面向即时检测芯片超声波精密键合的熔接结构及工艺参数

针对芯片即时检测(POCT)芯片对键合精度、键合强度、生产效率和生物兼容性的要求,基于超声波键合技术设计了结构化的导能筋布置形式和阻熔导能接头结构。研究了超声波键合时间和键合压力对微通道高度保持性能的影响,确定了精密超声波键合工艺参数。利用高精度显微镜、拉伸试验机和羊全血分别对键合后芯片的微通道高度、键合强度、微通道密闭性以及液体自驱动性能进行了测试。结果表明:所设计的导能筋布置形式合理可靠;利于芯片各功能的集成,阻熔导能接头结构能够较精确地控制键合后微通道的高度,键合精度达到2μm;全血驱动时间的极差在20s以内;所确定的键合工艺参数能够实现高强度的键合,键合强度不小于2.5 MPa。该熔接结构及工艺参数具有键合精度高、键合强度高、生物兼容性好和熔接均匀等优点,可应用于医用POCT芯片产品中。     

PC微流控芯片黏接筋与溶剂的协同辅助键合

为了在微流控芯片上形成封闭的微通道等功能单元,克服热压键合中微流控结构的塌陷和热压所致芯片微翘曲对后续键合的影响,提出了一种适用于硬质聚合物微流控芯片的黏接筋与溶剂协同辅助的键合方法。以聚碳酸酯(PC)微流控芯片为研究对象,通过热压法在PC微流控芯片上的微通道两侧制作凸起的黏接筋,通过化学溶剂丙酮微溶PC圆片的表面,然后将PC圆片与带有黏接筋的PC微流控芯片贴合、加压、加热,从而实现微流控芯片的键合。分析了键合机理,并对键合工艺参数进行了优化。实验结果表明:键合质量受丙酮溶剂溶解PC圆片的时间和键合温度的影响,能够保证键合质量的最佳键合温度为80~90°,溶解时间为35~45s,芯片的键合总耗时为3min。与已有键合工艺相比,所提出的黏接筋与溶剂辅助键合工艺有效提高了键合效率。该键合方法不仅适用于具有不同宽度尺寸微通道的微流控芯片,还可扩展用于不同材料的硬质聚合物微流控芯片。     

辅助溶剂对PMMA微流控芯片模内键合的影响

为了提高聚合物微流控芯片的键合效率,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微流控芯片为对象,以微型注塑机为平台,研究了聚合物模内键合方法.利用注塑机提供的合模力作为键合力,利用模温机提供键合温度,选择异丙醇作为辅助溶剂,借助溶剂溶解特性来降低模内键合中的键合温度和压力.在30～70℃,用测量显微镜和台阶仪测试分析了不同键合温度条件下,辅助溶剂对芯片的表面形貌和微通道结构的影响;利用辅助溶剂进行模内键合实验,用电子万能实验机测试了芯片的键合强度,对模内键合工艺参数进行了优化.结果表明:异丙醇对键合质量的影响与键合温度、键合时间有关,在较高温度下会使芯片产生皲裂、微沟槽变形和堵塞;在键合温度为35℃,键合时间为5 min时,芯片的表面质量和微沟槽形貌较完整,键合强度不小于2.64 MPa.     

塑料微流控芯片的超声波焊接键合的仿真

阐述了适合于塑料微流控芯片键合的超声波焊接的原理,设计了适用于微流控芯片的超声波焊接的两种导能筋,利用有限元软件模拟超声波焊接的过程,利用单元的"生死"和热焓法控制相变,计算出导能筋中温度场的分布情况,及微沟道在焊接过程中的变形情况.理论上验证了利用超声波焊接进行芯片键合的可行性.     

微流控芯片的键合技术与方法

键合是将组成微流控芯片的基片和盖片以某种方式结合在一起,从而形成封闭的微通道的一种装配方法。键合质量直接影响到微通道中流体的运动形态,从而影响检测效果,因此键合是微流控芯片制作过程中非常重要的环节。综述了现有的微流控芯片键合技术和方法,分析了各种键合技术和方法在键合质量、键合效率以及操作简便性等方面的特点,为不同材质、不同应用领域的微流控芯片选择适用的键合方法提供了技术指南,对键合技术的未来发展进行了分析和预测。     

PMMA微流控芯片微通道热压成形与键合工艺研究

微流控芯片在化学分析、临床诊断等领域的应用前景广阔.聚合物材料具有低成本、良好的加工性能、可用热压等快速成形方法加工微通道、易于实现批量生产等优点,适于作为制作微流控芯片的基材.本文研究了微通道热压成形及其芯片制作工艺.以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基材制作了微流控芯片.在加热软化的PMMA上,用带有凸起微结构的镍模具在基片上压制出开放微通道,讨论了热压过程中温度、压力对芯片微通道成形质量的影响,确立了优化的热压成形工艺.在PMMA玻璃转化点(Tg)附近,通过施加一定的压力,实现基片与盖片的直接键合,获得了密闭分离微通道,并在PMMA微流控芯片上实现了安非他明的分离检测.     

