KR20160072828A - 비실리콘계 접합기판 및 그 제조방법 - Google Patents

비실리콘계 접합기판 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160072828A
KR20160072828A KR1020150181402A KR20150181402A KR20160072828A KR 20160072828 A KR20160072828 A KR 20160072828A KR 1020150181402 A KR1020150181402 A KR 1020150181402A KR 20150181402 A KR20150181402 A KR 20150181402A KR 20160072828 A KR20160072828 A KR 20160072828A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
group
silicon
silane compound
bonding
Prior art date
Application number
KR1020150181402A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101826048B1 (ko
Inventor
이내윤
Original Assignee
가천대학교 산학협력단
(주)백년기술
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가천대학교 산학협력단, (주)백년기술 filed Critical 가천대학교 산학협력단
Priority to KR1020150181402A priority Critical patent/KR101826048B1/ko
Publication of KR20160072828A publication Critical patent/KR20160072828A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101826048B1 publication Critical patent/KR101826048B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08—Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/28—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42
    • B32B27/281—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42 comprising polyimides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/36—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters
    • B32B27/365—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters comprising polycarbonates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/40—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyurethanes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

비실리콘계 접합기판 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 구현예에 따른 접합기판은 머캅토기를 함유하는 실란화합물로 접합면이 코팅됨으로써 접합면에 알콕시기 말단이 형성된 제1 기재 및 제2 기재가 접합면에 형성되는 히드록시기(-OH기)에 의해 상호 접합된 접합기판이고, 여기에서 제1 기재 및 제2 기재는 실리콘을 함유하지 않는 플라스틱 기재, 지르코니아(3Y-ZrO-2) 기재 및 알루미나(α-Al2O3) 기재 중에서 각각 선택된다.

Description

비실리콘계 접합기판 및 그 제조방법{NON-SILICON BASED BONDING SUBSTRATE AND METHOD OF MANUFATURING THE SAME}
본 발명은 접합기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘을 함유하지 않는 기재들이 접합되어 형성되는 비실리콘계 접합기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
마이크로종합분석시스템(micro total analysis system)은 소형의 단일 칩상에 샘플준비, 분리, 검출시스템을 종합적으로 구현한 마이크로화된 분석 시스템으로, 의약, 화학, 생화학, 생명공학, 환경 등의 다양한 분야에서 새로운 분석수단을 제공하는 기술로 각광받고 있다.
마이크로종합분석시스템은 미세 유체 제어 시스템, 화학/바이오센서, 랩온어칩 등 여러 서브시스템과 요소기술의 결합으로 이루어지며, 그 중 칩 제조기술이 핵심이다. 칩 제조에 있어서, 폴리(디메틸실록산)(Poly(dimethylsiloxane), 이하 PDMS)은 가장 널리 이용되고 있는 소재다. 실리콘계 소재인 PDMS 또는 유리와 표면산화 방법에 의해 용이하게 접합 가능하기 때문이다.
한편, 최근에는 PDMS 이외에도 다양한 소재들을 미세 유체 칩 제조에 이용하려는 시도가 있어 왔다. 예를 들어 실리콘계 기재인 PDMS 기재와 비실리콘계 기재를 보다 용이한 방법으로 접합시키거나, 비실리콘계 기재들을 보다 용이한 방법으로 접합시키려는 시도가 그것이다.
