CN104985807A - 一种用于poct芯片产品精密超声波焊接的压力自适应装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于POCT芯片产品精密超声波焊接的压力自适应装置，包括夹具主体、弹性体和底板，夹具主体和弹性体安装于底板之上，弹性体安装于夹具主体和底板之间，并与夹具主体和底板相接触。夹具主体还包括POCT芯片的定位和夹紧机构。本发明通过弹性体的弹性变形实现待焊接POCT芯片与焊头的平行度和压力的自适应调整，确保焊接过程中焊头与POCT芯片的平行和压力均匀；采用双顶柱、压板和锁紧螺栓实现POCT芯片的定位和夹紧，可通过调整顶柱和压板位置适应不同尺寸芯片的定位要求，保持焊接过程中POCT芯片和焊头之间的相对位置。本发明具有结构简单紧凑、自适应性高、焊接精度高、调整方便、适用性广泛和成本低等优点，能够有效提高生产效率。

Description

一种用于POCT芯片产品精密超声波焊接的压力自适应装置

技术领域

本发明涉及一种医用POCT芯片产品超声波精密焊接的压力自适应装置，属于医用聚合物POCT芯片产品制造技术领域。

背景技术

POCT(Point of Care Testing)即时检测是检验医学发展的新技术，于1995年美国临床化学协会(AACC)年会会展而兴起。POCT即时检测是指临近患者床边进行的一种快速检测技术，检测也可以在病床、病房或传统中心实验室之外的地方进行。POCT优势显著，与传统中心实验室检测过程相比，具有操作简单、标本用量少、可使用全血标本、标本检验周转期(Turn Around Time，TAT)短和结果报告即时化等特点，为临床急病患者的诊断和治疗提供了有利的条件。POCT疾病标志物检测对重大疾病的早期诊断和早期治疗具有十分重要的意义。疾病标志物是指由细胞分泌释放入血液，可通过化学免疫技术进行定量检测，进而作为诊断疾病的依据性物质。疾病标志物诊断建议检查周期应小于60min，而使用POCT免疫检测可将检测时间缩短到20min以内。POCT芯片产品可有效缩短检查周期以及提高疾病检查的准确度。

超声波焊接具有焊接时间短、强度高、操作简单、无需引入助焊剂等优点，在塑料薄膜及复合材料封口、电子元器件封装等领域显示出了优良的技术优势和广阔的发展前景。但是，将超声波焊接应用于POCT芯片封合时，仍存在一些问题。其中，不同区域导能筋熔接量不一致、芯片夹持能力差是最需解决的问题。不同区域导能筋熔接量不一致会造成焊接后的POCT芯片流体通道深度不均一，芯片产品检测结果的变异性高、无法定量。芯片夹持能力差会造成芯片表面损伤和边缘破损，芯片产品荧光检测不稳定。

要解决不同区域导能筋熔接量不一致的问题，就必须保证焊接过程中POCT芯片焊接表面的压力分布的均匀性。焊接过程中，POCT芯片上表面与焊机的焊头紧密的贴合在一起，并作高频振动。由于POCT芯片内部结构微小，对压力较为敏感，因此，POCT焊接表面的压力不均匀会显著的影响芯片的焊接质量。压力较小会导致焊接不足，导能筋熔化量较小，微通道的高度会高于其他位置，影响后续的检测结果；同时，焊接强度较低，容易开焊破裂。压力较大会导致过焊，导能筋熔化量较大，容易阻塞微沟道，通道高度较小于其他位置，影响检测结果；同时，过大的焊接压力，会使芯片内应力过大，容易损坏芯片。目前，压力均匀性调整分为有主动式和被动式两种方法。主动式是通过实时监测焊头和POCT芯片的接触压力和不平行度，并根据测量结果，主动的给予调整，使接触压力更加均匀。主动式具有调整精度较高的优点，但是设备成本较高，操作复杂。被动式也称为自适应调整，是充分发挥材料本身的弹性与柔性优势，使焊头与被焊接POCT芯片之间的压力均匀程度位于可接受范围内，具有结构紧凑、操作简单和成本低的优点。目前常用的自适应调整主要有：柔性铰链、半圆接触浮动头、锲行垫块等。

要解决芯片夹持能力差的问题，需要保证装置对POCT芯片定位准确、夹紧可靠，并可以根据芯片产品尺寸进行夹持调整。超声波焊接是一个动态的过程。在此过程中，焊头会以20KHz甚至更高的频率振动，周期性的压迫和释放被焊接芯片，如果不固定芯片的位置，那么芯片会被移动或者弹出，从而损伤芯片表面形貌和微结构，影响生产质量和检测结果。目前，POCT芯片的常用夹持方法主要是相反结构限位法，也就是根据POCT芯片底部的结构，在夹具上加工出与之相反的结构，依靠突起或者凹陷结构限制芯片的位置。这种方法只能适用于一种特定尺寸的POCT芯片，不能适应尺寸大小不同的芯片，而且定位精度低，容易晃动。特别是对于需要同时限制POCT基片和盖片位置的情况，这种夹持方法很难做到同时固定基片和盖片。因此，发明一种夹持能力强，且适应性广的装置，是很有必要的。

