基于单探针和液滴辅助的微构件转移方法和实验研究

发布时间：2017-03-23 10:07

  本文关键词：基于单探针和液滴辅助的微构件转移方法和实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着微机电系统构件的进一步微型化、结构的日益复杂化和精密化,利用机械夹持、真空吸附等方式转移微构件时,由于局部应力集中,容易使微构件表面变形,甚至产生严重的划伤。因此,探索新型的微构件转移方法具有重要意义。为实现100μm尺度下微构件的转移操作,本文提出基于微力传感单探针和液滴辅助的微构件转移方法。分析基于毛细作用的微构件转移方法的可行性,动静态仿真验证微构件转移方法的可行性,并通过实验实现微构件的精确可靠转移。首先,提出基于微力传感单探针和液滴辅助的微构件转移方法。从毛细作用机理入手,阐释润湿特性与接触角之间的关系,分析基于毛细作用的微构件转移方法的可行性,剖析液桥自校准原理,并估算自校准过程中恢复力大小。在此基础上,确定基于微力传感单探针和液滴辅助的微操作方法,通过液滴蘸取方案,实现单探针末端微量液体的获取;通过探针-微构件之间的液桥作用力,实现微构件可靠拾取和转移;通过微构件上端和下端双液桥的竞争作用,实现其柔顺释放。并进一步划分微构件转移过程,确定各子过程中的基本操作策略。其次,基于液桥轮廓的精确计算方法,建立微构件转移的液桥静态无量纲模型。通过幂律曲面-平面液桥静态模型,分析微量液体获取率的影响因素;通过幂律曲面-球液桥静态模型和JKR球-平面粘着接触静态模型,分析液桥体积等参数对毛细力的影响,验证单探针式微构件拾取的可行性;通过幂律曲面-微球体和微球体-平面的双液桥静态模型,分析接触角对辅助液桥毛细力的影响,验证液滴辅助式微构件释放的可行性。基于多相流VOF(Volume of Fluid)模型,建立微构件转移的动态模型。通过微量液体动态获取仿真计算,获得初始液体体积、分离速度、液桥接触角等参数对获取的微量液体体积、液桥断裂距离的影响规律。微构件动态释放仿真表明,通过合理设置微构件上下端液桥体积、接触角等参数,可以实现微构件的释放操作。最后,建立基于微力传感单探针和液滴辅助的微构件转移实验系统。微量液体的获取实验表明,通过合理控制探针的提升速度、基底材料等参数,可以调节微量液体的获取能力;微构件拾取实验表明,根据微构件特征尺寸和基底材料润湿特性合理控制微量液体的体积,可以实现微构件的拾取操作;微构件释放实验表明,针对微构件特征尺寸,合理减小辅助液体的体积,可以提高微构件的释放精度。通过直径为20μm、40μm和75μm的微球转移实验,验证了基于单探针和液滴辅助的微构件转移方法的可行性及有效性。
【关键词】：微构件转移 微力传感 单探针 液滴辅助 双液桥模型
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH-39;N33
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-17
• 1.2.1 基于毛细作用的微构件转移理论研究现状10-11
• 1.2.2 基于毛细作用的微构件转移工具研究现状11-14
• 1.2.3 面向微构件转移的液体获取方法研究现状14-17
• 1.3 课题来源17
• 1.4 主要研究内容17-18
• 第2章 基于单探针和液滴辅助的微构件转移方法18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 基于毛细作用的微构件转移原理18-22
• 2.2.1 润湿特性对液体接触角的影响18-19
• 2.2.2 基于毛细作用的微构件转移可行性分析19-21
• 2.2.3 微构件转移过程中自校准分析21-22
• 2.3 基于单探针和液滴辅助的微构件转移方法22-25
• 2.3.1 探针型和毛细管型操作工具的比较22-23
• 2.3.2 单探针末端微量液滴的获取方法23-24
• 2.3.3 基于液滴辅助的双液桥式微构件释放策略24
• 2.3.4 基于微力传感探针和液滴辅助的微构件转移方法24-25
• 2.4 基于单探针和液滴辅助的微构件转移过程25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 基于单探针和液滴辅助的微构件转移仿真研究28-48
• 3.1 引言28
• 3.2 面向微构件转移的探针末端微量液体获取方法静态仿真28-33
• 3.2.1 幂律曲面-平面毛细作用力建模28-30
• 3.2.2 微量液体获取能力参数分析30-33
• 3.3 单探针式微构件柔顺拾取方法静态仿真33-36
• 3.3.1 幂律曲面-微球毛细作用力建模33-34
• 3.3.2 经典JKR的球-平面粘着接触模型34
• 3.3.3 微构件拾取过程中毛细拾取力34-35
• 3.3.4 单探针式微构件拾取可行性验证35-36
• 3.4 液滴辅助式微构件柔顺释放方法静态仿真36-39
• 3.4.1 球-平面毛细作用力经典模型36-37
• 3.4.2 微构件释放过程中毛细释放力37-38
• 3.4.3 液滴辅助式微构件释放方法可行性验证38-39
• 3.5 面向微构件转移的探针末端微量液体获取过程动态仿真39-43
• 3.5.1 微量液体获取模型39-41
• 3.5.2 断裂距离和微量液体获取能力分析41-43
• 3.6 液滴辅助式微构件柔顺释放过程动态仿真43-47
• 3.6.1 微构件释放模型43-44
• 3.6.2 微构件释放过程动态仿真计算44-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第4章 基于单探针和液滴辅助的微构件转移实验研究48-64
• 4.1 引言48
• 4.2 基于单探针和液滴辅助式的微构件转移系统建立48-51
• 4.3 实验参数确定方案51-52
• 4.4 面向微构件转移的探针末端微量液体获取实验研究52-55
• 4.4.1 基底材料对获取的微量液体体积的影响53-54
• 4.4.2 提升速度对液体获取的液体体积的影响54-55
• 4.5 单探针式微构件柔顺拾取实验研究55-58
• 4.5.1 微构件拾取过程中的毛细力动态变化56-57
• 4.5.2 微构件尺寸对最大毛细拾取力的影响57-58
• 4.5.3 基底材料对最大毛细拾取力的影响58
• 4.6 液滴辅助式微构件释放实验研究58-63
• 4.6.1 上液桥体积对其毛细力及断裂距离的影响60-61
• 4.6.2 基底材料对微构件释放可靠性的影响61-62
• 4.6.3 液滴辅助式释放精度62-63
• 4.7 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果69-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 周心明,兰赛,徐燕;图像处理中几种边缘检测算法的比较[J];现代电力;2000年03期

  本文关键词：基于单探针和液滴辅助的微构件转移方法和实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：263474