CN102717452B

CN102717452B - 聚合物微结构模铸成型简易模具的加工方法

Info

Publication number: CN102717452B
Application number: CN201210208953.8A
Authority: CN
Inventors: 王蔚; 刘晓为; 田丽; 叶国华; 张海峰; 韩小为
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2032-06-25
Also published as: CN102717452A

Abstract

聚合物微结构模铸成型简易模具的加工方法，涉及一种模铸成型模具的加工方法。本发明的目的在于提供一种加工方法简单，能满足一定结构精度，无须使用昂贵的专用设备，在常规工艺环境下就能实现的聚合物微结构模铸成型简易模具的加工方法。具体方法为：打印模具结构图形，粘贴在清洁处理过的基板背面，作为对准标识；先将胶带粘贴在玻璃片上，在胶带上画出设计图形，按此图形划刻胶带；从玻璃片上揭下胶带，在显微镜下按照对准标识粘贴在基板上，形成凸台结构；在基板四周粘接基板围框板，构成模具。本发明的模具加工方法简单，成本低廉，能满足较高的结构精度（＜0.5mm），对加工环境和加工设备要求不高，可重复多次使用。

Description

聚合物微结构模铸成型简易模具的加工方法

技术领域

本发明涉及一种模铸成型模具的加工方法，具体涉及一种聚合物微流控芯片模铸成型简易模具的加工方法。

背景技术

微流控芯片系统是近年发展起来的高、新技术领域，它将传统的生物、化学分析实验室的液体存储、混合池、电泳分离、分析沟道、泵、阀液体控制元件，以及样品检测器等都集成在一个几平方厘米的芯片上，实现样品的制备、分离、检测、混合等功能操作。微流控芯片系统具有高效率、低功耗、小型化等优势，因此在生化分析、食品检测、环境监测等领域具有巨大的应用潜力。各种用途的微流控芯片加工技术是微流控芯片系统领域发展的一个热点，特别是价格低廉、适合量产的聚合物芯片的加工技术受到普遍关注。

芯片的加工主要是采用IC工艺和微机械加工技术，视其芯片材料不同而异。浇铸法是聚合物芯片常用的加工方法，芯片结构层的成型一般采用模铸法加工。模铸成型使用的模具，目前主要有两种加工方法：一种是通过光刻、刻蚀等IC工艺，在硅或玻璃片上制作出结构图形阳模，或采用SU-8胶，直接光刻出结构图形阳模，这种模具加工方法精度高，图形尺寸小，但需要在超静环境下使用昂贵的IC工艺专用设备；另一种是先以精密机械加工方法在金属板上加工出沟、槽结构的阴模板，再用阴模板热压加工PMMA阳模板，即以二次模板法加工模具，这种加工方法较繁琐，也需要使用高精密机械加工设备。因此，亟需出现一种既能满足一定结构精度、又无须使用昂贵的专用设备，可以在常规工艺环境下就能实现的、简易的、造价低的模具加工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工方法简单，能满足一定结构精度，无须使用昂贵的专用设备，在常规工艺环境下就能实现的聚合物微结构模铸成型简易模具的加工方法。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的：

1、模具材料为胶带和基板，

2、打印模具结构图形，粘贴在清洁处理过的基板背面，作为对准标识，

3、先将胶带粘贴在玻璃片上，在胶带上画出设计图形，按此图形划刻胶带，

4、从玻璃片上揭下胶带，在显微镜下按照对准标识粘贴在基板上，形成凸台结构，

5、在基板四周粘接基板围框板，构成模具。

本发明的模具加工方法简单，成本低廉，能满足较高的结构精度（<0.5mm），对加工环境和加工设备要求不高，无需在超净环境下使用专用大型设备，可重复多次使用，适合作为聚合物微流控芯片PDMS结构层成型模具的加工方法，也适用于加工其它聚合物模铸成型的简易模具。

附图说明

图1为具体实施方式二台阶式PDMS自由流电泳芯片用模具照片；

图2为具体实施方式三薄/厚壁孔口微泵芯片的PDMS泵体用模具俯视结构示意图；

图3为具体实施方式三薄/厚壁孔口微泵芯片的PDMS泵体用模具主视结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的模具的凸台结构材料为胶带，基板材料为表面平坦的PMMA板材，具体加工步骤如下：

