PDMS基体等离子法键合工艺

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：2023-04-21

聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一种性能优良的高分子聚合物，因具有良好的透光性、独特的弹性、封装性能好、制作过程简单、原材料成本低廉及无毒绝缘等特性，在医药、微流控系统以及柔性电子等领域均得到广泛应用。等离子清洗机可有效去除有机污染物并活化PDMS表面，以便与玻璃、PDMS或其他类似处理的表面粘合。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)就是一种典型的常用于微流控芯片制备的聚合物。但是固化后的PDMS表面能低,表面浸润性差,导致液体在PDMS微通道中难以流动,所以需要对PDMS表面进行处理以提高其表面浸润性。目前已有多种效果较好的PDMS表面亲水改性方法,其中,对PDMS表面进行氧等离子体处理相对比较简单、快捷,所需处理设备在实验室中也比较常见。

等离子处理法是在真空状态下，高频发生器将气体电离，产生等离子体(物质第四态)，等离子体是由部分电子被剥夺后的原子以及原子被电离所产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除固、液、气外，物质存在的第四态。这些高度活跃微粒子和被处理的材料表面发生作用，使惰性的聚合物表面活化，提升其亲水性，增强界面的交互作用且使单层分子更容易扩散到其表面，使PDMS基体表面得以改性，最终实现其与多种材料键合。

处理方法

以下是在等离子清洗机中对 PDMS-PDMS 或 PDMS-玻璃进行等离子活化的建议工艺条件(可能需要进行一些实验来确定最佳工艺条件)：
使用氧气 (O 2 ) 或室内空气作为工艺气体
压力：200 mTorr 至 1 Torr
射频功率：通常高
处理时间：15-60秒
与实验工艺和制造技术的情况一样，用户报告的等离子体工艺条件变化很大，即使在等离子体处理类似的 PDMS 材料时也是如此。

PDMS键合视频展示

其他工艺注意事项

等离子处理后，轻轻按住 PDMS 组件 30 秒。不要拉开并调整对齐，因为这会破坏键的形成。用力按压可能会破坏微流体通道。
在烤箱或热板中将组装好的设备在 80-100 摄氏度下加热 60 秒。高温为额外的键形成提供活化能。
清洁度：颗粒或油的存在会阻止键的形成。从等离子室中取出 PDMS 时避免接触要粘合的表面
表面粗糙度：光滑的表面使粘合材料之间的接触最大化，为硅氧烷键的形成提供了更多的机会。调整您的软光刻工艺以确保基板光滑。
空气与氧气：由于活性氧的浓度较高，氧气比空气更有效。此外，来自容易受到湿度或颗粒物每日波动影响的环境中的空气会对 PDMS 粘合产生不利影响。
等离子体处理不应超过 2 分钟，因为长时间的等离子体暴露会导致 PDMS 开裂和低分子量分子从本体迁移到表面，从而减少亲水性 SiOH 基团的数量并导致弱或不完全键合
等离子处理后应立即接触氧化表面，以实现尽可能强的粘合
等离子体处理后(约 1 小时)，PDMS 表面会随着时间的推移恢复疏水特性(老化)。