특허문헌 1: 한국공개특허 제10-2013-0141985호(2013.12.27 공개)
본 발명은 실리콘을 함유하지 않는 플라스틱 기재, 지르코니아 기재 및 알루미나 기재 중에서 선택되는 기재가 상호 접합되어 형성되는 접합기판을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 실리콘을 함유하지 않는 플라스틱 기재, 지르코니아 기재 및 알루미나 기재 중에서 선택되는 기재와, PDMS(폴리(디메틸실록산)) 기재가 상호 접합되어 형성되는 접합기판을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 머캅토기를 함유하는 실란화합물로 접합면이 코팅됨으로써 상기 접합면에 알콕시기 말단이 형성된 제1 기재 및 제2 기재가 상기 접합면에 형성되는 히드록시기(-OH기)에 의해 상호 접합된 접합기판이고, 여기에서 상기 제1 기재 및 제2 기재는 실리콘을 함유하지 않는 플라스틱 기재, 지르코니아(3Y-ZrO-2) 기재 및 알루미나(α-Al2O3) 기재 중에서 각각 선택되는 접합기판이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상호 접합될 두 기재의 접합면을 상온에서 머캅토기를 함유하는 실란화합물로 코팅하는 단계; 상기 실란화합물이 코팅된 상기 두 기재의 접합면에 히드록시기(-OH기)를 형성하는 단계; 및 상온에서 상기 두 기재의 접합면을 마주보도록 배치하고 밀착시켜 접합시키는 단계를 포함하고, 여기에서 상기 두 기재는 실리콘을 함유하지 않는 플라스틱 기재, 지르코니아(3Y-ZrO-2) 기재 및 알루미나(α-Al2O3) 기재 중에서 각각 선택되는 접합기판의 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 구현예들은 별도의 표면 산화 공정이 없이 비실리콘계 기재에 단일 화학물질인 머캅토기를 함유하는 실란화합물을 코팅하고, 이어 간단한 표면개질을 통해 상호 접합시켜 비실리콘계 접합기판을 제조할 수 있는 바, 전체 제조공정을 간소화 시킬 수 있을 뿐더러 제조비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 접합기판의 제조방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 접촉각 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 3은 PET의 XPS 분석 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명은 비실리콘계 기재와 비실리콘계 기재가 상호 접합된 접합기판을 제공할 수 있다. 그리고 본 발명은 비실리콘계 기재와 PDMS(폴리(디메틸실록산)) 기재가 상호 접합된 접합기판을 추가적으로 제공할 수 있다.
본 명세서에서 “비실리콘계 기재”는 실리콘을 함유하지 않은 플라스틱 기재, 지르코니아(3Y-ZrO2) 기재 또는 알루미나(α-Al2O3) 기재를 의미한다.
여기에서 실리콘을 함유하지 않은 플라스틱 기재는 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌(PS), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 환형 올레핀 공중합체(COC), 폴리(아크릴로니트릴-코-부타디엔-코-스티렌)(ABS), 폴리부타디엔, 폴리아라미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리유산(PLA), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리우레탄(PU) 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 이상을 포함할 수 있다.
상기에서 나열한 비실리콘계 기재(실리콘을 함유하지 않은 플라스틱 기재, 지르코니아 기재 또는 알루미나 기재)는 친전자체(electrophile)를 포함할 수 있다. 예컨대 상기에서 나열된 비실리콘계 플라스틱 기재들은 친전자체인 카보네이트기 또는 카보닐기를 함유하고 있으며, 상기 지르코니아 기재 또는 알루미나 기재는 친전자체성을 갖는 불포화된 외곽 전자 또는 전이 금속을 포함한다. 친전자체는 양으로 편극되고 전자가 부족한 원자를 가지고 있어 친핵체(nucleophile)로부터 전자를 받아들여 결합을 형성할 수 있다.
한편, 접합기판을 이루는 비실리콘계 기재는 평평한 형상을 가질 수도 있으나, 두 기판의 면들 중 적어도 일면에는 다양한 미세 패턴들이 형성될 수도 있다(음각 패턴, 양각 패턴). 예컨대 하나의 비실리콘계 기재의 일면에 미세 음각 패턴이 형성되고, 다른 비실리콘계 기재는 평평한 형상으로 형성됨으로써 상기 두 비실리콘계 기재가 접합하여 이루어지는 접합기판이 미세 채널을 가질 수 있다. 비실리콘계 기재와 PDMS 기재가 접합기판을 이루는 경우에도 마찬가지이다.
