KR101421562B1 - 기판의 접합 방법 - Google Patents

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국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
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Abstract

금속 기판, 실리콘계 기판 또는 고무 기판인 제 1 기판과 제 2 기판을 접합하는 방법에 있어서, 양 기판 또는 어느 한 기판의 접합하고자 하는 표면을 산소 플라즈마로 처리하고 아미노실란으로 코팅한 뒤 서로 접촉시키는 단계를 포함하는 기판의 접합 방법은, 값비싼 장비나 급격한 온도 변화 없이 상온에서 손쉽게 기판들을 비가역적으로 접합할 수 있다.

Description

기판의 접합 방법{METHOD FOR BONDING SUBSTRATES}
본 발명은 실란과 플라즈마 처리법을 이용하여 기판을 접합하는 방법에 관한 것이다.
서로 다른 물질로 이루어진 기판을 접합하는 기술은 많은 응용분야에서 유용하다. 특히 미세유체 및 나노유체 분야에서 서로 다른 성질을 지닌 물질을 이용한 이종접합형 미세유체소자를 제작하는 기술은 소자를 구성하는 재료의 다양성과 제품의 기능성을 향상시키는데 매우 중요하다. 뿐만 아니라, 완성도와 재현성이 높은 소자를 제작하고 상용화 제품 개발시 수율을 높이고 제작 단가를 낮출 수 있는 장점이 있다. 하지만 아직까지 미세소자 제작을 위한 접합 기술은 발전의 여지가 남아 있다.
다양한 물질을 기반으로 한 새로운 소자의 개발로 인해, 이를 제조하기 위한 접합 기술의 중요성은 더욱 높아지고 있다. 하지만 지금껏 이용된 접합 기술들은 사용할 수 있는 재료에 한계가 있으며, 추가적인 접착제 또는 접착층을 이용해야만 한다.
실란(silane)은 지난 수십년간 다양한 물질의 표면 처리를 위해 널리 사용되었는데, 특히 접착제에 함유되어 접착 강화제로서 주로 사용되어 왔다. 그러나 미세소자 접합을 위해 접착제 또는 추가적인 접착층을 사용할 경우, 미세 구조물의 형태나 미세유체 유로의 높이 등의 크기가 달라져, 제품의 기능을 유지할 수 없게 되는 단점이 있으며, 미세한 영역을 정확하게 접착할 수 없다는 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 기존 기술의 한계를 극복함과 동시에 값비싼 장비나 급격한 온도 변화 없이, 기판을 손쉽게 비가역적으로 접합할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명은, 제 1 기판과 제 2 기판을 접합하는 방법에 있어서, (1) 양 기판 또는 어느 한 기판의 접합하고자 하는 표면을 산소 플라즈마로 처리하는 단계; (2) 상기 산소 플라즈마 처리된 기판 중 적어도 하나의 기판의 산소 플라즈마 처리된 표면을 아미노실란으로 코팅하는 단계; 및 (3) 상기 양 기판이 서로 접하도록 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판이 각각 독립적으로 금속 기판, 실리콘계 기판, 또는 고무 기판인 것을 특징으로 하는, 기판의 접합 방법을 제공한다.
본 발명의 방법에 따르면, 값비싼 장비나 급격한 온도 변화 없이 상온에서 손쉽게 기판을 비가역적으로 접합할 수 있다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 일례에 따른 기판의 접합 방법을 도시한 것이다.
도 2는 금 기판을 표면처리하는 각 단계마다 표면을 원자현미경(AFM; atomic force microscopy) 사진으로 나타낸 것이다 ((a) 미처리된 기판, (b) 플라즈마 처리 이후의 기판, 및 (c) 플라즈마 및 아미노실란 처리 이후의 기판).
도 3은 금 기판 표면에 아미노실란이 코팅되었음을 확인하기 위한 XPS 데이터이다.
도 4는 금 기판을 플라즈마 및 아미노실란 처리한 후 IR 스펙트럼을 얻은 것이다.
