一種用于poct芯片產(chǎn)品超聲波焊接的流延控制及止焊控制的接頭結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于POCT芯片產(chǎn)品超聲波焊接的流延控制及止焊控制的接頭結(jié)構(gòu)，屬于醫(yī)用聚合物POCT芯片產(chǎn)品制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，醫(yī)學(xué)檢驗工作正走向簡便、即時化階段。P0CT(PointCare of Testing)是指由醫(yī)院專業(yè)人士或非專業(yè)人員在傳統(tǒng)的檢驗中心以外進行的檢測，也稱為床邊檢測。POCT具有快速獲取檢測結(jié)果、使用全血標(biāo)本、標(biāo)本用量少、標(biāo)本周轉(zhuǎn)時間短、儀器小型化、結(jié)果報告即時化的特點。POCT技術(shù)的應(yīng)用簡化了傳統(tǒng)疾病的檢測方法，取代了需要較高維護成本的檢測設(shè)備，從最初的血糖、妊娠檢測擴展到現(xiàn)在的心肌損傷、癌癥檢測、病毒檢測和藥物濃度監(jiān)測。近些年來，聚合物POCT芯片已經(jīng)從實驗階段慢慢走向產(chǎn)業(yè)化，但POCT芯片的封合技術(shù)一直是批量化生產(chǎn)的瓶頸問題，不僅要求封合強度高、速度快、成本低，還要求不易堵塞微溝道、封合均勻、操作簡單。因此，發(fā)展低成本、高效率、高可靠性和操作簡單的封裝技術(shù)已成為POCT芯片產(chǎn)品實用化和產(chǎn)業(yè)化的當(dāng)務(wù)之急。
[0003]目前，常用的POCT芯片封合方法主要有:膠粘接、溶劑粘接、直接熱鍵和、等離子體輔助鍵合、激光焊接鍵合等。這些方法都不同程度的存在自身的缺陷，其中，膠粘接和溶劑粘接需要引入間質(zhì)來實現(xiàn)芯片的封合，間質(zhì)不僅會容易堵塞微溝道，而且加重了工藝復(fù)雜度；直接熱鍵和需要較高的鍵合溫度和較長的鍵合時間，因此，生產(chǎn)效率較低；等離子體輔助鍵和是改進的直接熱鍵和方法，通過等離子處理改變材料的表面性質(zhì)，在通過熱鍵和實現(xiàn)芯片的封合，生產(chǎn)效率較低，工藝復(fù)雜；激光焊接鍵合雖然效率高，但是設(shè)備成本高，在材料選擇上也存在局限性。
[0004]超聲波焊接是通過焊頭的高頻機械振動，使待焊接材料界面間不斷摩擦、壓迫和釋放，再通過芯片上設(shè)置的突起的導(dǎo)能結(jié)構(gòu)(導(dǎo)能筋)，實現(xiàn)焊接過程中的能量集中，局部產(chǎn)熱，使導(dǎo)能筋恪化，實現(xiàn)芯片封合的過程。2006年，Truckenmueller等對微單向閥以及盤形微瓣膜泵等特征尺寸為500 μm的微器件進行了超聲波鍵合試驗。該實驗驗證了利用超聲波進行聚合物微器件封裝的可行性。超聲波焊接具有效率高、強度高、操作簡單、無需間質(zhì)等優(yōu)點，所以，超聲波焊接技術(shù)可以較大的提高生產(chǎn)效率、降低工藝復(fù)雜程度和減輕成本，使POCT芯片的批量化、產(chǎn)業(yè)化成為可能。
[0005]因為POCT芯片集成度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通道細(xì)微。所以，焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個非常重要的環(huán)節(jié)，如果接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，會產(chǎn)生許多弊端，具體表現(xiàn)為:
[0006]I)焊接過程中對熔化的聚合物控制能力差，在壓力和高頻振動下，熔化的聚合物流延鋪展，很容易堵塞微溝道。
[0007]2)焊接深度控制能力差，焊接后通道高度不均勻，影響流體在微溝道內(nèi)的流動方式，造成后續(xù)的醫(yī)學(xué)檢測精度。
[0008]3)接頭結(jié)構(gòu)對焊接參數(shù)較敏感，芯片間焊接一致性差，檢測結(jié)果偏差較大，影響后續(xù)醫(yī)學(xué)檢測的穩(wěn)定性，使定量分析較困難。
[0009]4)焊接產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力過大，運輸和使用過程中容易開焊和破裂。