본 발명에 따른 접합기판은 상기 비실리콘계 기재들이 상호 접합함으로써 형성되고, 상기 접합은 화학결합에 의해 이루어질 수 있다. 구체적으로는 상기 비실리콘계 기재들의 접합면을 머캅토기(mercapto group)를 함유하는 실란화합물로 코팅한 후에, 두 비실리콘계 기재들의 접합면에 히드록실기(-OH)를 형성하고 접합하면 실록산 결합(Si-O-Si)을 통해 비실리콘계 접합기판이 형성될 수 있다. 또한 비실리콘계 기재와 PDMS 기재가 상호 접합하여 이루어지는 접합 기판의 경우, 상기 비실리콘계 기재의 접합면을 머캅토기를 함유하는 실란화합물로 코팅한 후에, 상기 비실리콘계 기재 및 PDMS 기재의 접합면에 히드록실기(-OH)를 형성하고 접합함으로써 형성될 수 있다. 이에 대해서는 구체적으로 후술하기로 한다.
여기에서 “머캅토기를 함유하는 실란화합물”의 예로는 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 3-머캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-머캅토프로필메틸디에톡시실란 또는 3-머캅토프로필트리메톡시실란이 있으나 이에 한정되지는 않는다. 한편, 설명의 편의를 위해 본 명세서에서는 상기 머캅토기를 함유하는 실란화합물이 3-머캅토프로필트리에톡시실란(3-mercaptopropyltriethoxysilane, 이하 3-MPTES)인 경우를 중심으로 기술한다.
상술한 접합기판은 마이크로종합분석시스템에 있어 미세유체 시스템에 적용되는 멤브레인, 마이크로전극, 마이크로히터, 미세유체 칩 등에 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 구현예에 따른 접합기판의 제조방법에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 접합기판의 제조방법을 개략적으로 도시하고 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 접합기판(100)을 이루는 두 비실리콘계 기재를 각각 제1 기재(110) 및 제2 기재(120)로 지칭하기로 한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 비실리콘계 기재인 제1 기재(110)는 친전자체(electrophile)를 포함한다(도 1에서 δ+는 친전자성 자리, δ-는 친핵성 자리임). 머캅토기를 함유하는 실란화합물(130)의 머캅토기(내지 티올기)는 다양한 유기 화합물 중에서도 가장 강한 친핵체(nucleophile)로 음으로 편극되고, 전자가 풍부한 원자를 가지고 있어 친전자체에 전자를 줌으로써 상기 친전자체와 용이하게 결합을 형성할 수 있다. 따라서 제1 기재(110)의 접합면(또는 전체)을 머캅토기를 함유하는 실란화합물(130)로 처리하면 상기 머캅토기의 말단과 제1 기재(110)의 친전자체 간에 화학 반응(친핵 반응, nucleophilic reaction)이 일어나 별도의 표면 산화 과정을 거치지 않아도 제1 기재(110)의 표면에 머캅토기를 함유하는 실란화합물(130)이 코팅될 수 있다(도 1에서는 실란화합물의 예로 3-MPTES를 도시하고 있으며 이하에서는 3-MPTES를 도면부호 130으로 표기한다). 친핵 반응은 탈수반응 등 보다 상대적으로 반응 속도가 매우 빠르다는 장점을 갖는다. 한편, 머캅토기를 함유하는 실란화합물(130)로 처리하는 공정은 상온에서 이루어질 수 있다. 또한 상기 코팅은 상기 머캅토기를 함유하는 실란화합물(130)을 용액화 한 후에 스핀 코팅법, 침지법, 스프레이법, 전사법 등의 용액 공정을 통해 이루어질 수 있다. 예를 들어 제1 기재(110)를 상기 머캅토기를 함유하는 실란화합물(130) 수용액에 상온에서 일정시간 담근 후에 꺼내고, 이어서 증류수로 세척한 후 건조함으로써 이루어질 수 있다.
상술한 과정을 첨부 도면을 참조하여 보면 다음과 같다.
도 1b를 참조하면, 3-MPTES(130)의 머캅토기와 제1 기재(110) 사이에 친핵 반응이 일어나는 동안 3-MPTES(130)의 알콕시기 말단에서는 가수분해가 일어난다.