본 발명에 따른 접합 방법은, 제 1 기판과 제 2 기판을 접합하는 방법에 있어서, (1) 양 기판 또는 어느 한 기판의 접합하고자 하는 표면을 산소 플라즈마로 처리하는 단계; (2) 상기 산소 플라즈마 처리된 기판 중 적어도 하나의 기판의 산소 플라즈마 처리된 표면을 아미노실란으로 코팅하는 단계; 및 (3) 상기 양 기판이 서로 접하도록 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
접합 가능한 기판의 종류
본 발명에 있어서, 접합의 대상으로 하는 제 1 기판 및 제 2 기판으로는, 각각 독립적으로, 금(Au), 백금(Pt), 구리(Cu), 철(Fe), 알루미늄(Al) 등의 금속 기판; 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS)과 같이 실리콘계 기판, 부틸고무(butyl rubber)와 같은 고무 기판; 또는 이들의 혼합 소재 기판일 수 있다.
이 중 금속 기판은 "경질 기판"으로 분류될 수 있고, 실리콘계 기판과 고무 기판은 "연질 기판"으로 분류될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판이 각각 독립적으로 금속 기판 또는 고무 기판일 수 있다. 이 경우에, 상기 단계 (1)의 산소 플라즈마 처리를 양 기판에 모두 실시하고, 단계 (2)의 아미노실란 코팅을 제 1 기판에만 실시할 수 있다. 또는, 상기 단계 (1)의 산소 플라즈마 처리 및 단계 (2)의 아미노실란 코팅을 양 기판에 모두 실시할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에 따르면, 상기 제 1 기판이 금속 기판 또는 고무 기판이고; 제 2 기판이 실리콘계 기판일 수 있다. 이 경우에, 상기 단계 (1)의 산소 플라즈마 처리 및 단계 (2)의 아미노실란 코팅을 제 1 기판에만 실시할 수 있다. 또는, 상기 단계 (1)의 산소 플라즈마 처리를 양 기판에 모두 실시하고, 단계 (2)의 아미노실란 코팅을 제 1 기판에만 실시할 수 있다.
산소 플라즈마 처리
본 발명의 단계 (1)에서 기판의 표면을 산소 플라즈마로 처리하기 전에, 기판의 표면을 세척할 수 있다. 이는 기판의 표면 상에 존재하는 불순물을 제거하여 접합 효과를 극대화시키기 위함이다. 상기 기판이 금속일 경우, 황산/과산화수소 혼합 용액, 바람직하게는 황산과 과산화수소가 8:2 내지 6:4의 중량비로 혼합된 용액을 이용하여 세척을 할 수 있으며, 그 외의 물질일 경우 이소프로필알콜(IPA)을 사용할 수 있다. 세척 이후 건조 과정을 거칠 수 있으며, 이후 산소 플라즈마 처리과정을 수행할 수 있다.
상기 산소 플라즈마 처리는 코로나 방전기(corona discharger), 플라즈마 발생기(plasma system), 플라즈마 애셔(plasma asher) 등 다양한 형태의 플라즈마 발생 장치를 사용할 수 있으며, 이 때 플라즈마의 세기는 바람직하게는 50W 이상, 보다 바람직하게는 50~100W이고, 처리 시간은 바람직하게는 상온에서 15초 이상, 보다 바람직하게는 15초~30분인 것이 좋다.
아미노실란 코팅 처리
본 발명의 단계 (2)에서 사용하는 아미노실란은 실란기와 아미노기를 갖는 화합물로서, 구체적인 예로는, 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES), 3-아미노프로필트리메톡시실란(APTMS), N-(6-아미노헥실)-3-아미노프로필트리메톡시실란(AHAPS), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란(AEAPS), 3-아미노프로필-디메틸에톡시실란(APMES), 3-(N,N-디메틸)-아미노프로필트리메톡시실란(DMAPS), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 아미노실란의 일례로서, 말단의 아민이 치환기를 갖지 않으며 실란에 2개 이상의 알콕시기가 치환된 아미노실란 화합물을 사용할 수 있으며, 예를 들어, APTES, APTMS, AHAPS, AEAPS, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 아미노실란의 다른 예로서, 아미노알킬실란 화합물로서 말단의 아민이 치환기를 갖지 않으며 실란에 2개 이상의 알콕시기가 치환되며 알킬 주쇄 중의 하나 이상의 탄소가 질소로 치환된 화합물을 사용할 수 있으며, 예를 들어, AHAPS, AEAPS, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 아미노실란은 1 부피% 이상, 바람직하게는 1 내지 5 부피% 농도의 용액 형태로 사용할 수 있으며, 코팅하고자 하는 기판을 상기 아미노실란 용액에 담그거나 스핀코팅(spin coating) 과정을 통해 코팅하고자 하는 표면에 상기 아미노실란 용액을 도포할 수 있다. 이 때 상기 아미노실란 용액과 기판의 표면의 접촉시간은 상온에서 5분 이상인 것이 바람직하다.
