旋涂时间12秒。如图3(f)所示，85℃条件下前烘5小时，然后将第二个掩膜版10放置在SU-8胶层上，并利用标记点对准，采用紫外线曝光工艺，实现掩膜版上图形向SU-8胶层的转移。如图3(g)所示，85℃条件下后烘4分钟，使用显影液对SU-8胶层进行显影，得到第二层交联胶层结构，即完成MEMS空气放大器模具制作。如图3(h)所示，首先把固化剂和PDMS预聚物11按1∶5比例混合，然后把混合物放入真空箱中30分钟来去除气泡。再将混合物浇注到MEMS空气放大器模具上，放入烘箱中在60℃条件下烘1小时。如图3(i)所示，将部分固化的PDMS从模具上脱下得到一片空气放大器结构。如图3(j)所示，把混合比改为1∶20，用同样的方法制作另一片空气放大器结构，并用打孔器在其中一片PDMS的缝隙处打孔1，然后利用标记点将这两片PDMS在显微镜下用对准装置进行对准，最后将对准后的PDMS芯片放入烘箱中，在60℃条件下烘3小时，完成两片PDMS芯片的永久键合。如图3(k)所示，首先用超声打孔机在玻璃12上打孔，玻璃孔的位置与上述PDMS空气放大器孔的位置一致，然后用混合比为5∶1的浓硫酸和双氧水清洗玻璃，再用烘箱将玻璃烘干，最后用 氧气等离子体处理玻璃和PDMS空气放大器完成PDMS空气放大器与玻璃基板的永久键合，增加了整个装置的强度。 
如图3所示，制作流程步骤如下： 
(a)将硅片5通过标准清洗液清洗后，放入氧化炉内进行氧化，使得硅片的表面生成一层二氧化硅层6，作为基底； 
(b)在硅片正面的二氧化硅层5上旋涂一层150微米厚的2075 SU-8胶层7； 
(c)对胶层前烘，然后将第一层结构掩膜版8放置在SU-8胶层上对准，采用紫外线曝光工艺，实现掩膜版上空气放大器缝隙和壁面图形向SU-8胶层的转移； 
(d)对胶层后烘，使用显影液对SU-8胶层进行显影，得到第一层交联胶层结构9，即缝隙2和壁面3附近的微结构及对准标记点结构； 
(e)旋涂另一层厚度为350微米的2075 SU-8； 
(f)对胶层前烘，然后采用紫外线曝光工艺，实现掩膜版10上空气放大器中心槽离子聚焦区图形向SU-8胶层的转移； 
(g)对胶层后烘，使用显影液对SU-8胶层进行显影，得到第二层交联胶层结构，即空气放大器中心槽离子聚焦区4处结构，完成MEMS空气放大器模具制作； 
(h)利用得到的MEMS空气放大器模具浇注PDMS 11； 
(i)将部分固化的PDMS从模具上脱下得到一片空气放大器结构； 
(j)用同样的方法制作另一片空气放大器结构，然后将这两片PDMS在显微镜下对准，最后完成两片PDMS芯片的永久键合； 
(k)PDMS空气放大器与玻璃11基板键合。 
通过上述工艺制作的MEMS空气放大器离子聚集装置如图4所示。 
本发明还可以制作出图2所示的结构，制作方法与图1所示的结构的制作方法相似，不同点在于制作流程(c)，流程(c)中第一个掩模板图形缝隙可与壁面成各种角度，通过设计第一个掩模板图形制作出图2所示MEMS空气放大器离子聚集装置。 

Claims (1)

