微流道的激光直写分析方法、加工方法、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及激光调节领域，特别涉及一种微流道的激光直写分析方法、加工方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.微流道是指在1～1000微米尺度下的流体行为，在化工、医药、能源、航空航天等领域都有所应用。芯片生产的过程中，通常需要对微流道进行加工。
3.相关技术中，微流道一般加工形成于pmma基材、pdms基材上，通常采用光刻或激光直写等方式实现微流道加工，通过光刻实现微流道加工存在加工精度低、加工效率低的问题，通过激光直写实现微流道加工时，微流道加工的精度难以控制。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供了一种微流道的激光直写分析方法、加工方法、设备及存储介质，能够为激光直写微流道提供可靠的分析结果，进而能够提高对微流道加工的精度可控性。
5.本发明第一方面实施例提供一种微流道的激光直写分析方法，包括：
6.通过皮秒超快激光系统根据多个测试加工参数加工第一测试芯片，得到多个第一测试微流道；
7.从多个第一测试微流道对应的测试加工参数中，确定定量参数；
8.通过皮秒超快激光系统根据多个填充参数和定量参数加工第二测试芯片，得到多个第二测试微流道；
9.获取每一第二测试微流道的粗糙度数据；
10.根据多个粗糙度数据及对应的填充参数，得到粗糙度调节关系。
11.根据本发明的上述实施例，至少具有如下有益效果：通过先对测试加工参数进行测试筛选，再根据填充参数以及筛选出的定量参数进行测试分析，最终得到的粗糙度调节关系能够供皮秒超快激光系统进行可控性强的微流道加工，微流道的粗糙度能够根据粗糙度调节关系实现调节，且填充参数是基于定量参数进行试验分析的，能够有效确保粗糙度调节关系中填充参数与粗糙度之间的对应关系可靠，进而能够确保粗糙度调节关系应用于加工微流道时粗糙度调节的效果。
12.根据本发明第一方面的一些实施例，通过皮秒超快激光系统根据多个测试加工参数加工第一测试芯片，得到多个第一测试微流道之前，还包括：
13.设置多个测试加工参数，其中，测试加工参数包括至少一项以下数据：平均功率、扫描速度、扫描次数。
14.根据本发明第一方面的一些实施例，通过皮秒超快激光系统根据多个测试加工参数加工第一测试芯片，得到多个第一测试微流道，包括：
15.对多个测试加工参数进行正交试验，得到第一正交表；
16.通过皮秒超快激光系统根据第一正交表加工第一测试芯片，得到多个第一测试微流道。
17.根据本发明第一方面的一些实施例，从多个第一测试微流道对应的测试加工参数中，确定定量参数，包括：
18.获取每一第一测试微流道的样本尺寸数据；
19.根据预设尺寸数据筛选样本尺寸数据，得到最优尺寸数据；
20.将最优尺寸数据对应的测试加工参数作为定量参数。
21.根据本发明第一方面的一些实施例，获取每一第一测试微流道的样本尺寸数据，包括：
22.获取第一测试微流道的形貌图；
23.根据形貌图，得到样本尺寸数据，其中，样本尺寸数据包括至少一项以下数据：微流道深度数据、微流道宽度数据。
24.根据本发明第一方面的一些实施例，通过皮秒超快激光系统根据多个填充参数和定量参数加工第二测试芯片，得到多个第二测试微流道，包括：
25.获取第二测试芯片的中心位置；
26.通过皮秒超快激光系统根据多个填充参数和定量参数，以中心位置为起点加工第二测试芯片，得到多个第二测试微流道。
27.根据本发明第一方面的一些实施例，通过皮秒超快激光系统根据多个填充参数和定量参数，以中心位置为起点加工第二测试芯片，得到多个第二测试微流道，包括：
28.对填充参数进行正交试验，得到第二正交表，其中，填充参数包括至少一项以下数据：填充类型、填充间距；
29.通过皮秒超快激光系统根据第二正交表和定量参数，以中心位置为起点加工第二测试芯片，得到多个第二测试微流道。
30.本发明第二方面实施例提供一种微流道的激光直写加工方法，包括第一方面任意一项的微流道的激光直写分析方法；
31.通过皮秒超快激光系统根据粗糙度调节关系加工pdms基片。
32.由于第二方面实施例的微流道的激光直写加工方法应用第一方面任意一项的微流道的激光直写分析方法，因此具有本发明第一方面的所有有益效果。
33.本发明第三方面实施例提供一种电子设备，包括：
34.存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时用于：
35.实现第一方面任意一项的微流道的激光直写分析方法；
36.或者，
