0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

微流控芯片加工中的PDMS软刻蚀技术和聚合物成型介绍

苏州汶颢 来源:jf_73561133 作者:jf_73561133 2024-08-28 14:42 次阅读

微流控芯片大致可以分为三种类型:PDMS芯片、聚合物芯片(COC、PMMA、PC等)和玻璃芯片。三种不同类型的芯片各有不同的加工方法。本文主要介绍PDMS芯片加工的软光刻/软刻蚀技术(soft lithography technique)和聚合物成型技术。
什么是PDMS软刻蚀技术?
软刻蚀技术可以被看做光刻技术的一种扩展延伸。最初,标准的光刻技术在微电子企业中主要被用来处理半导体材料。光刻技术从本质上讲非常适合用来处理光刻胶。因此,大部分微流控器件仍旧使用光刻技术来加工SU-8模板,集成微结构的PDMS层的加工过程如图1所示。

wKgZombOxmWAYx-2AAJV3ZiYvag297.png图1 集成微结构的PDMS层的加工过程。图中(a)-(d)对应通过光刻技术加工硬质模板的过程。图中(e)-(f)可以被认为是软刻蚀过程的一部分。

软刻蚀技术扩展了传统光刻技术的可能性。不同于光刻技术,软刻蚀技术可用于加工处理广泛的弹性材料例如机械软材料。由于涉及的材料具有一定的“柔软性”,这就是为什么这种刻蚀技术使用“soft”这个单词。软刻蚀技术非常适合用于聚合物、凝胶以及有机单层材料。PDMS材料具有许多非常优异的特性如廉价、生物兼容性、低毒性、化学惰性、多种多样的表面化学绝缘性以及机械灵活性和耐久性等,因此,其在软刻蚀应用中被广泛的大量使用。此外,PDMS很容易被操控和加工,所以,仅需要很少的仪器设备便可加工PDMS器件。
应该注意的是属于软刻蚀技术并不是指一个独特的加工技术。软刻蚀技术实际上包含了许多的加工方法,这种加工方法全部是基于使用类似于图1f的PDMS模板层。为了方便提供一个简要的概述,如下部分将会介绍和软刻蚀技术相关的核心技术。
微流控芯片中的PDMS软刻蚀技术
软刻蚀技术的第一个基本特性是获得密封的微流控器件。典型的情形是,压印在PDMS层上微通道紧密的与玻璃片结合在一起,请见如下图2。另外一种情况是另外一片没有通道的PDMS片与带有微通道的PDMS层紧密的结合在一起。PDMS键合可以使PDMS层和玻璃形成牢固的、永久的结合。这种牢固的结合可以通过plasma bonding来实现。当微通道经过合适的密封后,流体或溶液可以在高达约350 kPa的压力下被推进到通道内而不会损坏微通道。

wKgaombOxneAQS7zAAIMmADy1v0940.png图2 微流控芯片的加工:集成微通道的PDMS层被密封在玻璃片上

PDMS软刻蚀技术:复制压模/成形(Replica Molding)
在复制成形过程中,PDMS图案层被用作软模具,图案层随后会被聚合物覆盖。固化后,聚合物从PDMS模具中分离。和光刻技术中使用的硬模板类似,PDMS模具的起始图案被压印在聚合物的表面。然而,复制成形技术允许在多种材料上形成图案,例如,生物相容性的聚合物材料琼脂或琼脂糖可以通过复制成形技术来形成所需要的图案。此外,复制成形技术还可以一次性的复制3D结构并且相同的PDMS模具可以重复使用许多次。

wKgZombOxpSARtgqAAKyYE2mxuc315.png图3 复制成形技术的过程

PDMS软刻蚀技术:毛细管成形
毛细管成形是使用带有图案的PDMS作为模具的第二种技术。PDMS层的图案必须首先接触基底如玻璃片,然后使用毛细管成形技术来把液态的聚合物填充到PDMS模具的图案内。正如毛细管成形技术暗示的那样,利用毛细现象来逐步的填充图案。作为替代方案,也可以使用抽吸的方法把液体聚合物填充到图案内。聚合物固化以后,可以轻轻的移除PDMS,随后,基底的表面上就会留下坚固的固体微结构。

wKgZombOxqOAcEQzAAM7-IcliDU339.png图4 毛细管成形技术的过程

PDMS软刻蚀技术:微接触印刷
在微接触印刷技术中,PDMS层被用作一个印章。PDMS层首先被浸入在分子“墨水”中,然后再与基底相接处以便把“墨水”转移到基底的表面。在微接触印刷技术中,只有来自PDMS印章的凸起表面的“墨水”才会被转移到基底上。各种“墨水”如小分子、蛋白质或者细胞悬浮液等都可以用于微接触印刷。

wKgaombOxrKAITbIAALcmtQzJW0405.png图 5 微接触印刷技术的过程

PDMS软刻蚀技术:转移微模塑
在转移微模塑技术中,PDMS层的图案化表面被液态聚合物填充。当移除多余的聚合物以后,把PDMS层进行倒置然后使其与基底接触。然后进行固化,待聚合物固化后,小心谨慎的剥离PDMS层,随后就会在基底的表面上留下特征尺寸小到1μm的坚固的固体微结构。和复制成形技术类似,相同的PDMS层可以被填充许多次。

