PDMS芯片與鈮酸鋰基底的等離子改性鍵合

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2024-10-09

PDMS是一種彈性體材料，結構式如圖1-1-a所示。使用PDMS制造的微流控芯片可以通過等離子改性鍵合工藝與多種基底材料實現鍵合，在微流控領域有廣泛地應用。聲表面波微流控芯片的基底材料為鈮酸鋰。鈮酸鋰是一種壓電材料，具有鐵電相結構，本質上為離子晶體，其中Nb-O骨架帶負電，Li+帶正電，結構式如圖1-1-b所示。鈮酸鋰是目前應用較廣的新型壓電材料之一，具備良好的壓電換能特性，是主要使用的聲表面波材料之一，同時也在光波導、壓電傳感器、光學調制器以及各類線性與非線性光學中獲得了重要的應用。

圖1.1 PDMS 與鈮酸鋰的結構式

PDMS芯片與鈮酸鋰基底的等離子改性鍵合原理

等離子鍵合的方法主要通過生成不可逆的Li-O-Si鍵，來實現鈮酸鋰襯底與PDMS之間的鍵合。當帶有叉指換能器的鈮酸鋰襯底與PDMS管道都制作完成后，需要使用氧氣等離子（O2PlasmaCleaner）處理將二者“粘連”集成在一起。把表面干凈的PDMS與鈮酸鋰放置在氧氣等離子的環境中，高能等離子轟擊PDMS和鈮酸鋰的表面，破壞原有的Li-O鍵和和Si-O鍵，生成新的Li-OH鍵合Si-OH鍵。當氧等離子處理過的PDMS表面和鈮酸鋰表面接觸在一起時，Li-OH與Si-OH發生縮聚反應，生成不可逆的Li-O-Si鍵，其具有高的強度，實現“粘連”。

等離子鍵合流程如下：

a)鈮酸鋰襯底處理：由于鈮酸鋰基底涂有一層光刻膠，先用丙酮去除表面的光刻膠。接著把基底放入裝有丙酮的蒸發皿中，蓋上玻璃片。接著將蒸發皿放入到超聲波清洗池中處理5min。之后用金屬鑷子取出襯底，放入裝有無水乙醇的蒸發皿中，蓋上玻璃片，放入超聲波清洗池中，用超聲波處理5min。用鑷子取出，放入裝有去離子水的蒸發皿中，蓋上玻璃片，放入超聲波清洗池中，用超聲波處理5min。之后用塑料鑷子取出，氮氣吹干。最后把襯底放入無塵盒中，備用。

b)取兩塊載波片，用乙醇擦拭干凈。作為PDMS和鈮酸鋰襯底的托盤

c)取出準備好的PDMS管道。把沒有管道凹槽的面上的靜電無膠膜去除，并將它貼在前面準備好的載玻片。然后去掉有管道一面的靜電無膠膜，放入無塵盒中備用。
d)設置等離子清洗機，設置如下，先設置處理時間為2min，再設置真空率為5.0×101Pa，最后打開氧氣瓶，開啟真空泵，按下啟動開關，等到達真空率后，調節功率旋鈕，使的電流表的數值和電壓表的數值的乘積約為150W，最后手動按下停止按鈕，關閉真空泵，關閉氧氣閥。等離子清洗機設置完成。

e)把鈮酸鋰襯底放在另一塊載玻片上，有金屬叉指的一面朝上。

f)打開等離子清洗機的艙門，把載有鈮酸鋰的載玻片和載有PDMS管道的載玻片放入到艙內的玻璃平臺上，關上艙門。打開氧氣瓶，啟動真空泵，按下啟動按鈕。等待處理完成。

g)等離子處理完畢后，立即取出鈮酸鋰徹底和PDMS管道，把鈮酸鋰放置在操作臺上（下面有載玻片保護），手持PDMS管道，讓鈮酸鋰襯底上的定位點和PDMS管道上的定位點先對齊再貼合。

h)把鍵合的管道，連同作為基底的蓋玻片一起放入到恒溫干燥箱中，并在玻片上添加200克的砝碼。設置恒溫干燥箱的溫度為60度，烘烤2個小時，強化鍵合的效果。
i)烘烤完成后，移除兩個載玻片，如圖1.2(a)所示，放置在顯微鏡中觀察管道的效果，如圖1.2(b)是流體匯入區域的管道，如圖1.2(c)是出口分界點區域的管道。這樣基于SSAW的分選器件就鍵合完成了。