37.实现第二方面的微流道的激光直写加工方法。
38.由于第三方面实施例的电子设备应用第一方面任意一项的微流道的激光直写分析方法，或第二方面的微流道的激光直写加工方法，因此具有本发明第一方面的所有有益效果。
39.根据本发明第三方面实施例提供的一种计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于：
40.执行第一方面任意一项的微流道的激光直写分析方法；
41.或者，
42.执行第二方面的微流道的激光直写加工方法。
43.由于第三方面实施例的计算机存储介质可执行第一方面任意一项的微流道的激光直写分析方法，或第二方面的微流道的激光直写加工方法，因此具有本发明第一方面的所有有益效果。
44.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
45.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
46.图1是本发明实施例的微流道的激光直写分析方法的主要步骤图；
47.图2是本发明实施例的微流道的激光直写分析方法中s100的主要步骤图；
48.图3是本发明实施例的微流道的激光直写分析方法中s200的主要步骤图；
49.图4是本发明实施例的微流道的激光直写分析方法中s210的主要步骤图；
50.图5是本发明实施例的微流道的激光直写分析方法中s300的主要步骤图；
51.图6是本发明实施例的微流道的激光直写分析方法中s320的主要步骤图；
52.图7是本发明实施例的微流道的激光直写分析方法中加工第一测试微流道的宽度形貌图；
53.图8是本发明实施例的微流道的激光直写分析方法中加工第一测试微流道的深度形貌图；
54.图9是本发明实施例的微流道的激光直写分析方法中加工另一第一测试微流道的宽度形貌图；
55.图10是本发明实施例的微流道的激光直写分析方法中加工另一第一测试微流道的深度形貌图；
56.图11是本发明实施例的微流道的激光直写分析方法中加工第二测试微流道的宽度形貌图和深度形貌图。
具体实施方式
57.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
58.芯片生产的过程中，通常需要对微流道进行加工，以满足对应的工作需求。微流道是指在1～1000微米尺度下的流体行为，在化工、医药、能源、航空航天等领域都有所应用。相关技术中，对于芯片的微流道，一般加工形成于pmma基材或pdms基材上，pmma指聚甲基丙
烯酸甲酯，pdms指聚二甲基硅氧烷，通常采用光刻或激光直写等方式实现对应的微流道加工，通过光刻实现微流道加工存在加工精度低、加工效率低的问题，通过激光直写实现微流道加工时，微流道加工的精度难以控制，加工所获的微流道可能存在不符合加工要求的问题。
59.下面参照图1至图11描述本发明的微流道的激光直写分析方法、加工方法、设备及存储介质，能够为激光直写微流道提供可靠的分析结果，进而能够提高对微流道加工的精度可控性，确保加工结果可控。
60.参考图1所示，根据本发明第一方面实施例的一种微流道的激光直写分析方法，包括：
61.s100、通过皮秒超快激光系统根据多个测试加工参数加工第一测试芯片，得到多个第一测试微流道；
62.s200、从多个第一测试微流道对应的测试加工参数中，确定定量参数；
63.s300、通过皮秒超快激光系统根据多个填充参数和定量参数加工第二测试芯片，得到多个第二测试微流道；
64.s400、获取每一第二测试微流道的粗糙度数据；
65.s500、根据多个粗糙度数据及对应的填充参数，得到粗糙度调节关系。
66.通过先对测试加工参数进行测试筛选，再根据填充参数以及筛选出的定量参数进行测试分析，最终得到的粗糙度调节关系能够供皮秒超快激光系统进行可控性强的微流道加工，微流道的粗糙度能够根据粗糙度调节关系实现调节，且填充参数是基于定量参数进行试验分析的，能够有效确保粗糙度调节关系中填充参数与粗糙度之间的对应关系可靠，进而能够确保粗糙度调节关系应用于加工微流道时粗糙度调节的效果。
67.第一测试芯片和第二测试芯片均采用pdms基片，pdms基片是指聚二甲基硅氧烷基片。第一测试芯片和第二测试芯片都可通过以下方式制作：将a胶和b胶以10:1的比例进行充分搅拌混合并得到粘胶剂，再通过三甲基氯硅烷对光滑的硅片修饰3-4分钟，将粘胶剂倒入修饰好的硅片上静置3-5分钟，直至粘胶剂自行摊开并消泡之后，将静置好的硅片送入匀胶机，匀胶机以1500转/分钟的转速旋转10秒之后，将匀胶完成的硅片送入85摄氏度的烘干箱内烘干30分钟，取出冷却后即可得到pdms基片。