다음으로 도 1c를 참조하면, 3-MPTES(130)의 상기 알콕시기 말단이 가수분해 되면서 에탄올 분자들을 생성하며, 그 결과 인접한 3-MPTES 분자(130)들이 가교된다.
다음으로 도 1d를 참조하면, 3-MPTES(130)의 머캅토기와 제1 기재(110) 사이의 친핵 반응에 의해, 제1 기재(110) 상에는 3-MPTES 분자(130)들이 그라프팅된다. 즉, 제1 기재(110)의 접합면이 3-MPTES(130)로 코팅된다.
상술한 과정을 거쳐 제1 기재(110)의 접합면에 3-MPTES(130)가 코팅된 결과, 제1 기재(110)의 접합면에는 도 1e에서와 같이 알콕시기 말단이 형성된다(도 1f는 도 1e를 보다 간략히 도시한 것임).
다음으로 도 1g를 참조하면, 3-MPTES(130)가 코팅 된 제1 기재(110)의 접합면에 -OH기(히드록실기)를 형성시켜 친수성을 갖도록 표면개질 한다. 상기 표면개질 방법으로는 예를 들어 산소 플라즈마 처리, 코로나 방전 처리, 플라즈마 방전 처리, 고주파 방전 처리, 이온 빔 조사, 전자빔 조사, UV 처리, 오존 처리 등이 이용될 수 있다.
다음으로 도 1h를 참조하면, 제1 기재(110)와 접합될 비실리콘계 기재인 제2 기재(120) 역시 상술한 것과 동일한 과정을 거쳐 처리한다. 즉, 제2 기재(120)의 접합면(또는 양면 모두)을 머캅토기를 함유하는 실란화합물(130)로 코팅하고, 상기 코팅된 접합면에 -OH기(히드록실기)를 형성시켜 친수성을 갖도록 표면개질 한다. 상기 표면개질 방법으로는 예를 들어 산소 플라즈마 처리가 이용될 수 있다.
이어 제1,2 기재(110,120)의 접합면을 마주보도록 배치하고 밀착시킨 후에(conformal contact) 상온에서 일정시간(예를 들어 1시간 가량) 동안 접합시키면, 비실리콘계 접합기판(100)이 제조될 수 있다. 이는 제1 기재(110) 및 제2 기재(120)의 접합면에 형성되어 있는 -OH(히드록실기)를 통해 양 기재(110,120)가 용이하게 상호 결합될 수 있기 때문이다.
도면에 도시되지는 않았으나, 제1 기재(110) 및 제2 기재(120)의 면들 중 적어도 일면 이상에 미세 패턴을 형성하는 공정이 추가될 수 있다. 상기 미세 패턴은 양각 패턴 또는 음각 패턴일 수 있으며, 포토리소그래피 또는 복제 몰딩(replica molding) 기술을 이용하여 이루어질 수 있다.
한편, 비실리콘계 기재와 PDMS 기재가 접합된 접합기판의 제조방법을 설명하면, 우선 비실리콘계 기재의 접합면(또는 전체)을 머캅토기를 함유하는 실란화합물로 처리하면, 상기 접합면이 상기 실란화합물로 코팅되며 알콕시기 말단이 형성된다. 이 때, 코팅 방법이나 과정은 상술한 것과 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 비실리콘계 기재의 접합면에 -OH기(히드록실기)를 형성시켜 친수성을 갖도록 표면개질 하고, PDMS 기재의 접합면에도 마찬가지로 -OH기(히드록실기)를 형성시켜 친수성을 갖도록 표면개질 한다. 상기 PDMS 기재의 경우에는 상기 머캅토기를 함유하는 실란화합물로 코팅하는 과정이 요구되지 않는다. PDMS 기재는 이미 접합면에 알콕시기 말단이 형성되어 있기 때문이다(Si-O).
