2.1 工艺优化研究的前期准备 10

2.1.1 计算机辅助图形设计 10

2.1.2 加工设备 11

2.1.3 实验室制作方法的选用 12

3 键合工艺研究 15

3.1 单一变量法优化过程原理 15

3.2 键合封装 15

3.3 实验数据处理以及结果 17

3.3.1 运用图像处理软件以及 Matlab 分析处理微通道型变量 17

3.3.2 温度对键合封装的影响 18

3.3.3 时间对键合封装的影响 21

3.3.4 压强对键合封装的影响 23

4 键合强度测试 26

4.1 测试平台 26

4.3 小结 29

5 结论 30

附录 A 微通道混合器的密封性及抗压测试报告 34

附录 B 实验用微流控混合器工艺流程图 1

1 引言

1.1 微流控芯片简介

本文重点讨论的对象是微流控芯片的热键合封装工艺。微流控芯片(Microfluidics)是一个 涉及流体力学、精密机械、微加工、生物学、医学和化学等多个领域的交叉性前沿科学技术。 在环境、公共卫生、精细化工等各方面都具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。它将这些 许许多多的复杂的反应以及操作，通通集中到一块微米尺度大小的芯片上进行。在生化分析 和医疗诊断等方面，相比于传统的实验室操作，它体现出明显的技术优势，正发挥着越来越 重要的作用。微流控技术也因此受到了各国科学工作者的重视，并在过去的几十年间取得了 长足的发展。图 1.1 为一个微流控芯片的例子。 

图 1.1 微流控芯片实体图 

1.1.1 发展概况

1990 年由瑞士的 Manz 和 Wildmer 首先提出的“微全分析系统(Micro Total Analysis System, 即 μ TAS) 和 媒 体 报 道 较 多 的 “ 生 物 芯 片 (Biochips)” 或 称 “ 微 阵 列 芯 片 ”（Microarray chips）的发展势头强劲[1]。在μTAS 分析系统中，微流控芯片系统（Microfluidic论文网

chip systems）被人们亲切地赋予了另外一个更加写实的名字：芯片上实验室[2（]    Lab on a chip）。

这是一个仍旧在冉冉升起的新兴学科，它的发展前景以及未来将会给人们带来的利益，被各 行各业的学者们普遍看好。时至 1991 年的美国，在研究院 Manz 的带领下，一干学者，第一 次，在一个纳米级的微芯片上进行了电泳实验，该实验包括了混合液体的分离工艺，以及液 体流动注射工艺的分析实验[3]。图 1.2 为微流控芯片电泳实物图。这次举措为以后若干年的微

流控芯片的爆炸性发展奠定了扎实的基础。之后到了 1994 年，美国橡树岭国家实验室里的研 究人员在 ManZ 的研究基础上，进行了一系列的创新突破以及重大的改进，使得它的性能得 到了巨大的提升[4]。同年，首届电子芯片实验室会议在荷兰盛大举行，各国的微流控芯片技 术研究人员共聚一堂，探讨交流各自的经验。这次会议的出现加速推广了这门技术，使得全

世界人民都知道了微流控芯片这门新兴的技术科学。时光飞逝，到了 1995 年，在美国加州大 学伯克利分校里任职的 Mathies 教授[5]，率领着一干学者，进行了基于微流控芯片上的相关实 验并且在纳米级的微流控芯片上实现了 DNA 的高速测序技术[6]，也是在此时起，微流控芯片 的相关商用价值以及经济效益才渐渐的在人们的视野中显现。同年 9 月，Caliper Technologies 企业在美国成立，并且于 10 月在华尔街上市。首家有关微流控芯片技术工艺的公司的上市，