【摘要】：超聲波精密封接是一種快速封裝技術(shù),具有局部加熱,高效率和無需預(yù)處理等優(yōu)點。隨著超聲波精密封接技術(shù)被引入到聚合物微納器件的封裝領(lǐng)域,提高封接行為的控制精度及一致性是封裝的關(guān)鍵技術(shù)。本文以超聲波的檢測功能應(yīng)用于聚合物超聲波精密封接中的過程控制為目標(biāo),開展了對超聲波精密封接中振動傳遞特征與界面聚合物物態(tài)轉(zhuǎn)變之間聯(lián)系的相關(guān)研究。為研究超聲波精密封接中振動在聚合物微器件中的傳遞特征,對聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)微型連通管與基片的封接進(jìn)行了仿真分析。首先建立超聲波精密封接有限元模型,對熔接層材料進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,設(shè)計三步驟仿真試驗流程。將仿真模型中基片與底座間的接觸力設(shè)置為輸出量,以熔接層溫度為自變量獲得對應(yīng)于界面溫度的振動傳遞曲線,結(jié)合聚合物材料的力學(xué)特性分析振動傳遞曲線的變化規(guī)律。通過對超聲波精密封接試驗臺的優(yōu)化設(shè)計,建立實時動態(tài)壓力采集系統(tǒng)和在線溫度檢測檢測平臺。在PMMA的超聲波精密封接中測量了振動傳遞與封接界面溫度,利用小波包分析對振動傳遞波形進(jìn)行分解,計算了各節(jié)點能量占比,對能量主要分布的頻段進(jìn)行小波包單節(jié)點重構(gòu),結(jié)合在線溫度變化曲線及聚合物材料力學(xué)性能提取反映聚合物物態(tài)變化的特征子波頻段。針對聚合物超聲波精密封接過程,設(shè)計基于FIR濾波的在線特征頻段濾波系統(tǒng)。提出基于特征子波振幅相對變化率連續(xù)變化的三階段反饋控制方法,超聲加載初期,在第一特征階段,設(shè)計振幅相對變化率連續(xù)衰減的控制流程;在過渡特征階段的振幅增大期,設(shè)計振幅相對變化率連續(xù)衰減后又增加的控制流程;針對第二特征階段變化特點,以過渡特征階段判斷停止的時間點作為初始時刻,設(shè)計基于振幅相對變化率連續(xù)衰減的控制方法。并將三階段反饋控制條件作為控制超聲加載的參數(shù),計算在各個特征處的界面熔合占比,分析特征子波與界面熔合程度的量化關(guān)系,實現(xiàn)對微器件超聲波精密封接中界面熔合程度的選擇性控制。
【學(xué)位授予單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP273;TB559
【圖文】：

Ｂｒａｎｓｏｎ公司。在國內(nèi)，一些擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的超聲波制造商，已經(jīng)大規(guī)模的研發(fā)制逡逑造超聲波塑料焊接機(jī)。目前，針對大尺寸的塑料零部件的焊接方面，超聲波焊接技術(shù)己逡逑實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。塑料超聲波焊接裝置的基本原理如圖１．１所示，主要由超聲電源、換能器、逡逑２逡逑