68.可以理解的是，通过皮秒超快激光系统根据多个测试加工参数加工第一测试芯片，得到多个第一测试微流道之前，还包括：
69.设置多个测试加工参数，其中，测试加工参数包括至少一项以下数据：平均功率、扫描速度、扫描次数。
70.可以根据常规的生产经验，选择多个常用且加工质量较好的微流道，设置对应微流道的加工参数为测试加工参数，能够有效减轻后续测试筛选的工作负担，进而提高分析效率。
71.可以理解的是，参考图2所示，通过皮秒超快激光系统根据多个测试加工参数加工第一测试芯片，得到多个第一测试微流道，包括：
72.s110、对多个测试加工参数进行正交试验，得到第一正交表；
73.s120、通过皮秒超快激光系统根据第一正交表加工第一测试芯片，得到多个第一测试微流道。
74.可以理解的是，参考图3所示，从多个第一测试微流道对应的测试加工参数中，确定定量参数，包括：
75.s210、获取每一第一测试微流道的样本尺寸数据；
76.s220、根据预设尺寸数据筛选样本尺寸数据，得到最优尺寸数据；
77.s230、将最优尺寸数据对应的测试加工参数作为定量参数。
78.根据加工需求设置预设深度数据和预设宽度数据，能够筛选得到与预设尺寸数据最接近的样本尺寸数据，并将其作为最优尺寸数据。
79.以定量参数设置皮秒超快激光系统，并对pdms基片进行加工，能够获得各项性能良好的微流道，以定量参数配合填充参数对第二测试芯片进行测试分析，加工所获的第二测试微流道更具代表性。
80.可以理解的是，参考图4所示，获取每一第一测试微流道的样本尺寸数据，包括：
81.s211、获取第一测试微流道的形貌图；
82.s212、根据形貌图，得到样本尺寸数据，其中，样本尺寸数据包括至少一项以下数据：微流道深度数据、微流道宽度数据，预设尺寸数据包括对应的预设深度数据和预设宽度数据。
83.形貌图通过将第一测试芯片放置在显微镜，通过显微镜对第一测试芯片进行拍摄，能够得到第一测试微流道的形貌图，再对形貌图进行测量能够得到对应的样本尺寸数据。
84.可以理解的是，参考图5所示，根据多个填充参数和定量参数，通过皮秒超快激光系统加工第二测试芯片，得到多个第二测试微流道，包括：
85.s310、获取第二测试芯片的中心位置；
86.s320、通过皮秒超快激光系统根据多个填充参数和定量参数，以中心位置为起点加工第二测试芯片，得到多个第二测试微流道。
87.皮秒超快激光系统以第二测试芯片的中心位置作为起点进行加工，能够确保加工出的微流道两端的热影响区比较均匀，且微流道的表面形貌也能够得到保障，可有效提高加工所获的第二测试微流道的性能，能够有效减少其他因素对微流道性能的影响，进而能够令第二测试微流道可以更加直观地反映出粗糙度与填充参数之间的关系，最终确保后续进行粗糙度调节关系的分析工作能够顺利进行。
88.可以理解的是，参考图6所示，通过皮秒超快激光系统根据多个填充参数和定量参数，以中心位置为起点加工第二测试芯片，得到多个第二测试微流道，包括：
89.s321、对填充参数进行正交试验，得到第二正交表，其中，填充参数包括至少一项以下数据：填充类型、填充间距；
90.s322、通过皮秒超快激光系统根据第二正交表和定量参数，以中心位置为起点加工第二测试芯片，得到多个第二测试微流道。
91.可以理解的是，获取每一第二测试微流道的粗糙度数据，具体通过曝光干涉仪获取第二测试芯片的影像，进而获得微流道的粗糙度数据。
92.光刻对pdms基片的加工存在质量较差、效率较低的问题，为解决上述技术问题，采用皮秒超快激光直写加工技术对pdms基片进行微流道直写加工。
93.本发明第二方面实施例提供一种微流道的激光直写加工方法，包括第一方面任意
一项的微流道的激光直写分析方法；
94.通过皮秒超快激光系统根据粗糙度调节关系加工pdms基片，在pdms基片上加工得到微流道。
95.以下根据具体的数据进行举例，对一种微流道的激光直写加工方法进行说明：
96.设置测试加工参数包括平均功率、扫描速度、扫描次数，其中，平均功率分别为2.21w、2.33w、2.45w、2.61w、2.78w、2.91w、3.05w，扫描速度包括50mm/s、100mm/s、150mm/s、200mm/s、250mm/s、300mm/s，扫描次数包括1次、6次、8次、10次、12次、14次；
97.采用控制变量法，对测试加工参数依次进行正交试验，得到对应的第一正交表；
98.通过皮秒超快激光系统根据第一正交表加工第一测试芯片，得到对应的第一测试微流道；
99.通过显微镜对第一测试芯片进行拍摄，进而获得第一测试微流道的形貌图，进而获得对应的样本尺寸数据；
