一種用于poct芯片產(chǎn)品精密超聲波焊接的接頭結(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)品精密超聲波焊接的接頭結(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)的發(fā)展和人們生活水平的提高以及對醫(yī)療服務(wù)的認(rèn)可，醫(yī)學(xué)檢驗工作正走向簡便化、即時化階段。POCT芯片(Point Care 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(jìn)行的檢測，也稱床邊檢測和即時檢測。POCT芯片具有將復(fù)雜操作簡單化，大型設(shè)備小型化，檢測場所靈活化，報告結(jié)果及時化，結(jié)果信息共享化等特點。POCT芯片技術(shù)的應(yīng)用順應(yīng)社會發(fā)展趨勢，簡化了傳統(tǒng)疾病的檢測方法，取代了需要較高維護(hù)成本的檢測設(shè)備，在臨床應(yīng)用中得到了迅速發(fā)展，已經(jīng)開始應(yīng)用于血糖檢測、妊娠檢測、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芯片的精密封合技術(shù)一直是其批量化生產(chǎn)的瓶頸問題，不僅要求封合精度高、強(qiáng)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)展高精度、高效率、高可靠性和操作簡單的封裝技術(shù)是POCT芯片產(chǎn)品實用化和產(chǎn)業(yè)化的當(dāng)務(wù)之急。
[0003]POCT芯片的鍵合方法主要有直接熱鍵合、等離子體輔助鍵合、輻射降解鍵合、激光焊接鍵合、溶劑鍵合、膠粘接鍵合等。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中間間質(zhì)來實現(xiàn)的封合，間質(zhì)不僅會容易堵塞微溝道以及破壞的生物兼容性，而且加重了工藝復(fù)雜度；直接熱鍵和以及等離子體輔助鍵合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；激光焊接鍵合雖然效率高，但是設(shè)備成本高，并且在材料選擇上存在局限性。這些封合方法在適用性、封合質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生物兼容性以及是否便于實現(xiàn)自動化等方面仍存在許多問題和局限性，不能適應(yīng)POCT芯片產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。
[0004]超聲波焊接是最常用的聚合物基復(fù)合材料的焊接方法。POCT芯片超聲波焊接是利用超聲波能量使聚合物材料作高頻機(jī)械振動，使待焊接材料界面間不斷摩擦、壓迫和釋放，再通過上設(shè)置的突起的導(dǎo)能筋結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)焊接過程中的能量集中，局部發(fā)熱熔化，同時施加焊接壓力將封合在一起的一種方法。超聲波焊接具有效率高、強(qiáng)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]POCT芯片具有較高的集成度，并且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、通道細(xì)微。因此，POCT芯片產(chǎn)品的熔接接頭設(shè)計是一個非常重要的環(huán)節(jié)。目前較為廣泛使用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(jìn)行超聲波焊接仍有許多局限。具體表現(xiàn)為:
[0006]I)焊接精度差，對導(dǎo)能筋沒有熔接控制能力，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)檢測結(jié)果偏差較大，使定量分析較困難。
[0007]2)焊接過程中導(dǎo)能筋熔接量較大，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。
[0008]3)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。
[0009]4)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。