기판을 아미노실란으로 코팅하고 난 후, 기판의 표면을 세척하고 건조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 증류수를 이용하여 세척한 후, 질소 가스로 건조할 수 있다.
기판의 접합
본 발명의 단계 (3)은 표면 처리를 완료한 양 기판을 서로 접합하기 위하여, 서로 접촉시키는 과정으로써, 이 때 일정한 압력을 가하는 것이 바람직하다. 경우에 따라 상온에서 1초 이상의 접촉만으로도 접합이 가능하다.
첨부한 도 1a 및 1b는 본 발명의 방법을 적용함에 있어, 기판의 종류에 따라 접합 원리를 예시한 것이다.
또한, 상기와 같은 접합 방법을 3개의 기판을 접합시키는 방법에도 응용할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 제 1 금속 기판, 실리콘계 기판, 및 제 2 금속 기판을 순차적으로 접합하는 방법에 있어서, (1) 제 1 금속 기판과 제 2 금속 기판의 접합하고자 하는 표면, 및 실리콘계 기판의 양면을 산소 플라즈마로 처리하는 단계; (2) 상기 제 1 금속 기판과 제 2 금속 기판의 산소 플라즈마 처리된 표면을 아미노실란으로 코팅하는 단계; 및 (3) 상기 제 1 금속 기판, 실리콘계 기판, 및 제 2 금속 기판을 순차적으로 접합되도록 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판의 접합 방법을 제공한다.
상기 3개의 기판의 접합 방법에 있어서, 대상이 되는 금속 기판과 실리콘계 기판의 종류를 비롯하여, 단계 (1)의 산소 플라즈마 공정, 단계 (2) 아미노실란 코팅 공정 및 단계 (3)의 접합 공정의 세부 조건은 앞서 2개의 기판의 접합 방법에서 설명한 내용과 동일하다.
이와 같은 본 발명에 따른 기판의 접합 방법은, 기존 기술의 한계를 극복함과 동시에 값비싼 장비나 급격한 온도 변화 없이, 금, 백금, 구리, 철, 알루미늄, PDMS, 고무 등의 소재의 기판들을 상온에서 손쉽게 비가역적으로 접합할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
재료의 준비
실시예에서 사용된 모든 기판의 재료 및 시약은 시중에서 판매되는 것을 사용하였다:
- PDMS 예비중합체: Sylgard 184, 다우코닝사, 미국
- 경화제: 다우코닝사, 미국
- APTES: 시그마알드리치사, 미국
- Au 및 Pt 기판: 20nm Cr 접착층을 갖는 실리콘 웨이퍼 상에 전자빔증발기(e-beam evaporator)를 이용하여 증착된 200nm Au/Pt 박막, 신우금속, 한국
- Cu, Fe 및 Al 기판: 포스코사, 한국
실시예 1: 다양한 실란 화합물 처리에 따른 기판의 접합
금속 기판으로서 금(Au) 기판과 연질 기판으로서 PDMS 기판의 접합을 실시한 뒤 접합특성을 평가하였다.