다음으로, 상기 비실리콘계 기재와 PDMS 기재의 접합면을 마주보도록 배치하고 밀착시킨 후에 상온에서 일정시간 동안 접합시키면, 접합기판이 제조될 수 있다. 상기 비실리콘계 기재와 PDMS 기재의 접합면에 형성된 -OH(히드록실기)를 통해 상기 두 기재가 용이하게 상호 결합할 수 있기 때문이다.
상술한 바와 같은 비실리콘계 접합기판 제조방법은 다음의 장점들을 갖는다.
첫째, 별도의 표면 산화 공정이 없이도 비실리콘계 기재에 머캅토기를 함유하는 실란화합물의 코팅이 가능하고 상기 코팅 과정은 상대적으로 빠른 반응에 의해 이루어지므로, 전체적으로 접합기판의 제조공정을 간소화 시킬 수 있다.
둘째, 비실리콘계 기재에 머캅토기를 함유하는 실란화합물이 코팅된 후에는, 간단한 표면개질을 통해 두 비실리콘계 기재가 상온에서 용이하게 접합이 가능하다(비실리콘계 기재-PDMS 기재의 접합 역시 마찬가지다). 즉 본 방법에서는 별도의 고온 공정이 요구되지 않는다. 따라서 고온 공정이 개입하였을 때 수반될 수 있는 칩의 변형 가능성을 최소화시킬 수 있다.
셋째, 비실리콘계인 제1,2 기재의 접합을 매개하는 실란화합물(예컨대 3-MPTES)로 단일 화학물질을 이용하므로(비실리콘계 기재-PDMS 기재의 접합 역시 마찬가지다), 동일 효과를 위해 복수의 화학물질을 이용하는 것보다 공정이 간소화되고 제조비용을 절감할 수 있다.
넷째, 본 방법에서 이용되는 친핵반응은 상대적으로 강한 결합력을 가지며, 비실리콘계 기재끼리(또는 비실리콘계 기재와 PDMS 기재) 실록산 결합을 가능케 하는 바, 우수한 접합력을 갖는 접합기판의 제조가 가능하다.
이하에서는 시험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 시험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
시험예
가. 접촉각 측정
비실리콘계 기재로 PVC 기재 및 PET 기재를 준비하고 상기 비실리콘계 기재들에 대해 물접촉각을 측정하였다. 구체적으로 상기 PVC 기재 및 PET 기재에 대하여 각각 1) 어떤 처리도 하지 않은 상태(pristine substrate), 2) 산소 플라즈마 처리한 상태(1분간 처리, 95W, Cute plasma system; Femto Science, Korea), 3) 2%(v/v) 3-MPTES 수용액으로 상온에서 처리한 상태, 4) 2%(v/v) 3-MPTES 수용액으로 상온에서 처리하고 산소 플라즈마 처리한 상태(1분간 처리)의 네 가지 조건에 대하여 접촉각을 측정하였다. 접촉각 측정은 정적법(sessile drop method)을 이용하여 수행되었으며(Phoenix 300 contact angle measuring system, Surface Electro Optics, Korea), Image Pro 300 S/W를 이용하여 분석했다.
도 2는 접촉각 측정 결과를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 산소 플라즈마 처리한 상태에서 PVC 기재 및 PET 기재의 접촉각은 각각 52.3°,36.7°으로 나타나, 어떤 처리도 하지 않은 상태보다 물접촉각이 모두 감소하였다. 산소 플라즈마 처리 후의 표면의 물접촉각 감소 현상은 기재 표면에 히드록실기가 형성되었음을 의미한다. 즉, 상기 비실리콘계 기재들의 표면에 히드록실기가 형성되었음을 확인하였으나, 접촉각이 상대적으로는 높은 값에 해당한다.
한편, 상기 비실리콘계 기재들을 3-MPTES 처리하고 이어서 산소 플라즈마 처리하였을 때에는 PVC 기재 및 PET 기재의 물접촉각이 모두 10°미만으로 나타남을 확인하였다. 이를 통해 기재 표면을 3-MPTES로 처리한 경우에는 보다 산화가 용이하게 일어나 단순히 산소 플라즈마 처리하는 경우보다 접촉각을 더욱 낮출 수 있음을 알 수 있다.