100.根据预设尺寸数据筛选样本尺寸数据，得到最优尺寸数据，其中，根据样本尺寸数据和测试加工参数，能够得到测试加工参数与样本尺寸数据之间的变化规律，能够为后续的加工作参考；
101.将最优尺寸数据对应的测试加工数据作为定量参数，定量参数包括平均功率为2.61w、扫描速度为200mm/s、扫描次数为1次；
102.获取第二测试芯片的中心位置；
103.通过皮秒超快激光系统根据填充参数和定量参数，以中心位置为起点加工第二测试芯片，得到多个第二测试微流道；
104.通过曝光干涉仪获取每一第二测试微流道的粗糙度数据；
105.根据多个粗糙度数据及对应的填充参数，得到粗糙度调节关系；
106.根据加工需求和粗糙度调节关系，通过皮秒超快激光系统选择对应的填充类型对待加工的pdms基片进行加工，能够对所获微流道的粗糙度实现调控。
107.由于第二方面实施例的微流道的激光直写加工方法能够通过先对测试加工参数进行测试筛选，再根据填充参数以及筛选出的定量参数进行测试分析，最终得到的粗糙度调节关系能够供皮秒超快激光系统进行可控性强的微流道加工，微流道的粗糙度能够根据粗糙度调节关系实现调节，且填充参数是基于定量参数进行试验分析的，能够有效确保粗糙度调节关系中填充参数与粗糙度之间的对应关系可靠，进而能够确保粗糙度调节关系应用于加工微流道时粗糙度调节的效果，皮秒超快激光系统根据粗糙度调节关系能够制备拥有不同粗糙度的微流道，加工灵活。
108.以下取扫描速度为固定值50mm/s的条件下，采用以下参数进行激光直写分析：平均功率为2.10w、2.45w、3.05w，扫描次数为4次、10次和16次。激光直写刻蚀得到的第一测试微流道的宽度形貌图如图7所示、深度形貌图如图8所示。
109.以下取扫描次数为固定值10次的条件下，采用以下参数进行激光直写分析：平均功率为2.10w、2.78w、3.05w，扫描速度为50mm/s、200mm/s、250mm/s。激光直写刻蚀得到的第一测试微流道的宽度形貌图如图9所示、深度形貌图如图10所示。
110.根据上述测试加工参数，得到定量参数为200mm/s、平均功率为2.61w、扫描次数为1次、以及填充间距为0.01mm。以上述定量参数为加工条件，采用单向填充、双向填充和环形
填充三种填充类型进行激光直写，激光直写刻蚀得到的第二测试微流道宽度形貌图和深度形貌图如图11所示，图中a对应单向填充的填充类型，c为双向填充的填充类型，e为环形填充的填充类型。
111.另外，本发明第三方面实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。
112.处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。
113.存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
114.实现上述第一方面实施例的微流道的激光直写分析方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器中，当被处理器执行时，执行上述实施例中的微流道的激光直写分析方法，例如，执行以上描述的方法步骤s100至s500、方法步骤s110至s120、方法步骤210至s230、方法步骤s211至s212、方法步骤s310至s320、方法步骤s321至s322；或者，实现上述第二方面实施例的微流道的激光直写加工方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器中，当被处理器执行时，执行上述实施例中的微流道的激光直写加工方法。
115.以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
116.此外，本发明的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，计算机可执行指令用于：执行上述第一方面实施例中的微流道的激光直写分析方法，例如，执行以上描述的方法步骤s100至s500、方法步骤s110至s120、方法步骤210至s230、方法步骤s211至s212、方法步骤s310至s320、方法步骤s321至s322；或者，执行第二方面实施例中的微流道的激光直写加工方法。
117.本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
118.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
119.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。