基于低雷诺数理论的电泳芯片微管道电渗流仿真

电泳芯片作为典型的低雷诺数、低体积流速的微流体器件,电渗流作为非常重要的物理现象,其大小直接影响分离情况和分析结果的精密度和准确度.基于低雷诺数理论建立电泳芯片微管道内电渗流的数学模型,利用有限差分法进行求解.当德拜长度为5nm时,不同Zeta电势下下,微管道内电渗流的流动情况为塞状流,电渗流的最大速度随着Zeta电势的增加而线性增加;当Zeta电势为-100mV,不同德拜长度下,电渗势沿壁面的法线方向呈指数级衰减.在不同的德拜长度下,电渗流的速度分布几乎一样,且当德拜长度改变时,电渗流的最大速度不变.     

基于SU8和PMMA的毛细管电泳芯片制作

提出了一种简易的基于SU8和PMMA的电泳芯片的制作方法,研究了PMMA基底上SU8胶微管道的光刻和薄膜微电极的lift-off制作工艺,探讨了PMMA材料特性对薄膜微电极和SU8胶光刻的影响,通过热压方法完成芯片的键合封装,实现了一种快速、高质量的电泳芯片制作工艺,同时与电泳芯片的UV-LIGA工艺具有很好的兼容性.     

热压键合工艺参数对微流控芯片微通道尺寸变形的影响

为减小环烯烃共聚物(COC)芯片热压键合过程中微通道的变形量,采用单因素实验研究了热键合参数对COC芯片微通道变形的影响规律,为键合参数的设置提供一定的理论指导。研究结果表明,键合参数对芯片微通道的变形有较大影响,键合温度的影响最大,对应的变形量最大极差为20.76,键合压力次之,键合时间的影响最小,对应的最小极差为5.04μm,且与连续相相比,键合参数对COC芯片微通道离散相尺寸变形影响更为显著;在热键合过程中,温度和压力过高会使芯片微通道产生永久变形甚至毁坏芯片微结构,为减小变形,可适当地降低键合温度和压力,延长键合时间来弥补键合不完全的问题。     

全自动IC芯片键合机的结构设计及原理

键合是IC元件生产的重要封装过程或工序,需要在芯片键合机上完成.讨论了全自动IC芯片键合机的关键机械结构和原理,包括分片进料结构、送料结构、收料结构、芯片拾放装置的结构、顶针机构、晶圆供送装置等.     

聚合物多层微流控芯片超声波键合界面温度研究

针对聚合物多层微流控芯片键合,采用热辅助超声波键合方法实现了4层微流控芯片的键合,搭建了多界面温度测试装置,采用埋置热电偶的方法测试了三个被封接界面的温度场,研究了单独超声波作用和热辅助超声波键合法中各界面的温度并进行了比对.温度测试实验结果表明,在顶层热辅助温度70℃、6μm振幅、30kHz频率、100N超声波焊接压力和25s超声波作用时间下,基于热辅助的多层超声波键合方法可以使各键合界面的温度基本一致,从而实现多层微流控器件的多个界面键合质量一致.本文的研究为聚合物微流控器件的超声波多层键合机理研究提供了有益借鉴.     

Cu/Sn等温凝固芯片键合工艺研究

研究了Cu/Sn等温凝固芯片键合工艺,对等离子体处理、键合气氛、压力以及Sn层厚度等因素对焊层的键合强度的影响进行了分析和优化。实验表明,等离子体处理过程的引入是保证键合质量的重要因素,在功率500W、时间200s的处理条件下,得到了最大的键合强度;而键合气氛对键合质量有显著的影响,在真空环境下,能得到最佳的键合质量;压力对键合质量的影响较小,施加较小的压力(0.05MPa)即能得到较大的剪切强度;而Sn层厚度对键合质量的影响极小,而较薄的厚度能够缩短键合时间。在最优化条件下,得到的键合强度值全部达到了美军标规定的6.25MPa的强度要求(对于2mm×2mm芯片)。     

基于局部溶解性激活的聚合物微流控芯片超声波键合

利用低于临界振幅下的超声波作用在聚合物上仅产生表面热的特点,结合PMMA在异丙醇(IPA)中的温变溶解特性,提出了一种基于局部溶解性激活的超声波聚合物微流控芯片键合方法.理论分析表明当超声振幅小于临界振幅时,只有器件接触表面产生局部表面热,而且在70℃附近IPA对PMMA的溶解性才具有良好的激活作用.在试验研究中,利用精密加工法和热压法制作了带面接触式导能筋结构和80μm×80μm微通道的PMMA微流控芯片基片.在超声振幅为13μm、键合时间8 s、键合压力300 N的条件下进行了键合试验.结果表明,芯片拉伸强度达2.25 MPa,微通道的承压能力超过800 kPa,键合后导能筋无熔融,微沟道变形率小于2%,键合时间仅为8s.该方法的键合强度和键合效率明显高于传统的键合方法,而微结构的变形率却较小,故可作为一种具有产业化前景的聚合物MEMS器件快速封接方法.     

