基于体声波谐振器寄生模式的三维微阵列成型装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于体声波谐振器寄生模式的三维微阵列无模成型装置及成型方法。在压电基板上制作对称形的体声波谐振器，体声波谐振器固定于夹具上，在夹具的正上方装有荧光显微镜，把液体可固化材料放置于体声波谐振器正上方，且直接与体声波谐振器接触，超高频体声波在固液界面处产生强大的体积力，推动液体产生圆形波纹的三维表面形貌，接下来通过荧光显微镜汞灯激发的紫外光使其固化成型。本发明专利技术成型的微阵列结构间距大小为2

【技术实现步骤摘要】
基于体声波谐振器寄生模式的三维微阵列成型装置及方法


[0001]本专利技术涉及快速成形
的一种微阵列结构成形装置和方法，尤其涉及一种基于特超声体声波辅助三维微阵列结构成形制造装置及方法。

技术介绍

[0002]具有聚合物基底的微阵列结构和阵列被广泛应用于微流控芯片，微电极的制作和柔性传感等多个领域，微阵列结构和阵列的制作方法目前主要有光刻技术，3D打印技术，超精密微机械制造，纳米压印和超声驻波场辅助等技术。这些技术都存在的一定缺点，其中，光刻技术需要掩模版模具，工艺复杂繁琐，且生产效率不高。3D打印技术设备成本高，工时长，并且受限于材料，导致成本高却制造效率低。超精密微机械制造对设备要求较高，需要特殊的设备，成本高，费时。
[0003]纳米压印技术在工作过程中需要加热，材料的热膨胀导致了尺寸误差以及脱模的困难，并且接下来的刻蚀过程难以控制也是其的缺点之一。
[0004]基于超声驻波辅助制作微阵列结构的方式可以高效快速的实现微阵列结构的制作，并且在生产效率高，产生的微阵列结构可以调节。目前现有的超声驻波场辅助阵列式微阵列结构的成形方法中，一般是通过多个表面声波谐振器器件的相互配合，共同作用产生驻波场，配合紫外光固化产生微阵列结构。但是，驻波场激发的一维和二维微阵列结构相对简单，难以满足更为复杂的微阵列结构制造需要，特别是三维的微阵列结构。并且这些微阵列结构需要多个声表面波谐振器的共同配合，加工复杂。于此同时，由于声表面波插齿电极间距的加工限制，一般声表面波的谐振频率集中在百兆赫兹，所以形成微阵列的间距很难小于十微米。由于这些综上所述，现有技术中缺少了一种快速、简便、并且制造精度更高的三维微阵列结构成形区域的成型方法与装置。