[0010]5)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。
[0011]6)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]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)品精密超聲波焊接的接頭結(jié)構(gòu)，用于實現(xiàn)POCT芯片的精密焊接，使微通道高度均勻一致，導(dǎo)能筋熔接量較小，保證微溝道不被阻塞及微溝道的高度準(zhǔn)確。
[0013]—種用于POCT芯片產(chǎn)品精密超聲波焊接的接頭結(jié)構(gòu)，包括蓋片和基片，蓋片采用平板結(jié)構(gòu)；基片主要由微溝道、導(dǎo)能筋、熔接池、止焊臺和限位凸臺組成，全部設(shè)置于基片內(nèi)；
[0014]微溝道、導(dǎo)能筋、熔接池、止焊臺和限位凸臺全部設(shè)置于基片。
[0015]導(dǎo)能筋分布于微溝道兩側(cè)。導(dǎo)能筋寬度為10?200 μ m，高度為10?200 μ m，導(dǎo)能筋末端形狀可為矩形、三角形和半圓形。微溝道的寬度彡ΙΟμπκ深度彡4μπι，微溝道設(shè)置于兩條溶接池之間。兩條熔接池設(shè)置于緊鄰導(dǎo)能筋的外側(cè)。熔接池底部到止焊臺表面的高度小于導(dǎo)能筋高度2?40 μ m，熔接池的寬度為30?300 μ m。止焊臺寬度彡1mm，且設(shè)置于緊鄰熔接池的外側(cè)。限位凸臺設(shè)置于基片的四個邊緣位置，限位凸臺寬度多0.5_，高度彡0.5mm，且高度值小于蓋片厚度值。
[0016]本熔接接頭結(jié)構(gòu)簡單，在大規(guī)模生產(chǎn)中可采用注塑成型方法制作，也可采用熱壓成型方法制作。限位凸臺的限位作用，能夠?qū)?zhǔn)蓋片和限制蓋片位置，方便對準(zhǔn)操作并能防止蓋片相對于基片的滑動。蓋片采用平板結(jié)構(gòu)，省去了復(fù)雜的對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，使操作更為簡單方便。在超聲波焊接過程中，通過導(dǎo)能筋的能量引導(dǎo)作用，大部分焊接能量會優(yōu)先聚集在導(dǎo)能筋和蓋片接觸的界面附近，隨著焊接時間增加，聚集的焊接能量不斷增加，當(dāng)能量超過一定值，導(dǎo)能筋會先于其他部分熔化。由于熔接池設(shè)置在緊鄰導(dǎo)能筋的外側(cè)位置，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。由于止焊臺的止焊作用，僅使少量的導(dǎo)能筋發(fā)生熔化，避免了微溝道的阻塞，實現(xiàn)流延阻斷控制技術(shù)。隨著焊接時間的增加，導(dǎo)能筋繼續(xù)熔化，通道高度繼續(xù)減小，使蓋片與止焊臺的間隙逐漸減小，當(dāng)導(dǎo)能筋熔化到一定程度時，蓋片的下表面就會與設(shè)置在基片的止焊臺相接觸，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，從而把焊接能量從導(dǎo)能筋附近轉(zhuǎn)移到止焊臺附近，導(dǎo)能筋停止吸收能量，停止熔接，因此通道高度就會較精密的得以保證，實現(xiàn)熱聚集與熱耗散均衡化的精密控制技術(shù)。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于能夠?qū)崿F(xiàn)POCT芯片的精密焊接，保證微溝道的高度均勻一致，而且能夠保證導(dǎo)能筋僅發(fā)生少量熔化，不易阻塞微溝道。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)視圖。
[0019]圖2是本發(fā)明矩形導(dǎo)能筋結(jié)構(gòu)視圖。
[0020]圖3是本發(fā)明半圓形導(dǎo)能筋結(jié)構(gòu)視圖。
[0021]圖4是本發(fā)明三角形導(dǎo)能筋結(jié)構(gòu)視圖。
[0022]圖中:1微溝道；2導(dǎo)能筋；3熔接池；4止焊臺；5限位凸臺。
【具體實施方式】
[0023]導(dǎo)能筋2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。
[0024]本接頭結(jié)構(gòu)通過限位凸臺5的限位作用，實現(xiàn)蓋片與基片之間的對準(zhǔn)。
[0025]蓋片采用平板結(jié)構(gòu)，省去了復(fù)雜的對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，使操作更為簡單方便。
