一種用于poct芯片產品超聲波焊接的流延控制及止焊控制的接頭結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于POCT芯片產品超聲波焊接的流延控制及止焊控制的接頭結構，屬于醫用聚合物POCT芯片產品制造技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的迅猛發展，醫學檢驗工作正走向簡便、即時化階段。P0CT(PointCare of Testing)是指由醫院專業人士或非專業人員在傳統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果、使用全血標本、標本用量少、標本周轉時間短、儀器小型化、結果報告即時化的特點。POCT技術的應用簡化了傳統疾病的檢測方法，取代了需要較高維護成本的檢測設備，從最初的血糖、妊娠檢測擴展到現在的心肌損傷、癌癥檢測、病毒檢測和藥物濃度監測。近些年來，聚合物POCT芯片已經從實驗階段慢慢走向產業化，但POCT芯片的封合技術一直是批量化生產的瓶頸問題，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，發展低成本、高效率、高可靠性和操作簡單的封裝技術已成為POCT芯片產品實用化和產業化的當務之急。
[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來實現芯片的封合，間質不僅會容易堵塞微溝道，而且加重了工藝復雜度；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，在通過熱鍵和實現芯片的封合，生產效率較低，工藝復雜；激光焊接鍵合雖然效率高，但是設備成本高，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，再通過芯片上設置的突起的導能結構(導能筋)，實現焊接過程中的能量集中，局部產熱，使導能筋恪化，實現芯片封合的過程。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、無需間質等優點，所以，超聲波焊接技術可以較大的提高生產效率、降低工藝復雜程度和減輕成本，使POCT芯片的批量化、產業化成為可能。
[0005]因為POCT芯片集成度高、結構復雜、通道細微。所以，焊接接頭的結構設計是一個非常重要的環節，如果接頭結構設計不當，會產生許多弊端，具體表現為:
[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的流動方式，造成后續的醫學檢測精度。
[0008]3)接頭結構對焊接參數較敏感，芯片間焊接一致性差，檢測結果偏差較大，影響后續醫學檢測的穩定性，使定量分析較困難。
[0009]4)焊接產生的內應力過大，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構主要應用于宏觀塑料器件的焊接，對具有大量微結構陣列的POCT芯片進行超聲波焊接仍有許多局限，具體表現為:
[0011]I)較難制作出類似于宏觀器件的復雜接頭結構。微結構主要是具有一定高度的二維結構，其制作工藝與宏觀器件的制造方法有很大不同，較難制造出復雜的三維接頭結構，如榫舌式、階梯式、互鎖式等。
[0012]2)對焊接精度要求較高，宏觀器件的接頭結構較難滿足其精度要求。POCT芯片內部微結構尺寸在微米級，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)現有接頭結構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，影響檢測結果和精度。
[0014]4)現有接頭結構止焊控制能力較差，焊接過程中較難實現微通道的高度均一，對后續的檢測結果會產生較大的影響。
[0015]因此，設計一種適用于POCT芯片產品超聲波焊接的，且能夠流延控制及止焊控制的接頭結構是實現POCT產業快速發展的當務之急。
【發明內容】
[0016]本發明要解決的技術問題是提供一種用于POCT芯片產品超聲波焊接的接頭結構，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確。本發明由導能筋、微溝道、阻流臺、熔接池和止焊臺組成；其特征在于:
[0017]導能筋分布于微溝道兩側；
[0018]導能筋寬度為30?200 μ m，高度為30?150 μ m ;
[0019]導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]熔接池深度應保證小于導能筋的高度5?30 μm，寬度100?300 ym ;
[0024]止焊臺寬度彡1mm，且位于微溝道兩側。
[0025]導能筋與阻流臺之間應留有10?50 μ m的間隙；
[0026]導能筋設置于蓋片上，微溝道、阻流臺、熔接池、止焊臺設置于基片上；
[0027]通過導能筋與熔接池的配合，實現蓋片與基片之間的對準。
[0028]本結構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能筋附近聚集，當能量超過一定值，導能筋就會先熔化，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，實現流延阻斷控制技術，避免阻塞微溝道。隨著導能筋的繼續熔化，蓋片與止焊臺的間隙也在慢慢變小，當導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，實現熱聚集與熱耗散均衡化的止焊控制技術。
[0029]本發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是本發明的三維結構視圖。
[0031]圖2是本發明矩形導能筋結構視圖。
[0032]圖3是本發明半圓形導能筋結構視圖。
[0033]圖4是本發明三角形導能筋結構視圖。
[0034]圖中導能筋；2微溝道；3阻流臺；4熔接池；5止焊臺。
【具體實施方式】
[0035]結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行說明。
[0036]圖1是本發明的三維結構視圖，包括:導能筋1、微溝道2、阻流臺3、熔接池4、止焊臺5。
[0037]導能筋I末端形狀可為矩形、三角形和半圓形。圖2為矩形導能筋結構視圖，圖3為半圓形導能筋結構視圖，圖4為三角形導能筋結構視圖。
[0038]通過導能筋I與熔接池4的配合，實現蓋片與基片之間的對準。
[0039]在超聲波焊接過程中，大部分焊接能量會在導能筋附近聚集，當能量超過一定值，導能筋就會先熔化，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，實現流延阻斷控制技術，避免阻塞微溝道。隨著導能筋的繼續熔化，蓋片與止焊臺的間隙也在慢慢變小，當導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，實現熱聚集與熱耗散均衡化的止焊控制技術。具體的操作過程如下:
[0040]根據本發明和POCT芯片結構設計相應的注塑模具或者熱壓模具，并進行注塑和熱壓，生產所需要的蓋片和基片。
[0041]把蓋片和基片對準，蓋片在上，基片在下，保證導能筋I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POCT芯片和焊頭的位置。
[0042]設置超聲波塑料焊接機的相應參數，焊接參數應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。
【主權項】
1.一種用于POCT芯片產品超聲波焊接的流延控制及止焊控制的接頭結構，包括:導能筋(1)、微溝道(2)、阻流臺(3)、熔接池(4)和止焊臺(5);其特征是: 導能筋(I)分布于微溝道(2)兩側； 導能筋⑴寬度為30?200 μ m，高度為30?150 μ m ; 導能筋(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)設置于兩條熔接池(4)之間； 熔接池⑷深度小于導能筋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； 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； 導能筋⑴與阻流臺⑶間有10?50 μm的間隙。2.如權利要求1所述的一種用于POCT芯片產品超聲波焊接的流延控制及止焊控制的接頭結構，其特征在于:接頭采用醫用級聚合物材料NAS30。
【專利摘要】本發明提供一種用于POCT芯片產品超聲波焊接的流延控制及止焊控制的接頭結構，其特征是：基片中設計有微溝道、熔接池、止焊臺和阻流臺；蓋片中設計有導能筋；蓋片安裝于基片之上，并通過導能筋與熔接池的配合，實現蓋片與基片的對準定位。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，實現聚合物熔化流延控制；止焊臺吸收較大的焊接能量，使導能筋停止熔接，實現止焊控制。本發明解決了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，具有結構簡單，對準方便和焊接強度高的優點。
【IPC分類】B29C65/08
【公開號】CN104960195
【申請號】CN201510349820
【發明人】李經民, 周立杰, 劉沖, 梁超, 劉軍山, 王立鼎
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年6月19日