压电微泵研制及阀组的超声波键合研究

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1、硕士学位论文压电微泵研制及阀组的超声波键合研究DesignandFabricationofPiezoelectricMicro-punlpsandUltrasonicBondingforitsValVeUnits学号：21004035完成日期：呈Q!圣生墨旦墨目大连理工大学DaliajlU11iVers埘ofTecllIl0109y㈣㈣Ⅷ吣㈣删㈣洲0帅Y2416856本文由国家自然科学基金项目“聚合物微纳结构超声波压印产热机理与成形关键问题研究”(50975037)，留学回国人员科研启动基金“聚合物微器件超

2、声波键合关键技术研究"，国家重点基础研究发展(973)计划，课题“跨尺度热运输系统集成制造及LED精简热模型"(2011CB013105)，中央高校基本科研业务费专项资金(DUTl2ZD212)资助完成，特此感谢!大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做

3、了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：压垫邀丕翌剑丞阎塑的超直这筵佥盈窥作者签名：屐麴垄日期：兰!!三年—L月』7_日大连理工大学硕士学位论文摘要微泵作为微流量供给的动力，是微流量控制系统的核心部件。微泵在微流控领域内是非常重要的微型执行器，其广泛应用于生物医学MEMS、芯片冷却系统和微型卫星等，特别是在生物医学M巨MS领域，微泵在药物输送、DNA合成、微量流体供给和精确控制等方面起着至关重要的作用。近年来，聚合物微器件展现出成本低，生物兼容性好，化学抗性好等优势，

4、为此本文开展了采用压电双晶片驱动的全聚合物有阀微泵的研究。为避免胶粘接在生物医学领域中的局限性，本文提出采用超声波焊接技术对微泵阀组单元进行键合。首先，针对两种超声波焊接系统分别进行微泵结构设计，同时为研究微泵泵送性能的影响因素，设计了两种不同尺寸的微泵泵体和两种不同的微止回阀片，并采用不同尺寸的压电双晶片驱动。微泵结构存在多个振动元件，例如压电片、泵膜以及阀片，这些振动元件的振动性能对微泵泵送性能具有耦合作用，本文采用有限元软件ANSYS仿真分析了这些振动元件的振动性能。首先，采用谐响应分析中的Fllll

5、分析法，分析了大、小两种尺寸的压电片在悬臂梁情况下的谐振频率。然后，采用声场的非对称方法分析了微泵泵体盛水时的模态和阀片在无限大静水中的模态。微泵采用全聚合物材料制作，其中泵体材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，采用精密雕刻机加工制作，微止回阀片采用SU．8胶光刻技术制作。针对60mz超声波焊接系统，采用压力自适应模式对微泵进行键合，研究最佳的焊接参数；针对30kHz超声波焊机，首先采用时间模式对微泵阀组单元进行键合，找出阀组单元键合后达到最佳效果时的能量，然后采用能量模式进行微泵进行键合，成品率更高。本文

6、最后将不同尺寸的泵体和压电片与结构不同的阀片组合成四类微泵，分别对每类微泵进行重复制作并测量其性能，然后整理实验数据，找出每类微泵的流量随驱动频率变化的趋势，然后结合微泵振动元件的仿真综合分析微泵流量的峰值的来源，确定微泵最佳工作频率的影响因素，为微泵的设计与改进提供一定的理论基础。关键词：压电双晶片；有限元分析；超声波键合；最佳工作频率压电微泵研制及阀组的超声波键合研究DesignandFabricationofPiezoelectricMicro—pumpBasedonUltrasonicBonding

7、AbstractAst11ekeycomponenti11t11emicro-nuidicsystem，micro—purnpist11epowerfor仃aIlsportingmicronuid．Asa11importantmicroactuator，itis谢delyuSedmbi0109icalM匣MS，chipcoolmgsystema11dmicrosatellite．111t11ebiologicalM匠MSfleld，micro-pumpplaysacmcialpartindrugdeliVe

8、ry，DNAs)，11mesisa11dmicron血dsupplyandprecisioncon仃01．111recentyears，polymericmicro—deViceshaVeshown伊eatmeritssuchaslowcost，goodbiologic甜compatibilit)，andgoodchemicalresistallce．GiVentKs，thjsp印ercaITiedoutastu