[发明专利]一种基于表面张力自洽的微通道制造方法及其装置

说明书

本发明公开了一种基于表面张力自洽的微通道制造方法及其装置，包括用于盛装Ga‑In液态合金的缸体、设置在缸体上方的用于喷射金属粉末的聚焦装置和控制系统；缸体内设有一可在缸体内升降的支撑平台；在缸体内的Ga‑In液态合金的液面上方设有感应加热工位；聚焦装置固定在移动平台上，并由移动平台带动其在二维作平面运动；控制系统，用于控制支撑平台按照预设升降速度作上升或下降运动和控制移动平台按照预设运动轨迹在二维平面内运动。在制造过程中，聚焦装置由移动平台带动，可在二维平面精确地运动，形成各种各样的轨迹。通过控制系统设置所需运动轨迹，即微通道的截面形状、图案等，通过聚焦装置就能方便快捷地加工出任意形状的微通道。

技术领域

本发明涉及微通道制造制备领域，尤其涉及一种基于表面张力自洽的微通道制造方法及其装置。

背景技术

微通道制造的方法有很多，如光刻加工法、熔融拉制法、软化拉制法、飞秒激光加工法、注塑法、热压法、金属腐蚀法、LIGA法和UV-LIGA法^[1-3]。其中，光刻加工法较多用于硅微通道制造；熔融拉制法、软化拉制法和飞秒激光加工法多用于玻璃微通道的制造；注塑法和热压法常用于聚合物微通道的制造。金属微通道的制造常用金属腐蚀法、LIGA法和UV-LIGA法。

金属腐蚀法^[4]就是先在基板上使用保护膜保护不需腐蚀的部位，然后用化学或电化学方式腐蚀掉不需要的部位的一种加工方法。化学腐蚀法腐蚀速度较快，但是腐蚀液对环境有很大的危害性。电化学腐蚀法对环境的污染较小，但是蚀刻深度不易控制。

LIGA法^[5]是一种基于x射线光刻的加工方法，其工艺步骤主要包括x 射线深度同步辐射光刻、电铸和剥模。电铸的基本原理是以按所需形状制成的原模作为阴极，用电铸材料作为阳极，一起放进与阳极材料相同的金属盐溶液中。通电后，原模表面逐渐沉积出金属电铸层。当电铸层达到所需厚度后，从溶液中取出，并将电铸层与原模分离，即可获得与原模形状相对应的复制件。

UV-LIGA法^[6]与LIGA法的工艺步骤一致，主要的区别在于光刻时采用的光源不同。UV-LIGA法在光刻时采用近紫外光，与LIGA法相比，大大降低了加工成本。然而，X射线的平行度非常高、辐射强度强，使LIGA技术能够制造出高宽比很大且结构侧壁光滑的微通道。

然而它们普遍存在的缺点如下：

金属腐蚀法使用化学腐蚀液时会对环境造成危害。金属腐蚀法难以控制腐蚀过程，无法精确控制腐蚀深度，因此得到的微通道尺寸精度较差，只适用于对尺寸要求不高的场合。并且，金属腐蚀法常用于槽型微通道的制造，无法方便快捷地制造出任意形状的微通道。

LIGA法是一种基于x射线光刻的加工方法，成本很高。由于加工过程采用了光刻工艺，无法制造出任意形状的微通道，常用于制造槽型微通道。加工得到的微通道宽度在数十微米到数百微米之间，无法得到更小尺度的微通道，例如纳米尺度。

UV-LIGA法与LIGA法的加工工艺一致。因此，这种加工方法同样无法加工出任意形状的微通道，也无法获得更小尺度的微通道。

可见，它们大多都是在基板上加工获得微通道，无法制造出单独的微通道器件。

参考文献:

[1].张高朋,田桂中,曹伟龙.微流体系统中微通道制作工艺的研究进展[J].微纳电子技术,2013,08:512-517+527.

[2].顾理,孙会来,于楷,赵方方.飞秒激光微加工的研究进展[J].激光与红外,2013,01:14-18.

[3].罗怡,王晓东,刘冲,王立鼎.一种新型微流控芯片金属热压模具的制作工艺研究[J].中国机械工程,2005,17:1505-1507.