时间/压力型pL级微点胶技术

针对惯性约束核聚变实验装配冷冻靶中靶丸与充气管零件时对用胶量的要求(3 pL),对时间/压力型pL级微点胶技术进行了研究.将细胞实验用的微注射器改造成时间/压力型微量点胶机,并使用针尖最小内径为0.5 μm,由石英材料制作的毛细针进行点胶.搭建了一个微点胶实验平台,设计了分辨率为1.57 μm的双目显微视觉检测系统,对...     

跨尺度微管微球三维半自动装配点胶系统

设计和搭建了一个3D半自动装配点胶系统,用于完成跨尺度零件微管与微球的三维装配点胶任务。系统主要由体视显微镜、变焦金相显微镜、发光二极管(LED)背光源、pL级点胶机、微操作手和零件夹持器组成。采用显微镜高低倍转换的方式实现了零件跨尺度特征的检测。基于提出的半自动装配点胶策略,并配合人工引导和显微视觉伺服技术,快速完成了跨尺度零件的半自动高精度对准和插入点胶。在搭建完成的系统上开展微管与微球的装配点胶实验,对提出的方法和装配精度进行了实验验证。结果表明,系统的位置对准误差优于1μm,角度对准误差优于0.5°,可以实现末端直径10μm的微管与孔径12μm的微球之间的装配和胶接,基本满足对该组件的装配精度和成功率要求。     

pL级超微量点胶笔的开发及其在封孔中的应用

狭小空间内pL级超微量点胶是胶接技术的难点,针对这个问题,开发了pL级超微量自动点胶笔。基于转印式点胶分液原理,通过移液针穿过装有胶液的玻璃微管,获取胶滴,利用胶滴在点胶面上的转移分离,实现超微量点胶。开发的点胶笔全长仅为65 mm,最小分辨率0.24μm/step,最大行程7 mm,点胶笔通过USB接口连接到上位机上,可以实现对点胶过程的控制。通过大量实验,研究了点胶笔的性能,并将其应用到直径170 mm,长度350 mm小空间密封腔内,直径5~20μm的微孔胶封上。实验结果表明开发的点胶笔,装夹方便,重复精度高,即适用于覆盖式封孔,也适用于插入式封孔。通过调整点胶笔移液针的种类、尺寸、移动速度和封胶方式,可以在密闭小空间内,压力环境变化的工况下,实现微孔的pL级密封,最小封胶量为4.4 pL,满足工程需要,为小空间内的封胶提供了有效技术途径。     

超微量点胶方法与实验

针对微装配/密封工程对用胶量超微化(≤1 pL)的需求,提出了一种既适用于接触式点胶,也适用于非接触式点胶的超微量点胶方法.采用移液针穿过装有胶液的玻璃微管,在移液针先端吸附微小胶滴,当移液针先端靠近点胶面时,其先端吸附的微小胶滴与点胶面接触,移液针离开点胶面后,微小胶滴的一部分将残留在点胶面上,实现超微量点胶.通过匹配点胶的参数,实现点胶量的控制.该方法可以适用于任何黏度(1～3.5×105 cP)的胶液、任意空间方向的超精密点胶.实验讨论了移液针直径和点胶距离(移液针先端与点胶面的距离)对点胶性能(胶斑直径)的影响;在此基础上,匹配移液针直径、点胶距离、玻璃微管内径和点胶速度等参数,实现了胶液黏度为971 cP,点胶量为40 fL、170 fL、180 fL在3种亲水性不同的点胶面上的微量点胶;以及胶液黏度为3×104 cP,胶斑直径为243.9 μm时的超微量点胶.实验结果验证了提出方法的可行性.     

微结构与微型零件的微注射成形

设计并制作了微注射成形模具，采用光刻、离子蚀刻工艺相结合在硅片上制得了微零件型腔、流道及浇口。利用该模具在微型注射机上进行了聚丙烯微注射成形实验，注射成形了微结构零件及独立的微型零件，其中最小微结构部分是直径50μm的微圆柱，最小独立的微型零件是直径300μm、厚300μm的微圆片。分析了模具温度、注射压力及保压时间对微注射成形的影响，其中模具温度影响最大，注射压力、保压时间的影响次之。     

压电驱动微点胶器的控制与实验

针对微型器件封装对非接触式微胶量的需求,研制了压电驱动微点胶器,利用压电陶瓷管挤压毛细管产生的瞬时变形实现了微胶滴的分配。分析了毛细管内的流体行为及液滴形成条件;基于多物理场耦合的方法,建立了压电微喷的三设备(压电陶瓷、毛细管、胶体)耦合模型。然后,讨论了驱动电压、喷嘴直径、胶体黏度对控制胶滴形成的影响。在构建的实验平台上,开展了控制胶滴形成的实验研究。分析了多控制参数(喷嘴直径、胶体黏度、电压幅值、脉冲宽度)的复合作用,通过匹配相应的参数实现了pL级微胶滴的非接触式分配。实验结果显示:使用黏度为30mPa·s胶体,直径为10μm的喷嘴,在驱动电压幅值为50V,脉冲宽度为37μs等参数配置下,可获得最小胶滴的体积为8.31pL。实验结果验证了所提出方法和研制工具的有效性。     

