CN107042129A - 一种用于聚合物芯片的超声波精密焊接的压力自调平装置 - Google Patents

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李经民
刘冲
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Abstract

本发明提供一种用于聚合物芯片超声波精密焊接的压力自调平装置，属于微流控聚合物芯片产品制造技术领域。压力自调平装置包括夹具、上球面、底座、球面夹紧箍。夹具安装于上球面之上，上球面与底座形成可动球面接触，球面夹紧箍通过合页、搭扣与底座连接。本发明通过上球面与底座的自由球面接触，实现待焊接聚合物芯片与焊头的平行度和压力的自适应调整，确保焊头与芯片实现精密的平行；采用球面夹紧箍，实现对上球面的固定夹紧，保持焊接过程中聚合物芯片和焊头之间的相对位置。采用撬起推杆便于焊接后芯片的取出。本发明具有结构紧凑，自适应性高，焊接精度高、操作简便等优点，可显著提高生产效率。

Description

一种用于聚合物芯片的超声波精密焊接的压力自调平装置
技术领域
本发明涉及一种聚合物芯片的超声波精密焊接的压力自调平装置，属于微流控聚合物芯片产品制造技术领域。
技术背景
微流控芯片是微全分析系统的研究重点。随着聚合物材料的广泛应用，目前除了传统的硅和玻璃材料外，聚合物材料因其价格低廉、制作工艺简单、不易破碎、适合大批量生产等优点，已经成为制作微流控芯片的主要材料。
芯片的封装是聚合物芯片生产中的重要环节。常用的聚合物芯片封装方法主要有胶粘焊接、热焊接、等离子焊接等。这些方法存在不同程度的缺陷。2006年Truckenmüller对微流控芯片、微单向阀以及微泵等进行了超声波焊接实验，验证了超声波焊接的可行性。在聚合物芯片的封装领域，超声波焊接具有焊接时间短、焊接强度高、生物兼容性好、不需要外部热源的独特优势。这些优势，使得超声波焊接具有广阔的应用前景。但是，超声波焊接中仍然存在制约其应用的瓶颈，其中最为突出的就是，焊接压头难以与芯片焊接面平行。这种不平行将会在聚合物芯片焊接时，造成压力和超声能量的分布不均，产生焊接过度和焊接不足，影响芯片产品的结果。另一方面，为了芯片的夹紧，芯片通常嵌在槽内，造成焊接后的芯片难以取出，降低芯片制作的效率。
为了解决区域焊接不均匀的问题，必须设法提高焊接压头与聚合物芯片的平行度。在焊接过程中，焊接压头与芯片的上表面紧密接触，并发生高频振动，在压力和高频振动的双重作用下，芯片内部的焊接筋发生融化并流延。若压头与芯片平行度较差，就会导致压力和超声能量的分布不均，从而使得芯片部分区域焊接过度，造成堵塞微通道；而压力和超声能量较小的区域，就会造成焊接不足，导致焊接强度降低，造成密封不足甚至漏液。目前，压力均匀性调整分为主动式和被动式两种方法，主动式调整是通过实时监测焊头与焊接面的位置关系，主动进行自我调节，这种方法需要的设备操作复杂、成本高；而传统的被动式调节，主要依靠采用柔性体、垫块、塞尺的方法。在依靠柔性体的调节装置时，焊接的高频振动极容易造成柔性体的颤动，无法从根本上使压力均匀。而垫块、塞尺手工调节，效率低，不适用于大批量生产。
因此，设计一种简单有效的，可随压力调平的，且能够用于聚合物芯片批量化生产的设备，对于聚合物芯片的产业化发展意义较大。
发明内容
本发明的目的是解决聚合物芯片大规模生产过程中，焊接接头与芯片焊接面不平行以及焊接后芯片的难以取出的问题。
本发明的技术方案：
一种用于聚合物芯片超声波精密焊接的压力自调平装置，包括夹具、上球面、底座和球面夹紧箍，球体直径相同的上球面和底座形成球面副，保证上球面可在底座内自由转动。在上球面平面与夹具上设置有螺纹孔，通过两个螺栓进行紧固连接。球面夹紧箍通过合页和锁扣固定在底座上，用于夹紧固定上球面。
本发明在使用前，需进行夹具的调平，将球面夹紧箍绕合页打开，下降焊接压头并作用在夹具内的聚合物芯片上，压力作用下，使上球面转动，夹具的芯片卡槽内的聚合物芯片与焊接压头共面，压紧锁扣，使球面夹紧箍紧固上球面，抬起焊接压头，完成夹具的调平工作。
在后续的超声焊接，球面夹紧箍始终紧固上球面，使得在整个超声过程中夹具上的聚合物芯片与焊接压头始终平行，保证焊接。
本发明的有益效果：本发明具有结构紧凑，自适应性高，焊接精度高、操作简便等优点，可显著提高生产效率。
附图说明
图1是本发明整体的结构视图。
图2是夹具的装配视图。
图3是底座与球面夹紧箍、上球面的装配视图。
图4是底座的结构视图。
图5是球面夹紧箍的结构视图。
图6是撬起推杆的结构视图。
图中：1夹具；2上球面；3球面夹紧箍；4底座；101撬起推杆；102沉头孔；103芯片卡槽；104滑道凹槽；105压板；201沉头螺纹孔；301搭扣；302合页；303缝隙；401～404沉头孔。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例
一种用于聚合物芯片超声波精密焊接的压力自调平装置，包括夹具1、上球面2、球面夹紧箍3和底座4；
所述的夹具1安装在上球面2上，包括撬起推杆101、沉头螺纹孔102、芯片卡槽103、滑道凹槽104和压板105；撬起推杆101置于滑道凹槽104中，其在滑道凹槽104滑动，实现将芯片撬起；压板105通过螺栓固定在夹具1上，防止撬起推杆101脱落；
所述的上球面2通过沉头螺纹孔102固定在夹具1的下表面，确保芯片在上球面2中心；
所述的上球面2的球径、球面夹紧箍3形成的内球径和底座4形成的内球径均为相等的部分球面，球面直径为30～500mm；上球面2的高度高于下球面底座4的厚度，既保证球面转动的灵活性，又提高装置的紧凑性；
所述的底座4为形成有内球面的凸台结构，凸台部分与球面夹紧箍3配合夹紧上球面2，通过合页302连接；
当焊接压头下压时，上球面2转动至夹具1与焊接压头面完全接触，并通过搭扣301和合页302完成对上球面2的夹紧固定，保证在超声波焊接的过程中固定不动。
合页302分别通过螺栓固定在球面夹紧箍3和底座4上，使球面夹紧箍3便于开合，并可通过搭扣301固定上球面2。为保证夹紧充分，在安装时，球面夹紧箍3与底座4留有一定的缝隙303。
搭扣301打开时，上球面2在底座4中自由转动。当搭扣301闭合时，上球面2被紧密固定，无法转动。
底座4设有四个沉头孔401～404，通过螺栓固定在焊接机工作台上。
具体操作过程如下：
将底座4通过螺栓连接在超声波塑料焊接机的底座，并通过合页302和搭扣301连接好球面夹紧箍3，安装时，球面夹紧箍3与底座4留有一定的缝隙303，以确保夹紧充分。将上球面2与夹具1通过螺栓连接。将上球面2安装在底座4上，形成自由转动的球面接触。
在超声波焊接之前，只需进行一次调平：首先，打开球面夹紧箍3，超声波焊接压头逐渐下降，接触芯片卡槽103内的芯片，在压力作用下，上球面2转动，使夹具1内芯片与压头平行；
其次，保持压头位置不动，锁紧搭扣301使球面夹紧箍3固定上球面2，抬起压头，完成调平工作；在后续的超声波焊接中，无需进行调平，焊接完成轻推撬起推杆101，即可取出聚合物芯片。