[0026]通過導(dǎo)能筋2的能量引導(dǎo)作用，大部分焊接能量會優(yōu)先聚集在導(dǎo)能筋2和蓋片接觸的界面附近，隨著焊接時間的增加，聚集的焊接能量也不斷增加，當(dāng)能量超過一定值，導(dǎo)能筋2會先于其他部分熔化，熔接池設(shè)置在緊鄰導(dǎo)能筋2的外側(cè)位置，會使融化的聚合物被存儲在熔接池3中，從而阻斷熔化聚合物的流延，由于止焊臺4的止焊作用，僅使少量的導(dǎo)能筋2發(fā)生熔化，可有效避免微溝道I的阻塞，實現(xiàn)流延阻斷控制技術(shù)。隨著焊接時間的增加，導(dǎo)能筋2繼續(xù)熔化，同時使蓋片與止焊臺4的間隙逐漸減小，當(dāng)導(dǎo)能筋2熔化到一定程度，蓋片的下表面與設(shè)置在基片的止焊臺4相接觸，因為止焊臺4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4，從而把焊接能量從導(dǎo)能筋2附近轉(zhuǎn)移到止焊臺4附近，導(dǎo)能筋2停止吸收能量，進(jìn)而停止熔接，因此通道高度會較精密的得以保證，實現(xiàn)熱聚集與熱耗散均衡化的精密控制技術(shù)。具體操作過程如下:
[0027]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(jìn)行注塑和熱壓，生產(chǎn)所需要的蓋片和基片。
[0028]超聲波焊接開始前，把蓋片放置于基片四周的限位凸臺5內(nèi)，蓋片在上，基片在下，保證導(dǎo)能筋I(lǐng)全部接觸蓋片下底面，并一起放入超聲波塑料焊接機(jī)的焊臺上，調(diào)整位置，使焊機(jī)焊頭對準(zhǔn)POCT芯片。
[0029]設(shè)置超聲波塑料焊接機(jī)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4。
[0030]下降焊頭，開啟超聲波塑料焊接機(jī)，完成POCT芯片超聲波焊接。
【主權(quán)項】
1.一種用于POCT芯片產(chǎn)品精密超聲波焊接的接頭結(jié)構(gòu)，包括蓋片和基片，其特征是:蓋片采用平板結(jié)構(gòu)，基片主要由微溝道(I)、導(dǎo)能筋(2)、熔接池(3)、止焊臺(4)和限位凸臺(5)組成，全部設(shè)置于基片內(nèi)； 導(dǎo)能筋⑵分布于微溝道(I)兩側(cè)，導(dǎo)能筋⑵寬度為10?200 μm，高度為10?200 μπι ； 微溝道(I)寬度多10 μ m，深度多4 μ m，微溝道(I)設(shè)置于兩條溶解池(3)之間；兩條熔接池(3)位于導(dǎo)能筋(2)的外側(cè)，熔接池(3)底部到止焊臺(4)表面的高度小于導(dǎo)能筋(2)高度2?40 μ m，熔接池⑶的寬度為3O?δΟΟ μ m ; 止焊臺⑷寬度彡1_，位于導(dǎo)能筋⑵兩側(cè)，熔接池⑶外側(cè)； 限位凸臺(5)設(shè)置于基片四個邊緣位置，限位凸臺(5)寬度彡0.5mm，高度彡0.5mm，且高度值小于蓋片厚度值；通過限位凸臺的限位作用，實現(xiàn)蓋片和基片之間的定位對準(zhǔn)。2.如權(quán)利要求1所述的一種用于POCT芯片產(chǎn)品精密超聲波焊接的接頭結(jié)構(gòu)，其特征在于:導(dǎo)能筋(2)末端形狀為矩形、三角形或半圓形。3.如權(quán)利要求1或2所述的一種用于POCT芯片產(chǎn)品精密超聲波焊接的接頭結(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)品精密超聲波焊接的接頭結(jié)構(gòu)，包括蓋片和基片，基片中設(shè)計有微溝道、導(dǎo)能筋、熔接池、止焊臺和限位凸臺；蓋片采用平板結(jié)構(gòu)；蓋片安裝于基片之上，并通過限位凸臺，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；止焊臺吸收較大的焊接能量，使導(dǎo)能筋產(chǎn)生少量熔化后停止熔接，實現(xiàn)精密焊接。本發(fā)明解決了POCT芯片超聲波焊接過程中焊接精度差和微通道易阻塞的問題，具有焊接精度高，結(jié)構(gòu)簡單，對準(zhǔn)方便和焊接強(qiáng)度高的優(yōu)點。
【IPC分類】B29C65/24, B29C65/08
【公開號】CN105109034
【申請?zhí)枴緾N201510623609
【發(fā)明人】李經(jīng)民, 周利杰, 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12月2日
【申請日】2015年9月25日