邓莹莹[1]2004年在《超声波塑料焊接区域材料熔接行为研究》文中指出超声波塑料焊接是一种经济、高效、环保的热塑性塑料连接新工艺，有极大的推广应用前景。由于超声波塑料焊接是涉及多学科的交叉学科，研究难度较大，目前超声波塑料焊接的焊接基础理论和工艺规范还比较欠缺，对超声波塑料焊接机理和熔接行为研究不足。为了得到满足要求的焊接强度，人们需要进行大量的试验，获得相应的焊接工艺参数，不仅费时费力，而且不能从根本上解决焊接质量提高的问题，制约了超声波塑料焊接技术的推广应用。 本文着眼于超声波塑料焊接区域材料的熔接行为研究，以解释焊接机理、提高焊接强度为目标，以工程硬质PVC材料为研究对象。由于超声波塑料焊接时间短，熔化区域狭小，焊接区域伴随材料的熔融和形变，温度场检测特别是多路巡检难度较大，所以本文采用试验和数值模拟相结合的方法，主要研究工作如下： 1)建立了超声波塑料焊接温度场自动检测系统，包括系统的软件和电路设计，实现了超声波温度场瞬变信号的一点采集。 2)采用ANSYS有限元的方法，建立了比较合理的超声波塑料焊接传热的数值模拟计算模型，模拟了超声波塑料焊接的温度场，温度采集试验结果和数值模拟结果基本符合。把试验结果和有限元计算结果结合起来，阐述了焊接区域的温度变化规律。 3)结合温度采集试验和数值模拟结果，深入分析了超声波塑料焊接的材料熔接过程，包括不同熔点材料的熔接特点和导能筋的熔接特点，对超声波塑料焊接的焊接机理提出了新的见解，为提高焊接强度提供了试验依据。 4)对导能筋熔接行为的研究，明确了导能筋焊口结构形式的积极作用。
孙屹博[2]2011年在《面向聚合物微流控器件的超声波精密联接技术研究》文中认为聚合物材料以其种类繁多、价格低廉、易加工等优点,愈加广泛地应用于生化MEMS器件的制造,聚合物MEMS器件的封装成为生化MEMS制造中的关键技术。目前应用于聚合物微装配的联接方法主要有胶粘接、热键合、溶剂键合、激光键合等,以上方法均在某些方面存在着各自的局限性。超声波联接技术具有高效率、局部加热、无需引入其它物质等优点,近年来在MEMS领域的应用展示出较大的潜力,但目前应用于MEMS领域的超声波联接技术基本沿袭了应用于大尺寸零件的超声波塑料焊接技术,在能量精确控制及界面熔接质量优化方面尚无深入研究,因此本文针对微流控器件的精密封装,以精确控制聚合物界面熔接质量为目标,在聚合物界面熔合机理、超声波精密联接方法及界面熔接质量优化等方面对超声波联接技术展开研究。首先从微观角度分析了聚合物界面的熔接机理,应用分子动力学方法模拟了聚合物界面间高分子链的扩散及相互缠绕行为,研究了压强和温度因素对以上过程的影响,在模拟中通过计算模型的体系形变、扩散系数、界面间的扩散深度和界面结合能等参量,分析了聚合物联接过程中高分子链的运动趋势,进而研究了压强和温度两个因素对器件形变、熔接层尺寸、熔接强度等特征的影响,对后续超声波精密联接方法的研究奠定了理论基础。针对微流控器件的封接研制了超声波精密联接装置,选择高频率、低振幅超声换能器,以降低超声波能量下微器件的结构形变及对局部低强度结构的破坏性。基于以上装置,提出了基于聚合物力学状态反馈的超声波精密联接方法,其原理在于以界面聚合物力学状态的变化监测聚合物材料的玻璃化转变行为,并作为控制超声波能量的信号。在聚合物力学状态检测方面分别设计了基于压力传递效率检测和基于超声传播效率检测两种方法,在基于压力传递效率检测方法基础上扩展设计了基于压力自适应的超声波精密联接方法,在实验中验证了基于上述方法可以实现界面熔接质量较为精确的控制。为进一步提高熔接质量,结合大尺寸零件超声波塑料焊接技术中的导能筋结构,提出了针对超声波精密联接的微导能阵列,通过在待联接表面制作微米级尺寸的导能结构阵列来减小界面接触面积,将超声波能量集中引导于导能点阵结构,并为粘性聚合物的流延提供空间,起到优化界面熔接质量的作用。采用热压成形工艺及硅模具在基片表面制作微导能阵列,并通过实验分析了结构尺寸和分布尺寸对界面熔接质量的影响,实验结果表明制作合适配合尺寸的微导能阵列可以提高超声波能量利用效率及界面熔接质量的可控性。设计了压电驱动式微泵,应用紫外光刻工艺制作了SU-8微止回阀,应用超声波精密联接技术进行了泵体的组装,并将阀片密封其中,在封装过程中保证了易碎阀片的结构不受损坏,在实验中测试了微泵液体泵送流量对应驱动频率和电压的关系。
