CN1242269C - 一种带筛孔的塑料微流控芯片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带筛孔的塑料微流控芯片的制备方法，包括模版制备、芯片浇注步骤，其中模版制备包括覆膜、图形设计、光刻、化学刻蚀，其特征在于图形设计时，将模版待生成筛孔的位置设计成曲线形状。本发明提供的带筛孔的塑料微流控芯片的制备方法，成品率高、硅片制作省时、省力。

Description

一种带筛孔的塑料微流控芯片的制备方法

技术领域：

本发明涉及芯片的制备方法，特别是带筛孔的塑料微流控芯片的制备方法。

背景技术：

在塑料微流控芯片的制备中广泛采用浇注法，这种方法是，首先在硅片上用湿刻(湿化学腐蚀法，其中包括电化学腐蚀和电解腐蚀)或干刻(高能速刻蚀，其中包括等离子束刻蚀，等离子体刻蚀和激光刻蚀)法做出所需要的图型模版，将其镶到模具中，再向模具中浇入PDMS，待固化后，取出，在通道尽端处打上贮液孔，最后封接在一块玻璃或PMMA板上，制成所要的芯片。由于湿刻法具有成本低，设备简单，制作方便，刻蚀质量好等优点，所以通常采用这种技术。但是对于某些特殊要求的芯片，如在通道的某处带有细颈或者叫做筛孔(1)的微流孔芯片模版的制造工艺会较为复杂，通常地，带有筛孔的微流控芯片模版的传统湿刻工艺流程为：先制直通道图形的硅片，再重复湿刻工艺在上述硅片上制筛孔部分。这种工艺流程复杂、耗时长。另外，硅晶体是硅原子依靠共价键结合而成，每一个硅原子和周围四个原子共价结合，在空间分布形成一个正四面体，硅晶体的这种特殊结构决定了其在刻蚀时是各向异性的，即在特定方向上刻蚀速度大，其它方向不发生刻蚀，从而使得刻蚀后通道处的凸起为梯形截面，即腐蚀面(4)与保护面(3)的垂直面形成夹角(图2)，这夹角的存在导致在刻蚀较深主通道时无法刻出浇注小孔径的筛孔所需的薄壁，假如硅片上保护的刻蚀面宽为1μm，刻蚀高度为20μm时，则刻蚀后底面宽为30μm(图3)，即无法刻出浇注10μm以下小孔径筛孔所需的薄壁。

发明内容：

本发明提供了一种带筛孔的塑料微流控芯片的制备方法，包括模版制备、芯片浇注步骤，其中模版制备包括覆膜、图形设计、光刻、化学刻蚀，其特征在于图形设计时，将模版待生成筛孔的位置设计成曲线形状。

本发明带筛孔的塑料微流控芯片的制备方法中，所述曲线可以是一段圆弧，最好是1/4圆的圆弧。

单晶硅在化学刻蚀中有各向异性的特点，它的刻蚀取向与晶片的结晶取向密切相关，也与掩蔽图形与若干晶面间的对准角有关，只有当掩蔽图形与晶面定位线垂直或平行时才可以制出轮廓清晰，侧壁十分均匀的梯形通道，反之，若有一定偏角时，则会有保护面塌边的现象。即当在刻蚀曲线图形时无法完全保护，随着刻蚀深度的变化，保护层局部逐渐脱落，导致要保护部分的硅被刻蚀掉。本发明正是利用单晶硅的这一特性，在通道中要做筛孔处设计一段曲线(下称为曲线通道，如图4)，在刻蚀中控制刻蚀速度和时间，从而可刻蚀出所需要的微小截面积的薄壁(2)(见图5)。浇注芯片时相对硅片上的薄壁(2)就形成“筛孔”。

本发明提供的带筛孔的塑料微流控芯片的制备方法，成品率高、硅片制作省时、省力。

附图说明：

图1带筛孔的塑料微流控芯片；

图2湿刻法在硅片上刻蚀直线形成夹角的切面图；

图3硅片上浇注筛孔用薄壁处的截面图；

图4硅片上曲线通道的设计图；

图5硅片上曲线通道刻蚀后结果图。

具体实施方式：

实施例的工艺流程如下：

1)先在硅片上设计、涂二氧化硅胶保护、光刻，清洗光刻胶，得到所要的带圆弧通道的图形；

2)在保护带有圆弧通道图形的情况下，将要保护图形外的二氧化硅保护层刻掉；

3)刻蚀保护层外的单晶硅，使圆弧通道处形成制筛孔所要的薄壁；

4)将制成的模版镶到模具中，向模具中浇入PDMS，固化后取出即可。

对比例的工艺流程如下：

1)先在硅片上设计、涂二氧化硅胶保护，光刻，清洗光刻胶，得到所要的带直通道的图形；

2)在保护带有直通道图形的情况下，将要保护图形外的二氧化硅保护层刻掉；

3)刻蚀通道外裸露的单晶硅，使制通道的凸壁达到一定高度；

4)整个硅片第二次二氧化硅胶保护；

5)重复步骤1)、2)的操作过程，使曝光过程仅在通道中需要筛孔部分进行；

6)对要制筛孔的凸壁部分刻蚀到所要求的高度；

7).将制成的模版镶到模具中，向模具中浇入PDMS，固化后取出即可。

Claims (2)

1.一种带筛孔的塑料微流控芯片的制备方法，包括模版制备、芯片浇注步骤，其中模版制备包括覆膜、图形设计、光刻、化学刻蚀，其特征在于图形设计时，将模版待生成筛孔的位置设计成一段圆弧形状。

2.按照权利要求1所述的带筛孔的塑料微流控芯片的制备方法，其特征在于一段圆弧是1/4圆的圆弧。

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