PDMS是一種常見(jiàn)的有機(jī)聚合物材料，以其原材料價(jià)格便宜、制作周期短、耐用性好、封裝方法靈活及其與多種材料能形成很好的密封等特點(diǎn)，在電子醫(yī)學(xué)等多方面有巨大的運(yùn)用前景。

雖然PDMS運(yùn)用廣泛，但PDMS具有高疏水性、對(duì)非極性物質(zhì)的強(qiáng)吸附性等缺點(diǎn)，使得PDMS在常態(tài)下無(wú)法與自身玻璃金屬薄片等材料鍵合限制其運(yùn)用。

目前，關(guān)于PDMS與硅基材料低溫鍵合的方法多種多樣。在制作硅-PDMS多層結(jié)構(gòu)微閥的過(guò)程中，將PDMS直接旋涂、固化在硅上，實(shí)現(xiàn)硅-PDMS薄膜直接鍵合，這種法屬于可逆鍵合，鍵合強(qiáng)度不高。

在制作物理芯片時(shí)，利氧等離子體分別處理PDMS和帶有氧化層掩膜的硅基，將其鍵合在一起。此法實(shí)際上是PDMS與SiO2掩膜層的鍵合，但在硅表面由熱氧化方法制得的SiO2膜層與PDMS的鍵合效果并不理想。

利用氧等離子體表面處理，使PDMS與帶有鈍化層的硅在室溫常壓下可以成功鍵合。在利用氧等離子體改性處理實(shí)現(xiàn)PDMS與其它基材料鍵合的技術(shù)中，一般認(rèn)為，在進(jìn)行氧等離子體表面改性后，應(yīng)即將PDMS基材料與蓋貼合，否則PDMS表面將很快恢復(fù)疏水性，從而導(dǎo)致鍵合失效。

通常在需鍵合的PDMS基和硅基上都會(huì)帶有相應(yīng)的微細(xì)結(jié)構(gòu)，鍵合前需在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)結(jié)構(gòu)圖形的對(duì)準(zhǔn)，因此，等離子表面處理設(shè)備可以使PDMS活性表面的持續(xù)時(shí)間得以延長(zhǎng)，成為保證鍵合質(zhì)量的關(guān)鍵。

等離子表面處理設(shè)備中影響PDMS鍵合效果主要有3個(gè)工藝參數(shù)：射頻功率、空氣流量、改性時(shí)間。目前大多數(shù)研究院用氧氣作為反應(yīng)氣體、通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)空氣作為反應(yīng)氣體的鍵合效果也能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。

鍵合加載壓力對(duì)等離子方法處理后的PDMS鍵合效果也有不可忽視的作用。PDMS鍵合效果是本領(lǐng)域重要關(guān)注焦點(diǎn)之一，判斷PDMS鍵合效果主要是測(cè)量其鍵合強(qiáng)度，可用T型剝離法對(duì)兩片PDMS薄膜間的鍵合強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。

等離子清洗機(jī)處理不會(huì)在表面產(chǎn)生損傷層，是無(wú)損處理工藝，表面質(zhì)量得到保證；由于是在真空中進(jìn)行，不污染環(huán)境，保證清洗表面不被二次污染，有效環(huán)保！

氧等離子體處理后的PDMS，其表面引入了親水性質(zhì)的-OH基團(tuán)，并代替了-CH基團(tuán)，從使PDMS表面表面現(xiàn)出極強(qiáng)的親水性質(zhì)。

同樣，由于硅基底通過(guò)濃硫酸處理，表面含有大量Si-O鍵，在氧等離子體處理的過(guò)程中，Si-O鍵被打斷，從在表面形成量的si懸掛鍵，通過(guò)吸收空中-OH，形成了Si-OH鍵。

將處理后的PDMS與硅表面相貼合，兩表面的Si-OH之間發(fā)生如下反應(yīng)：2Si-OHSi-O-Si+2H2O。在硅基底與PDMS之間形成了牢固的Si-O鍵結(jié)合，從完成了兩者不可逆鍵合。

普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為在PDMS與硅或玻璃的鍵合藝中，基材料和蓋表面活化處理后，應(yīng)在1～10min之內(nèi)將其貼合，否則無(wú)法完成共價(jià)鍵結(jié)合。

等離子清洗機(jī)腔室內(nèi)的空污染

等離子腔室內(nèi)的氣體組分子會(huì)改變玻璃或PDMS表面上的化學(xué)連接。那些雜質(zhì)(即使有常低的數(shù)量)也會(huì)污染樣品表面。最常見(jiàn)的污染是來(lái)自真空泵或壓縮機(jī)的油分。由于等離子體清洗機(jī)腔室內(nèi)的油分，化學(xué)組分子發(fā)了變化，因PDMS不會(huì)鍵合的很牢固。

氣體的選擇

表面態(tài)取決于所使的氣體。腔室內(nèi)等離子體在多數(shù)情況下都可以滿足實(shí)驗(yàn)需求。有些研究人員喜歡使用純O2來(lái)控制腔室內(nèi)總的氣體組分子，但是需要更多的設(shè)備及加工過(guò)程更加嚴(yán)格。

灰塵

表面上灰塵的存在會(huì)阻礙玻璃-PDMS的等離子體鍵合。此外，磁盤(pán)上灰塵的位置和也會(huì)影響PDMS的硬度。第一次清洗，至少需要一個(gè)空噴射來(lái)沖洗磁盤(pán)或硅。當(dāng)然，也有其它的方法來(lái)移除灰塵，可以使用3M透明膠帶來(lái)移除表面的顆粒或更為有效的把芯片放置在異丙醇溶液(IPA)內(nèi)并且使超聲波來(lái)分離表面和PDMS孔洞內(nèi)部的不需要的顆粒。為了清洗干凈玻璃，可以先后連續(xù)使丙酮、異丙醇、來(lái)進(jìn)清洗然后再進(jìn)干燥處理。

等離子體的強(qiáng)度及其穩(wěn)定性

一個(gè)良好質(zhì)量的等離子體的指標(biāo)通常是它的顏色/亮度(取決于真空度和氣體)。因?yàn)榭赡軙?huì)發(fā)生變化，需要記住的是，如果在相同的參數(shù)下，等離子體顏色發(fā)了變化，那么等離子體可能就出現(xiàn)了問(wèn)題。

等離子體處理時(shí)間

時(shí)間是表面處理和鍵合成功的一個(gè)關(guān)鍵因素。等離子體處理時(shí)間太短不會(huì)使整個(gè)表面發(fā)生功能化，等離子體處理時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)強(qiáng)烈的改變PDMS表面的性能。等離子體被激活的時(shí)間越長(zhǎng)，PDMS表面越粗糙且還會(huì)影響到粘接性能。

等離子體處理后的時(shí)間

等離子體處理后，表面的化學(xué)鍵開(kāi)始重組，幾分鐘后，表面的功能化活性下降從導(dǎo)致玻璃-PDMS等離子體鍵合強(qiáng)度下降。鑒于這個(gè)原因，必須在等離子體處理后即做鍵合，不要在等離子體清洗之后還讓樣品留在等離子體腔室內(nèi)，需要盡快將玻璃-PDMS進(jìn)行下一步工藝。

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