[发明专利]一种基于超声波焊接技术的管道成型及芯片封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于超声波焊接技术的管道成型及芯片封装方法，属于超声波焊接领域。

背景技术

微流控芯片在科研、临床及工业生产等领域正在得到越来越广泛的关注和应用，其工业化生产技术也得到了一定的发展。由于加工技术的限制及应用场合的需求，微流控芯片最常使用的材质是高分子聚合物比如PMMA、PC、PP、PDMS等，有时也会用到玻璃、硅、金属等材料。无论使用哪些材质，都涉及到微管道成型及封装的问题，需要有合适的管道成型及芯片封装方法和技术。常用的聚合物材料芯片封装方法主要有：粘接、热压、激光焊接、化学修饰键合等方式。但上述这些方法都存在不同程度的缺陷，例如：粘接键合法需要在封接面引入溶剂或胶水，而溶剂、胶水等物质的引入不仅使工艺流程变得繁琐，而且非常容易造成溶剂、胶水流淌至表面，影响美观，而且胶粘法封装的塑料件对使用温度范围有着严格的要求，一般不能耐受较高的温度；热压键合法操作简单，但一般需要较高的键合温度和较长的键合时间，因此，生产效率偏低，无法满足工业生产的需要，而且对于薄壁外壳的塑料件，热压封装工艺极易表面塌陷；激光焊接键合法虽然效率较高，但对于透明材质的聚合物封装存在一定困难；化学修饰键合是在热压键合法基础上改进而来的，通过化学修饰改变键合面表面官能团，然后再通过热压键合技术实现封装，但此种方法工艺复杂、效率低下，无法满足大规模生产的需要。

基于上述问题，人们研发出了通过超声波进行聚合物封装的方法，该方法是通过焊头将高频机械振动传递至热塑性材料的接触面，以每秒几万次的高频进行振动，这种达到一定振幅的高频振动将超声能量传送到需要焊接的导能筋位置，由于焊接交界面处声阻大、塑料导热性差，因此会产生局部高温，局部高温没能及时散发，聚集在焊区的高温将导能筋迅速融化，在一定压力下持续几秒钟即可实现聚合物封装。如图11、图12所示,现有的一种芯片产品超声波焊接的接头结构，具有管道高度控制精度高的优点，但液体会渗入并留在焊接槽7中，形成死体积9导致液体残留，特别是需要多种液体依次通过时，死体积造成的液体残留会直接影响实际应用，因此不适用于焊接后要求防水密封的产品。虽然超声波焊接封装具有操作简单，效率高、强度高和密封性好等优点，但是由于需要封装的装置本身的结构和材料限制，使得在封装过程中，导能筋融化后焊接溢料方向不可控，溢料有可能会淤在焊接连接处，影响塑料件美观，甚至存在堵塞功能区域的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种成型管道无死体积且两基片塑件焊接成的芯片密封性好的基于超声波焊接技术的管道成型及芯片封装方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于超声波焊接技术的管道成型及芯片封装方法，其包括以下步骤：

1)在两个待加工的塑件相对的面上设置至少两个导能筋，各所述导能筋位于同一个所述塑件上或分布于两个所述塑件上；

2)将两个所述塑件靠拢，使任一所述塑件上的所述导能筋的焊接端均与另一个所述塑件接触；

3)将两个所述塑件固定在超声波焊接装置的焊接台上，并保持步骤2)中的相对位置关系；

4)启动所述超声波焊接装置，使各所述导能筋的所述焊接端熔化，每两个所述导能筋及所述塑件间相对的所述面合围成管道，且各所述导能筋形成所述管道的侧壁，同时两个所述塑件焊接在一起完成芯片封装。

所述步骤1)所取的两个所述塑件上相对的所述面均为平面。

当各所述导能筋位于同一所述塑件上时，在另一所述塑件上相对的所述面上设置有一个凹槽，在所述步骤2)中，各所述导能筋的所述焊接端与另一所述塑件的所述凹槽的底部接触。

当各所述导能筋分布于两个所述塑件上时，在所述步骤2)中，两个所述塑件靠拢后位于不同所述塑件上的所述导能筋呈交替排布且每一所述导能筋的所述焊接端与相对的所述塑件接触。

所述导能筋的焊接端为矩形或半球形。

所述导能筋的焊接端为尖角结构。

所述尖角结构由两个倾斜面相交而成。

所述尖角结构由一个倾斜面与所述导能筋的内侧面相交而成，所述倾斜面的法线方向朝外。