模內鍵合聚合物微流控芯片的微通道變形分析及工藝參數優(yōu)化.pdf

1、如何實現微流控芯片低成本、快速制造是微流控芯片技術產業(yè)化的關鍵。以聚合物材料為基體，將鍵合技術集成于注射成型工藝中的微流控芯片模內鍵合工藝可以實現微流控芯片的快速制造和大批量生產。本文針對聚合物微流控芯片模內鍵合過程中微通道變形嚴重的問題進行仿真和實驗研究，為優(yōu)化模內鍵合工藝，提高芯片鍵合質量奠定基礎。
　　 本文從聚合物力學基礎理論著手，分析微流控芯片在鍵合過程中產生的變形機理，通過實驗研究PMMA材料力學性能，并獲得相關力學

2、性能參數。結果表明，PMMA材料在玻璃態(tài)轉化溫度附近表現出明顯的粘彈性能;采用廣義Maxwell模型能表征聚合物材料的粘彈性能，為芯片微通道變形的有限元仿真提供依據。
　　 采用有限元軟件Marc仿真研究微流控芯片微通道變形。結果表明，鍵合溫度和鍵合壓力為影響芯片微通道變形的主要因素，鍵合時間對芯片微通道變形的影響相對小。在鍵合過程中，芯片微通道頂部與兩側發(fā)生粘合，對微通道變形影響很大。芯片微通道高度和頂部寬度變形較大，底部寬度

3、變形很小。粘彈變形對芯片微通道變形起主導作用，熱變形對微通道變形影響很小。
　　 采用單因素法實驗研究模內鍵合工藝參數對芯片微通道變形和鍵合強度的影響規(guī)律，并與仿真結果進行對比。結果表明，隨著鍵合溫度、鍵合壓力和鍵合時間的增大，芯片微通道變形增加，芯片鍵合強度增大;芯片微通道頂部與兩側的粘合對微通道變形影響很大，與仿真結果一致。分析芯片模內鍵合實驗過程中產生的缺陷，綜合考慮各方面因素，擇優(yōu)選取模內鍵合工藝參數:102℃，1.8M