库媛[3]2014年在《超声波焊接参数对PP-ABS接头抗拉强度的影响》文中认为本文根据生产急需，选择新宝莱FL左前门护板（PP）与装饰条（ABS）的超声波焊接接头，通过焊接结构设计，用焊接接头抗拉强度作为评定指标，选择重要焊接工艺参数进行正交试验，主要试验结果如下：从车门内护板及装饰条结构及性能要求入手，对FL车门护板与装饰条的超声波铆焊结构进行工艺设计，对两个零件的6个自由度分别控制进行定位，制订了焊接工艺流程。将门护板总成件装饰条区域的六个PP-ABS超声波焊接接头进行检测试验，首先从产品中随机选择33个焊接接头进行抗拉强度试验，发现统计数据分布较宽，样本均值约为267N，过程指数Cpk仅为0.73。因此，有必要对焊接接头抗拉强度有影响的主要焊接参数进行试验研究，找出最优工艺参数组合，以改进焊接质量。选择焊接深度、焊接压力和保压时间叁个因素，每个因素选择叁个水平，使用正交表L9(34)进行试验设计，按照正交试验方案取9件门护板及装饰条，每件取3个焊接接头做抗拉强度实验，设计了专用拉伸夹具进行拉伸试验，获得接头抗拉强度数据。在定性分析的基础上，将单项分析数据和重复性试验数据分别按照极差分析法和方差分析法进行定量分析表明，当焊接深度为6.9mm而其他因素一定时，焊接接头抗拉强度最好。当焊接压力为2.7bar而其他因素不变时，焊接接头抗拉强度最好。交互作用项A×B（焊接深度×焊接压力）都在第二水平时接头的焊接强度最优。当保压时间为2s而其他因素不变时，焊接接头抗拉强度最好。上述最优工艺参数水平组合的验证试验表明，焊接接头最大断裂力均在500N左右，比原生产的焊接接头性能有大幅度提高。焊接接头检测表明，焊接工艺参数变化时锁固帽盖高度Sh和直径Sd变化不大，而变化明显的是压痕深度Yh。当Yh约0.2-0.3mm，ABS锁固帽盖表面光滑完整时，接头强度高，焊接质量好，可以监测焊接接头压痕深度判断焊接质量。为了保证部件焊接质量，还应控制ABS焊接柱部位的注塑质量，防止气体进入ABS熔体形成小气泡而减小焊接柱有效受力面积，密集小气泡还会导致ABS材料因应力集中而脆化，以平面形式断裂。
张苗苗[4]2010年在《阵列微结构对微器件超声波精密封接的影响》文中进行了进一步梳理随着MEMS技术的发展,聚合物材料以其价格低廉、制作成本低、易于批量制作等优点已经广泛应用于微流控生物芯片、微型燃料电池、微阀、微泵等MEMS器件的制造。MEMS器件的密闭微通道网络的形成和微功能器件的密封组装等成为决定微器件质量的重要环节,是聚合物微器件从研究走向应用及批量化生产的关键一步。目前主要研究的封接技术在方法的适用性、制作质量、效率等方面存在问题和局限性,聚合物超声波焊接技术为此提供了可行的解决途径。超声波焊接具有封接强度高、不需要引入中间介质、作业效率高等优点,其加热方式为局部加热,对微器件的结构以及封接前后形状的变化影响较小,对实现微器件封接的批量化生产有着很好的应用前景。聚合物超声波精密封接是一项重要的MEMS加工方法,对提高聚合物MEMS器件键合或封接效率具有重要意义。为提高封接可控性,消除微器件封接表面形貌和粗糙度差异对封接质量的影响并提高产热效率,本文提出在微器件表面制作阵列微导能结构的方法,用一组凸起的点阵结构代替传统的面型或线型导能筋结构。以PMMA微小管道与基片的封接进行实验,从微导能结构的高度和密度两个角度研究表面结构对超声波封接质量的影响,研究了阵列微导能结构的高度和密度对超声波封接过程的影响。采用声波传递效率反馈控制方法,利用自行搭建的超声波封接设备进行了实验,对超声波作用下聚合物界面润湿行为进行了观察分析,结果表明随着微结构高度和密度的增大,其实现完全封接需要的超声波能量呈递增的趋势；微导能结构的高度和密度特征对微器件的封接质量的影响在各自的范围内遵循一定的规律,但两者在A0(高度与密度的比值)的不同阶段对封接质量的影响程度存在一定的差别；该种微导能结构有效控制了聚合物熔融流延,获得了均一的封接面,可实现高质量精密封接。