技术方案

本发明的目的就是解决在大规模生产过程中超声波焊头与POCT芯片之间的不平行、压力不均匀的问题，以及对POCT芯片夹持能力差、适用性局限的问题。

本发明旨在解决上述问题，提供了一种用于POCT芯片产品精密超声波焊接的压力自适应装置，主要由夹具主体、弹性体和底板构成，其特征在于：

夹具主体和弹性体安装在底板之上；弹性体安装在夹具主体和底板之间，并与夹具主体和底板相接触。

弹性体可以为气囊、高弹橡胶、硅橡胶、弹簧。弹性体安装在底板的四个角。并通过胶粘的方法固定在底板四个角的凹槽上。弹性体与夹具主体相接触，且底板与夹具主体之间无预紧力。

夹具主体和底板上设置有螺纹孔和沉头孔，通过两个螺栓保持夹具主体与底板的位置姿态。

底板中间部位设有四个沉头孔，通过四个螺栓使底板固定在焊机的焊台上。

焊接过程中，当POCT芯片与超声波焊头压力不均匀时，弹性体会相应的变形，通过弹性体的弹性形变来自动调整夹具主体的空间位置姿态，从而使超声波焊头和POCT芯片保持平行和压力均匀。提高POCT芯片的超声波焊接精度和质量。

夹具主体采用轻质高强度的金属材料，可以为铝合金、钛和镍。减小夹具主体自重给压力自适应调整带来的影响。

夹具主体中还包括POCT芯片定位和夹紧机构，其特征在于：

夹具主体中设有梯形凹槽、圆形凹槽、滑道凹槽和两个定位沉头孔。可适用于特定形状尺寸的POCT芯片定位。

夹具主体中还设有下定位板、左定位板、基片顶柱、盖片顶柱、右顶柱(107)、压板。用于实现对不同形状尺寸芯片的定位。

锁紧螺柱实现对定位后的芯片提供锁紧力，保证在焊接过程中芯片的位置固定不变

盖片顶柱头部设计成鸭舌结构，用于实现对双层芯片的盖片的定位，而不会干涉基片的定位。

右顶柱头部设计成双头突出的结构，用于实现芯片的右侧定位，并防止芯片的移动。

本发明夹持能力强，适用范围广，既可用于单层POCT芯片焊接，也可以用于双层POCT芯片焊接，并且夹紧可靠。本发明在夹具底板上表面设计了梯形凹槽和圆形凹槽，用于实现与各个顶柱和压板的配合，达到最佳的定位效果。当应用于单层芯片的焊接时，基片顶柱和右顶柱实现芯片的定位，锁紧螺栓实现夹紧力的锁紧。当应用于双层芯片的焊接时，基片顶柱和右顶柱实现下层芯片的定位，盖片顶柱、右顶柱、定位板和左定位板实现上层芯片的定位，锁紧螺栓实现夹紧力的锁紧。

本发明把压力自适应调整和POCT芯片夹持有效的结合起来，具有结构紧凑、自适应调整、操作简单、适用性广和成本低的优点，能够有效地提高POCT芯片的超声波焊接质量，适用于大批量生产。

附图说明

图1是本发明整体的结构视图。

图2是本发明底板和弹性体的装配视图。

图3是夹具主体结构视图。

图4是夹具主体底板结构视图。

图5是基片顶柱结构视图。

图6是盖片顶柱结构视图。

图7是右顶柱结构视图。

图8是定位板结构视图。

图9是左定位板结构视图。

图10是压板结构视图。

图11是压板结构视图。

图中：1夹具主体；101定位挡板；102左定位挡板；103基片顶柱；104基片顶柱；105盖片顶柱；106盖片顶柱；107右顶柱；108压板；109压板；110锁紧螺栓；111锁紧螺栓；112梯形凹槽；113圆形凹槽；114滑道凹槽；2弹性体；3底板；301～304凹槽；305～308沉头孔；309～312内六角螺柱；313～314定位螺纹孔。

具体实施方式

下面，结合附图和发明人依本发明的技术方案给出的实施例对本发明的具体实施方式进行说明：

实施例

一种用于POCT芯片精密超声波焊接的压力自适应装置，其特征是，它包括：夹具主体1、弹性体2和底板3，其中，夹具主体1和弹性体2安装在底板3之上；弹性体2安装在夹具主体1和底板3之间，并与夹具主体1和底板3相接触，如图1和图2所示，其中，底板3的四个角的位置开有安装弹性体2的四个凹槽301～304，采用胶粘的方式连接所述的四个凹槽301～304和所述四个弹性体201～204。