1、模具材料为胶带和PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗称有机玻璃）板，

2、打印模具结构图形，粘贴在清洁处理过的PMMA基板背面，作为对准标识，

3、将胶带粘贴在玻璃片上，按照对准标识划刻出所需图形，

4、从玻璃片上揭下胶带，在显微镜下对准粘贴在PMMA基板上，形成凸台结构的阳模板，

5、在阳模板四周粘接PMMA围框构成模具。

本实施方式中，根据模具的使用温度、结构精度等需求，选择不同种类、不同厚度的胶带。如果模具使用温度>50℃，精度要求>1mm，选择耐高温、图形稳定的PET基材的3M胶带；如果模具精度要求不高，常温度下使用，可选择普通透明胶带。

本实施方式中，除了采用PMMA为基板材料之外，可以根据模具使用温度，成型材料的表面特性，选择玻璃、铝板等作为基板材料。

本实施方式中，根据模具图形特点，可采用不同的划刻工具，如果图形简单、最小结构尺寸≥2mm，用刻刀手工划刻即可；如果图形复杂，最小结构尺寸<2mm，可以自制数控划刻机，或使用高精密数控切割设备。

具体实施方式二：本实施方式按照如下方法加工双台阶式PDMS自由流电泳芯片结构层成型用模具：

1、模具材料：Scotch牌耐高温单面3M胶带，胶带厚150μm；2mm、4mm厚PMMA板；辅助材料：玻璃片、三氯甲烷；

2、首先，清洗玻璃片和PMMA基板，晾干；再将3M胶带粘贴在玻璃片上，在胶带上画出设计图，用刻刀划刻出图形；然后，在4mm厚PMMA基板背面贴上作为对准标识的设计图，揭下玻璃片上的胶带，在显微镜下将其对准粘贴在PMMA基板上，台阶处为双层胶带；最后，在基板上用三氯甲烷粘接2mm 厚的PMMA围框，得到如图1所示的双台阶式PDMS自由流电泳芯片结构层成型用模具，其中：1为4mm厚PMMA基板，2为3M胶带，3为胶带构成的台阶，4为2mm厚的PMMA围框。

目前，微流控芯片使用最多的聚合物材料有PMMA和PDMS两种。其中，PDMS就是采用模铸法加工成型的。PDMS（聚二甲基硅氧烷）在可见光区透明，电绝缘性、热稳定性、生物兼容性等性能优良，主要用于电泳芯片，微泵、阀芯片等。其成型温度一般在60~80℃，与PMMA表面不相亲，表面能低。因此，从耐温性，脱模难易，对准难易等方面考虑，本实施方式采用PMMA 作为模具的基板材料，以耐高温3M胶带为凸模结构材料。

具体实施方式三：本实施方式按照如下方法加工薄/厚壁孔口微泵的PDMS结构层模铸成型用模具：

1、模具材料：Scotch 牌耐高温单面3M胶带，胶带厚分别为50、150μm；2mm厚PMMA板；辅助材料：玻璃片、三氯甲烷。

2、模具加工方法：首先，清洗玻璃片和PMMA基板，晾干；分别将50μm和150μm厚的3M胶带粘贴在玻璃片上，在胶带上画出设计图，用刻刀划刻出图形；然后，在PMMA板背面贴上作为对准标识的设计图，先揭下玻璃片上50μm厚的胶带，粘贴在PMMA基板上，再揭下玻璃片上150μm厚的胶带，在显微镜下将其对准粘贴在已贴有50μm厚胶带的PMMA基板上；最后，在基板上用三氯甲烷粘接PMMA围框板，得到如图2和3所示的薄/厚壁孔口微泵的PDMS结构层模铸成型模具，其中：5为150μm厚胶带（泵腔），6为薄壁孔口，7为厚壁孔口，8为50μm厚胶带。

Claims

1.一种聚合物微结构模铸成型简易模具的加工方法，其特征在于所述加工方法为：（1）打印模具结构图形，粘贴在清洁处理过的基板背面，作为对准标识；（2）先将胶带粘贴在玻璃片上，在胶带上画出设计图形，按此图形划刻胶带；（3）从玻璃片上揭下胶带，在显微镜下按照对准标识粘贴在基板上，形成凸台结构；（4）在基板四周粘接基板围框板，构成模具。

2.根据权利要求1所述的聚合物微结构模铸成型简易模具的加工方法，其特征在于所述胶带为3M胶带或普通透明胶带。

3.根据权利要求2所述的聚合物微结构模铸成型简易模具的加工方法，其特征在于所述模具使用温度>50℃，精度要求>1mm，选择3M胶带。

4.根据权利要求1所述的聚合物微结构模铸成型简易模具的加工方法，其特征在于所述基板材料为PMMA、玻璃或铝板。