[发明专利]利用飞秒激光在石英玻璃内部制造三维微螺旋通道的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学微加工技术领域，特别涉及利用飞秒激光在石英玻璃内部制造三维微螺旋通道的方法。

背景技术

20世纪90年代初，Manz和Widmer首先在分析化学领域提出以微电子加工技术为依托的微型全分析系统(Micro Total Analysis Systems，μ-TAS)的概念，微流控生物芯片(Micro fluidic chip)技术是微型全分析系统的重要组成部分，电磁生物芯片作为一类特殊的主动式生物芯片结构，主要是指利用电磁力控制和操纵磁修饰的分子或颗粒，从而实现对样品的转移、杂交和扩增、检测等功能。目前微电磁力的产生主要采用微机电系统(MEMS)工艺制作的线圈产生，所用基底材料多是硅复合材料，制作比较复杂、成本高、产热大，尤其是对于真三维结构的微螺旋电感器件，MEMS工艺存在明显的不足，难以加工出性能良好的电感线圈。硅基材料透明性差，使得微全分析后期的荧光检测工艺难以进行。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用飞秒激光在石英玻璃内部制造三维微螺旋通道的方法，以开拓飞秒激光微细加工技术在微流控芯片中驱动磁珠用的微电感制作方法，具有工艺简单、成本低的优点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

利用飞秒激光在石英玻璃内部制造三维微螺旋通道的方法，具体步骤如下：

步骤一、飞秒激光光束经过光路上装有的衰减片、偏振片及透镜将焦点聚集在石英玻璃下表面，石英玻璃固定在三维精密工作台上，控制三维精密工作台运动使飞秒激光束焦点在石英玻璃内部由下而上扫描出所需微螺旋轨迹轮廓；

步骤二、将扫描出的石英玻璃基底浸泡在质量浓度为5％-15％的氢氟酸溶液中，置于温度为50℃-80℃的超声波环境中，超声波的强度为50千赫兹，氢氟酸腐蚀掉经过飞秒激光作用的区域，间歇性的取出石英玻璃吹干观察和更换氢氟酸溶液，直到形成上下贯通的微螺旋通道。

步骤一中在扫描微螺旋轨迹轮廓时，为了辅助刻蚀时的氢氟酸溶液可以顺畅进入石英玻璃内部，在石英玻璃侧面通过飞秒激光束开辅助通道。

所述的三维精密工作台是日本尼康公司生产的精密三维机械步进式移动PCI平台。

所述的飞秒激光是由镜色散控制钛宝石振荡器提供的宽带飞秒种子脉冲，然后使用脉冲放大装置放大，中心波长为800nm。

所述的透镜是显微镜的物镜。

飞秒激光超精细加工主要是利用飞秒激光的超强的非线性效应对材料进行加工，是一种极端条件下的制造技术，具有真正三维加工、“冷”加工、超精细等良好的特性。飞秒激光对石英玻璃具有很好的穿透性，可以聚焦在后者内部，配合三轴联动精密工作台的运动，从而在内部扫描出微螺旋通道。氢氟酸溶液对经过飞秒激光非线性效应作用的石英玻璃具有很好的选择性腐蚀作用，将扫描出的微螺旋通道放在氢氟酸溶液中进行腐蚀，可以解决飞秒激光加工中喷蚀物难以排除的问题，腐蚀出完全贯通的通道。对于这种在石英玻璃内部加工出的微螺旋通道，注入一定的导体材料，采用封装工艺对其封装就可以实现螺旋电感的真三维加工。本发明具有成本低、操作简单等优点，而且石英玻璃是透明材质，对荧光检测影响较小。

本发明的优点在于：

(1)本发明利用飞秒激光辅助刻蚀技术，利用飞秒激光在透明石英玻璃内部扫描出微螺旋通道轮廓，然后利用氢氟酸腐蚀。不需要采用特殊基底、掩膜等，具有工艺简单、成本低、效率高等优点。

(2)本发明实现螺旋微通道的真三维加工，可以为真三维微电磁线圈的制作提供基底，应用在微全分析和射频技术等领域。

(3)本发明所涉及到的工艺方法能够制作出均匀性较好的微螺旋通道，能够进行满足一定要求的阵列加工，且所采用的石英玻璃的生物亲和性好，光线透过能力强。

附图说明

图1为利用飞秒激光在石英玻璃内部加工微螺旋通道步骤示意图，图1a为飞秒激光扫描示意图，图1b为腐蚀示意图。

图2为利用飞秒激光在石英玻璃内部加工微螺旋通道的飞秒激光光路示意图。

图3为采用不同飞秒激光功率时加工的螺旋微通道对比图。

图4为采用不同氢氟酸浓度下加工的螺旋微通道对比图。

图5为分别采用恒功率、变功率两种扫描方式加工的螺旋微通道。

图6为在螺旋通道的每一匝旁边开侧通道的方式下加工的螺旋微通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步的说明。