다른 방법으로 표면개질을 추가 확인하기 위하여 상기 PET 기재에 대해서는 XPS 분석(X-ray photoelectron spectroscopy, Axis-His, Kratos Analytical, UK)을 실시하였다. 도 3은 PET의 XPS 분석 그래프이다. 도 3을 참조하면, 도 3a는 3-MPTES 수용액으로 표면처리되기 전의 XPS 분석 그래프이고, 도 3b는 3-MPTES 수용액으로 표면처리된 후의 XPS 분석 그래프이다. 탄소와 산소가 순수 PET의 주요 원소인 바, C1s 및 O1s 피크가 각각 283.0 eV 및 530.0 eV에서 나타났다. 한편, 도 3b에서와 같이 3-MPTES 수용액으로 표면처리된 후에는 Si2s, Si2p, S2s, S2p 피크가 추가적으로 검출됨을 확인할 수 있는데, 이 중 Si2s, Si2p는 3-MPTES의 알콕시실란의 도입으로 실리콘 피크가 추가 검출된 것이며, S2s, S2p는 3-MPTES의 황 작용기가 검출된 것이다. Si2s, Si2p, S2s, S2p 피크는 각각 약 151.0 eV, 100.0 eV, 226.0 eV, 162.0 eV에서 나타났다. 즉, 이와 같은 추가 피크들의 검출은 PET 기재가 3-MPTES와 반응을 일으켜 표면개질이 되었음을 보여준다.
나. 결합강도 측정
비실리콘계 접합기판의 결합강도를 측정하였다(texture analyzer를 이용, QTS25, Brookfield, Middleboro, Ma, USA). 상기 비실리콘계 접합기판으로는 PVC-PDMS 접합기판과 PET-PDMS 접합기판을 준비하였다. 구체적으로 PVC 기재 및 PET 기재는 각각 2%(v/v) 3-MPTES 수용액으로 상온에서 처리되었고, 증류수로 세척되고 건조되었다. 이어 상기 PVC 기재, PET 기재 및 PDMS 기재를 각각 산소 플라즈마로 1분간 처리하였다(95W, Cute plasma system; Femto Science, Korea). 이후 PET 기재-PDMS 기재, PVC 기재-PDMS 기재를 각각 접합면을 마주보도록 배치한 후 상호 밀착시킨 후 상온에서 1시간 동안 접합함으로써 상기 비실리콘계 접합기판을 완성하였다.
상기 결합강도의 측정은 PVC 기재, PET 기재 및 PDMS 기재에 각각 홀을 형성하고 노끈을 상기 홀에 삽입하여 묶은 후에, 상기 비실리콘계 접합기판을 양쪽에서 분당 100mm의 속도로 양쪽에서 잡아당김으로써 결합강도를 측정하였다.
측정 결과, PVC-PDMS 및 PET-PDMS의 결합강도는 각각 467.3 kPa 및 476.4 kPa로 측정되었다. 이러한 수치는 기존에 보고된 연구들에서의 수치들보다 높은 수치이며, 본 발명의 구현예에 따른 비실리콘계 접합기판의 접합력이 매우 우수함을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 기술의 구체적 적용에 따른 단순한 설계변경, 일부 구성요소의 생략, 단순한 용도의 변경 등 본 발명을 다양하게 변형할 수 있을 것이며, 이러한 변형 역시 본 발명의 권리범위 내에 포함됨은 자명하다.
110: 제1 기재
120: 제2 기재
130: 머캅토기를 함유하는 실란 화합물

Claims (6)

  1. 머캅토기를 함유하는 실란화합물로 접합면이 코팅됨으로써 상기 접합면에 알콕시기 말단이 형성된 제1 기재 및 제2 기재가 상기 접합면에 형성되는 히드록시기(-OH기)에 의해 상호 접합된 접합기판이고,
    여기에서 상기 제1 기재 및 제2 기재는 실리콘을 함유하지 않는 플라스틱 기재, 지르코니아(3Y-ZrO-2) 기재 및 알루미나(α-Al2O3) 기재 중에서 각각 선택되는 접합기판.