[0010]目前的超聲波焊接接頭結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于宏觀塑料器件的焊接，對具有大量微結(jié)構(gòu)陣列的POCT芯片進行超聲波焊接仍有許多局限，具體表現(xiàn)為:
[0011]I)較難制作出類似于宏觀器件的復(fù)雜接頭結(jié)構(gòu)。微結(jié)構(gòu)主要是具有一定高度的二維結(jié)構(gòu)，其制作工藝與宏觀器件的制造方法有很大不同，較難制造出復(fù)雜的三維接頭結(jié)構(gòu)，如榫舌式、階梯式、互鎖式等。
[0012]2)對焊接精度要求較高，宏觀器件的接頭結(jié)構(gòu)較難滿足其精度要求。POCT芯片內(nèi)部微結(jié)構(gòu)尺寸在微米級，對焊接精度有較高的要求。宏觀器件的尺寸一般幾個毫米以上，焊接精度偏差較大，不滿足POCT芯片的要求。
[0013]3)現(xiàn)有接頭結(jié)構(gòu)的流延控制能力較差，焊接過程中熔化的聚合物流延鋪展會阻塞微通道，影響檢測結(jié)果和精度。
[0014]4)現(xiàn)有接頭結(jié)構(gòu)止焊控制能力較差，焊接過程中較難實現(xiàn)微通道的高度均一，對后續(xù)的檢測結(jié)果會產(chǎn)生較大的影響。
[0015]因此，設(shè)計一種適用于POCT芯片產(chǎn)品超聲波焊接的，且能夠流延控制及止焊控制的接頭結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)POCT產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于POCT芯片產(chǎn)品超聲波焊接的接頭結(jié)構(gòu)，用于控制熔化聚合物的流延和控制焊接停止，以保證微溝道不被阻塞以及微溝道的高度準(zhǔn)確。本發(fā)明由導(dǎo)能筋、微溝道、阻流臺、熔接池和止焊臺組成；其特征在于:
[0017]導(dǎo)能筋分布于微溝道兩側(cè)；
[0018]導(dǎo)能筋寬度為30?200 μ m，高度為30?150 μ m ;
[0019]導(dǎo)能筋末端形狀可為矩形、三角形或半圓形。
[0020]微溝道寬度彡30 μπι，深度為彡5 μπι ;
[0021]阻流臺位于熔接池和微溝道之間；
[0022]阻流臺上表面與止焊臺上表面平齊，寬度為50?300 μ m ;
[0023]熔接池深度應(yīng)保證小于導(dǎo)能筋的高度5?30 μm，寬度100?300 ym ;
[0024]止焊臺寬度彡1mm，且位于微溝道兩側(cè)。
[0025]導(dǎo)能筋與阻流臺之間應(yīng)留有10?50 μ m的間隙；
[0026]導(dǎo)能筋設(shè)置于蓋片上，微溝道、阻流臺、熔接池、止焊臺設(shè)置于基片上；
[0027]通過導(dǎo)能筋與熔接池的配合，實現(xiàn)蓋片與基片之間的對準(zhǔn)。
[0028]本結(jié)構(gòu)既可以采用注塑成型方法制作，也可以采用熱壓成型方法制作。在超聲波焊接過程中，大部分焊接能量會在導(dǎo)能筋附近聚集，當(dāng)能量超過一定值，導(dǎo)能筋就會先熔化，由于熔接池的存在，會使融化的聚合物被存儲在熔接池中，從而阻斷熔化聚合物的流延，實現(xiàn)流延阻斷控制技術(shù)，避免阻塞微溝道。隨著導(dǎo)能筋的繼續(xù)熔化，蓋片與止焊臺的間隙也在慢慢變小，當(dāng)導(dǎo)能筋熔化到一定程度，蓋片的下表面就會接觸基片的止焊臺，因為止焊臺面積較大，會吸收較大高頻振動能量，但此能量仍然不足以熔化止焊臺，導(dǎo)能筋停止吸收能量，停止熔接，因此通道高度就會得以保證，實現(xiàn)熱聚集與熱耗散均衡化的止焊控制技術(shù)。
[0029]本發(fā)明的有益效果在于除了能夠保證POCT芯片微溝道不被阻塞之外，還能保證微溝道的高度準(zhǔn)確。解決了易阻塞微溝道和微溝道焊接精度差的問題。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)視圖。
[0031]圖2是本發(fā)明矩形導(dǎo)能筋結(jié)構(gòu)視圖。
[0032]圖3是本發(fā)明半圓形導(dǎo)能筋結(jié)構(gòu)視圖。
[0033]圖4是本發(fā)明三角形導(dǎo)能筋結(jié)構(gòu)視圖。
[0034]圖中導(dǎo)能筋；2微溝道；3阻流臺；4熔接池；5止焊臺。
【具體實施方式】
[0035]結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行說明。
