CN108355727B - 一种微流控芯片模板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微流控芯片模板的制备方法，包括以下步骤：S1：利用标准印刷电路板制作工艺制作表面粗糙的图案化模板；S2：利用基于聚合物覆膜的表面平整方法，将暴露的环氧树脂粗糙表面平坦化；S3：烘烤模板，使聚合物覆膜与原模板紧密贴合。本发明有效降低了成本，彻底地解决了印制电路板表面粗糙的问题，简化了后续键合时的操作。与硅片上软光刻制作模板相比，本发明制备的模板基材由硅和光刻胶，变为玻纤环氧树脂板和铜，机械强度大幅增加，制作芯片的操作难度下降，模板的保存条件要求降低。

Description

一种微流控芯片模板的制备方法
技术领域
本发明涉及微流控领域，特别是涉及一种微流控芯片模板的制备方法。
背景技术
近年来，基于微加工技术的微流控芯片技术由于具有分析速度快、试剂消耗少、易于集成和高通量分析等诸多优点，成为炙手可热的前沿分析技术之一，为研究药物活性中药物靶点的选择、药物筛选、临床前试验及剂量的确定等提供了新的平台。微流控芯片一般采用倒模或热压的方法制作，热压模板一般采用高精度金属模板，倒模模板的材料包括玻璃、硅、光刻胶等。实验室中一般使用倒模的方法制作微流控芯片。倒模模板的制作依赖于高精度的半导体加工工艺，常采用软光刻法制备，即在硅片上制作高分辨率的光刻胶图案。该类模板的精度高，应用广泛，设备与半导体加工工艺基本兼容，故而得到了广泛应用。
尽管如此，此类模板亦存在许多缺陷，诸如成本高：材料和加工设备昂贵，制作周期长；不易保存：硅基底易碎、光刻胶图形不耐氧化和有机溶剂侵袭；操作要求高，容易因为操作失误损坏模板。
印制电路板(PCB)工艺以及发明发展了近一个世纪，精度与工艺均非常成熟。PCB是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，和电气连接的载体。广泛应用于各行各业中，如航空航天、家电、通信、计算机、电力电子等等。近年来，PCB制作工艺进一步向高精度、低成本方向发展，国内普通代工厂已经可以制作特征线宽4mil的大规模电路，且成本很低。4mil对应于约100um的线宽，而100um到500um正是微流控芯片中最常见的通道尺寸。通道高度对应于覆铜板铜层的厚度，亦简单可控，故将PCB工艺用于制备一般微流控芯片模板的研究具有一定意义。
但PCB工艺的加工对象一般是环氧树脂覆铜板，曝光显影后，刻蚀掉牺牲铜，露出的环氧树脂层表面较为粗糙，以此作为微流控芯片模板制作出的芯片，表面存在微米级的起伏，对于微流控芯片和玻璃间的非可逆键合不适用，即便采用氧等离子体处理的方法，亦不能实现键合。为了解决这一矛盾，一般在聚二甲基硅氧烷微流控芯片没有完全聚合时剥离模板，打孔后再与另一块未完全聚合的聚二甲基硅氧烷压合，实现不可逆封装。但这种方法可重复性不高，操作复杂，且容易对通道的图形精度产生负面影响。因而板材的粗糙性成为将低成本的PCB工艺用于微流控芯片模板制作的主要障碍。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的微流控芯片模板的制备方法。
技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的微流控芯片模板的制备方法，包括以下步骤：
S1：利用标准印刷电路板制作工艺制作表面粗糙的图案化模板；
S2：利用基于聚合物覆膜的表面平整方法，将暴露的环氧树脂粗糙表面平坦化；
S3：烘烤模板，使聚合物覆膜与原模板紧密贴合。
进一步，所述步骤S1中，选取FR4玻纤环氧树脂覆铜板作为实验原料，经过清洗、压膜、曝光、显影、刻铜和去膜步骤，制作出表面粗糙的图案化模板。
进一步，所述步骤S2中，将粗糙模板浸泡在聚合物溶液中，形成贴附于模板的薄膜，将环氧树脂粗糙表面平坦化。
进一步，所述聚合物溶液采用的溶剂为挥发性溶剂。
进一步，所述挥发性溶剂包括二氯甲烷、氯仿、甲苯、丙酮、苯中的一种或多种。
进一步，所述聚合物溶液中的聚合物为聚碳酸酯和/或聚苯乙烯。
有益效果：本发明公开了一种微流控芯片模板的制备方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：
1)与硅片上软光刻制作模板相比，方法基于印制电路板工艺，从材料到到设备的成本均大幅下降，便于实验室的实验性研究；
2)与以往的采用印制电路工艺制作微流控模板的方案相比，低成本地，彻底地解决了印制电路板表面粗糙的问题，简化了后续键合时的操作。
3)与硅片上软光刻制作模板相比，制备的模板基材由硅和光刻胶，变为玻纤环氧树脂板和铜，机械强度大幅增加，制作芯片的操作难度下降，模板的保存条件要求降低。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中方法的示意图；
