超声波键合工艺参数选择

　　　　微流控芯片超声波键合主要键合工艺参数包括超声振幅A、超声时间T、超声能量E、保压时间Th、触发压力Ft、键合压力Fw和保持压力Fh等。其中，超声振超声波振幅、超声时间和超声能量是影响键合质量的最关键因素。

   (1)超声振幅的大小直接影响超声波焊机输出能量的高低，且每一种聚合物材料都有一种使其熔融所需的最低振幅。因此，根据材料的属性，合理选择键合所用振幅的范围。

   (2)超声时间指超声焊机开始发出超声波到停止超声的时间。它也直接影响超声能量，超声时间越长，传递到焊件上的能量也就越多，相对应的温升越高。键合时间过长易造成温升过高，产生过焊；键合时间过短，则不能产生可靠连接的熔融层。

   (3)超声能量则是焊机在键合时发出超声波所输出的总能量。在超声波焊接中，焊件不会吸收全部的能量，只能吸收一定比例的总能量，这与超声波焊机、焊件材料和结构、夹具等因素有关。当外界条件不变时，一定结构聚合物芯片对能量的吸收率是基本一致的。因为超声键合的总功率与超声振幅成正相关，两者之间公式为

P=Bf²A²       （a）

所以，能量、超声振幅和键合时间三者具有以下关系：

E=Pt=Bf²A²t   (b)

式中，E为超声能量；B为常数；f为超声频率；A为超声振幅；t为键合时间。实验中焊机产生的超声波频率为定值。

   实验制作的芯片上的导能结构形式为三角形。三角形导能结构与基片线接触，这种形式的导能结构对压力变化敏感，接触界面的压力最大，最容易吸收超声波能量。针对这一特点，键合实验时，焊机的控制模式选取能量控制模式，以精确控制能量的大小。焊机能量控制模式中主要设置参数为超声能量E和超声振幅A。在超声能量E和超声振幅A为定值时，由式(b)可知，键合时间为因变量，由这两者确定。