基于透气钢的微流控芯片气动吸脱模系统实验研究

摘要

本文针对现有微流控芯片注射成型技术在自动无损脱模、芯片键合等方面存在的不足，无法发挥微注射成型工艺成型周期短、自动化程度高、可成型复杂3D结构及实现集成制造的特点，研究微流控芯片模内键合技术中的自动无损脱模技术，从模内键合技术的特殊要求出发，将多孔材料--透气钢引入微流控芯片的脱模过程，提出了利用透气钢实现微流控芯片气动吸脱模的新方法，从表面粗糙度和吸脱模力两方面论证了该方法的可行性，为探索一种新的微注射成型脱模方法提供数据和理论支持。 针对微流控芯片吸脱模系统的要求，通过比较分析各种多孔材料的性能，确定将透气钢引入到微流控芯片的脱模过程中，研究其机械加工方法和表面粗糙度参量，完成其作为脱模介质的初步可行性分析；在此基础上按照微流控芯片的实际形状、尺寸和结构，自行研制了一个可移植到模内的微流控芯片吸脱模系统实验装置，为吸脱模力和透气钢透过性能的测试提供了一个实验平台。 实验研究了引入透气钢后微流控芯片吸脱模系统所能达到的吸脱模力，得到了压力、真空度随时间的变化规律，实验结果表明，透气钢自身的透气性能可使系统较短的时间内达到芯片所需的理论吸脱模力，该方法能够实现微流控芯片的吸脱模功能；减小系统真空度和增大系统压力可使达到理论所需吸脱模力的时间缩短，因此从减小成型周期的角度考虑推荐采用较低的真空度和较高的压力。 采用定压差测流量的方法实验研究了考虑气体可压缩性时透气钢的透过性能，结果显示，随着压力的增大，气体在透气钢中将发生从Darcy流动到非Darcy流动的转变，分别对这两种流动的透过系数和惯性系数进行分析计算，得到了这两种状态的流动方程，揭示了不同流体流动状态下透气钢中气体的流动规律。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文的选题背景

1.2微流控芯片注射成型气动吸脱模系统的提出

1.3微流控芯片脱模系统的国内外研究现状及发展趋势

1.3.1微注射成型脱模缺陷及过程研究

1.3.2微注射成型制品脱模方法研究

1.4多孔材料在注射成型脱模系统中的应用研究

1.5课题的来源、意义及论文主要研究内容

1.5.1课题来源及研究意义

1.5.2论文的主要研究内容

第二章微流控芯片气动吸脱模系统中多孔材料的选择

2.1微流控芯片气动吸脱模系统要求

2.2吸脱模系统中多孔材料的选择

2.3透气钢样品的加工方法

2.4透气钢基本参量实验

2.4.1表面粗糙度

2.4.2孔隙形貌

2.4.3孔隙率

2.4.4透过系数

2.5透气钢基本参量实验数据处理及结果分析

2.5.1表面粗糙度测试结果

2.5.2孔隙形貌测试结果

2.5.3孔隙率测试结果

2.5.4透过系数测试结果

2.6本章小结

第三章微流控芯片气动吸脱模系统实验装置研制

3.1微流控芯片吸脱模系统实验装置设计思路

3.2芯片所需吸脱模力的分析计算

3.3微流控芯片气动吸脱模系统实验装置设计

3.3.1结构设计

3.3.2气动回路设计

3.3.3电气控制系统设计

3.3.4数据测量和采集系统设计

3.4微流控芯片气动吸脱模系统实验装置研制

3.5本章小结

附图

第四章微流控芯片气动吸脱模系统吸脱模过程实验研究

4.1微流控芯片气动吸脱模系统实验装置的检漏实验

4.2脱模过程实验研究

4.2.1实验设备

4.2.2实验样品

4.2.3实验方案与步骤

4.2.4实验结果

4.2.5理论分析

4.3吸模过程实验研究

4.3.1实验设备

4.3.2实验样品

4.3.3实验方案与步骤

4.3.4实验结果

4.3.5理论分析

4.4本章小结

第五章气动吸脱模系统中透气钢透过性能实验研究

5.1多孔材料中流体流动性能理论

5.1.1运动状态的计算和判断

5.1.2不考虑气体可压缩性的多孔材料透过性能

5.1.3考虑气体可压缩性的透过性能测试

5.1.4多孔材料中的流动状态区

5.2考虑气体可压缩性时透气钢透过性能实验研究

5.2.1实验样品

5.2.2测试方法和装置

5.2.3测试结果与分析

5.3本章小结

第六章结论与展望

6.1全文总结

6.2未来展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果