塑料微流控芯片超聲波鍵合機理的仿真與實驗研究.pdf

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

2、ltzmann疊加原理和“時-溫等效性原理”，可以將聚合物的動態(tài)模量表示為溫度和頻率的函數(shù)。然而在利用“時-溫等效性原理”將松弛曲線片段平移為松弛主曲線時存在平移不準確的問題，因此文中對“時-溫平移方程”進行了修正。推導了周期應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載荷的帶矩形導能筋的有限元模型進行了動力學仿真，結果顯示角點處的瞬時摩擦應力

3、和相對滑動速度可以達到很高的數(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。分別對摩擦熱和粘彈性熱提出了相應的仿真策略，結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)的溫度在很短的時間內(nèi)攀升到很高的溫度。用熱電偶溫度傳感器進行了超聲波塑料焊接接頭溫度場的實際測量，所得結果與仿真結果具有類似的趨勢。對不同焊接壓力和振幅作用下的模型溫度場進行了仿真，結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