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聚合物材料以其优异的耐氧化、耐腐蚀、易成型、熔点低、导电率低、抗冲击性、生物相容性等特点使其在MEMS器件制造领域的优势逐渐显现。聚合物材料的MEMS器件正扮演着越来越重要的角色,聚合物材料代替玻璃和硅片微型系统的制造成为一种趋势,随之而产生的聚合物微器件的连接(封装)问题是当前迫切需要解决的重要问题之一。激光透射连接技术以其快速、精确、非接触、热影响区小、可实现不同种聚合物材料或聚合物材料与金属的连接等优点,特别适合解决这类微器件的连接(封装)问题。这种面向MEMS微器件的聚合物激光透射连接技术在理论和实际应用中都具有重要的研究价值。
本文采用响应曲面试验设计与优化方法,结合数值模拟的方法对聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二酯进行了激光透射连接的系统研究。
首先,通过对聚合物材料光学性能的研究,对不同厚度的聚对苯二甲酸乙二酯材料透射率分析发现材料的厚度与激光能量的吸收率成正比,与透射率成反比;通过二维热传导基本理论对激光透射连接的热传导过程进行分析,发现激光透射连接材料透射层溶深与激光能量成正比例关系。论文对激光透射连接过程中激光能量与透射层材料和吸收层材料之间的相互影响关系的研究为下一步工艺试验研究提供了理论参考与指导。
其次,采用响应曲面试验设计方法,对透明聚碳酸酯和聚碳酸酯,聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸乙二酯以及聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二酯进行了激光透射连接研究,建立了连接过程的数学模型,通过对模型的分析,讨论了其工艺参数对连接质量的交互影响,并对工艺参数进行了优化。
最后,采用有限元的方法建立了透明聚碳酸酯和聚碳酸酯,聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸乙二酯以及聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二酯的数学模型,进行温度场以及温度场和应力场的耦合数值模拟,通过数值模拟优化工艺参数,为激光透射连接机理提供了新的方法和依据。
本文为聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二酯在MEMS的连接(封装)应用奠定了基础,为聚合物材料在微器件连接(封装)领域的理论研究和实际应用提供了参考。