塑料微流控芯片热压及键合设备结构设计研究

微通道的热压成形及盖片与基片的键合是制作塑料微流控芯片的关键工艺。大连理工大学微系统研究中心开发了用于自动化制作塑料微流控芯片的设备。该设备采用封闭的立柱结构，通过力矩电机驱动的螺旋升降机提供所需的压力。对其结构设计进行研究，具体介绍该设备结构设计的特点。     

聚合物微流控芯片的键合技术与方法

在微流控芯片的制作中,键合是关键技术之一,基片与盖片只有通过键合才能形成封闭的微通道,因此键合质量直接影响芯片的制作质量。对键合方法进行了分类,综述了目前已有的芯片键合技术及方法,分析了各种键合方法在制作质量、制作效率以及是否适用于批量化制作等方面的局限性,详细介绍了具有效率高、适合批量化生产等优点的超声波键合技术的研究进展。     

一种微流控检测芯片的设计与工艺研究

设计并制作了一种PMMA材料的微流控检测芯片,利用外界气体驱动液体,用于实验样品的分析和检测.芯片的整体尺寸为86 mm×60 mm×4.5 mm,利用精密加工的方法进行加工.采用一种简单实用的溶胶.凝胶改性方法对微通道管路进行亲水处理,实验证明亲水性有明显提高.并分析了亲水性提高的机理.提出一种新的溶剂键合方法,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.分析了不同溶液配比、键合时间和键合压力对键合效果的影响.同时,芯片上集成了多个阀,对阀膜材料的选择、粘接工艺进行了研究.     

塑料微流控芯片微通道热压成形机的研制

微通道热压成形机是大连理工大学微系统研究中心研制的塑料微流控芯片自动制造系统中的重要组成设备.文章介绍了塑料微流控芯片微通道热压成形制作工艺,对所研制的微通道热压成形机的机械结构、温度控制、压力和位移控制以及系统软件的设计特点进行了说明,给出了主要性能指标.微通道热压成形机既可以作为单独的设备使用,也可以与其他设备联成系统.     

基于ANSYS的特殊螺纹接头结构设计与分析

针对API螺纹接头泄漏等问题,进行了螺纹接头密封机理的研究。建立了螺纹接头密封性能与受力情况、温度载荷变化情况之间的关系;提出了一种双台肩、三锥度的新型特殊螺纹接头的密封形式,利用ANSYS软件对新型特殊螺纹接头分别在两种受力工况和不同温度载荷下进行了分析,得出了特殊螺纹接头各扣牙的接触应力变化曲线、各扣牙齿顶齿根受力变化情况曲线及其抗泄漏能力随温度载荷变化情况曲线。研究结果表明:基于ANSYS的新型特殊螺纹接头受力分布呈"W"型,其值变化范围为150 MPa～350 MPa,未超过材料强度极限,整体受力较为均匀;并且螺纹接头的接触应力变化相对值范围为-25～0,符合防泄漏机理要求。     

飞机大部件接合交点孔精加工技术研究

通过对飞机大部件接合交点孔制造过程进行分析,提出了一种采用动力切削设备替代传统人工方式,实现飞机大部件接合交点孔精加工的技术,并进行了试验验证。结果表明,采用自动进给钻结合精加工工装的方案有效、可靠,能够满足大部件叉耳配合交点孔精加工的技术要求。鉴于飞机大部件叉耳配合交点孔对接精加工工装定位形式受产品结构因素影响较大,建议产品设计人员在满足飞机强度和疲劳等因素的基础上,采用用于固定精加工工装的工艺孔,该工艺孔可在部件状态单独制出,从而实现精加工用工装的准确定位。     

多因素作用下储气库注采井油管接头气密性分析

储气库注采井油管接头在服役期间,套管接头处会承受拉、压载荷以及交变压力等,对套管接头气密性产生影响。为研究不同工况下接头主密封面等效应力变化以及分布规律,采用SOLIDWORKS软件和ANSYS软件对特殊螺纹套管接头进行应力分析,确定井口部分为套管串气密性危险点以及主、次密封面过盈量。研究结果表明:为满足特殊螺纹接头气密性及安全性需求,在高内压工况下主、次密封面过盈量应分别为0.05、0.01mm,在低压工况下可适当增加次密封面过盈量,以提高气密性;在实际储气库运行周期中,由于交变载荷的作用,接头主密封面有效密封长度会发生变化,甚至在应力集中区域会发生塑性变形,严重损害接头气密性。因此建议在储气库中使用高屈服强度材料的特殊螺纹接头,以满足不同工况下对接头气密性、安全性要求,同时适当增加次密封面过盈量,使密封面等效应力分布更加均匀。     

