軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了一種軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：混膠系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)芯片原料的混合，并將混合后的原料供給至點(diǎn)膠系統(tǒng)；注塑模具，對(duì)軟質(zhì)芯片的高度方向進(jìn)行定型，其底部設(shè)有模板，該模板上表面形成有微結(jié)構(gòu)圖案；點(diǎn)膠系統(tǒng)，連通于混膠系統(tǒng)，并位于所述注塑模具的上方，該點(diǎn)膠系統(tǒng)用以在所述模板上表面鋪設(shè)混合原料；脫泡系統(tǒng)，具有容納注塑模具的腔體，用以對(duì)點(diǎn)膠后注塑模具進(jìn)行整體脫泡；固化系統(tǒng)，具有一封閉的空間，通過加熱方式將脫泡后的注塑模具進(jìn)行加熱并使得混合原料固化定型。本實(shí)用新型系統(tǒng)設(shè)備體較小，適合實(shí)驗(yàn)室芯片中式或者車間芯片批量生產(chǎn)使用。
【專利說明】
軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請(qǐng)屬于微流控芯片制作技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片技術(shù)(MicrofIuidics)是把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動(dòng)完成分析全過程。由于它在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的巨大潛力，已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、電子、材料、機(jī)械等學(xué)科交叉的嶄新研究領(lǐng)域。
[0003]以PDMS(Po Iydimethy I si 1xane，聚二甲基娃氧燒)材質(zhì)為代表的軟質(zhì)微流控芯片，因其成本低，使用簡單，而且具有良好的化學(xué)惰性等特點(diǎn)，成為一種廣泛應(yīng)用于微流控領(lǐng)域的聚合物材料。PDMS芯片的生產(chǎn)過程通常是將PDMS預(yù)聚物A和B組分充分混合之后進(jìn)行脫泡，倒入模具當(dāng)中，加熱進(jìn)行固化，從而形成PMDS芯片。該過程操作繁瑣，生產(chǎn)效率低，目前沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，也沒有儀器能夠?qū)崿F(xiàn)PDMS芯片加工的批量化。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
[0006]本申請(qǐng)實(shí)施例公開了一種軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，包括:
[0007]混膠系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)芯片原料的混合，并將混合后的原料供給至點(diǎn)膠系統(tǒng)；
[0008]注塑模具，對(duì)軟質(zhì)芯片的高度方向進(jìn)行定型，其底部設(shè)有模板，該模板上表面形成有微結(jié)構(gòu)圖案；
[0009]點(diǎn)膠系統(tǒng)，連通于混膠系統(tǒng)，并位于所述注塑模具的上方，該點(diǎn)膠系統(tǒng)用以在所述模板上表面鋪設(shè)混合原料；
[0010]脫泡系統(tǒng)，具有容納注塑模具的腔體，用以對(duì)點(diǎn)膠后注塑模具進(jìn)行整體脫泡；
[0011]固化系統(tǒng)，具有一封閉的空間，通過加熱方式將脫泡后的注塑模具進(jìn)行加熱并使得混合原料固化定型。
[0012]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述注塑模具包括夾具底板和夾具上蓋，所述夾具底板上凹設(shè)形成有注塑槽，所述模板設(shè)置于所述注塑槽的底部，所述夾具上蓋具有水平的底面。
[0013]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述夾具底板和夾具上蓋之間轉(zhuǎn)動(dòng)連接。
[0014]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述夾具底板上設(shè)置有水平儀。
[0015]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述模板為硅片。
[0016]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述混膠系統(tǒng)包括混膠桶、攪拌裝置和氣動(dòng)連接裝置，所述混膠桶具有一密閉的攪拌空間，所述攪拌裝置延伸于所述攪拌空間內(nèi)，所述氣動(dòng)連接裝置連通于所述攪拌空間，并可與外部的真空栗或空氣壓縮機(jī)連接。
