基于單探針和液滴輔助的微構(gòu)件轉(zhuǎn)移方法和實驗研究.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)構(gòu)件的進(jìn)一步微型化、結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜化和精密化，利用機(jī)械夾持、真空吸附等方式轉(zhuǎn)移微構(gòu)件時，由于局部應(yīng)力集中，容易使微構(gòu)件表面變形，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的劃傷。因此，探索新型的微構(gòu)件轉(zhuǎn)移方法具有重要意義。為實現(xiàn)100μm尺度下微構(gòu)件的轉(zhuǎn)移操作，本文提出基于微力傳感單探針和液滴輔助的微構(gòu)件轉(zhuǎn)移方法。分析基于毛細(xì)作用的微構(gòu)件轉(zhuǎn)移方法的可行性，動靜態(tài)仿真驗證微構(gòu)件轉(zhuǎn)移方法的可行性，并通過實驗實現(xiàn)微構(gòu)件的精確可靠轉(zhuǎn)移。
　　本研究首先出

2、基于微力傳感單探針和液滴輔助的微構(gòu)件轉(zhuǎn)移方法。從毛細(xì)作用機(jī)理入手，闡釋潤濕特性與接觸角之間的關(guān)系，分析基于毛細(xì)作用的微構(gòu)件轉(zhuǎn)移方法的可行性，剖析液橋自校準(zhǔn)原理，并估算自校準(zhǔn)過程中恢復(fù)力大小。在此基礎(chǔ)上，確定基于微力傳感單探針和液滴輔助的微操作方法，通過液滴蘸取方案，實現(xiàn)單探針末端微量液體的獲??；通過探針-微構(gòu)件之間的液橋作用力，實現(xiàn)微構(gòu)件可靠拾取和轉(zhuǎn)移；通過微構(gòu)件上端和下端雙液橋的競爭作用，實現(xiàn)其柔順釋放。并進(jìn)一步劃分微構(gòu)件轉(zhuǎn)移過程，確

3、定各子過程中的基本操作策略。其次，基于液橋輪廓的精確計算方法，建立微構(gòu)件轉(zhuǎn)移的液橋靜態(tài)無量綱模型。通過冪律曲面-平面液橋靜態(tài)模型，分析微量液體獲取率的影響因素；通過冪律曲面-球液橋靜態(tài)模型和JKR球-平面粘著接觸靜態(tài)模型，分析液橋體積等參數(shù)對毛細(xì)力的影響，驗證單探針式微構(gòu)件拾取的可行性；通過冪律曲面-微球體和微球體-平面的雙液橋靜態(tài)模型，分析接觸角對輔助液橋毛細(xì)力的影響，驗證液滴輔助式微構(gòu)件釋放的可行性。基于多相流VOF（Volume

4、of Fluid）模型，建立微構(gòu)件轉(zhuǎn)移的動態(tài)模型。通過微量液體動態(tài)獲取仿真計算，獲得初始液體體積、分離速度、液橋接觸角等參數(shù)對獲取的微量液體體積、液橋斷裂距離的影響規(guī)律。微構(gòu)件動態(tài)釋放仿真表明，通過合理設(shè)置微構(gòu)件上下端液橋體積、接觸角等參數(shù)，可以實現(xiàn)微構(gòu)件的釋放操作。最后，建立基于微力傳感單探針和液滴輔助的微構(gòu)件轉(zhuǎn)移實驗系統(tǒng)。微量液體的獲取實驗表明，通過合理控制探針的提升速度、基底材料等參數(shù)，可以調(diào)節(jié)微量液體的獲取能力；微構(gòu)件拾取實驗表