冯余其[5]2010年在《聚合物微器件超声波联接机理与方法研究》文中指出聚合物已逐渐取代传统硅、玻璃等材料而广泛应用于MEMS器件与系统的制造。作为MEMS制造中的关键环节,聚合物微器件的联接由于种种原因成为目前制约聚合物MEMS技术发展的瓶颈问题。由于自身的诸多优点,近年在国内外MEMS研究领域得到不断发展和应用的塑料超声波焊接技术,将是解决聚合物微器件联接问题的有效技术途径。尚处于理论分析和实验研究阶段的聚合物微器件超声波联接技术,其关键问题在于联接机理极为复杂而尚无定论,以及超声能量难于精确控制,导致微器件易局部过热而变形过大甚至被损坏。因此为了实现聚合物微器件的超声波精密联接,推广聚合物微器件的超声波联接技术,本文从相关机理和实验方法两方面入手,分别对聚合物材料联接机理和聚合物微器件超声波联接方法进行研究,并采用该方法进行压电微泵超声波精密联接的实验研究。采用Materials Studio分子模拟软件,通过分子动力学模拟方法对存在显着界面的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)体系联接过程中界面融合行为进行研究,对不同温度及压力下界面间的分子链扩散行为进行了模拟,计算了体系的应变、原子扩散系数、熔接层厚度以及界面结合能,分析了温度和压力对界面融合行为的影响规律。模拟结果从分子层面反映了PMMA材料联接过程中界面融合行为,研究结果可为聚合物微器件的超声波联接机理提供理论指导。采用高频率低振幅的聚合物微器件超声波联接样机系统,基于压力自适应联接方法实现了超声波能量的精确控制,以尽量减小微器件的热变形,从而保证了微器件的形状精度。实验结果表明该方法可减小待联接面的特性差异对联接质量的影响,提高了联接质量,实现了聚合物微器件的超声波精密联接。制作了一种应用于MEMS领域的压电薄膜微泵,其中采用SU-8胶光刻技术制作了集成于微泵中的微止回阀,采用聚合物微器件超声波精密联接方法对微泵的阀片组件进行了精密封装,并配合胶粘接完成了微泵的组装。对微泵进行流速测试实验,水流运行平稳无泄漏,这也验证了本文研究的聚合物微器件超声波精密联接方法的有效性。
栾艳[6]2016年在《聚合物超声波封接中的超声传播规律研究》文中提出随着超声波封接技术在聚合物微器件领域的广泛应用,由于微器件结构尺寸微小化,使得封接过程对熔接精度提出了更高的要求。聚合物超声波封接是界面熔接过程,在该过程中聚合物材料力学状态的变化能够直接反映界面熔接程度,而超声波传播效率是能够实时反映该材料的力学状态变化,使得超声波传播效率能够成为封接过程中精确控制超声波能量输入的参考变量,进而实现对界面熔接质量的精确控制,提高封接精度。针对超声波传播效率这个参考量,本文对聚合物超声波封接中超声波的传播规律进行研究,提高超声波传播效率这一参量在实际封接中的精确使用性,降低该参数在实际使用中的复杂性与盲目性,对聚合物超声波精密封接具有理论指导作用。首先对封接过程中的超声波传播规律进行有限元仿真,针对封接建立包含工具头、微器件和底座等有限元模型。根据材料的粘弹性本构关系,模拟在不同温度和振幅下的超声波封接。通过计算、研究模型中界面间接触力与温度、振幅的关系,得到在封接过程中超声波传播效率随着微器件温度的升高而衰减、随着超声波振幅的增大而增加的传播规律。此外,为了模拟在整个封接过程中聚合物微器件在高频超声波作用下完整的动态压力曲线,建立伴有热膨胀的粘弹性封接模型,通过综合不同温度模型内接触面间的振动输出情况,得到相对完整的振动曲线。