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专利号: 2022117222028
申请人: 西南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.用于微观模拟油纸绝缘气泡效应的微流控芯片制备方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:S1:统计分析绝缘纸的微孔隙结构,获得绝缘纸的平均孔径;

S2:用矩形直微流道简化绝缘纸微毛细管:根据绝缘纸的平均孔径,在玻璃基底上设置

3条微通道,将矩形通道的深度设置为20μm,三个通道的宽度分别设置为10μm、50μm、100μm;

S3:电极设计:在三条微流道的侧壁两旁分别设计矩形电极专用流道,用于在高温下灌注液态金属生成电极;电极专用流道的深度和微流道深度一致,为20μm,流道宽度为20um,电极流道与微流体流道之间的距离为20μm;

S4:制作玻璃微流控芯片;

S5:电极灌注:将玻璃微流控芯片置于恒温加热台上,并将焊锡丝的一头靠近电极灌注专用流道口a、b、c、d、e、f;将加热台温度调节至焊锡的熔点93℃,待芯片整体温度稳定后,焊锡丝融化,熔融的焊锡在毛细作用下,沿着微流道向通道的另一端流动;待融化的焊锡流动至焊盘的时候,移除源端焊锡丝;采用热熔胶点胶封闭流道口a、b、c、d、e、f;

S6:电极测试:采用万用表检验微流控芯片上的电极;满足:同一电极两端导通,而同一对电极之间不导通;若满足,则表明微流控芯片电极制作合格,否则需采用S4制作完成后的玻璃微流控芯片,按S5重新灌注电极;

S7:在微流控芯片的铝合金夹具下框架边缘开槽,用于引出电极引线;

S8:使用芯片时,单独使用3个流道;将泵和管路通过夹具连接至进液池,并将末端管路及废液瓶与另外一端连接;同时,将对应流道两侧的电极分别与交流或直流电源连接,在微流道中产生电场;芯片相关的外接管路及电极连接好之后,通过改变电压、压力、温度,观察绝缘油气泡产生及变化过程。

2.根据权利要求1所述的用于微观模拟油纸绝缘气泡效应的微流控芯片制备方法,其特征在于:所述S4具体为:(1)掩模制备:利用AutoCAD软件绘制芯片的微流道设计图,通过掩模写入器将设计的结构刻写进掩模板中;

(2)涂胶:采用旋转涂覆,把定量沾有液体涂覆材料光致抗蚀剂的硅基表面放置,然后绕垂直表面的轴旋转涂覆;

(3)前烘:硅衬底表面上光刻胶涂覆完成后,对其进行一定温度的烘烤,以去除溶剂,形成具有一定硬度的薄膜;通过使用热板或者烘箱设置前烘温度,将衬底放置其中并计时,时间到后取出硅衬底片;

(4)曝光:通过光照光刻胶中的光敏材料,使之吸收辐射能而产生感光作用,通过光刻机中的汞灯或LED发出紫外光,经过光路调节提供一定面积的近似平行光,均匀照射掩模板;紫外光透过掩模板上透光的部分,照射到光刻胶薄膜上,使得光刻胶发生光敏反应;

(5)后烘:通过一定温度的烘烤使其反应完全,同时光致反应产生的活性成分在此过程中产生扩增,从而通过化学方法增强由光强分布产生的潜像,突破光学系统对比度对分辨率的限制;

(6)显影:对已曝光的感光材料进行湿化学处理以产生可见图案,选择性地去除光刻胶,产生可见的图案;

(7)坚膜:光刻胶显影步骤后的烘烤,蒸发残留的可挥发有机物,使光致抗蚀剂具备抗刻蚀性和抗离子注入性;

(8)刻蚀:通过刻蚀技术,在硅芯片上进行加工,形成微结构;通过改变添加刻蚀剂的浓度和刻蚀时间来控制刻蚀的程度,完成在硅晶圆上刻蚀出设计的图案;

(9)去胶:完成刻蚀步骤后,进行去胶清洗操作,得到半成品芯片;

(10)键合:针对光刻和刻蚀过程之后得到的半成品芯片,将玻璃盖片封装到刻有微结构的硅衬底上,并在一定的位置打孔实现流体在多孔介质中的流动;玻璃盖片和硅衬底的封装键合通过阳极键合的方法来完成,在一定的温度下利用强大的静电力作用使玻璃盖片和硅衬底发生物理化学反应,进而形成牢固的Si‑O共价键;

(11)切割:在4英寸的硅晶圆上一共能光刻和刻蚀4‑6片微流控芯片;对硅晶圆进行分割,得到独立的玻璃微流控芯片。

3.根据权利要求2所述的用于微观模拟油纸绝缘气泡效应的微流控芯片制备方法,其特征在于:所述涂胶具体为:a)滴胶:将定量的光刻胶滴在硅表面上,采用自动滴胶的方式,用光刻胶泵将其泵至滴嘴,然后由自动化滴胶手臂将光刻胶滴在硅衬底的中心;

b)低速转:开启旋转开关,将光刻胶均匀地在离心力的作用下摊开于硅衬底表面,并覆盖所有衬底表面;

c)高速转:加快旋转速度,甩掉硅衬底表面多余的胶,光刻胶中的溶剂在旋转的过程中会产生挥发,同时在离心力、黏附力和表面张力的作用下,光刻胶在硅衬底表面均匀涂覆成膜。