PDMS氧等离子清洗机处理键合工艺制作微流控芯片

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-06-06

PDMS是一种表面疏水材料，水与其表面是不浸润的，接触角在110°左右(图1)。在等离子体轰击固化的PDMS表面可以使其表面亲水性增强(图2)，经氧等离子体轰击过的PDMS表面形成大量Si-OH基团。玻璃在氧等离子体轰击后Si-O键被打断，从而形成大量的Si悬挂键，吸收空气中的-OH，形成了Si-OH基团。将氧等离子体轰击过的PDMS与玻璃贴合后，各自表面形成的Si-OH基团会脱水形成Si-O-Si键，使得玻璃与PDMS形成永久键合。

图一氧等离子处理前后PDMS接触角对比，未处理 PDMS 接触角（ 107.53 ），氧等离子处理后 PDMS 接触角（ 31.04）

图二玻璃 -PDMS 键合原理图

PDMS与玻璃键合效果取决于其表面Si-OH基团的量，Si-OH基团的量越多PDMS的亲水性越好，接触角就越小。本次等离子处理实验最佳键合参数为：功率：600W，时间：2-5min，氧气流量：700mL/min。具体的最佳清洗时间并未给出，经过试验得出PDMS接触角与氧等离子体清洗时间曲线图如图3所示。

图三 PDMS 接触角与氧等离子体清洗时间曲线

被氧等离子体轰击过后的PDMS与玻璃立即压紧是可以得到高强度键合。但是手动压紧压紧力不够均匀，玻璃与PDMS的键合面是会有不平整的地方，这些地方容易形成间隙键合不上，键合效果与键合成功率会大大降低。

为解决这个问题，需要在把贴紧的PDMS与玻璃施加2kg的力放入真空干燥箱内退火2-4h，这样玻璃的不平整，PDMS的翘曲都会被压力抵消，大大提高键合成功率。

实验步骤：
1、将实验所用的三片玻璃与涂胶辊洗净，清洗步骤分别用清洁剂、酒精、丙酮、去离子水在超声清洗机中分别清洗10min，然后用氮气将清洗的玻璃与涂胶辊吹干。
2、取适量的PDMS和固化剂于洁净一次性杯中，将两者按质量比10:1进行混合，用洁净玻璃棒均匀搅拌。搅拌过程中将产生许多小气泡。需要一直搅拌到PDMS混合物呈现唾沫状。为了避免气泡固化进PDMS，需要对PDMS混合物进行真空抽气。将装有PDMS混合物的一次性杯放入真空干燥器中，进行抽真空。直至杯中气泡基本消失后，停止抽真空。静置到气泡完全消失，取出一次性杯，完成真空抽气过程。
3、用滴管取5滴配好的PDMS滴到超白玻璃上，用涂胶辊在超白玻璃上涂匀，此时涂胶辊上将有一层很薄的硅橡胶。
4、用涂胶辊在基片上轻轻滚过，让涂胶辊上的硅橡胶均匀的滚涂到基片上。
5、将涂抹PDMS均匀的基片放入80℃的真空干燥箱内2h，PDMS将完全固化。
6、将基片与盖片放入等离子清洗机中，等离子清洗机参数为：功率600W，时间3min，氧气量：700mL/min。
7、将等离子清洗完的基片与盖片迅速对齐贴紧，将贴合好的基片与盖片施加2kg力，放入80℃的真空干燥箱内退火2-4h，键合即可完成。