技术实现思路

[0005]为解决现有微成型技术的缺陷和超声驻波场辅助的阵列式微阵列结构成形方法中存在的问题，本专利技术提出了一种基于体声波谐振器寄生模式的三维微阵列无模成型装置及成型方法，利用体声波谐振器寄生模式将液态材料向上推动以产生三维的微阵列结构并利用荧光显微镜紫外光照射来固化结构，对于圆形的体声波谐振器，能够产生高度从中心到两边依次递减的环状三维结构。图形化微阵列结构起伏的间隔和幅度都可以通过施加的功率和频率来调节。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一、一种基于体声波寄生模式的三维微阵列无模成型装置：
[0008]装置包括体声波谐振器、液态材料、支撑夹具、信号发生器、信号放大器、中央控制器和荧光显微镜；体声波谐振器通过支撑夹具布置在荧光显微镜的显微镜底座上，液态材料置于体声波谐振器表面，中央控制器的信号输出端依次经信号发生器、信号放大器后和体声波谐振器电连接，同时荧光显微镜的目镜上布置有CCD摄像头，CCD摄像头和中央控制
器连接。
[0009]所述的体声波谐振器为薄膜体声波谐振器或者固体装配型体声波谐振器。
[0010]所述的薄膜体声波谐振器包括底电极、压电层、顶电极和硅基底；硅基底中间设置空腔结构，空腔结构之上设置电极层，电极层横跨于空腔结构而布置于硅基底之上，电极层包括从下到上依次层叠布置的底电极、压电层和顶电极，底电极和顶电极分别连接到信号发生器，液态材料置于顶电极上。其中底电极、顶电极的构成为金属，包括但不限于铝、钼、金、铬、钛、铜等及其合金。压电层的构成材料为压电材料，包括但不限于氮化铝、锆钛酸铅、氧化锌等压电材料及其掺杂材料。空腔结构为牺牲工艺制造或由背面刻蚀技术加工而成。
[0011]所述的固体装配型体声波谐振器包括底电极、压电层、顶电极、硅基底和布拉格反射层，硅基底中间之上布置布拉格反射层，布拉格反射层上面从下到上依次层叠布置底电极、压电层、顶电极，底电极和顶电极分别连接到信号发生器，液态材料置于顶电极上。
[0012]其中底电极、顶电极的构成为金属，包括但不限于铝、钼、金、铬、钛、铜等及其合金。压电层的构成材料为压电材料，包括但不限于氮化铝、锆钛酸铅、氧化锌等压电材料及其掺杂材料。布拉格反射层频率与谐振器工作频率匹配，包括但不限于氮化铝/钼、氮化铝/二氧化硅、钼/二氧化硅等交替结构。
[0013]所述的荧光显微镜带有CCD摄像头，且光源为汞灯。
[0014]优选的，信号发生器与功率放大器的工作频率与体声波谐振器的工作频率相适配，信号发生器产生的频率准确性较高，功率放大器保证信号无失真等现象存在。
[0015]优选的，体声波谐振器的面积大小在10k左右，以获得最佳的阻抗匹配和器件工作效率。
[0016]优选的，所述的中央控制器采用电子计算机。
[0017]所述体声波谐振器为平面对称，用于增强寄生模式的产生。
[0018]所述的体声波谐振器产生不同频率的体声波来产生不同的寄生模式，进而使得液态材料产生不同的微阵列结构。
[0019]通过中央控制器控制信号发生器生成和寄生模式的谐振频率相同的工作频率的信号通过信号放大器放大施加激励到体声波谐振器向液态材料激发出体声波，使得液态材料产生带有三维波纹的微阵列结构。
[0020]同时通过中央控制器调整控制信号发生器生成与不同寄生模式的谐振频率相同的工作频率的信号通过信号放大器放大施加激励到体声波谐振器向液态材料激发出不同工作频率的体声波，进而调整液态材料所产生带有三维波纹的微阵列结构的形貌。
[0021]二、一种基于体声波寄生模式的三维微阵列无模成型方法：
[0022]1)通过网络分析仪测量出体声波谐振器的寄生模式的谐振频率；
[0023]2)把体声波谐振器的表面用等离子机进行亲水处理，使得体声波谐振器的表面黏附一层液态材料；
[0024]3)把体声波谐振器固定在水平平面的荧光显微镜的显微镜底座上面，将体声波谐振器依次经信号放大器和信号发生器后中央控制器相连接；
[0025]4)开启信号发生器，把信号发生器输出特超声射频电信号，特超声射频电信号的频率调节到与寄生模式的谐振频率相同，将特超声射频电信号通过信号放大器放大并且作用于特超声的体声波谐振器，体声波谐振器产生机械振动产生的兰姆波耦合进液态材料产
生体积力推动，形成带有三维波纹的微阵列结构；
[0026]5)通过与中央控制器相连的荧光显微镜上的CCD摄像头观察液态材料的形变，同时在中央控制器上调整体声波谐振器的工作频率和工作电压以改变液态材料微阵列结构的形貌；
[0027]6)转换荧光显微镜的紫外滤光片，利用荧光显微镜的紫外光对液态材料进行固化。
[0028]本专利技术在压电基板上制作圆形、方形及各种对称形的体声波谐振器，体声波谐振器固定于夹具上，在夹具的正上方装有荧光显微镜，用于观察和固化微阵列结构。把液体可固化材料放置于体声波谐振器正上方，且直接与体声波谐振器接触，超高频体声波在固液界面处产生强大的体积力，推动液体产生圆形波纹的三维表面形貌，接下来通过荧光显微镜汞灯激发的紫外光使其固化成型。
[0029]本专利技术驱动的各类对称形体声波谐振器的谐振频率为2Ghz以上，产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于体声波寄生模式的三维微阵列无模成型装置，其特征在于：包括体声波谐振器(1)、液态材料(2)、支撑夹具(3)、信号发生器(5)、信号放大器(4)、中央控制器(6)和荧光显微镜(7)；体声波谐振器(1)通过支撑夹具(3)布置在荧光显微镜(7)的显微镜底座上，液态材料(2)置于体声波谐振器(1)表面，中央控制器(6)的信号输出端依次经信号发生器(5)、信号放大器(4)后和体声波谐振器(1)电连接，同时荧光显微镜(7)的目镜上布置有CCD摄像头，CCD摄像头和中央控制器(6)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于体声波寄生模式的三维微阵列无模成型装置，其特征在于：所述的体声波谐振器(1)为薄膜体声波谐振器(40)或者固体装配型体声波谐振器(41)。3.根据权利要求2所述的一种基于体声波寄生模式的三维微阵列无模成型装置，其特征在于：所述的薄膜体声波谐振器(40)包括底电极(401)、压电层(402)、顶电极(403)和硅基底(404)；硅基底(404)中间设置空腔结构(405)，空腔结构(405)之上设置电极层，电极层横跨于空腔结构(405)而布置于硅基底(404)之上，电极层包括从下到上依次层叠布置的底电极(401)、压电层(402)和顶电极(403)，底电极(401)和顶电极(403)分别连接到信号发生器(5)，液态材料(2)置于顶电极(403)上。4.根据权利要求2所述的一种基于体声波寄生模式的三维微阵列无模成型装置，其特征在于：所述的固体装配型体声波谐振器(41)包括底电极(411)、压电层(412)、顶电极(413)、硅基底(414)和布拉格反射层(416)，硅基底(414)中间之上布置布拉格反射层(416)，布拉格反射层(416)上面从下到上依次层叠布置底电极(411)、压电层(412)、顶电极(413)，底电极(411)和顶电极(413)分别连接到信号发生器(5)，液态材料(2)置于顶电极(413)上。5.根据权利要求1所述的一种基于体声波寄生模式的三维微阵列无模成型装置，其特征在于：所述的荧光显微镜(7)带有CCD摄像头，且光源为汞灯。6.根据权利要求1所述的一种基于体声波寄生模式的三维微阵列无模成型装置，其特征在于：所述体声波谐振器(1)为平面对称，用于增强寄生模式的产生。7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：段学欣，魏巍，王昭勋，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：