塑料微流控芯片超聲波鍵合機(jī)理的仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、將超聲波塑料焊接技術(shù)引入微流控芯片的封裝具有不引入外部介質(zhì)、鍵合強(qiáng)度高、鍵合時(shí)間短、材料適用范圍廣的優(yōu)勢。但就超聲波塑料焊接技術(shù)而言，人們對其機(jī)理的理解還不十分深入。研究超聲波塑料焊接的機(jī)理，可以更清楚的理解微流控芯片超聲波鍵合時(shí)材料的熔融行為和焊接參數(shù)對鍵合過程的影響，為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量鍵合服務(wù)。因此本文就超聲波塑料焊接的機(jī)理做了部分基礎(chǔ)性研究工作。首先針對聚合物材料，提出了一種粘彈性力學(xué)模型，該模型以廣義Maxwell模型為基礎(chǔ)，借助Bo

2、ltzmann疊加原理和“時(shí)-溫等效性原理”，可以將聚合物的動(dòng)態(tài)模量表示為溫度和頻率的函數(shù)。然而在利用“時(shí)-溫等效性原理”將松弛曲線片段平移為松弛主曲線時(shí)存在平移不準(zhǔn)確的問題，因此文中對“時(shí)-溫平移方程”進(jìn)行了修正。推導(dǎo)了周期應(yīng)變載荷下的粘彈性產(chǎn)熱方程，從中得出，粘彈性熱是在一定的溫度范圍內(nèi)很短的時(shí)間里產(chǎn)生的，且低溫段的粘彈性產(chǎn)熱并不明顯。對承受靜壓力和高頻振動(dòng)載荷的帶矩形導(dǎo)能筋的有限元模型進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真，結(jié)果顯示角點(diǎn)處的瞬時(shí)摩擦應(yīng)力

3、和相對滑動(dòng)速度可以達(dá)到很高的數(shù)值，從而提出低溫段超聲波塑料焊接的熱源來自界面上的摩擦熱的觀點(diǎn)。分別對摩擦熱和粘彈性熱提出了相應(yīng)的仿真策略，結(jié)果表明超聲波焊接接頭上的溫度場為非均勻溫度場，粘彈性熱使材料內(nèi)的溫度在很短的時(shí)間內(nèi)攀升到很高的溫度。用熱電偶溫度傳感器進(jìn)行了超聲波塑料焊接接頭溫度場的實(shí)際測量，所得結(jié)果與仿真結(jié)果具有類似的趨勢。對不同焊接壓力和振幅作用下的模型溫度場進(jìn)行了仿真，結(jié)果顯示溫升速率隨焊接壓力和振幅的提高而提高，且振幅的影