發(fā)布時(shí)間：2017-10-19 18:24

  本文關(guān)鍵詞：微流控芯片電鑄模具鑄層的均勻性研究

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【摘要】：微流控芯片是實(shí)現(xiàn)分析儀器微型化、集成化及便攜化的主要裝置。隨著微機(jī)電加工技術(shù)的發(fā)展,微流控芯片的制作技術(shù)逐漸多樣化、成熟化。模具是批量化生產(chǎn)聚合物微流控芯片不可缺少的部件。基于微電鑄技術(shù)制作的鎳模具因使用壽命長、表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn),成為了大批量生產(chǎn)芯片的首選模具。但是,微電鑄技術(shù)制作的模具存在鑄層厚度均勻性差的問題,這會(huì)影響模具的尺寸精度,進(jìn)而影響芯片的使用性能。本文通過實(shí)驗(yàn)和有限元仿真的方法,以兩種微流控芯片模具為研究對象,探索超聲電鑄及輔助陰極對模具鑄層均勻性的影響。本文研究工作包括以下幾方面：(1)研究超聲對擴(kuò)散層厚度的影響。超聲電鑄過程中,超聲通過促進(jìn)反應(yīng)離子向陰極移動(dòng)來減小微結(jié)構(gòu)表面的擴(kuò)散層厚度,進(jìn)而提高鑄層的均勻性。為了更好地理解超聲對微流控芯片模具鑄層均勻性的影響,研究了超聲對擴(kuò)散層厚度的影響。擴(kuò)散層的厚度通過測量鎳陰極極化曲線獲得。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,超聲可以減小擴(kuò)散層的厚度,并且擴(kuò)散層的厚度隨超聲頻率的增加先增大后減小,隨超聲功率的增大而減小。(2)研究超聲電鑄對圓形微流控芯片模具鑄層均勻性的影響。模具鑄層的均勻性由5個(gè)區(qū)域結(jié)構(gòu)單元鑄層的均勻性來反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)中采用不均勻度公式來衡量結(jié)構(gòu)單元的鑄層均勻性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,超聲可以提高模具的鑄層均勻性,并且對小線寬結(jié)構(gòu)單元有更顯著的影響。添加40kHz/250W超聲后,線寬為50μm,100μm,200μm,400μm和700μm的結(jié)構(gòu)單元的鑄層均勻性分別提高了67.4%,32%,11.4%,13.4%和12.8%。(3)以蝶式微流控芯片模具為研究對象,通過兩組超聲電鑄實(shí)驗(yàn)分別研究超聲頻率和功率對模具鑄層均勻性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,超聲可以提高芯片模具鑄層的均勻性,并且超聲參數(shù)對模具鑄層均勻性的影響規(guī)律與其對擴(kuò)散層厚度的影響規(guī)律一致。在200kHz/500W超聲的作用下,電鑄2h后,模具鑄層的均勻性提高了32.3%。(4)以蝶式微流控芯片模具為研究對象,對環(huán)狀輔助陰極改善模具鑄層均勻性的效果進(jìn)行有限元仿真研究。然后,根據(jù)仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)輔助環(huán),以制作鑄層厚度均勻的模具,并驗(yàn)證仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明,輔助環(huán)可以改善模具鑄層的均勻性,并且鑄層的均勻性隨輔助環(huán)與模具水平距離的減小先減小后增大、隨輔助環(huán)寬度的增大而減小。同時(shí),隨電鑄時(shí)間的延長,輔助環(huán)可以更顯著地改善模具鑄層的均勻性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,電鑄22h后,輔助環(huán)使模具鑄層的均勻性提高了51.5%,該值與仿真結(jié)果有較好的一致性。
【關(guān)鍵詞】：微流控芯片模具 鑄層均勻性 擴(kuò)散層 超聲攪拌 輔助陰極
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN492
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 微流控芯片與金屬模具9-10
• 1.2 鑄層不均勻機(jī)理10-14
• 1.3 鑄層厚度均勻性的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 超聲電鑄的研究進(jìn)展16-17
• 1.5 論文研究內(nèi)容17-18
• 2 超聲電鑄對擴(kuò)散層厚度的影響18-30
• 2.1 擴(kuò)散層的理論基礎(chǔ)18-20
• 2.2 鎳陰極極化曲線的測量20-23
• 2.3 測量結(jié)果與討論23-29
• 2.3.1 鎳陰極極化曲線及超聲對極化曲線的影響23-25
• 2.3.2 超聲頻率對陰極表面擴(kuò)散層的影響25-28
• 2.3.3 超聲功率對陰極表面擴(kuò)散層的影響28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 3 超聲電鑄對圓形微流控芯片模具鑄層均勻性的影響30-41
• 3.1 實(shí)驗(yàn)過程30-33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論33-40
• 3.2.1 鑄層均勻性的評價(jià)方法33
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果33-35
• 3.2.3 結(jié)果分析35-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 4 超聲電鑄對蝶式微流控芯片模具鑄層均勻性的影響41-50
• 4.1 光刻掩膜版設(shè)計(jì)41-45
• 4.2 實(shí)驗(yàn)過程45-46
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析46-48
• 4.4 本章小結(jié)48-50
• 5 輔助陰極對蝶式微流控芯片模具鑄層均勻性的影響50-60
• 5.1 輔助陰極對模具鑄層均勻性影響的仿真50-57
• 5.1.1 仿真模型50-51
• 5.1.2 輔助陰極與模具的水平距離對模具鑄層均勻性的影響51-54
• 5.1.3 輔助陰極的寬度對模具鑄層均勻性的影響54-56
• 5.1.4 沉積時(shí)間對輔助陰極改善模具鑄層均勻性的影響56-57
• 5.2 輔助陰極改善模具鑄層均勻性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證57-59
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)過程57-58
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析58-59
• 5.3 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況66-67
• 致謝67-68

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