  2. 머캅토기를 함유하는 실란화합물로 접합면이 코팅됨으로써 상기 접합면에 알콕시기 말단이 형성된 비실리콘계 기재와, PDMS(폴리(디메틸실록산)) 기재가 각 접합면에 형성되는 히드록시기(-OH기)에 의해 상호 접합된 접합기판이고,
    여기에서 상기 비실리콘계 기재는 실리콘을 함유하지 않는 플라스틱 기재, 지르코니아(3Y-ZrO2) 기재 및 알루미나(α-Al2O3) 기재 중에서 각각 선택되는 접합기판.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 플라스틱 기재는 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌(PS), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 환형 올레핀 공중합체(COC), 폴리(아크릴로니트릴-코-부타디엔-코-스티렌)(ABS), 폴리부타디엔, 폴리아라미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리유산(PLA), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리우레탄(PU) 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 이상을 포함하고,
    상기 머캅토기를 함유하는 실란화합물은 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 3-머캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-머캅토프로필메틸디에톡시실란 또는 3-머캅토프로필트리메톡시실란인 접합기판.
  4. 상호 접합될 두 기재의 접합면을 상온에서 머캅토기를 함유하는 실란화합물로 코팅하는 단계;
    상기 실란화합물이 코팅된 상기 두 기재의 접합면에 히드록시기(-OH기)를 형성하는 단계; 및
    상온에서 상기 두 기재의 접합면을 마주보도록 배치하고 밀착시켜 접합시키는 단계를 포함하고,
    여기에서 상기 두 기재는 실리콘을 함유하지 않는 플라스틱 기재, 지르코니아(3Y-ZrO-2) 기재 및 알루미나(α-Al2O3) 기재 중에서 각각 선택되는 접합기판의 제조방법.
  5. 비실리콘계 기재의 접합면을 상온에서 머캅토기를 함유하는 실란화합물로 코팅하는 단계;
    상기 실란화합물이 코팅된 비실리콘계 기재와, PDMS(폴리(디메틸실록산)) 기재의 접합면에 히드록시기(-OH기)를 형성하는 단계; 및
    상온에서 상기 비실리콘계 기재 및 PDMS 기재의 접합면을 마주보도록 배치하고 밀착시켜 접합시키는 단계를 포함하고,
    여기에서 상기 비실리콘계 기재는 실리콘을 함유하지 않는 플라스틱 기재, 지르코니아(3Y-ZrO-2) 기재 및 알루미나(α-Al2O3) 기재 중에서 각각 선택되는 접합기판의 제조방법.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 플라스틱 기재는 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌(PS), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 환형 올레핀 공중합체(COC), 폴리(아크릴로니트릴-코-부타디엔-코-스티렌)(ABS), 폴리부타디엔, 폴리아라미드, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리유산(PLA), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리우레탄(PU) 및 나일론으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 이상을 포함하고,
    상기 머캅토기를 함유하는 실란화합물은 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 3-머캅토프로필메틸디메톡시실란, 3-머캅토프로필메틸디에톡시실란 또는 3-머캅토프로필트리메톡시실란인 접합기판의 제조방법.