本文针对PMMA微型连通管的封接,建立60kHz的高频、低幅、低功率的超声波精密封接实验平台,以低振幅降低功率超声波对微器件的破坏性,以高频率来补偿低振幅超声波能量的声能强度;设计并制作集超声、驱动、传感、调平、控制于一体的超声波精密连接系统。为实现封接过程中超声波传播效率变化的检测,在相应位置安装压电陶瓷加速度传感器与压电式动态力传感器,从而实现对微器件在高频超声振动作用下其基片底面的振动加速度与高频动态压力的精确检测。为进一步分析超声波在封接中的传播规律,利用压电式动态力传感器和压电陶瓷加速度传感器对无工件情况下不同压力、不同振幅的超声波精密实验平台进行空载下超声振动检测。得到实验平台在无件空载情况下随压力与超声波振幅变化的实际振动输出特性曲线,为利用该实验平台进行封接时压力与振幅的选择提供参考依据。同时利用压电传感器对微型聚合物PMMA连通管和基片在不同振幅下的超声波封接实验进行振动检测,得出热塑性聚合物微器件在超声波的作用下的典型动态压力变化趋势,且该实验所得趋势曲线与本文前面通过对伴有热膨胀的微器件超声波封接进行模拟仿真所得到的动态压力变化趋势曲线相一致,验证了模拟仿真所得的动态力变化趋势的正确性。
周利杰[7]2016年在《即时检测芯片超声键合技术研究》文中研究表明即时检测(POCT)芯片是基于即时检测技术和微机电加工技术而发展起来的一种快速临床检测芯片,目前已广泛应用于血糖、心肌损伤检测等方面。即时检测芯片要求具有较高的键合精度、较高的键合强度、良好的生物兼容性和较高的生产效率。本文为了满足即时检测芯片的要求,基于超声波键合技术做了以下几个方面的研究工作：(1)设计了2种用于芯片熔接的接头结构,确定了导能筋的布置,并利用微机电加工方法制作了实验芯片。两种熔接结构分别为：分离式接头结构和阻熔导能接头结构,两种结构将微通道、导能筋、熔池和止焊台集成在一起,在超声波键合过程中,通过止焊台的止焊阻熔作用保证芯片的键合精度。设计了结构化的导能筋布置形式,将储液区、混合区、延时区、检测区和废液池集成于一体。使用干法刻蚀技术制作了精密硅模具,并利用热压方法制作了实验芯片。(2)建立了基于柔性调平的POCT芯片封合方法,设计了柔性调平夹具,并提出了一种芯片表面防划伤方法。柔性调平夹具由夹具主体、弹性体和底座组成,夹具主体实现芯片的定位和夹紧,弹性体使用硅橡胶固化而成,利用弹性体自身的弹性形变实现待键合芯片表面的压力均匀,底板实现夹具与键合设备的有效固定。为了使夹具具有良好的调平性能,本文提出了压力分组调平方法,确定了每个压力分组弹性体的结构参数,并进行了相关验证实验。实验结果表明：柔性调平夹具能够有效地改善芯片表面压力不均匀的情况,简化调平操作。为了防止芯片表面被细小微粒划伤,提出了间质软膜保护法,并开展了相关验证实验。实验结果表明：该方法能够减少芯片表面的划伤。(3)优化了即时检测芯片的接头结构,探索了即时检测芯片的键合工艺参数。对分离式接头结构和阻熔导能接头结构的熔接特性进行了研究,实验结果表明：分离式接头结构容易使微流体形成气泡,影响即时检测芯片的检测。因此,选用了阻熔导能接头结构作为芯片的熔接结构。将键合后微通道的高度作为键合工艺参数探索的首要指标,初步确定了键合工艺参数,并开展了键合强度实验、气密性实验、密闭性实验和全血驱动试验。实验结果表明：所设计的导能筋布置形式合理可靠,利于芯片各功能的集成；阻熔导能接头结构能够较精确地控制键合后微通道的高度,键合精度达到2μm；全血驱动时间极差在20s以内；所确定的键合工艺参数能够实现高强度的键合,键合强度大于2.5 MPa；导能筋熔接均匀,芯片密闭性良好,气密性大于7个大气压。
唐华[8]1995年在《超声波焊接技术的应用》文中研究指明超声波焊接技术的应用超声波焊接技术具有高速、高效和高自动化等优点，广泛应用于各领域中的各种塑料制品、塑料结构件、精密金属、集成电路、金属电缆等的焊接。超声波焊接主要采用晶体管电路，经放大后带动换能器，使电能转换成机械能，将高频率振动加于被焊工件上，使...