分瓣式磁脂旋转密封装置耐压性能试验研究

某型大容量蒸发冷却电机上采用的磁脂旋转密封装置具有分瓣结构、运转线速度高、密封间隙大、密封直径大等特点。为测试其耐压性能,建立分瓣式磁脂旋转密封装置耐压性能试验平台,在转轴极齿间及靠近腔体内侧布置压力传感器测点,测试各道磁脂密封耐压压力,研究极齿间距、线速度等参数对分瓣式磁脂旋转密封装置耐压性能的影响。结果表明:各道极齿间的密封耐压性能分布规律与理论值不一致;极齿间距越大,则该道磁脂密封耐压能力相对较高;在一定范围内,线速度对各道磁脂密封耐压能力影响很小。     

一种铝合金扩散焊接工艺方法研究

为了满足雷达产品构件高可靠性、高精度的工艺制造需求,文中对可热处理强化铝合金6063 铝合金的试板以及雷达产品结构相关样件开展了扩散焊接试验。焊接前对试样进行了表面清理以去除表面杂质和氧化膜等,焊接后对样件开展了尺寸检验、密封性测试、强度测试和金相检测测试,评判焊缝质量。样件加强筋处在焊接后出现了明显的变形,变形和下压量成一定比例。样件密封性满足产品要求,试板平均抗拉强度为169.3 MPa。金相检测中有局部孔洞缺陷,这和扩散时间不够充分或界面夹杂物太多导致焊接面的晶界迁移不够充分有关,因此扩散焊接中零件的表面状态和焊接工艺参数的合理选择对焊缝接头的质量至关重要。     

芯片冷却用微通道散热结构热流耦合场数值研究

对4种微通道散热结构(平行结构、网格结构、螺旋结构和树型结构)在相等传热面积、相同边界条件下的流场与温度场进行数值研究。通过热流耦合场数值分析,得出了不同微通道散热结构的电子芯片温度分布和微通道内的速度场,分析了微通道拓扑结构对电子芯片散热效果的影响。使用平行微通道散热的芯片温度均低于80℃,其中有81%的面积在60℃以下;使用网格和螺旋散热结构的芯片最高温度均在90℃以上,其中温度在20～60℃之间所占比例分别约为62%和61%;使用树型微通道散热的电子芯片温度均低于70℃,其中有94%的面积在60℃以下,且温度分布最均匀。此外,芯片微通道内的流体平均流速大的微通道系统能带走更多的热量。     

树形微通道热沉仿生建模及三维热流特性数值分析

对几种典型树叶进行参数测量,获得了各级叶脉直径、交角值及直径比例关系,在此基础上建立了树形微通道热沉的CAD模型,并对不同分形级数的双层微通道系统内的温度和流动特性分布进行了数值分析。结果表明,树形微通道具有更好的均温性,7级分形的树形微通道与6级和8级分形的树形微通道相比,所冷却芯片的温度更低,压降更小,具有更好的冷却效果。     

确定法兰螺栓预紧力的EN法与Waters法对比研究

为了验证不同方法计算所得的螺栓预紧力能否满足密封性要求,选取2种不同尺寸和工况的管法兰-螺栓-垫片模型,进行有限元分析。运用ANSYS Workbench有限元软件建立三维模型,施加温度载荷后得到法兰系统的温度场分布。根据EN13445附录G和Waters方法确定了螺栓预紧力,分别作为初始预紧力施加在对应的管法兰系统上并进行热-结构耦合。对预紧工况和操作工况下的法兰系统进行模拟分析,并对其密封及其强度性能进行评定。结果表明:通过EN法和Waters法计算所得的螺栓预紧力,均能使法兰系统满足密封条件且符合安全评定要求;但EN13445附录G方法确定的螺栓预紧力能保证应力在法兰上更均匀地分布,且应力水平更低;EN13445附录G方法在计算时考虑了整个法兰连接接头的密封要求及其强度要求,相较于Waters法考虑情况更加全面。     

A numerica1 study of fluid flow and heat transfer in different microchannel heat sinks for electronic chip cooling

Four different microchannel heat sinks are designed to study the effects of structures in microchannel heat sinks for electronic chips cooling. Based on the theoretic analysis and numerical computation of flow and heat exchange characteristics, the electronic chip’s temperature and flow rate distributions are obtained. The correspondence between flow pressure drop and chip’s temperature in the four microchannel heat sinks is also studied and analyzed. Numerically analyzed results indicate that the topological structure in microchannel heat sink has a significant influence on electronic chips cooling. This study shows various thermal properties in the four microchannel heat sinks.