[0017]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述軟質(zhì)芯片的材質(zhì)為PDMS。
[0018]優(yōu)選的，在上述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)中，所述混膠系統(tǒng)、點(diǎn)膠系統(tǒng)、注塑模具、脫泡系統(tǒng)和固化系統(tǒng)依次設(shè)于同一生產(chǎn)線上，相鄰系統(tǒng)之間通過機(jī)械手作業(yè)。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0020]1.本實(shí)用新型系統(tǒng)生產(chǎn)效率高；
[0021 ] 2.系統(tǒng)操作簡單、成本低廉；
[0022]3.節(jié)省人工成本、降低人為誤差；
[0023]4.設(shè)備體較小，適合實(shí)驗(yàn)室芯片中式或者車間芯片批量生產(chǎn)使用。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例中混膠系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2所示為本實(shí)用新型具體實(shí)施例中注塑模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0028]本實(shí)施例以制作PDMS軟質(zhì)芯片為例進(jìn)行說明。
[0029]軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，包括依次設(shè)置的混膠系統(tǒng)、點(diǎn)膠系統(tǒng)、注塑模具、脫泡系統(tǒng)和固化系統(tǒng)。
[0030]參圖1所示，混膠系統(tǒng)由混膠桶1、攪拌裝置2和氣動(dòng)連接裝置3組成，混膠桶為市售混膠桶，用來盛放PDMS的兩個(gè)組分，混膠桶的容積可以根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)選用。通過上面的攪拌裝置(自帶馬達(dá))混勻預(yù)聚物兩個(gè)組分，還可以采用磁力攪拌等其他方式實(shí)現(xiàn)PDMS兩組分的混合。
[0031 ]氣動(dòng)連接裝置連通于混膠筒的內(nèi)部，其可以與真空栗連接，實(shí)現(xiàn)邊攪拌邊脫泡的過程，節(jié)省時(shí)間。攪拌時(shí)間通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速確定，以混勻預(yù)聚物為目的。
[0032]抽真空時(shí)間要長于攪拌時(shí)間，而且抽真空的效果除了取決于時(shí)間長短，還和預(yù)聚物的量以及混膠桶的深寬比有關(guān)系;質(zhì)量相同的預(yù)聚物，混膠桶深寬比越小，抽真空效果越好。
[0033]需要注意的是，整個(gè)混膠系統(tǒng)需要保證氣密性，保證脫泡效率，混料桶底部有一個(gè)控制閥，控制閥開啟時(shí)，空氣壓縮機(jī)連接氣動(dòng)連接裝置，通過壓縮氣體將混膠桶里的PDMS擠壓到點(diǎn)膠系統(tǒng)的管路中。
[0034]點(diǎn)膠系統(tǒng)4采用市售的點(diǎn)膠頭，通過控制部分進(jìn)行控制。點(diǎn)膠頭通過軟管和混膠桶底部連接，壓縮氣體實(shí)現(xiàn)PDMS原料的供給。點(diǎn)膠頭可以是氣動(dòng)或者機(jī)械推進(jìn)等方式控制。如果是氣動(dòng)點(diǎn)膠頭，通過控制氣壓和時(shí)間，控制點(diǎn)膠量。如果是機(jī)械推進(jìn)式點(diǎn)膠頭，通過選擇點(diǎn)膠頭的通徑、推進(jìn)速度、時(shí)間等因素控制點(diǎn)膠量。PDMS注塑模具放置于點(diǎn)膠底部，PDMS混合物直接滴入到注塑模具中，完成點(diǎn)膠過程。
[0035]點(diǎn)膠系統(tǒng)可以配備反饋模塊，精確控制點(diǎn)膠量，從而實(shí)現(xiàn)控制PDMS芯片厚度的目的，并加速點(diǎn)膠過程。
[0036]注塑模具是PDMS注塑生產(chǎn)的關(guān)鍵部分，如圖2所示，夾具采用機(jī)加工方式加工而成，材質(zhì)為鋁制或者其他金屬。夾具主體包括夾具底板5和夾具上蓋板6，通過鉸鏈連接。夾具底板5上加工有注塑槽7，尺寸和硅片8尺寸對(duì)應(yīng)，硅片上加工有微結(jié)構(gòu)。夾具底板上安裝有水平儀9，確保夾具整體的水平，避免芯片10厚度不一。
[0037]由于PDMS注塑模具通常具有微米級(jí)結(jié)構(gòu)，注塑過程中容易再次產(chǎn)生氣泡。通過氣動(dòng)點(diǎn)膠頭的方式點(diǎn)膠也容易產(chǎn)生氣泡，因此需要再次脫泡。
[0038]脫泡系統(tǒng)，包括密封箱體，通過密封門開關(guān)。注塑模具整體放置到脫泡系統(tǒng)之后，啟動(dòng)真空栗，達(dá)到-0.1MPa之后，保持一定時(shí)間，直至模具上氣泡完全消失，通過控制脫泡部分的三通閥，實(shí)現(xiàn)密封箱體和大氣的聯(lián)通，卸掉大氣壓，打開密封門，將模具取出。