먼저, 접합하고자 하는 양 기판을 산소 플라즈마(60 W, 50 sccm 산소유량)로 1분 동안 처리하였다. 이후, 양 기판 또는 어느 한 쪽의 기판을 하기 표 1의 다양한 실란 화합물(APTES, APTMS, AHAPS, AEAPS, DMAPS, GPDES, MPMS, TPU, MTPMS, TCPES, BPTMS, 및 nBTMS)의 1 부피% 수용액에 상온에서 20분간 침지하여 처리(코팅)한 뒤, 증류수로 세척하고 건조하였다. 이후 양 기판을 상온에서 접촉시켜 접합을 실시하였다.
접합된 기판의 접착 특성(인장강도)을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Figure 112012039876965-pat00001

구분
No
실란 화합물
(약어) 		금속 기판과 PDMS 기판과의
접합 결과
금속기판에만
처리		 양 기판에
모두 처리
아미노
실란계
화합물		 1 APTES S S
2 APTMS S S
3 AHAPS S S
4 AEAPS S S

비아미노
실란계
화합물		 5 GPDES x x
6 MPMS x x
7 TPU x x
8 MTPMS VW VW
9 TCPES x x
10 BPTMS x x
11 nBTMS x x
- 인큐베이션 시간: 1시간.
- 범주: S = 강함 (인장 강도 > 200 kPa) -비가역적 접합에 해당
M = 중간 (인장 강도: 50-200 kPa)
W = 약함 (인장 강도: 20-50 kPa)
VW = 매우 약함 (인장 강도: 1-20 kPa)
x = 접합되지 않음
상기 표 2에서 보듯이, 금속 기판에 APTES, APTMS, AHAPS 및 AEAPS 중 하나(말단의 아민이 치환기를 갖지 않으며 실란에 2개 이상의 알콕시기가 치환된 아미노실란 화합물)로 처리할 경우 PDMS 기판과의 비가역적 접합(인장력 200 kPa 이상)에 성공하였다.
반면, 아미노기를 갖지 않는 실란 화합물인 GPDES, MPMS, TPU, MTPMS, TCPES, BPTMS, 또는 nBTMS으로 처리할 경우에는 기판 접합 특성이 저조하였다.
실시예 2: 표면 개질된 기판의 접촉각 측정
각 표면처리 단계마다 기판 표면의 젖음 특성, 즉 물방울의 접촉각을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
산소 플라즈마 처리는 60 W로 1분 동안 처리하였다. 아미노실란 처리는 상온에서 1 부피% APTES 또는 AHAPS 수용액에 20분간 침지 후 즉시 꺼내어 접촉각을 측정하였다. 건조 처리는 아미노실란 처리된 기판을 10분간 진공하에서 건조하고 24시간 후에 접촉각을 측정하였다. 기판의 임의의 다른 부분에 대해 5번 측정하여 평균값을 계산한 뒤 기록하였다.

기판 		접촉각 (°)
미처리 플라즈마
처리 		APTES
처리 		APTES 처리
+ 건조 		AHAPS
처리 		AHAPS 처리
+ 건조
Au 78 34 33 68 56 75
Pt 72 16 35 75 52 73
Cu 101 56 67 84 51 72
Fe 95 59 50 77 77 89
Al 103 35 48 80 77 82
고무 100 77 89 94 81 91
상기 표 3에서 보듯이, 산소 플라즈마 처리 이후 표면에 극성 작용기가 도입되어 표면 에너지가 증가함에 따라 표면이 친수성을 나타냄을 알 수 있다. 구체적으로, 산소 플라즈마 처리한 이후에 금속 기판의 경우 접촉각이 30~75% 감소하였다.
한편, 아미노실란(APTES/AHAPS)을 처리한 즉시에는 반응 용매인 물의 간섭에 의해 접촉각의 큰 변화가 없었으나, 대기하에서 건조시에는 접촉각이 점차적으로 증가하여 12~16시간을 경과하면서 안정화되었다. 그 결과 표 3에서 보듯이 24시간 건조 이후에는 미처리의 기판과 플라즈마 처리 기판의 중간 정도의 접촉각을 나타내고 있다. 이로써 아미노실란 처리된 기판의 내가수분해성이 증가함을 알 수 있다.
