微流控玻璃芯片加工工艺及常用设备

玻璃具有良好的热传导性质和稳定的电渗性质，因此在实际应用中，glass chip是分析、电泳平台中常用的媒介。

可以用于蛋白质、核算以及细胞内的生物组分和标记物的检测。

在玻璃微流控芯片内能够完成样品的前处理过程，通过在芯片内建造微结构、微通道实现，比如固相萃取、分离、混纯混合等过程。

1.    玻璃芯片的制作工艺

玻璃芯片的制作工艺主要包括等离子刻蚀、湿法刻蚀、飞秒激光刻蚀、反应离子刻蚀等，这些方法都沿用了微电子加工工艺。

应用最为广泛的是紫外光刻技术与湿法刻蚀技术相结合，这种方法可以在普通实验室内完成，玻璃芯片的加工过程如下图所示。

2.    湿法腐蚀工艺

湿法腐蚀工艺是利用化学溶液将薄膜材料去除的工艺，属于液相（溶液）与固相（薄膜）的反应。

首先，溶液里的反应物在扩散效应的作用下，通过一层边界层，到达被腐蚀薄膜的表面，然后这些反应物与薄膜表面的材料发生化学反应，并产生生成物，最后这些薄膜表面的生成物，也会由于扩散效应，通过边界层回到溶液中，随着溶液的循环被排出和过滤。

湿法腐蚀工艺与干法腐蚀工艺相比，具有设备结构简单、成本低、腐蚀速率快、选择比高的优点。

3.    加工工艺流程

采用标准光刻与湿法刻蚀工艺制作玻璃微流控芯片，制作过程主要包括如下步骤：光刻、湿法刻蚀、打孔和芯片键合等。

1)    掩膜设计与制作

2)    曝光

掩膜版与铬版玻璃对准后放置在光刻机光圈下方，使光刻机光源发出的紫外光透过掩膜版照射到涂有光刻胶的玻璃基片上，曝光时间为80s。

使用菲林塑料掩膜版时，则应在掩膜版上方放置一块抛光片，并将其固定在光刻机光圈下方。

曝光机：

采用紫外LED冷光源，发散角小于2°，可满足4“和6”曝光需求，线条分辨最小可达2um。设备操作简单，适合MEMS和微流控领域。

规格参数：

• 光源：紫外LED光源（365nm）
• 曝光分辨率：2um
• 曝光面积：4”、6”可选
• 曝光强度：＞25mw/cm²可调
• 曝光均匀性：＞90%；
• 光源寿命：＞10000h
• 曝光模式：单次曝光
• 适用光刻胶：SU8，AZ系列等
• 尺寸：380x348x400mm
• Weight: 25kg
• 控制屏：7寸彩屏
• 电源：220V/50Hz
• 功耗：200W

3)    显影

将曝光后的铬板玻璃浸入显影液中，以除去曝光图形区的光刻胶。

显影过程中，用塑料固定架固定铬板玻璃并在显影液中轻轻晃动，显影时间为10s。

显影后取出用流动的超纯水漂洗干净，N₂ 气吹干后放入135℃烘箱 中坚膜15min 。

4)    湿法刻蚀

玻璃微流控芯片的湿法刻蚀包括铬和玻璃的刻蚀。

将坚膜后的铬板玻璃浸入除铬液中，并用塑料镊子微微晃动，浸泡时间为70s以除去通道表面暴露的铬层，除铬后将其取出，流动超纯水冲洗干净。

此时，玻璃表面微通道处的玻璃露出，而其它位置仍有铬和光刻胶掩蔽。

显微镜下检查除铬后的玻璃基片，若合格则将其浸入盛有腐蚀液的塑料烧杯中，使铬板玻璃与腐蚀液充分接触，然后将其转移至恒温水浴锅中。

控制恒温水浴锅温度为42℃，根据所要得到的通道宽度、深度确定刻蚀时间。

刻蚀完后取出，大量流动超纯水冲洗干净，N₂吹干，此时玻璃基片表面获得一定深度的微凹槽结构。

湿法腐蚀专用设备：

玻璃腐蚀槽

主要用来浸泡实验器皿，大多用于化学实验室，生物实验室等科研单位；浸泡缸是用来装稀释过的硫酸或重铬酸钾与硫酸的混合液，硝酸，盐酸等液体的容砖。

规格参数：

• 型号：SG-Z
• 产品特点：耐酸碱/耐有机溶剂/强度高/抗老化
• 产品材质：PP聚丙烯全新料材质
• 产品结构：外缸、内缸、扣盖式盖子、两侧托手
• 适用范围：化学实验室，生物实验室等

数显摇床：

规格参数：

• 型号：SL-0180-S
• 圆周直径：20mm
• 载重量：2kg
• 速度范围：40~200rpm
• 显示屏：LED
• 工作盘尺寸：268*268mm
• 时间范围：1分~19小时59分
• 电机类型：直流无刷电机
• 防护等级：IP21
• 电压：100~240V50/60HZ
• 功率：20W
• 输入功率：20W
• 输出功率：16W
• 尺寸：294*348*123mm
• 重量：3.1kg

更多详情可以与我们销售联系：177 5116 3890。

将刻蚀好的玻璃基片浸入丙酮溶液中，待玻璃表面由红棕色变为亮黄色，取出，超纯水冲洗干净，此时基片表面的光刻胶已除掉。

接着将其放入除铬液中，待露出透明的玻璃表面后取出，超纯水冲洗干净，如发现玻璃表面有尚未除净的铬，可继续将其放入除铬液中，直至完全除去表面的铬。

5)    玻璃打孔

超声打孔器钻头对准并接触玻璃抛光片上标记过的待打孔位置，缓慢增大打孔器功率并开始打孔，打好的孔做为芯片的储液池。

6)    玻璃清洗

将除胶、除铬后的玻璃基片与打好孔的盖片依次经丙酮、乙醇、超纯水各超声清洗10min，以除去玻璃基片表面的残余光胶、玻璃碎片、尘埃颗粒等。

7)    键合

采用施加压力高温键合与不施加压力高温键合两种键合方法制作玻璃芯片。

键合一般使用马弗炉设备。

马弗炉常用于：小型钢件处理，金属、陶瓷的烧结，溶解分析等及高温加热用。

规格参数：

• 产品型号：MFLXD
• 最高温度：1200°C
• 工作温度：室温~1100°C
• 控制方式：PID控制
• 工作环境：RT±5~40°C
• 基础配件：垫砖、坩埚钳、隔热手套
• 可选配件：高真空系统、防逆流装置等

此款马弗炉有一体式和分体式可选。

规格参数：

• 型号：SX2-10-12A
• 最高温度：1200℃
• 内部空间：40*25*16cm
• 功率：12000W（一体式）/10000W（分体式）
• 电压：380V
• 加热元件：铁铬铝合金电阻丝
• 测温原件：铂铑热电偶

更多详情可以与我们销售联系：177 5116 3890。