[0039]固化系統(tǒng)是帶有控制系統(tǒng)的封閉裝置，通過加熱實(shí)現(xiàn)TOMS固化。固化部分為密閉體系，加熱溫度為60-80攝氏度左右，時(shí)間在5-20分鐘。加熱方式可以選用紅外加熱燈等方式。
[0040]上述模具從點(diǎn)膠部分到脫泡部分，從脫泡部分到固化部分的過程，可以配備機(jī)械手完成，加快生廣效率。
[0041 ]固化完成之后，將模具整體取出，繼而進(jìn)行脫模和切割，PDMS芯片加工完成。模具使用完畢之后，可以進(jìn)行下一次的生產(chǎn)。
[0042]各個(gè)部分可以組裝于一個(gè)生產(chǎn)線上，方便人工或者機(jī)械手的操作，節(jié)省空間。
[0043]利用上述系統(tǒng)批量制作PDMS軟質(zhì)芯片的方法包括:
[0044](I)、將PDMS的兩個(gè)組分按照比例導(dǎo)入混膠桶之中，其中攪拌裝置和真空栗，實(shí)現(xiàn)兩組分?jǐn)嚢韬兔撆萃瑫r(shí)進(jìn)行。混合脫泡過程完成之后，通過開啟混膠桶下面的控制閥門，混合好的PDMS膠進(jìn)入連接點(diǎn)膠頭的軟管之中，通過控制部分定量點(diǎn)膠。
[0045](2)、將加工好的芯片模具放置到模具槽之中，并將模具上蓋板和模具底板組裝到一起，將整體模具放置于點(diǎn)膠頭之下，開始點(diǎn)膠。
[0046](3)、點(diǎn)膠完成之后，將盛有PDMS膠的模具放置到脫泡部分，啟動(dòng)真空栗，真空度達(dá)到-0.1MPa之后，保持2-10分鐘，氣泡完全脫出之后，同過三通連接脫泡部分和大氣，卸掉大氣壓，開啟密封門，取出模具。
[0047](4)、將模具整體放置到固化部分，啟動(dòng)加熱裝置，達(dá)到60-80攝氏度，保持5-20分鐘，PDMS固化于模具之上，將模具整體取出，繼而完成脫模和切割過程，PDMS芯片加工完成，模具可以進(jìn)行下一個(gè)批次的注塑。
[0048]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0049]以上所述僅是本申請(qǐng)的【具體實(shí)施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于，包括: 混膠系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)芯片原料的混合，并將混合后的原料供給至點(diǎn)膠系統(tǒng)； 注塑模具，對(duì)軟質(zhì)芯片的高度方向進(jìn)行定型，其底部設(shè)有模板，該模板上表面形成有微結(jié)構(gòu)圖案； 點(diǎn)膠系統(tǒng)，連通于混膠系統(tǒng)，并位于所述注塑模具的上方，該點(diǎn)膠系統(tǒng)用以在所述模板上表面鋪設(shè)混合原料； 脫泡系統(tǒng)，具有容納注塑模具的腔體，用以對(duì)點(diǎn)膠后注塑模具進(jìn)行整體脫泡； 固化系統(tǒng)，具有一封閉的空間，通過加熱方式將脫泡后的注塑模具進(jìn)行加熱并使得混合原料固化定型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述注塑模具包括夾具底板和夾具上蓋，所述夾具底板上凹設(shè)形成有注塑槽，所述模板設(shè)置于所述注塑槽的底部，所述夾具上蓋具有水平的底面。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述夾具底板和夾具上蓋之間轉(zhuǎn)動(dòng)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述夾具底板上設(shè)置有水平儀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述模板為硅片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述混膠系統(tǒng)包括混膠桶、攪拌裝置和氣動(dòng)連接裝置，所述混膠桶具有一密閉的攪拌空間，所述攪拌裝置延伸于所述攪拌空間內(nèi)，所述氣動(dòng)連接裝置連通于所述攪拌空間，并可與外部的真空栗或空氣壓縮機(jī)連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述軟質(zhì)芯片的材質(zhì)為PDMS08.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)芯片注塑系統(tǒng)，其特征在于:所述混膠系統(tǒng)、點(diǎn)膠系統(tǒng)、注塑模具、脫泡系統(tǒng)和固化系統(tǒng)依次設(shè)于同一生產(chǎn)線上，相鄰系統(tǒng)之間通過機(jī)械手作業(yè)。
【文檔編號(hào)】B29C45/34GK205522221SQ201620066173
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月22日
【發(fā)明人】顧志鵬, 劉鵬, 竇利燕, 聶富強(qiáng)
【申請(qǐng)人】蘇州汶顥芯片科技有限公司