실시예 3: 표면 개질된 기판의 표면 거칠기 평가
각 표면처리 단계마다 금(Au) 기판의 표면을 원자현미경(AFM; atomic force microscopy; Multimode V, Veeco, US)을 이용하여 관찰하였으며, 이들 이미지를 도 2에 나타내었다.
구체적으로, 아무 처리도 하지 않은 Au 기판의 표면 이미지를 도 2의 (a)에 나타내었고, 플라즈마 처리된 표면 이미지를 도 2의 (b)에 나타내었으며, APTES 처리된 표면 이미지를 도 2의 (c)에 나타내었다. 도 2에서 보듯이, 처리 단계별로 미처리, 플라즈마 처리, 및 아미노실란 처리시에 Ra 값이 각각 2.23nm, 2.28nm, 및 2.27nm를 나타내었다.
실시예 4: 표면 개질된 기판의 XPS 평가
Au 기판 표면에 아미노실란이 코팅되었음을 확인하기 위해 K-알파 분석기(K-alpha analyzer, Thermo Fisher Scientific사, UK)를 이용하여 XPS 분석을 실시하여, 결과를 도 3에 첨부하였다. 상기 XPS 스펙트럼에서 원소 조성 수치 값은 하기 표 4에 나타내었다.
기판 처리 조건 원자 농도 (%) O1s/C1s
C1s O1s N1s Si2p Au4f
Au 미처리 12.39 3.84 - - 83.77 0.310
플라즈마 처리 8.43 10.71 - - 80.85 1.270
APTES 처리 32.79 15.39 4.39 3.49 43.94 0.469
AHAPS 처리 42.41 11.02 5.34 4.24 37.00 0.260
도 3 및 표 4에서 보듯이, Au 기판에서 C1s 및 O1s의 존재는 이들의 농도가 매우 적은 것을 볼 때 표면의 탄화수소 불순물이나 흡수된 산소임을 알 수 있다. 또한, Au에서 C1s의 농도는 산소 플라즈마 처리시에 감소하였다. O1s 농도의 증가는 표면에 도입된 산소 작용기를 의미하고, 이는 접촉각 측정 자료와 일치하고 있다. 처리 조건에 따른 O1s의 C1s에 대한 비율의 차이를 통해 표면 조성의 변화를 알 수 있고, 플라즈마 처리 이후의 O1s/C1 비율의 증가를 통해 산소 농도의 증가를 알 수 있으며, APTES 처리 이후의 O1s/C1s 비율의 감소를 통해 표면의 탄화수소 함량의 증가를 알 수 있다. 또한, APTES 처리 이후의 C1s 농도의 증가와 Si2p의 결과 및 N1s 400eV 결과를 통해 표면상의 실란 화합물의 존재를 알 수 있다.
즉, 이들 결과로부터 산소 플라즈마와 아미노실란 처리를 통해 기판의 표면을 아미노실란으로 개질할 수 있음을 확인할 수 있으며, 이는 플라즈마 처리된 기판의 하이드록실기가 아미노실란과 반응하여 강한 Si-O-Si 결합이 형성된 결과로 해석될 수 있다.
실시예 5: 표면 개질된 기판의 IR 분석
Au 기판을 실시예 1과 동일한 방식으로 플라즈마 처리 및 아미노실란 처리한 후 IR 분석을 실시하여 도 4에 나타내었다. 이로서 상기 기판의 표면에 코팅된 아미노실란의 화학적 상태와 방향성을 확인할 수 있다.
도 4에서 보듯이, 930cm-1 과 1140cm-1에서 Si-OH 및 Si-O-Si에 관한 수치를 확인할 수 있으며, 기능성 그룹을 나타내는 영역인 1580-1720cm-1과 3100-3600cm-1 영역에서는 명확한 값을 확인하기 어렵다. 이는 아미노실란이 다양한 형태로 표면에 분포함을 말해주며, 예를 들어 아미노기가 양 분자간의 실라놀기, 표면의 하이드록실기, 또는 수소 결합 내에 양성을 띄는 아민기로 존재할 수도 있다.
실시예 6: 접합된 기판의 인장강도 평가
다양한 처리 조건에서 금속 기판(경질 기판)과 PDMS 기판(연질 기판) 간의 결합 특성을 시험하였다.
