基于UV-LIGA制作细胞培养器微注塑模具型腔的工艺研究

摘要

在MEMS研究领域中，微注塑成型加工技术越来越受到人们的关注，其具有成型塑件效率高、尺寸与质量一致性好等特点，且可以满足各类微小装置或器件对复杂塑件的需求，而微注塑模腔的加工精度与质量又直接影响微小塑件的成型质量。基于SU-8胶的UV-LIGA技术具有微小复杂结构成型、高深宽比和侧壁近乎垂直等突出优点，利用牺牲层UV-LIGA或套刻等工艺能制作台阶结构。因此研究UV-LIGA技术制作微注塑模具可以满足其尺寸及精度的要求，具有重要意义。
　　 本文研究细胞培养器微注塑模具型腔的制作方法。针对微注塑模具型腔的结构特点，以合金钢为基底，采用UV-LIGA套刻技术，分别进行两次SU-8胶光刻和Ni的微细电铸制作出微结构，再利用掩膜腐蚀的方法在铸层上腐蚀出微排气通道。利用这种工艺，直接在金属基底上制作了具有微阵列结构、微注塑浇口、微排气通道等结构的细胞培养器微注塑模具型腔。
　　 在微型腔制作过程中进行了UV-LIGA技术的研究。实验中结合理论分析，对金属基底的SU-8胶模的制作和微电铸工艺中遇到的问题进行讨论，采取相应有效的改善措施。此研究获得了铸层质量好与基底结合强度高的微注塑模具型腔。
　　 本文重点对SU-8厚胶的溶胀机理进行分析，针对SU-8厚胶工艺过程中的溶胀现象提出了在掩膜版图形四周增设封闭的宽度为201μm和30μa的隔离带来减少图形四周SU-8厚胶体积，改善了该处胶模的热溶胀变形，使铸层的尺寸误差由原来的35μm降低到10vμm，300μm高的微柱体侧壁陡直。隔离带的引入有效的提高了铸层的尺寸精度和形状精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 UV-LIGA技术在微型腔制作中的研究现状

1.3 微注塑模具型腔制作的研究现状

1.4 本论文的主要研究内容

2 基于SU-8胶的UV-LIGA工艺研究

2.1 SU-8胶光刻工艺技术

2.1.1 SU-8胶的光刻机理

2.1.2 SU-8胶光刻工艺实验研究

2.1.3 SU-8胶的热溶胀原理

2.2 微电铸镍工艺研究

2.2.1 微电铸镍工艺基础

2.2.2 电铸液的溶液成分

2.2.3 微电铸的工艺参数

2.3 本章小结

3 细胞培养器微注塑模具型腔的设计及实验方案

3.1 细胞培养器的工作原理及结构设计

3.1.1 细胞培养器的工作原理

3.1.2 本实验中研究制作的细胞培养器

3.2 制作细胞培养器微注塑模具型腔的结构设计及实验方案

3.2.1 微注塑模具型腔的结构设计

3.2.2 实验方案及工艺路线

3.3 本章小结

4 细胞培养器微注塑模具型腔的制作工艺过程

4.1 掩膜版的制作和基板的选取与前处理

4.2 第一层微正方形阵列结构的制作

4.2.1 微正方形阵列SU-8胶模的制作

4.2.2 微正方形阵列结构的微电铸

4.3 第二层微圆柱阵列和微注塑浇口的制作

4.3.1 第二层SU-8胶模的制作

4.3.2 微圆柱阵列结构的微电铸

4.4 掩膜腐蚀微排气通道

4.5 SU-8胶的去除

4.6 本章小结

5 SU-8胶热溶胀性研究和微铸层的精度控制

5.1 增设隔离带方案的提出及方案设计

5.2 实验前后对比

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