底板3设有四个沉头孔305～308，通过四个螺柱309～312实现所述底板3与焊机底座的固定连接。

底板3还设有螺纹孔313和314，夹具主体1通过螺柱实现与所述底板3的连接，弹性体2与夹具主体1之间没有预紧力，且只是接触，没有固定在所述的夹具主体1上。

夹具主体1还包括下定位板101、左定位板102、基片顶柱103和104、盖片顶柱105和106、右顶柱107、压板108和109和锁紧螺柱110和111。

夹具主体1还设有梯形凹槽112、圆形凹槽113、滑道凹槽114和两个定位沉头孔115和116。

基片顶柱103和104，尾部设有翘起的结构；盖片顶柱105和106，尾部设有翘起的结构，头部设有鸭舌结构；右顶柱107尾部设有翘起的结构，头部设有双头突出的结构；基片顶柱103和104、盖片顶柱105和106和右顶柱107全部采用螺栓锁紧。

本发明的工作原理为：首先通过盖片顶柱105和106、基片顶柱103和104、右顶柱107、压板108和109和锁紧螺柱110和111实现对POCT芯片的完全定位和夹紧，再通过弹性体2的弹性形变，实现超声波焊头与POCT芯片的平行自适应调整和压力均匀，从而保证在焊接过程中POCT芯片位置固定，焊接压力均匀，提高芯片制造质量。

具体操作过程如下：

通过四个沉头孔305～308和四个螺柱309～312将底板3固定到超声波塑料焊接机的焊台上。粘接四个弹性体2于底板3的四个凹槽301～304中，放置夹具主体1于弹性体2之上，并对准沉头孔115和116与底板3上的螺纹孔313和314的位置，用螺栓定位夹具主体1和底板3，并使弹性体2刚好不受到预紧力。从而完成压力自适应夹具的安装。

将芯片放置到盖片顶柱105和106、基片顶柱103和104、右顶柱107、压板108和109之间，并用适当的力量推紧各个顶柱，使各个顶柱接触到芯片边缘，完成POCT芯片的定位，锁紧各个锁紧螺柱完成POCT芯片的夹紧。

调整超声波塑料焊接机的焊头摆动，使其与POCT芯片大体上平行，至此，调整结束，即可进行POCT芯片的焊接。

Claims (3)

1.一种用于POCT芯片产品精密超声波焊接的压力自适应装置，包括：夹具主体(1)、弹性体(2)和底板(3)；其特征是：

夹具主体(1)和弹性体(2)安装在底板(3)之上，弹性体(2)安装在夹具主体(1)和底板(3)之间，并与夹具主体(1)和底板(3)相接触；

夹具主体(1)通过定位沉头孔(115和116)实现与底板(3)上的螺纹孔(313和314)的连接，弹性体(2)安装于夹具主体(1)之下，且与所述的夹具主体(1)之间没有预紧力；

底板(3)的四个角的位置开有安装弹性体(2)的四个凹槽(301～304)，采用胶粘的方式连接四个凹槽(301～304)和四个弹性体(201～204)；

底板(3)设有四个沉头孔(305～308)，通过四个螺柱(309～312)实现底板(3)与焊机底座的固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于POCT芯片产品精密超声波焊接的压力自适应装置，夹具主体(1)包括下定位板(101)、左定位板(102)、基片顶柱(103和104)、盖片顶柱(105和106)、右顶柱(107)、压板(108和109)、锁紧螺柱(110和111)、梯形凹槽(112)、圆形凹槽(113)、滑道凹槽(114)和两个定位沉头孔(115和116)；其特征是：

位于主体(1)上的基片顶柱(103和104)尾部设有翘起的结构(117)；

位于主体(1)上的盖片顶柱(105和106)尾部设有翘起的结构(117)，头部设有鸭舌结构(118)；

位于主体(1)上的右顶柱(107)尾部设有翘起的结构(117)，头部设有双头突出的结构(119)；

压板(108和109)通过螺栓固定到主体(1)之上，并与顶柱(103、104、105、106、107)间隙配合；

基片顶柱(103和104)、盖片顶柱(105和106)和右顶柱(107)全部采用螺栓(110和111)锁紧；

下定位板(101)和左定位板(102)采用螺栓固定的方法固定于主体(1)之上。

3.如权利要求1或2所述的一种用于POCT芯片产品精密超声波焊接的压力自适应装置，其特征是：夹具主体(1)采用轻质高强度的不锈钢、硬铝材料；弹性体(2)采用弹性材料，弹性材料为气囊、高弹橡胶、硅橡胶、弹簧。