MC方案｜如何從SU-8模具上進行PDMS光刻復制？

PDMS是一種有機聚合物材料，廣泛應用微流控芯片實驗室。今天我們來介紹有關如何進行PDMS光刻復制，也稱為軟光刻工藝，為您提供一些實驗中的小技巧，優(yōu)化您的實驗結果。

01

硅烷化模具的制備

*使用模具時，必須使其疏水。SU-8模具中的硅通常具有很強的親水性，因此PDMS對它有良好的親和力，其強度足以使之無法剝離，只能將模具破壞并從頭開始實驗。

這里我們使用硅烷功能，一旦在表面上yongjiu粘合，也可使接觸角超過90°，表面疏水。可以使用氣體或液體處理，即通過氣體或連續(xù)的液浴將硅烷功能鍵合在表面上。（*硅烷化對人類使用危險的產(chǎn)品，必須在適當?shù)臈l件下使用，即在通風櫥中使用。）

液體硅烷化

可按照以下配方使用一些OTS（十八烷基三氯硅烷）：

1. 在結晶器中的50ml十六烷中稀釋0.5ml OTS。

2. 如有可能，請使用N2氣排出空氣。

3. 將晶圓放入內(nèi)部，并用封口膜將其密封15分鐘。

4. 將晶圓放入純十六烷浴中。

5. 將晶圓放入丙酮浴中。

6. 將晶圓放在乙醇浴中。

7. 干燥晶圓。

8. 測試接觸角。

氣體硅烷化

在氣體中進行硅烷化，可使用一些在室溫和室溫下易揮發(fā)的TMCS（ *基氯硅烷），并遵循以下配方：

1. 將晶圓放入培養(yǎng)皿中。

2. 培養(yǎng)皿內(nèi)，在晶片周圍添加幾滴TMCS液滴。

3. 密封培養(yǎng)皿15分鐘。

4. 打開培養(yǎng)皿，等待10分鐘，使所有TMCS蒸發(fā)。

5. 測試接觸角。

    

Tips:

1. 如果接觸角的測試結果不對，請檢查實驗過程并再次進行，不要輕易將PDMS放在上面。

2. 硅烷會與空氣發(fā)生反應，因此請確保正確關閉TMCS或OTS瓶，并添加封口膜以提高安全性。
3. 液體硅烷化是Z有效的方法，但需要更多的時間和材料，氣體硅烷化是使用多的方法，只需簡單幾步即可獲得與液體相同的結果。

02

PDMS和固化劑的混合

模具準備好后，我們就可以準備PDMS了。為了使PDMS更硬，必須添加固化劑。顯然，Z常用的PDMS是Sylgard 184。對于該PDMS，固化劑和PDMS之間的常規(guī)比例為1:10（重量）。對于特定的應用，可以更改比例以使PDMS變得更軟或更硬。

準備PDMS，請遵循以下步驟：

1. 稱重PDMS（例如60克）

2. 添加固化劑（例如6克）

3. 充分混合

Tips:

要特別注意放置的順序，先放入PDMS，然后再放入固化劑，否則可能會導致聚合物的不良交聯(lián)。

03

PDMS脫氣去除氣泡

由于混合，制劑中充滿了氣泡，必須清除。可使用離心機或干燥器和真空泵。離心機更適合處理少量的PDMS。干燥器和真空泵處理時間較長，但也是Z簡單和Z常用的方法。

使用干燥器對混合物進行脫氣，將杯子放入內(nèi)部，蓋上蓋子并檢查密封性。使用真空泵進行真空，如果真空過強或過快，PDMS可能會溢出。通常需要30分鐘才能清除所有氣泡。去除氣泡后，關閉真空并烘烤PDMS。當壓力不穩(wěn)定時，切勿嘗試打開干燥器，否則PDMS可能會爆炸。

04

PDMS澆注

在使用前，務必清潔模具，使用氮氣或清潔的壓縮空氣清除SU-8模具表面上的所有灰塵和微粒。

PDMS脫氣后，將其倒入先前硅烷化的SU-8模具中。使用容器將晶圓放入培養(yǎng)皿內(nèi)部。容器的大小將定義所需的器件厚度所需的PDMS數(shù)量。對于4英寸的基板，40克的PDMS將為您提供約5mm厚的器件。

如果在澆注過程中出現(xiàn)氣泡，則可用針將其除去或?qū)⒕呕卣婵罩小Ｈ绻x擇第二種方法時要小心，晶圓會起來，PDMS會到基板的下面，后面去除氣泡更加困難。

05

PDMS烘烤

將PDMS和固化劑混合后，交聯(lián)就開始了，*步驟，就需要大約24小時才能獲得足夠堅固的器，這也就是模具和PDMS必須烘烤的原因。烘烤的時間和溫度取決于實驗室和用戶以及所使用的工具。

通常使用電爐或烤箱烘烤PDMS，可以一次烘烤多個模具。設置溫度和時間，在較短的時間內(nèi)烘烤溫度較高，在較長的時間內(nèi)烘烤溫度較低。我們進行了實驗，并測量了在不同烘烤條件下與PDMS層表面上水的接觸角，并沒有變化，因此烘烤不會影響PDMS的化學物質(zhì)，但會影響其機械性能。注意不要烘烤過久，PDMS會變硬，后面就很難刺穿。

Tips:

必須根據(jù)模具容器選擇溫度，如果您使用培養(yǎng)皿，請不要加熱到90°C以上。我們建議您在烤箱中于80°C下烘烤2小時。待PDMS冷卻后，您就可以對其進行操作。

06

PDMS脫模

待模具和PDMS冷卻，然后可以在基板周圍切割并剝離PDMS。在切割過程中，請注意使刀片與模具相切，以免損壞刀片。

剝離過程中，只需輕輕拉動PDMS，即可分離開。如果PDMS在晶圓上的黏附太多，可能因為您硅烷化處理不夠好，或者它的制作不夠好。

確保佩戴手套，避免在PDMS中添加油脂，否則難以清潔，可能會對過程造成影響。

07

PDMS切割和穿孔

在此步驟中，如果要稍后添加和清除流體，還必須在PDMS內(nèi)打一些孔。可以使用打孔器，根據(jù)您的管子選擇合適的尺寸。由于PDMS是一種柔性材料，因此使孔比管道小一點，這樣就可以將管道牢固地保持在其中，從而減少泄漏問題。

確保佩戴手套，避免在PDMS中添加油脂，否則難以清潔，可能會對過程造成影響。

08

PDMS鍵合

后一步是PDMS鍵合。PDMS鍵合到另一塊PDMS或玻璃上，過程相同。在進行任何操作之前，必須對每個零件進行*清潔，以清除表面上的灰塵或微粒。可以使用異丙醇清潔PDMS和玻璃，甚至可以使用超聲波浴更好地清潔PDMS孔的表面和內(nèi)部。

要粘合PDMS，需要先激活表面，將PDMS的Si-CH3功能轉(zhuǎn)換為Si-OH，并且當您按相同的功能時，將創(chuàng)建牢固且好的Si-O-Si鏈接。Z常用的工具是使用氧氣或空氣的等離子清洗機。