基于表面张力的微量点胶影响因素与规律分析

针对精微装配制造对超微量胶滴及高精度点胶技术的要求,提出了一种基于胶液表面张力的接触式点胶方法。重点分析了影响点胶质量和胶斑大小的因素,并针对部分主要影响因素进行了实验研究。设计并搭建了微量点胶系统及点胶过程观察与胶斑显微图像观测系统。通过对实验结果的分析,得到了点胶速度、移液针尖端直径、点胶距离和胶液黏度这四种因素对胶斑大小及胶斑质量的影响规律;通过对大量点胶结果的统计分析,计算出了该微量点胶系统的点胶成功率约为92.7%;分析明确了点胶失败及导致异形胶斑形成的原因。     

具有三层结构的SU-8胶V形微电热驱动器

为解决SU-8胶微电热驱动器在工作过程中存在平面外运动的问题,提出了一种具有铜-SU-8胶-铜三层对称结构的新型SU-8胶V形微电热驱动器.采用刚度矩阵方法建立了包含被驱动结构刚度的微电热驱动器力学模型,并针对一种柔性微夹钳,利用该模型对微电热驱动器进行了几何参数设计.利用Ansys仿真软件对所设计微驱动器进行了分析,仿真结果验证了所建模型的合理性.提出了一种新的MEMS加工工艺来制作三层结构微电热驱动器,并测试了它的性能.结果表明,实验结果与仿真结果相差不大,在150mV驱动电压下,所设计微驱动器温度仅升高约32.93℃,并对微夹钳产生约2.5 μm的输入位移,使微夹钳产生126μm的钳口距离改变量.微驱动器仅消耗大约30.35 mW的功率,钳口的平面外运动小于500 nm.最后,利用微电热驱动器驱动的微夹钳成功地对一个长1.2 mm,宽135μm,厚50μm的SU-8胶材料微型零件进行了微操作实验,实验证明了微驱动器实际性能基本满足设计要求.     

多材料按需微滴喷射系统设计与实验研究

为满足微电子制造、封装领域中不同性质材料按需精确分配的需求,提出了一种由多微滴喷射单元构成的多材料按需微滴喷射系统。该系统的微滴产生模块由用于低黏度流体材料的气动膜片式微滴喷射单元、用于熔融金属流体的压电活塞式微滴喷射单元和用于高黏度流体的机械阀式微滴喷射单元组成。同时由数字相机、模拟相机+图像采集卡构成的图像采集系统,实现液滴沉积的视觉引导对准定位,以及微滴产生过程的图像采集。利用该系统,进行水基混合物、金属焊料和环氧树脂胶的微滴喷射实验,分析了不同黏度对液体微滴喷射过程的影响,实现了金属焊料的微滴喷射,获得了平均直径为70.5μm的焊球及焊球阵列,其直径偏差小于2%。同时也获得了平均直径为0.6 mm的环氧树脂胶点阵列,其直径偏差小于4%。实验结果表明:该系统可用于包括高黏度环氧树脂胶、金属焊料等在内的多种不同黏度的材料,实现微米级微滴的按需喷射。     

双压电驱动高频喷射点胶阀的设计与实验

为了满足电子封装产业对胶体高速、微量分配的需求,设计了一种基于圆弧柔性铰链放大机构的双压电陶瓷驱动喷射点胶阀。首先,利用有限元分析软件对放大机构输出位移和模态进行了计算与分析。针对其高频需求,讨论了结构参数对其影响因素。基于微元法并结合喷嘴内胶体动力学分析,建立了喷嘴内胶体喷射的流体力学模型。结合阀杆与阀座配合的仿真模型,利用FLOW-3D的流固耦合仿真,揭示了喷射点胶时胶点的成型过程。在此基础上探究了胶体喷射时喷嘴处压力的变化与流速的关系,为点胶阀参数的控制和优化奠定了基础。最后,搭建了喷射系统实验平台,选用黏度为180cps的胶体进行点胶性能测试,得出了供料压力和驱动方波频率对胶点尺寸的影响规律。实验结果显示,在供料压力为6bar,驱动方波幅值频率360Hz等参数下,获得胶点最小直径为525μm。同时,在380～400Hz的频率区间内进行高频喷射实验,能够获得均匀微小的圆形胶点。实验结果验证了该圆弧柔性铰链放大机构的双压电驱动点胶阀的高频、微量喷射性能,为压电高频喷射点胶的应用和研究提供了参考。