基于在线滤波与物态控制的超声波精密封接技术研究

发布时间：2020-07-24 19:27

【摘要】：超声波精密封接是一种快速封装技术,具有局部加热,高效率和无需预处理等优点。随着超声波精密封接技术被引入到聚合物微纳器件的封装领域,提高封接行为的控制精度及一致性是封装的关键技术。本文以超声波的检测功能应用于聚合物超声波精密封接中的过程控制为目标,开展了对超声波精密封接中振动传递特征与界面聚合物物态转变之间联系的相关研究。为研究超声波精密封接中振动在聚合物微器件中的传递特征,对聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)微型连通管与基片的封接进行了仿真分析。首先建立超声波精密封接有限元模型,对熔接层材料进行参数设置,设计三步骤仿真试验流程。将仿真模型中基片与底座间的接触力设置为输出量,以熔接层温度为自变量获得对应于界面温度的振动传递曲线,结合聚合物材料的力学特性分析振动传递曲线的变化规律。通过对超声波精密封接试验台的优化设计,建立实时动态压力采集系统和在线温度检测检测平台。在PMMA的超声波精密封接中测量了振动传递与封接界面温度,利用小波包分析对振动传递波形进行分解,计算了各节点能量占比,对能量主要分布的频段进行小波包单节点重构,结合在线温度变化曲线及聚合物材料力学性能提取反映聚合物物态变化的特征子波频段。针对聚合物超声波精密封接过程,设计基于FIR滤波的在线特征频段滤波系统。提出基于特征子波振幅相对变化率连续变化的三阶段反馈控制方法,超声加载初期,在第一特征阶段,设计振幅相对变化率连续衰减的控制流程;在过渡特征阶段的振幅增大期,设计振幅相对变化率连续衰减后又增加的控制流程;针对第二特征阶段变化特点,以过渡特征阶段判断停止的时间点作为初始时刻,设计基于振幅相对变化率连续衰减的控制方法。并将三阶段反馈控制条件作为控制超声加载的参数,计算在各个特征处的界面熔合占比,分析特征子波与界面熔合程度的量化关系,实现对微器件超声波精密封接中界面熔合程度的选择性控制。
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP273;TB559
【图文】：

塑料,基本原理,塑料零部件,超声波塑料焊接机

Ｂｒａｎｓｏｎ公司。在国内，一些拥有自主知识产权的超声波制造商，已经大规模的研发制逡逑造超声波塑料焊接机。目前，针对大尺寸的塑料零部件的焊接方面，超声波焊接技术己逡逑实现产业化。塑料超声波焊接装置的基本原理如图１．１所示，主要由超声电源、换能器、逡逑２逡逑

压电驱动,超声波,封接

合物微流控芯片封装的可行性。２００６年，德国Ｋａｒｌｓｒｕｈｅ研宄中心的Ｒ．邋Ｔｒｕｃｋｅｎｍｕｌｌ等［４｜］逡逑利用超声波精密封接方法实现聚合物微泵、微阀及微流控芯片等微器件的封装，验证了逡逑超声波精密封接在微装配中的可行性。如图１．２为应用超声波精密封接技术进行ＰＭＭＡ逡逑压电微栗阀门单元的封装，直径为１４ｍｍ，入口和出口阀门的内侧面尺寸１．８ｍｍｘｌ．８逡逑ｍｍ，图１．３为超声封装的ＰＭＭＡ压电驱动微栗，高度２．５ｍｍ，均获得较好的封接效果。逡逑■邋１＿逡逑图１．２邋ＰＭＭＡ压电微泵的阀门单元（左）及深度为５００阿微沟道截面（右）逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｖａｌｖｅ邋Ｕｎｉｔ邋（Ｌｅｆｔ）邋ａｎｄ邋５００邋（ｉｍ邋ＭｉｃｒｏＣｈａｎｎｅｌ邋Ｃｒｏｓｓ邋Ｓｅｃｔｉｏｎ邋（Ｒｉｇｈｔ）邋ｉｎ邋ＰＭＭＡ邋Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ逡逑Ｍｉｃｒｏｐｕｍｐｓ逡逑图１．３超声波封装的压电驱动ＰＭＭＡ微泵逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ｄｒｉｖｅｎ邋ＰＭＭＡ邋ｍｉｃｒｏｐｕｍｐ邋ｆｏｒ邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ｐａｃｋａｇｉｎｇ逡逑２００９年Ｋｉｍ等［Ａ将超声波精密封接技术应用于金属和聚合物ＭＥＭＳ器件的封装，逡逑开发了纵向超声波精密封接设备，如图１．４所示，对外径为１．８邋ｍｍ和内径为０．８５邋ｍｍ逡逑的醋酸纤维素材料制作的微器件进行了封装，如图１．５所示。逡逑５逡逑

截面图,压电,沟道,阀门

【参考文献】