图2为实施例1中制备的表面粗糙的微流控芯片模板表面形貌表征图；
图3为实施例1中制备的表面平整的微流控芯片模板表面形貌表征图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本发明公开了一种微流控芯片模板的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：利用标准印刷电路板制作工艺制作表面粗糙的图案化模板，也即利用标准印制电路板制作工艺，得到表面粗糙、但具有图案化铜层的模板；
S2：利用基于聚合物覆膜的表面平整方法，将暴露的环氧树脂粗糙表面平坦化：将粗糙模板浸泡在聚合物溶液中，随着溶剂的挥发，高分子聚合物逐渐析出，形成贴附于模板的薄膜，将环氧树脂粗糙表面平坦化；聚合物溶液采用的溶剂为挥发性溶剂，包括二氯甲烷、氯仿、甲苯中的一种或多种；聚合物溶液中的聚合物为聚碳酸酯和/或聚苯乙烯；
S3：烘烤模板，使聚合物覆膜与原模板紧密贴合。
实施例1：
以图2的设计的微流控芯片为例。选用聚苯乙烯的二氯甲烷溶液作为成膜溶液。溶液浓度为0.2wt.％。烘烤温度选择为90℃，时间1小时。利用本方法制备70um高，最小线宽100um的微流控芯片模板。
步骤一、利用标准印刷电路板制作工艺制作表面粗糙的图案化模板
选取2oz(70um)铜层厚度的FR4玻纤环氧树脂覆铜板作为实验原料。经过标准的清洗、压膜、曝光、显影、刻铜、去膜，制作出符合设计图的印制电路板。
清洗包括等离子水清洗、超声清洗、风刀吹干等。
压膜即在覆铜板上压覆一层感光膜，使用压辊式压膜机压制。
曝光采用普通紫外光源，菲林掩模采用光绘方法制作。
经显影液浸泡显影，在刻蚀液中刻铜，最后使用脱膜液实现去膜。脱膜后即为较粗糙的PCB板，其表面粗糙度由原子力显微镜表征，结果如图2所示，有显著的起伏。
步骤二、利用基于聚合物覆膜的表面平整方法，将暴露的环氧树脂粗糙表面平坦化
配置聚苯乙烯的二氯甲烷溶液。将一定数量聚苯乙烯结晶颗粒，加入到20ml的二氯甲烷中，密封后室温下静置1小时，形成无色透明溶液。
取一洁净平底培养皿，放入模板后加入适量聚苯乙烯溶液，使液面高于模板约1mm。将培养皿放置于通风橱中。控制通风条件，使溶剂以一定速度挥发，溶质逐渐析出，形成平滑的聚合物薄膜。本实例中使用质量分数0.2％的聚苯乙烯溶液，最终覆膜厚度约为2um。
步骤三、烘烤模板，使聚合物覆膜与原模板紧密贴合
将模板置于90℃的烘箱中烘烤1小时，释放膜内的应力，使聚合物薄膜与模板紧密贴合，便于模板的可重复使用。同时恢复由于覆膜导致的铜层边缘圆角化，图案边缘更为锐利。同样使用原子力显微镜表征，完成覆膜后的模板表面形貌如图3所示，起伏微小平缓。
此外，还可以有步骤四。
步骤四、验证模板的实用性，使用此模板制作微流控芯片
将PDMS预聚物以10：1比例混合，均匀混合后，在真空干燥器中抽除气泡，浇筑在模板上，置于烘箱中，75℃下聚合1小时，轻轻揭下芯片，打孔后清洗烘干。
取一PDMS薄膜，去离子水清洗后，氮气吹干，在烘箱中进一步烘干。
将薄膜和PDMS芯片需要键合的一面暴露在等离子清洗机处理室内，处理参数为100sccm，80W，50KHz，10s，贴合芯片和薄膜，完成微流控芯片的制备。
本实施充分证明使用本发明可以以极低的成本制备出具有一定精度的微流控芯片模板，以此模板为基础制作的微流控芯片表面平整，键合容易，且整体步骤简便，不需要任何专业性的操作。

Claims (4)

1.一种微流控芯片模板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：利用标准印刷电路板制作工艺制作表面粗糙的图案化模板，选取FR4玻纤环氧树脂覆铜板作为实验原料，经过清洗、压膜、曝光、显影、刻铜和去膜步骤，制作出表面粗糙的图案化模板；
S2：利用基于聚合物覆膜的表面平整方法，将暴露的环氧树脂粗糙表面平坦化，将粗糙模板浸泡在聚合物溶液中，形成贴附于模板的薄膜，将环氧树脂粗糙表面平坦化；
S3：烘烤模板，使聚合物覆膜与原模板紧密贴合。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片模板的制备方法，其特征在于：所述聚合物溶液采用的溶剂为挥发性溶剂。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片模板的制备方法，其特征在于：所述挥发性溶剂包括二氯甲烷、氯仿、甲苯、丙酮、苯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片模板的制备方法，其特征在于：所述聚合物溶液中的聚合物为聚碳酸酯和/或聚苯乙烯。
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