wKgaombOxr6AQcFTAAL8FNWEbTU688.png图6 转移微模塑技术的过程

免责声明:文章来源汶颢www.whchip.com以传播知识、有益学习和研究为宗旨。转载仅供参考学习及传递有用信息,版权归原作者所有,如侵犯权益,请联系删除。

审核编辑 黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 微流控芯片
    +关注

    关注

    13

    文章

    270

    浏览量

    18829
  • 刻蚀
    +关注

    关注

    2

    文章

    180

    浏览量

    13086
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    晶圆表面温度对干法刻蚀的影响

    本文介绍晶圆表面温度对干法刻蚀的影响 表面温度对干法刻蚀的影响主要包括:聚合物沉积,选择性,光刻胶流动、产物挥发性与刻蚀速率,表面形貌等。
    的头像 发表于 12-03 10:48 232次阅读
    晶圆表面温度对干法<b class='flag-5'>刻蚀</b>的影响

    功率放大器应用领域:芯片加工工艺有哪些

    控片是一种能够在微型管道中进行微小体积液体操作的芯片。常用于技术
    的头像 发表于 11-20 10:56 158次阅读
    功率放大器应用领域:<b class='flag-5'>微</b><b class='flag-5'>流</b>控<b class='flag-5'>芯片</b><b class='flag-5'>加工</b>工艺有哪些

    PDMS湿法刻蚀刻蚀的区别

    PDMS(聚二甲基硅氧烷)是一种常见的弹性体材料,广泛应用于芯片、生物传感器和柔性电子等领域。在这些应用
    的头像 发表于 09-27 14:46 215次阅读

    PDMS芯片和PMMA芯片的区别

    PDMS(聚二甲基硅氧烷)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯,又称丙烯酸或有机玻璃)是两种常见的芯片材料,它们各自有不同的特性和应用场景。 材料特性
    的头像 发表于 09-25 16:03 398次阅读

    COC/COP芯片开发与应用

    技术是新一代医疗诊断颠覆性技术芯片是指
    的头像 发表于 09-24 14:52 269次阅读

    PDMS刻蚀技术的应用

    PDMS刻蚀技术的一些应用实例: 1. 芯片
    的头像 发表于 09-19 14:38 642次阅读

    如何成功的烘烤控SU-8光刻胶?

    PDMS芯片加工的过程,需要使用烘胶台或者烤胶设备对SU-8光刻胶或
    的头像 发表于 08-27 15:54 257次阅读

    芯片中玻璃和PDMS进行等离子键合需要留意的注意事项

    PDMS芯片通常采用等离子体处理的方法,不同的处理参数会影响到PDMS芯片的键合强度。良好
    的头像 发表于 08-25 14:58 484次阅读

    低成本芯片加工与键合方法

    2.1 低成本 芯片 加工方法 选取了常用的低成本
    的头像 发表于 07-23 16:46 725次阅读
    低成本<b class='flag-5'>微</b><b class='flag-5'>流</b>控<b class='flag-5'>芯片</b>的<b class='flag-5'>加工</b>与键合方法

    聚合物锂电池型号表及容量查询

    聚合物锂电池型号表及容量查询
    发表于 06-22 10:55 0次下载

    如何区分“包锂电池”和“聚合物电池”呢?

    包锂电池”和“聚合物电池”这两个术语在电池行业中经常被提及,它们指的是两种不同类型的锂离子电池。
    的头像 发表于 05-07 10:37 2455次阅读

    聚合物锂电池是什么 锂离子电池和聚合物锂电池的区别

    锂电池已经成为目前民用电子产品和电动汽车等领域的主流电池技术之一。本文将详细讨论聚合物锂电池与传统锂离子电池之间的区别。 首先,让我们来了解一下传统的锂离子电池。传统的锂离子电池由液态电解质和锂离子之间的电荷
    的头像 发表于 03-07 16:54 1472次阅读

    基于3D打印的氟化聚合物用于制备耐化学腐蚀的芯片

    弹性体材料,尤其是聚二甲基硅氧烷(PDMS),对于控系统非常重要。
    的头像 发表于 02-22 09:16 949次阅读
    基于3D打印的氟化<b class='flag-5'>聚合物</b>用于制备耐化学腐蚀的<b class='flag-5'>微</b><b class='flag-5'>流</b>控<b class='flag-5'>芯片</b>

    索雷碳纳米聚合物材料技术的优势

    电子发烧友网站提供《索雷碳纳米聚合物材料技术的优势.docx》资料免费下载
    发表于 01-16 15:29 0次下载

    如何选择索雷碳纳米聚合物材料技术

    电子发烧友网站提供《如何选择索雷碳纳米聚合物材料技术.docx》资料免费下载
    发表于 12-29 11:02 0次下载