PDMS 기판은 2cm x 2cm x 5mm로 샘플을 제작하였고, 금속 기판으로서 Au 및 Pt는 3cm x 3cm x 5mm의 사이즈, 및 Fe, Cu, 및 Al은 3cm x 5cm x 5mm의 사이즈로 샘플을 제작한 뒤 4개의 모서리에 구멍을 만들었다.
이들 기판들에 대해 다음 시험을 실시하였다:
i) 산소 플라즈마 처리 이후 아미노실란 처리 실시;
ii) 산소 플라즈마 처리만을 실시; 및
iii) 산소 플라즈마 처리 없이 아미노실란 처리 실시.
기판의 산소 플라즈마 처리는 60 W로 1분 동안 실시하였다. 또한, 아미노실란 처리는 기판을 상온에서 1부피% APTES 수용액에 20분간 침지 후 꺼내었다.
금속 기판과 PDMS 기판을 상온에서 접합하였다. 그 결과 불과 몇 분만에 접착이 이루어졌으나 시험을 위해 1시간 동안 더 접합 상태를 유지시켰다.
접합 이후에 Au 및 Pt 접합 기판들의 경우 실리콘 실란트(LC909N, Henkel사)에 의해 2개의 알루미늄 지그(jig)와 접착되었다. 다른 기판들은 PDMS 기판을 실리콘 실란트를 이용하여 하나의 알루미늄 지그에 접착시키고 금속 기판의 4개의 모서리를 볼트와 너트를 이용하여 다른 지그에 결속시켰다. 모든 기판들은 1800N 하중 센서가 장착된 인장강도 시험기(5848 Micro Tester, 인스트론사, 미국)를 이용하여 지그를 고정시켰다. 측정을 위한 속도는 1 mm/min으로 조절하였다. 기판간의 접합이 해제된 강도 수치를 기록하고 접착 면적으로 나누어 인장강도를 계산하였다. 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
금속 기판 PDMS 기판 결합 특성
플라즈마 처리 아미노실란 처리 플라즈마 처리 아미노실란 처리 Au Pt Cu Fe Al
산소 플라즈마 APTES 산소 플라즈마 미처리 S S S S S
APTES S S S S W
미처리 APTES 산소 플라즈마 미처리 x x x W x
산소 플라즈마 미처리 산소 플라즈마 미처리 x x x x M
APTES W W x W W
범주: S = 강함 (인장 강도 > 200 kPa);
M = 중간 (인장 강도: 50-200 kPa);
W = 약함 (인장 강도: 1-50 kPa); 및
x = 접합되지 않음
상기 표 5에서 알 수 있듯이, 금속 기판에 플라즈마 처리 및 아미노실란 처리를 한 경우, PDMS 기판에 플라즈마 처리만을 실시하여도 접합이 잘 이루어짐을 알 수 있다.
또한, 양 기판에 플라즈마 처리만을 실시할 경우, 대부분 약한 접합 또는 접합이 이루어지지 않았으나, Al 기판과 PDMS 기판 간에는 이들 기판에 단지 플라즈마 처리만을 실시하여도 강한 접합력을 나타내었다.
앞서 실시한 다양한 기판들의 접합 인장강도의 구체적인 수치를 하기 표 6에 나타내었다. 이때, PDMS 기판은 산소 플라즈마 처리만 실시된 것이며, 금속 기판(Au, Pt, Cu, Fe 및 Al)은 플라즈마 처리 후 아미노실란 처리한 것을 접합하였다. 기록된 수치는 최소 3회의 독립적인 측정결과에 대한 평균값이다.
접합 기판 인장 강도 (kPa)
Au-PDMS 296
Pt-PDMS 401
Cu-PDMS 312
Fe-PDMS 597
Al-PDMS 200
상기 표 6의 결과에서 보듯이, 접합된 기판 모두 높은 접합 강도를 나타내었으며, 이는 고압력의 유체 응용소자(fluidic application)에 적합하다. 이 중 Au-PDMS 기판 간의 접합 강도는 다른 공개된 방법으로 접합시의 강도 수치에 비슷하나, 다른 기판의 접합 강도는 공개된 문헌이 아직 없는 것들이며, 상온에서도 기판에 우수한 접합 강도를 발휘함을 알 수 있다. Al-PDMS 기판의 경우 플라즈마 처리만으로 접합시에도 140±21 kPa의 인장 강도를 나타내었다.