KR1020150181402A 2015-12-18 2015-12-18 비실리콘계 플라스틱 접합기판 및 그 제조방법 KR101826048B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150181402A KR101826048B1 (ko) 2015-12-18 2015-12-18 비실리콘계 플라스틱 접합기판 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150181402A KR101826048B1 (ko) 2015-12-18 2015-12-18 비실리콘계 플라스틱 접합기판 및 그 제조방법

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140180016 Division 2014-12-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160072828A true KR20160072828A (ko) 2016-06-23
KR101826048B1 KR101826048B1 (ko) 2018-02-06

Family

ID=56353427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150181402A KR101826048B1 (ko) 2015-12-18 2015-12-18 비실리콘계 플라스틱 접합기판 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101826048B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018052067A (ja) * 2016-09-30 2018-04-05 株式会社朝日Ｆｒ研究所 接合体
CN115093595A (zh) * 2017-09-22 2022-09-23 东洋纺株式会社 层叠聚酯薄膜

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130141985A (ko) 2012-06-18 2013-12-27 삼성전자주식회사 2개 표면을 결합시키는 방법 및 그에 의하여 제조된 구조물

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100590581B1 (ko) * 2005-05-10 2006-06-19 삼성전자주식회사 미세유동장치 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130141985A (ko) 2012-06-18 2013-12-27 삼성전자주식회사 2개 표면을 결합시키는 방법 및 그에 의하여 제조된 구조물

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018052067A (ja) * 2016-09-30 2018-04-05 株式会社朝日Ｆｒ研究所 接合体
CN115093595A (zh) * 2017-09-22 2022-09-23 东洋纺株式会社 层叠聚酯薄膜
CN115093595B (zh) * 2017-09-22 2023-11-17 东洋纺株式会社 层叠聚酯薄膜

Also Published As

Publication number Publication date
KR101826048B1 (ko) 2018-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9586810B2 (en) Polymeric substrate having an etched-glass-like surface and a microfluidic chip made of said polymeric substrate
Wang et al. Surface characterization using chemical force microscopy and the flow performance of modified polydimethylsiloxane for microfluidic device applications
Xiao et al. Chemical modification of the surface of poly (dimethylsiloxane) by atom-transfer radical polymerization of acrylamide
Oyola-Reynoso et al. Recruiting physisorbed water in surface polymerization for bio-inspired materials of tunable hydrophobicity
US8293061B2 (en) Low temperature polymer bonding using UV/ozone surface treatment
EP2096445B1 (en) Microchip substrate bonding method and microchip
Tsougeni et al. Direct covalent biomolecule immobilization on plasma-nanotextured chemically stable substrates
JP2004536168A (ja) プラズマ活性化によるポリマー接着
KR101826048B1 (ko) 비실리콘계 플라스틱 접합기판 및 그 제조방법
JP6627921B2 (ja) マイクロチップ
Sun et al. Perfluorinated poly (dimethylsiloxane) via the covalent attachment of perfluoroalkylsilanes on the oxidized surface: Effects on zeta-potential values
Yuan et al. Vapor-phase deposition and electronic characterization of 3-aminopropyltriethoxysilane self-assembled monolayers on silicon dioxide
US10040944B2 (en) Modification of polymer surface properties
KR20130141985A (ko) 2개 표면을 결합시키는 방법 및 그에 의하여 제조된 구조물
KR101588514B1 (ko) 접합 플라스틱 및 그 제조 방법
KR101489188B1 (ko) 기판접합을 위한 기판표면처리방법 및 기판접합방법
Wilhelm et al. Polysiloxane layers created by sol–gel and photochemistry: ideal surfaces for rapid, low-cost and high-strength bonding of epoxy components to polydimethylsiloxane
JP5239871B2 (ja) マイクロチップ、及びマイクロチップの製造方法
Cunaj et al. Stable hydrophilization of FR4 and polyimide-based substrates implemented in microfluidics-on-PCB
EP3589405A1 (en) Improved microfluidic devices and methods to obtain them
Sofla et al. Study of the vapor-assisted method for bonding PDMS and glass: Effect of the vapor source
CN115605426A (zh) 生产用于容纳样品液体的载体元件的方法和控制器、载体元件、载体模块和使用载体元件的方法
Raveendran et al. Design and fabrication of a three layered microfluidic device for lab on a chip applications
KR101372285B1 (ko) 폴리에틸렌 글라이콜을 이용한 나노구조물의 표면 개질 및 이를 이용한 나노플루이딕 장치의 제작
KR101741155B1 (ko) 미세유체 디바이스 제조를 위한 무용매 열가소성-pdms 기판의 본딩 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)