北京超声波焊接技术应用：熔融超声波键合

熔融超声波键合

         超声波塑料焊接技术目前己比较成熟，获得了广泛的应用，所以聚合物微流控芯片的超声波键合方法在很多方面借鉴了超声波塑料焊接技术的研究成果。目前，已报道的超声波用于聚合物微器件合的封装技术，全部都是基于导能结构的熔融超声波连接方法，这种方法的优点是速度快、强度高、操作简单，可用于质谱分析等对封接强度要求高的微器件制造。

     超声波塑料焊接技术的基本原理足通过超声致热效应使聚合物发生熔融而实现器件间的连接。为了进一步提高焊接强度和可控性，宏观结构的超声波焊接会在焊接界面制造j角形、梯形或半圆形的导能结构，提高接触应力的同时合理控制熔融区域，形成有效的焊接接头。

　　　超声波塑料焊接技术目前己比较成熟，获得了广泛的应用，所以聚合物微流控芯片的超声波键合方法在很多方面借鉴了超声波塑料焊接技术的研究成果。目前，已报道的超声波用于聚合物微器件合的封装技术，全部都是基于导能结构的熔融超声波连接方法，这种方法的优点是速度快、强度高、操作简单，可用于质谱分析等对封接强度要求高的微器件制造。

　　　然而，由于微流控芯片上的聚合物微器件的微结构尺寸通常只有几十微米甚至更小，因此直接在微器件的超声波熔融键合中引入导能结构，会存在四个问题：首先，微器件中的功能结构较长，如微流控芯片中的微通道，通常为几十毫米，聚合物熔体流延在该长度范围内，必须精确控制以实现均匀性键合；其次，对于常规尺寸的器件，由于导能结构与器件本身的尺寸相比要小得多，熔融液的流延一般不会对器件性能造成显著影响，但是对于微器件，导能结构的尺寸与微结构的尺度相当，熔融液很容易对微结构造成严重破坏，甚至使微结构完全丧失功能；再次，由于微流体器件的结构非均匀性，会导致部分区域的图形分布密度较大，在键合时的能量需求也较大，而超声波在整个接触面上提供了均匀的能量，导致图形分布密度大的区域存在焊不足的缺陷；最后，由于被封接结构的微型化，使得超声波键合导能结构的加工手段局限于MEMS加工方法，导能结构的界面形状会有所局限。

　　　因此，除了合理的超声波键合参数，导能结构的设计将成为聚合物超声波熔融键合成败的关键。

　　　　这也是目前超声波仅能用于最小特征八寸为500μm的微通道键合，而对于更小的微通道尚不能成功实现键合的主要原因。

　　　因此，除了合理的超声波键合参数，导能结构的设计将成为聚合物超声波熔融键合成败的关键。