晶圆直接键合及室温键合技术研究进展

晶圆直接键合技术可以使经过抛光的半导体晶圆,在不使用粘结剂的情况下结合在一起,该技术在微电子制造、微机电系统封装、多功能芯片集成以及其他新兴领域具有广泛的应用。对于一些温度敏感器件或者热膨胀系数差异较大的材料进行键合时,传统的高温键合方法已经不再适用。如何在较低退火温度甚至无需加热的室温条件下,实现牢固的键合是晶圆键合领域的一项挑战。本文以晶圆直接键合为主题,简单介绍了硅熔键合、超高真空键合、表面活化键合和等离子体活化键合的基本原理、技术特点和研究现状。除此之外,以含氟等离子体活化键合方法为例,介绍了近年来在室温键合方面的最新进展,并探讨了晶圆键合技术的未来发展趋势。     

阳极键合研究现状及影响因素

为了提高键合质量、优化键合材料,促进阳极键合技术在工业生产中的应用,本文以“硅/玻璃”的阳极键合为例,阐述了阳极键合作为新型连接工艺的键合机理及工艺过程,介绍了现阶段阳极键合在国内外工业生产中的应用实例及相关研究,尤其是在微电子封装领域所展现的杰出应用前景,同时结合阳极键合过程中对键合参数、材料处理等要求,给出了影响键合质量的各种因素,以及在键合过程中常出现的问题及其解决办法.本文立足于键合机理及键合工艺过程,结合不同材料特性,重点阐述了阳极键合这一新型连接工艺的国内外研究现状及影响键合的因素,为进一步提高键合质量、优化键合工艺、开发新的键合材料等提供理论依据.     

倒装芯片键合头模态特性研究与实验分析

键合头是全自动倒装芯片键合机重要的功能运动部件,其主要功能是完成芯片的拾取、点胶和键合。键合头在高频高加速的往复多自由度运动中产生的振动和共振量直接影响芯片的键合精度,因此要求键合头应具有足够的刚度、强度和较好的动态特性。掌握键合头的模态特性及其影响因素之间的关系是自主研发高性能倒装芯片键合头的关键问题。为此,建立键合头模态特性研究系统模型,采用理论计算与实验测试相结合的方法研究键合头在安装工况下的模态特性,将ANSYS有限元仿真的结果与锤击模态试验的结果作一致性对比和分析,得到键合头准确的模态参数、刚度分布情况和影响因素。研究结果为多功能高密度芯片键合头的进一步结构优化和精度控制以及整机的防振、抑振等提供理论支撑和实验依据。     

利用CO2激光法快速制造PMMA基材的微流控分析芯片

提出一种广泛使用的CO2激光法,以直接读写烧蚀的方式,进行快速的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基材的微流控分析芯片的制造.利用此方法所制造的微流道,将以扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）及表面轮廓仪进行各项表面性质的分析.本文所发展的CO2激光烧蚀法,提供了一个可广泛使用及具有经济效应的PMMA基材的微流控分析芯片的制造方法.在此激光制程法中,微流控分析芯片的制造图案可由商业的套装软件绘制而成,再传输至激光系统中进行烧蚀微管道,结果显示利用离焦法的激光制程技术,在没有退火处理的情况下,就可以获得表面相当平滑的微流道,表面粗糙度小于4nm.     

毛细管电泳非接触电导检测器的研制

非接触电导检测法已经成为毛细管电泳芯片中一种通用的物质分离检测方法．本文提出了一种微型化的电容耦合非接触电导分析系统,采用新颖的三明治电极结构减小了电极之间的寄生电容．这种电极结构能够有效地减小电极的长度,克服了非接触电导检测中电极易于折断的缺点．当采用电极宽度1mm、电极间距1mm、MES／His缓冲溶液浓度为20mmol／L和激励电压20Vpp、90kHz的条件时,检测器具有最好的分离效果．在最佳的分离效果,实现了1mmol／L的K^＋和Mg^2＋混合无机阳离子的分离检测．     

PMMA约束下小尺寸装药爆压衰减规律

采用锰铜压力传感器法测试了 PMMA 约束条件下小尺寸装药输出冲击波经不同隔板后的压力, 得出了 JO-9C 传爆药爆压在不同装药直径的衰减规律和相应关系式. 研究结果表明, 小尺度装药爆轰输出冲击波经隔板衰减呈指数型规律, 衰减系数随着直径的增大而减小. 由此可知, 小尺寸装药经不同厚度隔板衰减后, 压力随之发生相应变化, 因此可以通过调整隔板厚度控制装药的爆轰性能.     