1.一种MEMS空气放大器离子聚集装置的制作方法，其特征在于如下步骤：
(1)制作MEMS空气放大器模具，包括二次光刻：
第一次光刻：在硅片上氧化一层二氧化硅，然后旋涂一层厚度150μm的胶层，对胶层前烘；制作两个掩模板，第一个掩模板上带有空气放大器缝隙和壁面结构图形并带有标记点图形，其中缝隙宽度为50μm，第二个掩模板上带有空气放大器中心槽离子聚焦区图形和对准标记点图形；将第一个掩膜版放置在胶层上进行紫外线曝光，对胶层后烘得到交联胶层，使用显影液显影，得到第一层空气放大器模具结构，即缝隙与壁面微结构和对准标记点结构；
第二次光刻：旋涂第二层胶层，厚度350μm，对胶层前烘；将第二个掩膜版放置在胶层上，利用第一次光刻所得到的标记点和第二个掩模板标记点对准，然后紫外线曝光，对胶层后烘得到交联胶层，使用显影液显影，得到第二层空气放大器模具结构，即空气放大器中心槽离子聚集区的微结构；
通过上述两次光刻加工制作出MEMS空气放大器模具。
(2)芯片浇注：MEMS空气放大器模具制作完成后，浇注聚二甲基硅氧烷(PDMS)得到一片PDMS空气放大器结构；用相同的方法制作另一片PDMS空气放大器结构；
(3)第一次芯片键合：选择其中一片PDMS空气放大器结构打孔，作为气体入口，打孔位置在缝隙处，然后利用缝隙与壁面微结构和标记点将两片PDMS芯片键合，得到完整的PDMS空气放大器结构；
(4)第二次芯片键合：在玻璃上打孔，玻璃孔的位置与上述PDMS空气放大器孔的位置一致；然后再与上述键合后得到的PDMS空气放大器结构键合，得到最终的MEMS空气放大器离子聚集装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103278643A (zh) * 2013-05-16 2013-09-04 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种用于微量蛋白检测的微芯片的制备方法
CN104056674A (zh) * 2014-06-09 2014-09-24 清华大学深圳研究生院 一种电喷雾微流体芯片、制作方法及掩膜版设备

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104865348B (zh) * 2015-04-30 2016-07-06 四川农业大学 一种高效检测纳米颗粒心肌毒性的方法
CN104849439B (zh) * 2015-04-30 2017-01-18 四川农业大学 一种高效检测纳米颗粒肾毒性的方法
TWI614500B (zh) * 2016-11-21 2018-02-11 國立清華大學 細胞檢測晶片的影像定位與拼接方法及影像檢測系統
CN109856907B (zh) * 2018-12-11 2023-02-28 湖南普照信息材料有限公司 一种激光防伪用掩膜版及其制作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7060227B2 (en) * 2001-08-06 2006-06-13 Sau Lan Tang Staats Microfluidic devices with raised walls
CN1811421A (zh) * 2006-02-28 2006-08-02 东北大学 一种微流控芯片中被动微混合器和微反应器的制作方法
GB2437844A (en) * 2006-05-04 2007-11-07 Agilent Technologies Inc Microfluidic device for electrospraying
US7767435B2 (en) * 2003-08-25 2010-08-03 University Of Washington Method and device for biochemical detection and analysis of subcellular compartments from a single cell
CN102145875A (zh) * 2011-03-08 2011-08-10 南京大学 一种聚二甲基硅氧烷微纳流控芯片的制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000041214A1 (en) * 1999-01-08 2000-07-13 Northeastern University ELECTRO-PNEUMATIC DISTRIBUTOR FOR MULTIPLEXED ν-TAS DEVICES
AU2003301073A1 (en) * 2002-12-18 2004-07-14 Brigham Young University Method and apparatus for aerodynamic ion focusing
CN1307486C (zh) 2004-12-20 2007-03-28 西安交通大学 聚二甲基硅氧烷微流控芯片复型光固化树脂模具制作方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7060227B2 (en) * 2001-08-06 2006-06-13 Sau Lan Tang Staats Microfluidic devices with raised walls
US7767435B2 (en) * 2003-08-25 2010-08-03 University Of Washington Method and device for biochemical detection and analysis of subcellular compartments from a single cell
CN1811421A (zh) * 2006-02-28 2006-08-02 东北大学 一种微流控芯片中被动微混合器和微反应器的制作方法
GB2437844A (en) * 2006-05-04 2007-11-07 Agilent Technologies Inc Microfluidic device for electrospraying
CN102145875A (zh) * 2011-03-08 2011-08-10 南京大学 一种聚二甲基硅氧烷微纳流控芯片的制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103278643A (zh) * 2013-05-16 2013-09-04 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种用于微量蛋白检测的微芯片的制备方法
CN103278643B (zh) * 2013-05-16 2015-05-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种用于微量蛋白检测的微芯片的制备方法
CN104056674A (zh) * 2014-06-09 2014-09-24 清华大学深圳研究生院 一种电喷雾微流体芯片、制作方法及掩膜版设备
CN104056674B (zh) * 2014-06-09 2015-11-25 清华大学深圳研究生院 一种电喷雾微流体芯片、制作方法及掩膜版设备

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US9324549B2 (en) 2016-04-26
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