실시예 7: 3개의 기판(Au/PDMS/Au)의 접합
2개의 금(Au) 기판(제 1 및 제 2 금속 기판)과 PDMS 기판의 표면을 산소 플라즈마(60 W, 50 sccm 산소유량)로 1분 동안 처리하였다. 이후, 2개의 Au 기판의 플라즈마 처리된 표면을 상온에서 1 부피% APTES 수용액으로 코팅한 뒤, 증류수로 세척하고 건조하였다. 건조된 2개의 Au 기판(제 1 및 제 2 금속 기판)의 APTES 처리된 표면을 PDMS 기판과 상온에서 접촉시켜, Au 기판(제 1 금속 기판), PDMS 기판, 및 Au 기판(제 2 금속 기판)이 순차적으로 접합되도록 하였다. 그 결과 최종적으로 Au/PDMS/Au 기판 접합체를 얻었다.
이상, 본 발명을 상기 실시예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 이하에 첨부한 청구범위 내에서 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.

Claims (13)

  1. 금속 기판 또는 고무 기판인 제 1 기판과 실리콘계 기판인 제 2 기판을 접합하는 방법에 있어서,
    (1) 양 기판의 접합하고자 하는 표면을 산소 플라즈마로 처리하는 단계;
    (2) 상기 제 1 기판의 산소 플라즈마 처리된 표면을 아미노실란으로 코팅하는 단계; 및
    (3) 상기 제 1 기판의 아미노실란 코팅된 표면과 제 2 기판의 산소 플라즈마 처리된 표면이 접하도록 접촉시키는 단계를 포함하는, 기판의 접합 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘계 기판이 폴리디메틸실록산(PDMS) 기판인 것을 특징으로 하는, 기판의 접합 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (1)에서 산소 플라즈마 처리가 50W 이상의 세기로 15초 이상 수행되는 것을 특징으로 하는, 기판의 접합 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (2)의 아미노실란이, 말단의 아민이 치환기를 갖지 않고 실란에 2개 이상의 알콕시기가 치환된 것임을 특징으로 하는, 기판의 접합 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (2)의 아미노실란이 3-아미노프로필트리에톡시실란(APTES), 3-아미노프로필트리메톡시실란(APTMS), N-(6-아미노헥실)-3-아미노프로필트리메톡시실란(AHAPS), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란(AEAPS) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는, 기판의 접합 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (2)에서 아미노실란 코팅을, 코팅하고자 하는 기판의 표면을 1 부피% 이상의 농도의 아미노실란 용액에 노출시켜 수행하는 것을 특징으로 하는, 기판의 접합 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (3)에서, 양 기판이 서로 접하도록 접촉시킨 상태에서 압력을 가하는 것을 특징으로 하는, 기판의 접합 방법.
  13. 제 1 금속 기판, 실리콘계 기판, 및 제 2 금속 기판을 순차적으로 접합하는 방법에 있어서,
    (1) 제 1 금속 기판과 제 2 금속 기판의 접합하고자 하는 표면, 및 실리콘계 기판의 양 표면을 산소 플라즈마로 처리하는 단계;
    (2) 상기 제 1 금속 기판과 제 2 금속 기판의 산소 플라즈마 처리된 표면을 아미노실란으로 코팅하는 단계; 및
    (3) 상기 제 1 금속 기판, 실리콘계 기판, 및 제 2 금속 기판이 순차적으로 접합되도록 접촉시키되, 상기 제 1 금속 기판의 아미노실란 코팅된 표면과 상기 실리콘계 기판의 산소 플라즈마 처리된 일 표면이 접하고, 상기 제 2 금속 기판의 아미노실란 코팅된 표면과 상기 실리콘계 기판의 산소 플라즈마 처리된 다른 표면이 접하도록 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판의 접합 방법.
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