[发明专利]微流控芯片的加工方法

说明书

本发明提供一种微流控芯片的加工方法，它首先利用精密光刻工艺，制备出高精度基底模具，接着，使用深刻蚀工艺，形成基底模具。在基底模具上以覆盖金属层，利用精密电铸工艺，加工出高精度金属模具。然后利用一体式精密注塑技术，得到与光刻胶模具凹凸性一致的微流道芯片。本发明的方法首次将基于光刻、刻蚀和电铸的微加工工艺，和工业上使用的注塑工艺相结合，使用精密模具进行不同流道高度的热塑材料微流控芯片的加工，实现了高产能和低成本的微流控芯片批量化加工。

技术领域

本发明涉及微流控芯片领域，尤其是涉及一种微流控芯片的加工方法。

背景技术

微流控芯片已成为目前分析仪器发展的重要方向与前沿，微流控芯片技术的发展，需要先进的微制造技术为后盾。基于硅、玻璃的微流控芯片材料成本高，高精度加工工艺复杂，难以实现批量化生产需求。基于聚合物材料的微流控芯片材料成本低，是目前微流控技术领域芯片加工广泛使用的材料。

目前，基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的微流控芯片已被广泛研究。研究人员利用软光刻工艺加工具备微米量级的PDMS微流控芯片。首先，研究人员采用厚光刻胶(例如：SU-8厚胶)和常规光刻技术在硅基基底表面加工出具有微米精度、高深宽比的模具。然后，将PDMS前体及其交联剂混合溶液浇注在此模具表面。经过升温固化处理、模具分离，制备出结构互补的弹性PDMS微流控结构芯片。该PDMS微流控结构芯片与玻璃基片经过一步可逆键合步骤，最终形成封装的微流控芯片。

尽管PDMS微流控芯片材料研发成本低、实验室加工工艺简单，但是其存在的不足包括：

(1)PDMS是热弹性聚合物材料，该类材料不适合于工业级注塑、封装工艺。手工加工的PDMS微流控芯片可靠性差；

(2)PDMS微流控芯片批量加工成本高昂。

微流控芯片的特征尺寸在几十～几百微米之间，表面粗糙度在纳米量级。常规热模压、注塑工艺，首先需要制备金属模具，然后批量化加工基于热塑材料的微流控芯片。常用的机械加工、电火花工艺加工的金属模具尺寸精度在百微米量级，表面粗糙度在亚微米量级，无法满足微流控应用对于均一性和精度的严格要求。常规光盘制造技术，包括精密模具制造和精密注塑工艺，模具尺寸精度和表面粗糙度均在纳米量级。但是光盘模具精密模具制造工艺的尺寸在百纳米量级，远小于微流控芯片的尺寸要求。现有芯片制备工艺距离批量化生成尚有距离，限制了微流控芯片在临床检验领域的广泛应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种高度尺寸在2-200微米之间的微流控芯片的加工方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：利用光刻工艺，将绘制于掩模上的微流控芯片设计图案，以图形化的方式转移到模具基底上；步骤2：使用深刻蚀工艺对基底上没有被光刻胶保护的部分进行刻蚀，形成基底模具；步骤3：在所述基底模具上覆盖金属层，利用精密电铸工艺，加工出金属模具；和步骤4：在所述金属模具上，利用一体式注塑技术，注塑得到微流控芯片。

在一种实施方式中，当所述微流控芯片高度尺寸在2-50微米之间时，使用材料为硅、石英或玻璃的基片作为所述模具基底。

在一种实施方式中，当所述微流控芯片高度尺寸大于50微米时，使用材料为表面沉积金属薄膜的硅、石英或玻璃的基片作为所述模具基底。

在一种实施方式中，所述金属薄膜的厚度为2-10微米。

在一种实施方式中，所述金属薄膜材料为铝。

在一种实施方式中，在所述基底模具上覆盖金属层为金属铬层或镍层。

在一种实施方式中，所述金属模具材料为镍。

在一种实施方式中，在所述基底模具上覆盖金属层通过蒸镀或溅射方式实现。