CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
2.6. Chế tạo chip
2.6.1. Chip vi lưu dựa trên PCB và cơng nghệ in 3D
Cơng nghệ tạo mẫu đã mở rộng mạnh mẽ trong thời gian gần đây với sự phát triển liên tục của nhiều phương pháp khác nhau như: phương pháp quang khắc, phương pháp in thạch bản [11]. Khuơn thường được chế tạo bằng cơng nghệ quang khắc, được sử dụng để tạo ra các vi kênh. Một trong số những phương pháp khác để chế tạo khuơn là cơng nghệ in 3D. Trong khi phương pháp in quang khắc địi hỏi nhiều bước chế tạo, thì cơng nghệ in 3D đã nổi lên như một lựa chọn tốt để chế tạo nhanh mẫu. Cơng nghệ quang khắc yêu cầu chế tạo trong phịng sạch, chi phí chế tạo tốn kém và tốn nhiều thời gian. Trong kĩ thuật in quang khắc, thiết kế của khuơn chính cĩ thể được vẽ và thiết kế sẽ được gửi đến một cơng ty để tạo mặt nạ 2D. Sau đĩ, một mặt nạ 2D cĩ thể được sử dụng cho cơng nghệ quang khắc. Trong cơng nghệ in 3D, mẫu 3D của khuơn chủ cĩ thể được in ngay sau khi vẽ mẫu 3D.
Hình 2.11: Quy trình chế tạo thiết bị dựa trên cơng nghệ in 3D và PCB
Hình 2.11 mơ tả một quy trình cho tồn bộ cho tồn bộ các bước được chế tạo để tạo ra một thiết bị vi lưu dựa trên cơng nghệ in 3D và PCB. Thời gian in chỉ ba tiếng là hồn thành mẫu. Sau đĩ thực hiện việc gắn kết kênh dẫn lên đế PCB. Cĩ rất nhiều phương pháp cĩ thể liên kết đế PCB với kênh vi lưu ví dụ như một phương pháp là sử dụng liên kết dạng keo khơ [12]. Tuy nhiên trong luận văn này, chúng tơi
thực hiện việc gắn kết PCB vs kênh vi lưu bằng cách phủ lớp mỏng PDMS lên bề mặt đế điện cực và thưc hiện gắn kết thủ cơng.
2.6.2. Chế tạo khuơn mẫu
In 3D đề cập đến bất kì quy trình sản xuất nào xây dựng bổ sung hoặc hình thành các bộ phận 3D trong các lớp từ dữ liệu thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD). Hầu hết các vật liệu được sử dụng trong in 3D là nhựa nhiệt dẻo, trở thành chất lỏng khi được nung nĩng nhưng sẽ đơng cứng lại bằng việc sử dụng tia cực tím (UV). Cơng nghệ này rất quan trọng vì nĩ cung cấp trực tiếp sản xuất từ những ý tưởng cơ bản đến sản phẩm vật lý thơng qua máy tính và máy in với những chất liệu phù hợp. Trong luận văn này, tận dụng những lợi thế của cơng nghệ in 3D, việc chế tạo khuơn đã được áp dụng qua phương pháp tạo mẫu nhanh. Các khuơn được thiết kế bởi phần mềm Solidworks là một chương trình CAD rộng rãi với giao diện mạnh mẽ. Hình 2.10 là mơ hình 3D thiết kế khuơn mẫu chính. Hai kênh cĩ kích thước khác nhau sẽ được in sau khi chuyển đổi mơ hình thành tập lập thể. Mơ hình được in để chế tạo khuơn mẫu chính bằng cách sử dụng máy in 3D Stratasys Objet500 Connex3
Trong luận văn này, vật liệu Vero White được sử dụng để làm khuơn vi lưu vì nĩ mang lại sự ổn định kích thước tốt hơn. Bên cạnh đĩ, độ giãn dài của Vero White lớn hơn, cĩ nghĩa là bền hơn linh hoạt hơn cho các vật thể cĩ kích thước dưới milimet. Hơn nữa, tốc độ hấp thụ nước tốt hơn.
2.6.3. Chế tạo kênh vi lưu
Kênh vi lưu trong luận văn, như đã được đề cập, sử dụng phương pháp in 3D để chế tạo khuơn mẫu. Thực hiện việc trộn Prepolymer PDMS và chất đĩng rắn theo tỷ lệ 10:1 và trộn kỹ trước khi đổ vào khuơn. Trong q trình khuấy trộn, các bọt khí trong PDMS được hình thành và để khắc phục hiện tượng này hỗn hợp PDMS được đặt trong dessicator (bình thuỷ tinh nối với bơm chân khơng cơ bản). Hỗn hợp PDMS được hút chân khơng khử bọt khí cho đến khi khơng cịn bọt khí trên bề mặt (khoảng 30-45 phút), sau đĩ đổ hỗn hợp vào từng khuơn và gia nhiệt ở 70° C trong 4 giờ. Tiếp theo, PDMS sẽ được tách ra khỏi khuơn ở nhiệt độ phịng. Sau khi đã cĩ kênh dẫn PDMS, bước tiếp theo thực hiện việc gắn PDMS lên đế PCB bằng phương pháp gắn thủ cơng và sử dụng hệ thống quay phủ để tráng 1 lớp PDMS mỏng lên phía trên mặt đế PCB để gắn kết đế và kênh dẫn PDMS. Chip sẽ tiếp tục được gia nhiệt ở 70° C trong 2 đến 4 giờ để kênh dẫn PDMS và bề mặt PCB cĩ thể liên kết một cách chặt chẽ.
Hình 2.14: Hệ thiết bị trong quy trình chế tạo kênh dẫn PDMS
Sau khi vi kênh được gắn lên PCB, cần cĩ bước kiểm tra sự kín khí bằng cách sử dụng các đầu vi bơm kết nối với các đầu kênh dẫn. Sau đĩ, bơm nước lối vào kênh cho đến khi xuất hiện nước ở lối ra. Thực hiện việc kiểm tra thủ cơng xem nước cĩ bị rị rỉ ra bên ngồi hay khơng. Nếu như khơng cĩ nước bị rị rỉ tức là chip được chế tạo thành cơng và cĩ thể sử dụng.