李建存[9]2018年在《基于超声波焊接技术的C_f/PA6复合材料、6061铝合金粘接接头的质量检测与修复》文中指出粘接技术广泛应用于汽车零部件制造,但是粘接过程中由于工件翘曲等因素引起的粘接缺陷将会引起粘接工件力学性能的降低。尽管目前的一些粘接质量检测方法能够在一定程度上检测缺陷的存在,但只能进行固化后检测且对粘接缺陷修复非常困难。针对以上问题,本课题作为“郑州大学-美国通用汽车公司联合研究项目”的一部分,以30 wt.%C_f/PA6复合材料和AA6061铝合金板材为研究对象,以超声波焊接机为检测工具,开展基于超声波焊接机的30 wt.%C_f/PA6复合材料和AA6061铝合金板材的粘接缺陷检测和在线修复技术研究,提出了两种超声波缺陷检测方法——连续检测、步进式两点静态检测方法和一种超声波缺陷在线修复方法,并对粘接缺陷的检测机制和修复机制进行了分析,取得如下研究成果:粘接缺陷严重降低粘接接头的强度,粘接面积低于50%时的接头强度下降超过59.0%,因此,实现粘接接头的在线检测和修复非常必要。由于未固化粘接剂对超声波能量吸收能力高于C_f/PA6复合材料和AA6061,焊头下方的涂胶面积影响胶层的吸收能量,进而影响胶层的温度和焊头位移,因此,当存在粘接缺陷时,焊头位移减少,焊头位移曲线斜率可以作为粘接缺陷的判别指标,采用40mm检测长度、0.075MPa检测压力和10mm/s检测速度的最佳检测参数,超声波焊接机可以实现30wt.%C_f/PA6复合材料和AA6061铝合金板材粘接缺陷的连续检测。但是由于检测过程中胶层和上板材持续吸收超声波,二者发热严重甚至熔化,不能长时间连续检测,影响检测效率。为解决连续检测出现问题,开发出了步进式准静态两点检测方法。针对C_f/PA6-C_f/PA6,AA6061-C_f/PA6和AA6061-AA6061叁种粘接接头,确定了15mm,16mm和13mm的两点检测距离。在φ10焊头,0.075MPa检测压力和0.5s检测时间的最佳检测参数下,实现了C_f/PA6-C_f/PA6,AA6061-C_f/PA6和AA6061-AA606叁种粘接接头的步进式准静态两点检测,检测速度达到35mm/s。确定了与叁种缺陷粘接接头对应的焊头位移检测阈值,分别为0.11mm,0.20mm和0.18mm,一旦焊头位移低于以上阈值,表明接头存在粘接缺陷。试验表明,虽然C_f/PA6-C_f/PA6接头的两点检测机制仍然基于胶层吸收超声波能量,但AA6061-C_f/PA6和AA6061-AA606粘接接头的检测受震动前胶层对AA6061铝板的变形抵抗作用的影响。板材下方粘接剂越多,抵抗作用越强,检测时焊头位移越大。基于超声波焊接设备对30%wt.C_f/PA6复合材料粘接缺陷接头在线修复是可行的。采用0.14MPa焊头压力,1.5s焊接时间超声波焊接修复后,接头的强度达到无缺陷粘接接头强度的73%以上。具有25%和50%粘接面积的缺陷接头修复效果优于75%粘接面积接头。微观组织分析表明,其基本的修复机制是超声波修复过程中缺陷部位形成了焊核。但对于粘接面积超过75%的粘接试样,由于超声波被粘接剂吸收,修复部位的熔合区域中存在部分未熔化区,因此其修复效果不佳。
赵仕彬[10]2006年在《超声波焊接在连接器中的应用》文中研究指明超声波焊接是一门新型高效的塑料连接固定技术。本文简明扼要地介绍了超声波焊接的原理,结合面的设计方法、设计要点,以及在连接器中的具体应用和适用范围。
参考文献：
[1]. 超声波塑料焊接区域材料熔接行为研究[D]. 邓莹莹. 大连理工大学. 2004
[2]. 面向聚合物微流控器件的超声波精密联接技术研究[D]. 孙屹博. 大连理工大学. 2011
[3]. 超声波焊接参数对PP-ABS接头抗拉强度的影响[D]. 库媛. 吉林大学. 2014
[4]. 阵列微结构对微器件超声波精密封接的影响[D]. 张苗苗. 大连理工大学. 2010
[5]. 聚合物微器件超声波联接机理与方法研究[D]. 冯余其. 大连理工大学. 2010
[6]. 聚合物超声波封接中的超声传播规律研究[D]. 栾艳. 大连交通大学. 2016
[7]. 即时检测芯片超声键合技术研究[D]. 周利杰. 大连理工大学. 2016
[8]. 超声波焊接技术的应用[J]. 唐华. 电子科技导报. 1995
[9]. 基于超声波焊接技术的C_f/PA6复合材料、6061铝合金粘接接头的质量检测与修复[D]. 李建存. 郑州大学. 2018
[10]. 超声波焊接在连接器中的应用[J]. 赵仕彬. 机电元件. 2006