微流控芯片因具有高效篩選、自動(dòng)化程度高、易于使用、可平行分析、反應(yīng)時(shí)間短和低樣品或試劑消耗等優(yōu)點(diǎn),在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等被廣泛應(yīng)用,因此加工出符合要求的微流道模具能提高芯片的加工效率、降低加工成本。掩膜電解加工技術(shù)是光刻工藝和電化學(xué)蝕刻工藝的組合,加工過(guò)程無(wú)電極損耗,非接觸、無(wú)外力,無(wú)熱影響,適用于難加工金屬材料及復(fù)雜圖案模具的成型等。本文以寬度500±10μm、深度200±10μm醫(yī)用微流道模具掩膜電解加工為研究對(duì)象,考慮了流場(chǎng)、陰陽(yáng)極產(chǎn)物、溫度場(chǎng)和電場(chǎng)的相互關(guān)系建立了有限元模型,對(duì)微流道掩膜電解加工過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬并展開(kāi)了系列試驗(yàn)研究。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:(1)多物理場(chǎng)有限元模型建立。以微流道模具掩膜電解加工(ECMTM)為對(duì)象,考慮流場(chǎng)通過(guò)中間物理量(氫氣氣泡率、鐵離子濃度和溫度)對(duì)電場(chǎng)的影響,應(yīng)用Comsol數(shù)值計(jì)算軟件,建立了多物理場(chǎng)耦合有限元模型。(2)根據(jù)建立的有限元模型,分析了陰陽(yáng)極間隙電解液中流速、電解產(chǎn)物、溫度和電場(chǎng)的分布情況,探討了電解液入口速度對(duì)氣泡率、鐵離子濃度和溫度的影響,及其通過(guò)上述三者進(jìn)一步對(duì)電導(dǎo)率的影響。微流道直線段較兩端圓弧段流速分布均勻;電解產(chǎn)物濃度和溫度從入口處到出口處呈遞增趨勢(shì),受流速分布影響,微流道段分布不均勻;隨著電解液入口速度增大,電解液電導(dǎo)率穩(wěn)定性好,微流道尺寸分布越均勻;電場(chǎng)影響著微流道溝槽的成型形狀和速度。在自行設(shè)計(jì)的裝置平臺(tái)上進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果溝槽形狀吻合較好,深度方向最大誤差為10.07μm,百分比誤差為5.03%。(3)微流道陽(yáng)極掩膜的工藝試驗(yàn)研究。根據(jù)模擬結(jié)果確定了電流密度、加工間隙、電解液濃度和加工時(shí)間的范圍,試驗(yàn)研究了304不銹鋼微流道溝槽的幾何形貌及雜散腐蝕程度的影響因素。結(jié)果表明:溝槽的雜散腐蝕程度主要與電流密度有關(guān),電流密度為9A/cm2時(shí),雜散腐蝕程度最小,側(cè)向腐蝕系數(shù)EF為3.77;組合各參數(shù),電解加工出平均尺寸為498.48μm,208.92μm的304不銹鋼微流道溝槽,深度方向加工速度83.57μm/min,側(cè)壁垂直且表面平整,將模具寬度和深度控制在500±10μm、200±10μm之間;參考該較優(yōu)參數(shù)組合,調(diào)整了時(shí)間參數(shù),在HPM75模具鋼上加工得到平均尺寸為513.74μm,200.53μm的微流道溝槽,基本滿足技術(shù)要求。本文以微流道模具掩膜電解加工為研究對(duì)象,數(shù)值模擬研究了流場(chǎng)參數(shù)對(duì)成形均勻性的影響,試驗(yàn)控制了微流道溝槽的幾何形貌和雜散腐蝕程度,為大去除量復(fù)雜圖案模具的掩膜電解加工成形提供了理論與試驗(yàn)依據(jù)。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TG662;TH77
【部分圖文】：

1.1 Business2.0 和 Nature 雜志微流控芯片封面圖iness2.0 and nature magazine cover map about microf片既是一門科學(xué)，又是一門技術(shù)，它可應(yīng)用生物學(xué)和醫(yī)學(xué)，同時(shí)它的第二波影響力也滲

圖 1.2 微流控芯片的應(yīng)用領(lǐng)域Fig.1.2 The application field of microfludic chip芯片最先被應(yīng)用的領(lǐng)域是化學(xué)，主要體現(xiàn)在分析化學(xué)和反應(yīng)化學(xué)作為分析化學(xué)平臺(tái)時(shí)，它具有耗樣量低、分析速度快、高靈敏度

圖 1.3 等離子體刻蝕多晶硅示意圖Fig.1.3 Schematic diagram of plasma etching of polysilicon干法刻蝕的區(qū)別在于刻蝕劑，利用化學(xué)劑作為刻蝕劑，適的化學(xué)試劑將未被光刻膠覆蓋的晶片部分分解，轉(zhuǎn)成

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本文編號(hào)：2810330