步入21世纪,以实现生化分析快速、集成、微型和低耗为目标的“芯片实验室”——微流控技术也迈进快速发展的道路,作为技术载体的微流控芯片也获得了越来越多的关注。聚合物材料以其成本低廉、性能良好以及可大批量生产等优点,逐渐成为微流控芯片常用材料;而应用在聚合物微流控芯片的热压键合技术,也因其设备要求简单、适用材料范围广泛等优势,可以进一步推动企业实现对微流控芯片的高效量产。为了降低聚合物微流控芯片的成本,帮助企业实现规模化的量产,针对聚合物微流控芯片的热压键合技术进行研究,本文重点围绕其热压键合工艺参数(即键合温度、压力以及时间的控制),对芯片键合质量的影响进行探索。通过多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics,以环烯烃共聚物材料、具有微米级微通道结构的微流控芯片作为研究对象并进行简化,根据热压理论在材料的玻璃化转变温度附近进行耦合模拟,分析各工艺参数对芯片内部微通道的形变影响规律,为实际实验提供指导。结合单因素控制变量与多因素多水平正交进行仿真试验,其结果表明:键合温度对微流控芯片微通道形变影响最大,键合压力和键合时间次之。为控制热压键合时芯片微通道尺寸的形变程度在5%以内,可以将键合压力控制在0.15～0.30MPa之间,键合温度控制在75～80℃之间,键合时间选择为240s。同时开展对应的热压键合实验和微滴生成实验,利用环烯烃树脂TOPAS?材料制成的微流控芯片半成品,在一整套集热压键合、微滴生成、观察检测等设备平台下完成实验,旨在验证热压键合前后芯片尺寸,以及校核其工作性能(芯片键合强度以及微滴生成指标)。实验结果表明:在参考的工艺参数附近进行控制变量试验,键合温度对芯片微通道形变的影响最大;而考虑到键合强度的要求,键合压力和键合时间在一定范围内存在最优解。针对微流控芯片要满足稳定生成直径70μm微滴且均一性良好的技术指标,在研究流体在微滴生成所受的阻力与微通道结构的关系后,应用沿程损失理论计算油水相理论的驱动压强范围,同时配合计算机图像处理手段,对在驱动压强范围下生成的微滴进行图像拍摄、尺寸测量和均一性分析。通过多物理场仿真以及一系列实验,表明采用正确的热压耦合仿真分析能对实际微流控芯片的键合过程起到较好的预测作用,且微滴生成方案的可行性,也能为生产应用提供指导意见。