有机玻璃板材高低温力学行为试验研究

在温度为80～130℃、应变率为0.001～0.01/s的范围内通过WDW万能试验机对PMMA板材进行了恒应变率下的单轴拉伸试验。结果表明,PMMA板材力学行为具有明显的温度和应变率效应,玻璃态时其真应力-真应变曲线存在明显的非线性;玻璃化转变区以上时其真应力-真应变曲线近似呈线性关系。     

光纤型PDMS电泳芯片的制作与研究

介绍了一种光纤型PDMS电泳芯片,该芯片主要由多模光纤,PDMS盖片和基片组成.通过浇注PDMS的方法制成电泳芯片,盖片上的微流控沟道和光纤沟道的深度分别为50 μm 和90 μm,基片上的光纤沟道的深度为40 μm,实现了微流控沟道中心和光纤的中心在同一个平面上.用蓝色发光二极管作为激发光源,以异硫氰酸酯荧光素为分离物质,在自制的电泳仪上对该芯片进行测试,最小检测浓度达到1.1×10-7 mol/L,信噪比S/N=3,在1.8×10-7 mol/L～4×10-5 mol/L范围内相关系数r=0.996,结果证实了该芯片的可行性.     

PMMA微流控检测芯片的设计与制作

设计并制作了一种PMMA（polymethyl methacrylate）材料的微流控检测芯片,将外界气体驱动液体用于实际水样的分析和检测．利用精密加工的方法加工出芯片的整体尺寸为86mm×60mm×4．5mm．采用溶胶-凝胶的改性方法对微通道管路进行亲水处理,正硅酸乙酯的水解缩合生成了一层溶胶．凝胶覆盖在PMMA表面,从而大大提高了亲水性．在室温下对芯片进行键合,溶剂为二氯乙烷和无水乙醇按1：1混合的混合液．该方法避免了微通道的坍塌,有效防止了堵塞．实验证明,芯片接触紧密,且冲击强度能够满足要求．同时,芯片上集成了多个阀．阀膜选用0．5mm厚的硅胶膜,采用硅橡胶做黏合剂     

温度、应变率对航空PMMA压缩力学性能的影响研究

本文利用INSTRON试验机和分离式Hopkinson压杆测试了航空有机玻璃在试验温度为299K～373K之间,两种准静态应变率(10-3,10-1 1/s)和一种动态应变率(550 1/s)下的压缩力学行为.试验结果表明:在准静态载荷下,随着温度的升高,材料的弹性模量和流动应力减小,在应变率为10-1 1/s时表现出明显的应变软化行为;在高应变率(550 1/s)下,随着温度的升高,材料的流动应力逐渐减小而破坏应变增大,当温度超过333K时也有应变软化现象发生;在相同温度下,随着应变率的升高,材料的流动应力增大,但破坏应变减小.通过观察变形后试样的形貌,可以认为试样内部的微裂纹是应变软化的主要原因.最后,ZWT粘弹性本构模型被用来对试验数据进行拟合,结果表明该模型能够较好地预测这种材料在应变8%以内的力学行为.     

非均匀温度分布对热电制冷芯片热端性能的影响

在工程应用中,热电制冷(TEC)芯片可能由于多种原因无法在理想均温工况工作,即出现局部高温的情况。本文通过设定的非均匀温度分布来模拟热端散热不良工况,应用三维有限元分析方法对其工作性能进行数值模拟研究。从不同热端工作温度(t_h:20～40℃)、高温区最高过余温度(θ_m:5～30℃)、高温区面积常数(ω:7/16～12/16)等方面分析了不同工况下TEC芯片的工作性能,结果表明:相对制冷量偏差达到-8.788%,相对功率偏差达到2.608%,相对COP偏差达到-10.9%。     

带有强化换热结构的芯片散热器实验研究与数值模拟

超级或大型计算机服务器CPU的冷却散热问题,已经成为计算机高性能发展的瓶颈,受到业内越来越广泛的关注。本文提出了一种用于冷却计算机服务器芯片的散热器,其结构是将镶嵌在散热器底板的热管与翅片组装为一体。利用自建实验台对该散热器以及平板式热管散热器的性能进行了对比实验分析,同时对其热管本体、翅片以及均温板的温度分布进行了数值模拟。这种热管冷凝段得到强化换热的散热器其底板面积相对平板式热管散热器减小了50%,因此具有更好的均温性;在相同的工况下热流密度由24.3 W/cm2增至68.6 W/cm2时,该散热器翅片顶部的平均温度增幅仅为17%。     

空心玻璃微珠对PMMA/SAN共混体系相分离的影响

运用小角激光光散射(SALS)和透射电镜(TEM)等测试方法,考察了空心玻璃微珠(HGB)的含量及粒子尺寸对PMMA/SAN共混体系相分离的影响。结果表明,微米级粒子HGB粒子的填充不影响聚合物基体的相分离机理,填充和未填充体系的相行为均遵循spinodal(SD)相分离机理,但HGB粒子对组成不同的PMMA/SAN共混物基体会产生不同程度的诱导作用。HGB粒子的加入会使60/40PMMA/SAN基体相分离初期的扩散系数降低,减缓了相分离进程。微米级HGB粒子的加入对共混物基体的相形态与结构影响不显著。