MC方案｜如何從SU-8模具上進(jìn)行PDMS光刻復(fù)制？

PDMS是一種有機(jī)聚合物材料，廣泛應(yīng)用微流控芯片實(shí)驗(yàn)室。今天我們來(lái)介紹有關(guān)如何進(jìn)行PDMS光刻復(fù)制，也稱為軟光刻工藝，為您提供一些實(shí)驗(yàn)中的小技巧，優(yōu)化您的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

01

硅烷化模具的制備

*使用模具時(shí)，必須使其疏水。SU-8模具中的硅通常具有很強(qiáng)的親水性，因此PDMS對(duì)它有良好的親和力，其強(qiáng)度足以使之無(wú)法剝離，只能將模具破壞并從頭開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

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(guò)90°，表面疏水。可以使用氣體或液體處理，即通過(guò)氣體或連續(xù)的液浴將硅烷功能鍵合在表面上。（*硅烷化對(duì)人類使用危險(xiǎn)的產(chǎn)品，必須在適當(dāng)?shù)臈l件下使用，即在通風(fēng)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(jié)晶器中的50ml十六烷中稀釋0.5ml OTS。

2. 如有可能，請(qǐng)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(cè)試接觸角。

氣體硅烷化

在氣體中進(jìn)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(kāi)培養(yǎng)皿，等待10分鐘，使所有TMCS蒸發(fā)。

5. 測(cè)試接觸角。

    

Tips:

1. 如果接觸角的測(cè)試結(jié)果不對(duì)，請(qǐng)檢查實(shí)驗(yàn)過(guò)程并再次進(jìn)行，不要輕易將PDMS放在上面。

2. 硅烷會(huì)與空氣發(fā)生反應(yīng)，因此請(qǐng)確保正確關(guān)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(shí)間和材料，氣體硅烷化是使用多的方法，只需簡(jiǎn)單幾步即可獲得與液體相同的結(jié)果。

02

PDMS和固化劑的混合

模具準(zhǔn)備好后，我們就可以準(zhǔn)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(duì)于該P(yáng)DMS，固化劑和PDMS之間的常規(guī)比例為1:10（重量）。對(duì)于特定的應(yīng)用，可以更改比例以使PDMS變得更軟或更硬。

準(zhǔn)備PDMS，請(qǐng)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(huì)導(dǎo)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(jī)或干燥器和真空泵。離心機(jī)更適合處理少量的PDMS。干燥器和真空泵處理時(shí)間較長(zhǎng)，但也是Z簡(jiǎn)單和Z常用的方法。

使用干燥器對(duì)混合物進(jìn)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(jìn)行真空，如果真空過(guò)強(qiáng)或過(guò)快，PDMS可能會(huì)溢出。通常需要30分鐘才能清除所有氣泡。去除氣泡后，關(guān)閉真空并烘烤PDMS。當(dāng)壓力不穩(wěn)定時(shí)，切勿嘗試打開(kāi)干燥器，否則PDMS可能會(huì)爆炸。

04

PDMS澆注

在使用前，務(wù)必清潔模具，使用氮?dú)饣蚯鍧嵉膲嚎s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(duì)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(guò)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(shí)要小心，晶圓會(huì)起來(lái)，PDMS會(huì)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(kāi)始了，*步驟，就需要大約24小時(shí)才能獲得足夠堅(jiān)固的器，這也就是模具和PDMS必須烘烤的原因。烘烤的時(shí)間和溫度取決于實(shí)驗(yàn)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(gè)模具。設(shè)置溫度和時(shí)間，在較短的時(shí)間內(nèi)烘烤溫度較高，在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)烘烤溫度較低。我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并測(cè)量了在不同烘烤條件下與PDMS層表面上水的接觸角，并沒(méi)有變化，因此烘烤不會(huì)影響PDMS的化學(xué)物質(zhì)，但會(huì)影響其機(jī)械性能。注意不要烘烤過(guò)久，PDMS會(huì)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(qǐng)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(shí)。待PDMS冷卻后，您就可以對(duì)其進(jìn)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(guò)程中，請(qǐng)注意使刀片與模具相切，以免損壞刀片。

剝離過(guò)程中，只需輕輕拉動(dòng)PDMS，即可分離開(kāi)。如果PDMS在晶圓上的黏附太多，可能因?yàn)槟柰榛幚聿粔蚝茫蛘咚闹谱鞑粔蚝谩?/span>

確保佩戴手套，避免在PDMS中添加油脂，否則難以清潔，可能會(huì)對(duì)過(guò)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(diǎn)，這樣就可以將管道牢固地保持在其中，從而減少泄漏問(wèn)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(huì)對(duì)過(guò)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(guò)程相同。在進(jìn)行任何操作之前，必須對(duì)每個(gè)零件進(jìn)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(dāng)您按相同的功能時(shí)，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(jī)。