[0036]圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)視圖，包括:導(dǎo)能筋1、微溝道2、阻流臺3、熔接池4、止焊臺5。
[0037]導(dǎo)能筋I(lǐng)末端形狀可為矩形、三角形和半圓形。圖2為矩形導(dǎo)能筋結(jié)構(gòu)視圖，圖3為半圓形導(dǎo)能筋結(jié)構(gòu)視圖，圖4為三角形導(dǎo)能筋結(jié)構(gòu)視圖。
[0038]通過導(dǎo)能筋I(lǐng)與熔接池4的配合，實現(xiàn)蓋片與基片之間的對準(zhǔn)。
[0039]在超聲波焊接過程中，大部分焊接能量會在導(dǎo)能筋附近聚集，當(dāng)能量超過一定值，導(dǎo)能筋就會先熔化，由于熔接池的存在，會使融化的聚合物被存儲在熔接池中，從而阻斷熔化聚合物的流延，實現(xiàn)流延阻斷控制技術(shù)，避免阻塞微溝道。隨著導(dǎo)能筋的繼續(xù)熔化，蓋片與止焊臺的間隙也在慢慢變小，當(dāng)導(dǎo)能筋熔化到一定程度，蓋片的下表面就會接觸基片的止焊臺，因為止焊臺面積較大，會吸收較大高頻振動能量，但此能量仍然不足以熔化止焊臺，導(dǎo)能筋停止吸收能量，停止熔接，因此通道高度就會得以保證，實現(xiàn)熱聚集與熱耗散均衡化的止焊控制技術(shù)。具體的操作過程如下:
[0040]根據(jù)本發(fā)明和POCT芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計相應(yīng)的注塑模具或者熱壓模具，并進行注塑和熱壓，生產(chǎn)所需要的蓋片和基片。
[0041]把蓋片和基片對準(zhǔn)，蓋片在上，基片在下，保證導(dǎo)能筋I(lǐng)全部接觸止焊臺4底面，并一起放入超聲波塑料焊接機的焊臺上，對準(zhǔn)POCT芯片和焊頭的位置。
[0042]設(shè)置超聲波塑料焊接機的相應(yīng)參數(shù)，焊接參數(shù)應(yīng)保證基片和蓋片完全緊密貼合，且不會融化止焊臺。
[0043]下降焊頭，開啟超聲波塑料焊接機，完成POCT芯片超聲波焊接。
【主權(quán)項】
1.一種用于POCT芯片產(chǎn)品超聲波焊接的流延控制及止焊控制的接頭結(jié)構(gòu)，包括:導(dǎo)能筋(1)、微溝道(2)、阻流臺(3)、熔接池(4)和止焊臺(5);其特征是: 導(dǎo)能筋(I)分布于微溝道(2)兩側(cè)； 導(dǎo)能筋⑴寬度為30?200 μ m，高度為30?150 μ m ; 導(dǎo)能筋(I)末端形狀為矩形、三角形或半圓形； 微溝道寬度彡30 μm，深度為彡5 μ?? ; 微溝道(2)設(shè)置于兩條熔接池(4)之間； 熔接池⑷深度小于導(dǎo)能筋⑴高度5?30 μm，熔接池(4)的寬度為100?300 ym ; 止焊臺(5)寬度彡1mm，且位于微溝道⑵兩側(cè)； 阻流臺⑶位于熔接池⑷和微溝道⑵之間； 阻流臺(3)上表面與止焊臺(5)上表面平齊，阻流臺(3)寬度為50?300 μ m，且位于微溝道⑵兩側(cè)； 導(dǎo)能筋⑴與阻流臺⑶間有10?50 μm的間隙。2.如權(quán)利要求1所述的一種用于POCT芯片產(chǎn)品超聲波焊接的流延控制及止焊控制的接頭結(jié)構(gòu)，其特征在于:接頭采用醫(yī)用級聚合物材料NAS30。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于POCT芯片產(chǎn)品超聲波焊接的流延控制及止焊控制的接頭結(jié)構(gòu)，其特征是：基片中設(shè)計有微溝道、熔接池、止焊臺和阻流臺；蓋片中設(shè)計有導(dǎo)能筋；蓋片安裝于基片之上，并通過導(dǎo)能筋與熔接池的配合，實現(xiàn)蓋片與基片的對準(zhǔn)定位。在超聲波焊接過程中，熔接池存儲熔化的聚合物，防止聚合物外溢，實現(xiàn)聚合物熔化流延控制；止焊臺吸收較大的焊接能量，使導(dǎo)能筋停止熔接，實現(xiàn)止焊控制。本發(fā)明解決了POCT芯片超聲波焊接過程中微通道易阻塞和通道高度控制精度差的問題，具有結(jié)構(gòu)簡單，對準(zhǔn)方便和焊接強度高的優(yōu)點。
【IPC分類】B29C65/08
【公開號】CN104960195
【申請?zhí)枴緾N201510349820
【發(fā)明人】李經(jīng)民, 周立杰, 劉沖, 梁超, 劉軍山, 王立鼎
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月19日