聚合物微器件超声波成形与封接技术

前言

第 1章聚合物微器件及其制造工艺简介 · 1

1.1聚合物微器件的发展现状 · 1

1.2聚合物微制造技术 3

1.2.1 聚合物微结构成形技术 4

1.2.2 聚合物微器件键合技术 5

1.3应用于聚合物器件制造的超声波技术 12

1.3.1 超声波聚合物加工技术发展概述 ·12

1.3.2 超声波用于聚合物微结构成形的研究 16

1.3.3 超声波用于聚合物微器件键合封装的研究 16参考文献18

第 2章超声波作用下的聚合物产热机理 20

2.1聚合物超声波产热基本理论 20

2.1.1 超声波产热机制概述 20

2.1.2 聚合物材料的力学模型 ·20

2.1.3 聚合物黏弹性产热机制 ·30

2.1.4 聚合物摩擦产热机制 33

2.2超声波产热机理 34

2.2.1 摩擦-黏弹性产热模型 34

2.2.2 产热仿真结果与分析 35

2.2.3 超声波产热温度场研究 ·38参考文献43

第 3章聚合物微结构超声波成形 ·44

3.1超声波微结构成形工艺概述 44

3.1.1 超声波压印成形工艺流程 44

3.1.2 超声波压印成形系统 45

·iv·聚合物微器件超声波成形与封接技术

3.2面向微流控芯片的超声波成形 47

3.2.1 辅助支撑和增压结构设计 47

3.2.2 微流控芯片硅模具制作 ·49

3.2.3 超声波压印成形工艺 50

3.2.4 辅助结构对压印效果的影响规律 ·53

3.3热辅助聚合物超声波压印成形 55

3.3.1 热辅助装置 55

3.3.2 单面微结构超声波压印成形 56

3.3.3 双面微结构超声波压印成形 58

3.3.4 基于能量模式的微结构超声波压印成形 ·63

3.4黏弹热触发聚合物超声波压印成形 66

3.5超声波成形过程缺陷形成机制及抑制 67

3.5.1 背熔现象及抑制 67

3.5.2 聚合物基片内孔隙产生机制及抑制 69参考文献71

第 4章聚合物微器件非熔融键合 ·72

4.1局部溶解性激活超声波键合 72

4.1.1 聚合物的相似相溶原理 ·73

4.1.2 局部溶解性激活超声波键合工艺 ·74

4.2热辅助超声波键合 77

4.2.1 热辅助超声波键合机理 ·77

4.2.2 面向超声波键合的热辅助系统 ·78

4.2.3 热辅助超声波键合工艺 ·79

4.2.4 多层芯片超声波键合 84

4.2.5 纳米结构超声波键合 88参考文献92

第 5章微器件超声波熔融键合 94

5.1熔融超声波键合 94

5.1.1 能量平衡结构设计 95

5.1.2 配合式导能结构设计 97

5.2聚合物超声波熔融键合 99

5.2.1 超声波熔融键合 99

5.2.2 超声波熔融键合实验过程 99

·v·

5.2.3 键合参数选取 101

5.2.4 聚合物超声波熔融键合区温度场 104

5.2.5 聚合物超声波熔融键合性能 105 参考文献·107

第 6章微小结构超声波封接的精密控制方法 ·108

6.1超声波精密封接系统 ·108

6.1.1 超声单元 ·109

6.1.2 驱动单元 · 111

6.1.3 传感单元 ·112

6.1.4 控制单元 ·114

6.2超声波精密封接方法 ·115

6.2.1 基于压力传递效率在线检测的超声波精密封接方法 ·116

6.2.2 基于压力自适应的超声波精密封接方法 124

6.2.3 基于超声波传播效率反馈的超声波精密封接方法 127

6.3超声波精密封接中的微导能阵列 134

6.3.1 针对微流控器件超声波精密封接的微导能阵列设计及制作 ·135

6.3.2 微导能阵列尺寸因素对超声波封接的影响 ·140

6.4典型微小器件超声波封接 ·145

6.4.1 聚合物微泵及微泵工作原理 146

6.4.2 面向超声波封接的阀组结构设计 147

6.4.3 聚合物微泵超声波封接 149

6.4.4 微泵液体泵送流量测试 150

6.5本章小结 152 参考文献·153

附录·154

附录 A 有限元计算模型的材料参数及初始条件 154 附录 B 仿真策略 ·154 附录 C 超声测温系统 ·155 附录 D 温度对聚合物在溶剂中的溶解度的影响 156

聚合物微器件超声波成形与封接技术围绕聚合物微器件的超声波成形与封接技术，基于聚合物超声波产热机理、成形方法及工艺、键合方法及工艺和聚合物微泵的超声波封装等方面内容，系统地总结了作者多年来在聚合物微结构制造方面的研究工作，重点阐述了聚合物超声波键合的复合产热机制与成形及封接技术中特有的工艺方法。