合物微流控芯片封裝的可行性。２００６年，德國Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ研宄中心的Ｒ．邋Ｔｒｕｃｋｅｎｍｕｌｌ等［４｜］逡逑利用超聲波精密封接方法實現(xiàn)聚合物微泵、微閥及微流控芯片等微器件的封裝，驗證了逡逑超聲波精密封接在微裝配中的可行性。如圖１．２為應(yīng)用超聲波精密封接技術(shù)進(jìn)行ＰＭＭＡ逡逑壓電微栗閥門單元的封裝，直徑為１４ｍｍ，入口和出口閥門的內(nèi)側(cè)面尺寸１．８ｍｍｘｌ．８逡逑ｍｍ，圖１．３為超聲封裝的ＰＭＭＡ壓電驅(qū)動微栗，高度２．５ｍｍ，均獲得較好的封接效果。逡逑■邋１＿逡逑圖１．２邋ＰＭＭＡ壓電微泵的閥門單元（左）及深度為５００阿微溝道截面（右）逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｖａｌｖｅ邋Ｕｎｉｔ邋（Ｌｅｆｔ）邋ａｎｄ邋５００邋（ｉｍ邋ＭｉｃｒｏＣｈａｎｎｅｌ邋Ｃｒｏｓｓ邋Ｓｅｃｔｉｏｎ邋（Ｒｉｇｈｔ）邋ｉｎ邋ＰＭＭＡ邋Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ逡逑Ｍｉｃｒｏｐｕｍｐｓ逡逑圖１．３超聲波封裝的壓電驅(qū)動ＰＭＭＡ微泵逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ｄｒｉｖｅｎ邋ＰＭＭＡ邋ｍｉｃｒｏｐｕｍｐ邋ｆｏｒ邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ｐａｃｋａｇｉｎｇ逡逑２００９年Ｋｉｍ等［Ａ將超聲波精密封接技術(shù)應(yīng)用于金屬和聚合物ＭＥＭＳ器件的封裝，逡逑開發(fā)了縱向超聲波精密封接設(shè)備，如圖１．４所示，對外徑為１．８邋ｍｍ和內(nèi)徑為０．８５邋ｍｍ逡逑的醋酸纖維素材料制作的微器件進(jìn)行了封裝，如圖１．５所示。逡逑５逡逑

合物微流控芯片封裝的可行性。２００６年，德國Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ研宄中心的Ｒ．邋Ｔｒｕｃｋｅｎｍｕｌｌ等［４｜］逡逑利用超聲波精密封接方法實現(xiàn)聚合物微泵、微閥及微流控芯片等微器件的封裝，驗證了逡逑超聲波精密封接在微裝配中的可行性。如圖１．２為應(yīng)用超聲波精密封接技術(shù)進(jìn)行ＰＭＭＡ逡逑壓電微栗閥門單元的封裝，直徑為１４ｍｍ，入口和出口閥門的內(nèi)側(cè)面尺寸１．８ｍｍｘｌ．８逡逑ｍｍ，圖１．３為超聲封裝的ＰＭＭＡ壓電驅(qū)動微栗，高度２．５ｍｍ，均獲得較好的封接效果。逡逑■邋１＿逡逑圖１．２邋ＰＭＭＡ壓電微泵的閥門單元（左）及深度為５００阿微溝道截面（右）逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｖａｌｖｅ邋Ｕｎｉｔ邋（Ｌｅｆｔ）邋ａｎｄ邋５００邋（ｉｍ邋ＭｉｃｒｏＣｈａｎｎｅｌ邋Ｃｒｏｓｓ邋Ｓｅｃｔｉｏｎ邋（Ｒｉｇｈｔ）邋ｉｎ邋ＰＭＭＡ邋Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ逡逑Ｍｉｃｒｏｐｕｍｐｓ逡逑圖１．３超聲波封裝的壓電驅(qū)動ＰＭＭＡ微泵逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ｄｒｉｖｅｎ邋ＰＭＭＡ邋ｍｉｃｒｏｐｕｍｐ邋ｆｏｒ邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ｐａｃｋａｇｉｎｇ逡逑２００９年Ｋｉｍ等［Ａ將超聲波精密封接技術(shù)應(yīng)用于金屬和聚合物ＭＥＭＳ器件的封裝，逡逑開發(fā)了縱向超聲波精密封接設(shè)備，如圖１．４所示，對外徑為１．８邋ｍｍ和內(nèi)徑為０．８５邋ｍｍ逡逑的醋酸纖維素材料制作的微器件進(jìn)行了封裝，如圖１．５所示。逡逑５逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2769283