PDMS等离子体键合工艺简绍-【东信高科】

PDMS等离⼦体键合⼯艺简绍-【东信⾼科】
聚⼆甲基硅氧烷(PDMS)作为⼀种⾼分⼦聚合物材料,除了具有廉价、加⼯简便等特点之外,还可以⽤浇注法复制微结构、能透过可见及部分紫外光、具有⽣物兼容性等优点,是⽬前微流控芯⽚制备中使⽤较多的⼀种材料。但PDMS质地柔软,单⼀⽤PDMS制作的微流控芯⽚,不适合应⽤于对其机械刚度要求较⾼的场合。采⽤PDMS、硅、玻璃混合封装的⽅法可以通过合理设计扬长避短,充分发挥各种材料的优点,以满⾜不同的使⽤要求。固化后的PDMS表⾯具有⼀定的粘附⼒,⼀对成型后的PDMS基⽚不加任何处理,即可借助分⼦间的引⼒⾃然粘合,但这种粘合强度有限,容易发⽣漏液。
⽬前,关于PDMS与硅基材料低温键合的⽅法多种多样。在制作硅-PDMS多层结构微阀的过程中,将PDMS直接旋涂、固化在硅⽚上,实现硅-PDMS薄膜直接键合,这种⽅法属于可逆键合,键合强度不⾼。在制作⽣物芯⽚时,利⽤氧等离⼦体分别处理PDMS和带有氧化层掩膜的硅基⽚,将其键合在⼀起。此⽅法实际上是PDMS与SiO2掩膜层的键合,但在硅表⾯由热氧化法制得的SiO2膜层与PDMS的键合效果并不理想。利⽤氧等离⼦体表⾯处理,使PDMS与带有钝化层的硅⽚在室温常压下可以成功键合。在利⽤氧等离⼦体改性处理实现PDMS与其它基⽚键合的技术中,⼀般认为,在进⾏氧等离⼦体表⾯改性后,应⽴即将PDMS基⽚与盖⽚贴合,否则PDMS表⾯将很快恢复疏⽔性,从⽽导致键合失效,因此可操作⼯艺时间较短,⼀般为1~10min。⽽通常在需键合的PDMS基⽚和硅基⽚上都会带有相应的微细结构,键合前需⽤⼀定的时间进⾏结构图形的对准,因此,如何使PDMS活性表⾯的持续时间得以
延长,成为保证键合质量的关键。
氧等离⼦体处理后的PDMS,其表⾯引⼊了亲⽔性质的-OH基团,并代替了-CH基团,从⽽使PDMS表⾯表现出极强的亲⽔性质。同样,由于硅基底通过浓硫酸处理,表⾯含有⼤量Si-O键,在氧等离⼦体处理的过程中,Si-O键被打断,从⽽在表⾯形成⼤量的si悬挂键,通过吸收空⽓中-OH,形成了Si-OH键。将处理后的PDMS与硅表⾯相贴合,两表⾯的Si-OH之间发⽣如下反应:2Si-OH®Si-O-Si+2H2O。在硅基底与PDMS之间形成了牢固的Si-O键结合,从⽽完成了⼆者问不可逆键合。
普遍的观点认为在PDMS与PDMS、PDMS与硅或玻璃的键合⼯艺中,基⽚和盖⽚表⾯活化处理后,应在1~10min之内将其贴合,否则⽆法完成共价键结合,⽬前对此现象较⼀致的看法是PDMS本体中的低分⼦量基团迁移⾄表⾯,逐渐覆盖表⾯的-OH基团,随着时间推移,PDMS表⾯的-OH基团越来越少,最终则导致⽆法与硅基底粘合。
PDMS成功等离⼦键合的相关参数
等离⼦清洗机腔室内的空⽓污染
伯胺
等离⼦室内的⽓体组分会改变玻璃或PDMS表⾯上的化学连接。⼀些杂质(即使有⾮常低的数量)也会污染样品表⾯。最常见的污染是来⾃真空泵或压缩机的油分⼦。由于等离⼦体清洗机腔室内的油分⼦,
您可能也会看到和以前出现的等离⼦体相同的等离⼦体,但是化学组分发⽣了变化,因⽽PDMS不会键合的很牢固。
⽓体的选择
石墨舟表⾯态取决于所使⽤的⽓体。腔室内⼤⽓等离⼦体在⼤多数情况下都可以满⾜实验需求。有些研究⼈员喜欢使⽤纯O2来控制腔室内总的⽓体组分,但是需要更多的设备及加⼯过程更加严格。
灰尘仿洞石涂料
表⾯上灰尘的存在会阻⽌玻璃-PDMS的等离⼦体键合。此外,磁盘上灰尘的位置和⼤⼩也会影响PDMS的硬度。第⼀次清洗,⾄少需要⼀个清洁⼲燥的空⽓喷射来冲洗磁盘或硅⽚。当然,也有其它的⽅法来移除灰尘,您可以使⽤3M透明胶带来移除表⾯的颗粒或更为有效的是您还可以把芯⽚放置在异丙醇溶液(IPA)内并且使⽤超声波来分离表⾯和PDMS孔洞内部的不需要的颗粒。为了清洗⼲净玻璃,可以先后连续使⽤丙酮、异丙醇、⽔来进⾏清洗然后再进⾏⼲燥处理。
等离⼦体的强度及其稳定性
⼀个良好质量的等离⼦体的指标通常是它的颜⾊/亮度(取决于真空度和⽓体)。因为可能会发⽣变化,你需要记住的是,如果在相同的参数下,等离⼦体颜⾊发⽣了变化,那么等离⼦体可能就出现了问题。oled tft
黑猎蝽
处理样品的表⾯性质
等离⼦体是可以改变物质表⾯性质的⼀种设备,所有的污染都将会⾼度影响表⾯处理的最终结果。与流⾏的看法相反的是对于玻璃-PDMS的等离⼦键合,更长的处理时间不会改善表⾯的属性(某些⾮常特殊的情况除外),例如脂肪的存在(⼿印)将会导致有关表⾯上的处理失败。
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等离⼦体处理时间
时间是表⾯处理和键合成功的⼀个关键因素。太短等离⼦体处理时间不会使整个表⾯发⽣功能化⽽太长等离⼦体处理时间会强烈的改变PDMS表⾯的性能。等离⼦体被激活的时间越长,PDMS表⾯越粗糙⽽且还会影响到粘接性能。
等离⼦体处理后的时间
等离⼦体处理后,表⾯的化学键开始重组,⽽且⼏分钟后,表⾯的功能化活性下降从⽽导致玻璃-PDMS等离⼦体键合强度下降。鉴于这个原因,必须在等离⼦体处理后⽴即做键合,不要在等离⼦体清洗机放⽓之后还让样品留在等离⼦体腔室内,需要快速的将玻璃-PDMS放在⼀起。

本文发布于:2024-09-22 12:49:21,感谢您对本站的认可!

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