聚合物微器件压力自适应超声波精密联接

将超声波联接技术应用于聚合物微器件的联接,搭建了超声波精密联接系统。为了保证微器件在精密联接中的形状精度,选用工作频率为60 kHz的超声换能器及驱动电源为微器件提供高频、低振幅的超声波振动;以高细分步进电机驱动直线导轨控制超声波工具头的纵向移动,精确控制超声波工具头的位置,并结合力传感器实现了超声波联接过程中聚合物材料力学性能的实时检测。针对联接表面特性差异引起的联接质量不一致问题,提出了基于材料力学性能反馈的压力自适应联接方法,可以对不同零件提供自适应的超声波能量。应用该系统对PMMA材料微器件进行了联接实验,实验结果表明,该方法大幅提高了超声波联接的稳定性,实现了聚合物微器件的超声波精密联接。

基于阻抗控制的聚合物微器件超声波焊接研究

为解决超声波焊接聚合物微器件存在的焊接精度低、稳定性差等问题,提出一种基于阻抗控制的超声波焊接策略,以聚甲基丙烯酸甲酯连通管与基片为试验对象开展聚合物微器件的超声波焊接研究。结果表明:系统阻抗值可间接表示当前的焊接状态,阻抗阈值与后续焊接时间取较小值时,焊接界面存在严重虚焊现象,取较大值时焊接界面出现气孔、溢流等熔接缺陷;在阻抗阈值120Ω、后续焊接时间0.8 s时的焊接效果最佳且焊接接头抗剪切强度达到11.6 MPa;试验验证了所设计策略的可行性,这为聚合物微器件精密焊接提供了一种有效途径。

一种聚合物平板微器件的制造方法

以一种平板微器件-微流控芯片制造为研究对象,针对单一的注塑成型工艺难以保证器件的宏微形位误差的难题,提出了一种新颖的聚合物平板微器件集成制造方法。首先,设计并制造了一套注塑模具,其中采用双螺纹结构将微镶件和定模架相连,对注塑工艺参数进行优化,制得填充率接近1的平板微制件。然后,对平板微制件进行了基于视觉对准的铣削整形和热压整平,有效改善了制件的宏微形位误差和平面度误差。最后,利用加工的器件进行装配,形成微流控芯片,并对芯片进行了流量测试和疲劳测试。实验结果表明:采用提出方法制造的微流控芯片,各项精度指标和性能可以满足实际使用要求,工艺成果对同类器件的研发和生产提供了借鉴和指导。

塑料超声波焊接及其用于聚合物MEMS器件键合的研究进展

为了解决当前聚合物MEMS器件键合技术中存在的问题,将塑料超声波焊接技术引入聚合物微器件键合领域,从而形成了一种新的MEMS键合工艺——超声波键合。目前广泛应用于聚合物加工的塑料超声波焊接技术具有不需要焊剂和外部热源、对焊件破坏轻、焊接时间短、焊接影响区域小等优点,超声波聚合物MEMS器件键合是塑料超声波焊接技术从宏观器件到微观器件的一次应用范围上的拓宽。简述了塑料超声波焊接和MEMS器件超声波键合技术的国内外研究发展现状。采用MEMS加工工艺制作了带有键合接头的PMMA微流控芯片,并利用超声波塑料焊接机实现了高强度密封键合试验。然而,与宏观器件的焊接相比超声波MEMS键合存在着因结构微型化而产生的特殊技术问题,文章对这些问题进行了讨论。