Claims (1)

1.一种用于聚合物芯片超声波精密焊接的压力自调平装置，其特征在于，所述的压力自调平装置包括夹具(1)、上球面(2)、球面夹紧箍(3)和底座(4)；
所述的夹具(1)安装在上球面(2)上，包括撬起推杆(101)、沉头螺纹孔(102)、芯片卡槽(103)、滑道凹槽(104)和压板(105)；撬起推杆(101)置于滑道凹槽(104)中，其在滑道凹槽(104)滑动，实现将芯片撬起；压板(105)通过螺栓固定在夹具(1)上，防止撬起推杆(101)脱落；
所述的上球面(2)通过沉头螺纹孔(102)与夹具(1)的下表面接触固定，确保芯片在上球面(2)中心；
所述的上球面(2)的球径、球面夹紧箍(3)形成的内球径和底座(4)形成的内球径均为相等的部分球面，球面直径为30～500mm；上球面(2)的高度高于下球面底座(4)的厚度，既保证球面转动的灵活性，又提高装置的紧凑性；
所述的底座(4)为形成有内球面的凸台结构，凸台部分与球面夹紧箍(3)配合夹紧上球面(2)，通过合页(302)连接；
当焊接压头下压时，上球面(2)转动至夹具(1)与焊接压头面完全接触，并通过搭扣(301)和合页(302)完成对上球面(2)的夹紧固定，保证在超声波焊接的过程中固定不动。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4681137A (en) * 1981-07-08 1987-07-21 Accuratio System Inc. Reaction injection molding pressure developing and balancing circuit
CN2140274Y (zh) * 1992-08-29 1993-08-18 北京市印刷技术研究所 模切机调平装置
CN1840309A (zh) * 2005-03-31 2006-10-04 大连理工大学 一种精密调平装置
CN104985807A (zh) * 2015-06-19 2015-10-21 大连理工大学 一种用于poct芯片产品精密超声波焊接的压力自适应装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4681137A (en) * 1981-07-08 1987-07-21 Accuratio System Inc. Reaction injection molding pressure developing and balancing circuit
CN2140274Y (zh) * 1992-08-29 1993-08-18 北京市印刷技术研究所 模切机调平装置
CN1840309A (zh) * 2005-03-31 2006-10-04 大连理工大学 一种精密调平装置
CN104985807A (zh) * 2015-06-19 2015-10-21 大连理工大学 一种用于poct芯片产品精密超声波焊接的压力自适应装置

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