[发明专利]一种新型微流控芯片成型模具及方法

说明书

技术领域

本发明属于微加工领域，涉及一种新型热压印成型技术及设备，应用领域主要有：微米纳米加工、微电子学、材料科学、光学、微电子机械系统、表面化学等领域。

背景技术

近年来由于微结构制品被更多的行业所应用，使其需求量急剧增加，精度要求也越来越高，目前现有的微结构制品成型大多是采用成品聚合物进行热压印的方法，且采用热塑性聚合物，其基本原理是：首先将聚合物基片加热到其玻璃化温度以上，然后在一定压力的作用下，将压印模具压在聚合物基片上，使聚合物填充到模具上的微结构中，冷却定型后脱模，达到图形复制转移的目的。但是采用热塑性聚合物进行热压印存在如下问题：压印需要在高温高压的条件下实现，而且即使在高温、高压的条件下，仍然可能导致聚合物不能完全填充腔体；压膜材料没有足够高的热导率时材料加热冷却时间过长。由于这些问题存在，使得聚合物热压印技术的广泛应用受到了限制。聚二甲基硅氧烷惰性，无毒，不易燃，具有良好的光学特性，良好的绝缘性，常被应用于微结构与微流控领域。

发明内容

针对现有热压印设备的不足本发明提供一种石墨烯涂层加热的热压印成型方法，将液态的聚二甲基硅氧烷注入到具有微结构且镀上一层石墨烯的硅模具中，利用石墨烯的高导电率和低表面电阻的特点在直流电源的驱动下只对模具的石墨烯涂层加热，使液态的二甲基硅氧烷固化成型制品，这种通过石墨烯涂层加热的方法明显缩短了压印的工艺周期、简化了热压印的成型设备，提高了热压印的效率，大大节省了能源。并且由于硅表面比较光滑，液态的二甲基硅氧烷在模具中流动性能较好，微结构易于填充，复制度高，且固化后的制品易于脱模，微结构不易被损坏。

为实现上述目的所采用的技术方案是：一种新型微流控芯片成型模具，主要包括：成型组件、脱膜组件、合模气缸、固定支架、M5×15六角头螺栓、导柱、导柱连接板、M5×30六角头螺栓、温度控制器、动模板、台子、顶模气缸、顶杆推板、模芯固定块、顶杆、弹簧套、铜压块、模芯、直流电源。其中成型组件包括：模芯固定块、模芯、铜压块，模芯嵌在模芯固定块里下半部分，铜压块放在模芯固定块里模芯的上半部分压紧模芯；脱膜组件包括：顶模气缸、顶杆推板、顶杆、弹簧套，顶模气缸的缸盖通过螺栓与固定支架的下面相连，合模气缸的活塞杆与顶杆推板通过螺纹连接，顶杆的一端装入模芯的顶出孔，弹簧套位于顶杆一端后装入模芯的顶出通道；成型组件安装于固定支架上，通过螺栓与固定支架的的侧面相连；四个导柱的两端分别连接导柱推板和动模板；合模气缸的缸盖通过螺栓与固定支架的上面相连，合模气缸的活塞杆与导柱推板通过螺纹连接；导柱穿入导柱推板的导孔内与动模板通过螺纹连接； 电线穿过模芯固定块上的电线孔一端与铜压块相连，另一端分别与直流电源和温度控制器相连。

在整个微流控芯片成型模具中，成型组件安装于固定支架的侧面作为合模机构的固定端，导柱一端安装于合模机构的动模板端。导柱在合模和开模过程中起导向作用。在成型过程中动模板在导柱的带动下向成型组件移动，合模完成后，由注射装置向模具型腔内注射液态聚二甲基硅氧烷材料，待注射完成，在温控器上设置温度，打开直流电源的开关，对模具进行加热，待液态二甲基硅氧烷固化后，动模板在导柱的带动下开模，顶模气缸带动顶杆推板继而推动顶杆将制品顶出，同时弹簧被压缩，顶模气缸带动顶杆推板杆回撤，弹簧回弹使得顶杆复位。

采用本发明一种新型微流控芯片成型模具制造微流控芯片的方法是：

第一步：将液态二甲基硅氧烷放置在抽真空机内进行抽真空，真空时间为1~5小时，之后取出将混合液体导入注射装置。

第二步：模具合模，将液态二甲基硅氧烷通过浇口块注射进模具型腔，注射结束后进行保压，保压时间直至液态二甲基硅氧烷固化制品成型后。

第三步：在温控器上设置温度，打开直流电源的开关，对模具进行加热，：待液态二甲基硅氧烷固化成型，停止保压。

第四步：保压结束后，关闭直流电源，开模后顶模气缸带动顶杆推板推动顶出杆将制品顶出。同时，通过未固化材料回收流道，将未固化的液态二甲基硅氧烷回收以便重复利用。

第五步：去除成型制品的料棒，得到最终微结构制品。

本发明一种石墨烯涂层加热的热压印成型模具及方法的有益效果：

1.利用石墨烯的高导电率和低表面电阻的特点只对硅片表面的石墨烯镀层进行加热，加热效率高，成型周期大大缩短且节省能源。

2.采用直流电源加热，节能，安全，能充分提高有功功率。

3.硅片镀层表面光滑，液态二甲基硅氧烷在模具型腔中流动阻力小，微结构易于充满，复制度高。