应用于聚合物微器件联接的吸附式超声波工具头制造技术

一种应用于聚合物微器件联接的吸附式超声波焊接工具头，属于聚合物微器件的组装技术领域。其特征是该吸附式超声波焊接工具头，具有圆形超声波辐射面，在辐射面面设有待焊件的固定结构及真空吸附夹持结构，在工具头节点位置设有通气接口。本发明专利技术的效果和益处是经过结构动力学分析，该结构设计实现了对超声波换能器振动的幅度放大功能，辐射面振动均匀，保证了器件均匀焊接且焊缝整齐，可明显提高超声波焊接的加工质量。所述的通气接口位于工具头的节点位置，可避免超声波高频振动对其产生的影响本发明专利技术所涉及的超声波工具头对待联接器件具有夹持及固定结构，为聚合物微功能器件的自动化装配奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于聚合物微器件的组装
，涉及一种通过真空吸附及超声波塑料焊接技术对聚合物微器件进行定位放置及联接的装置，应用于聚合物微流控芯片上聚合物微流体器件的联接及封装。
技术介绍
随着聚合物材料在MEMS领域的应用，聚合物微功能器件的组装成为重要研究课题。传统的联接方法如热焊接、胶粘接等存在效率不高、强度低、长期稳定性差等缺陷；近年来得到研究的封接方法如红外焊接、激光焊接等存在着材料选择上的局限性。超声波焊接具有焊接强度高、效率高、局部受热、适用材料广泛等优点，可以克服其它技术与方法中存在的问题，解决聚合物微器件组装中的问题。超声波塑料焊接系统由超声换能器、超声波发生器、变幅杆、工具头等几个主要功能部件构成。现有超声波焊接系统工作频率在20-40kHz范围内，振幅大、功率高，并不适用于聚合物微器件的封接，而高频超声波焊接系统产生的振幅较小，将提高焊接精度，是解决聚合物微器件封接的最佳技术手段。目前超声波塑料焊接中多采用变幅杆和工具头耦合联接，如专利技术专利【谐振器、超声头和利用超声头的超声波焊接机。公开号：CN1783448A】，将超声波能量传递到工具头表面，但变幅杆与工具头的声阻抗相差较大，耦合系数小，降低了超声波的传输效率，将损失一部分超声波能量，而目前高频超声换能器又很难实现高功率，能量的损失将影响焊接质量。因此具有幅度放大功能的超声波工具-->头将会提高高频超声波能量的传输效率，将能量损失降低到最小。目前的超声波工具头均针对较大的聚合物器件，如使用新型专利【超声波焊接用模头。授权公告号：CN2571528】，并未考虑超声波焊接在聚合物微器件的组装领域应用时存在的问题，并不具有对零件的夹持及固定功能，不适用于微器件的联接。针对微器件的安装，精确位置是十分必要的，这就要求微器件在焊接前被定位安放，焊接过程中被稳定固紧，不发生任何微动。因此，具有夹持及固紧功能的超声波焊接工具头的设计将是解决聚合物微器件组装的重要环节。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种应用于聚合物微器件联接的吸附式超声波工具头。在微流控芯片工作过程中，保证液体注入过程的精确性和密封性，设计了微流体器件结构，本专利技术为该器件与微流控芯片应用超声波塑料焊接技术密封联接的专用超声波工具头。本专利技术的技术方案如下：本专利技术所设计的超声波工具头主要由固定结构、通气结构及通气接口构成，所述的固定结构为圆柱形结构，位于超声波辐射面的中心位置；该圆形固定结构直径尺寸与待联接的微流体器件间隙相配合，高度不超过导流孔深度；所述的吸附夹持结构为两条通气孔，通气孔对称分布于工具头主体轴线两侧，保证工具头振动平衡性；该两条通气孔的一端通至超声波辐射面与待联接器件相接触，从而对器件进行吸附夹持；另一端通至工具头节点位置，与通气接口相连接，通气接口与空气用管接头紧配合连接，外接套管连接到真空泵从而实现对聚合物微器件的真空吸附功能。本专利技术的效果和益处是经过结构动力学分析，该结构设计实现了对超声波换能器振动的幅度放大功能，辐射面振动均匀，保证了器件均匀焊接且焊缝整-->齐，可明显提高超声波焊接的加工质量。所述的通气接口位于工具头的节点位置，可避免超声波高频振动对其产生的影响。本专利技术所涉及的超声波工具头对待联接器件具有夹持及固定结构，为聚合物微功能器件的自动化装配奠定了基础。附图说明图1为本专利所述超声波工具头的立体图。图2为本专利所述超声波工具头的透视图。图3为本专利所述超声波工具头的剖面图。图中：1 超声波工具头主体；2 工具头与换能器连接螺纹孔；3 空气用管接头；4 节点；5 固定结构；6 通气孔；7 通气接口；8 气体流通路径；9 吸附夹持结构；10 辐射面。具体实施方式下面结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施例。在超声波工具头主体1顶部设有螺纹孔2，用于连接换能器；中部突出的位置4为节点位置，该位置理论振动幅度为零，用于将整个超声波工具头装夹固定，并以此位置对待联接器件施加焊接压力；在超声波工具头的末端为超声波辐射面10，整体结构的设计保证该面振幅分布均匀；此面上设有器件固定结构5及吸附夹持结构9，固定结构5位于超声波辐射面10的中心位置，吸附夹持结构9对称分布固定结构5两侧；在超声波工具头的节点4位置设有对称结构的通气接口7，该结构与通用的空气用管接头3作紧配合连接，空气用管接头3外侧套管与真空吸附装置相连接；两条以工具头轴线对称通气孔6将吸附夹持结构9与通气接口7连接，工作时气体流通状态如图3中虚线表示的气体流通路径8所示。-->使用时螺纹孔2与超声换能器固紧连接，行程控制单元装夹固紧节点4，真空吸附装置由两条气管连接至空气用管接头。-->本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于聚合物微器件联接的吸附式超声波焊接工具头，其特征在于：具有圆形超声波辐射面（１０），在辐射面（１０）设有待焊件的固定结构（５）及真空吸附夹持结构（９），在工具头节点（４）位置设有通气接口（７）。

【技术特征摘要】
1.一种应用于聚合物微器件联接的吸附式超声波焊接工具头，其特征在于：具有圆形超声波辐射面(10)，在辐射面(10)设有待焊件的固定结构(5)及真空吸附夹持结构(9)，在工具头节点(4)位置设有通气接口(7)。2.如权利要求1所述的应用于聚合物微器件联接的吸附式超声波焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓东，孙屹博，罗怡，乔鹏，王立鼎，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]