基于掩膜的激光透射微連接塑料實驗研究及數(shù)值模擬.pdf

1、塑料在微電子和微生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，隨之帶來的連接問題是當(dāng)前需要迫切解決的問題之一。激光透射微連接塑料作為一種新興的連接技術(shù)，正變得越來越重要。開展激光透射微連接塑料的研究正逐漸成為研究熱點。
　　本文選擇黑色PC、透明PET作為實驗連接材料，采用響應(yīng)曲面法(RSM)系統(tǒng)研究了基于掩膜的激光透射微連接PET與PET、PC與PET連接工藝，對基于掩膜的激光透射微連接PC與PET溫度場進行了模擬。
　　首先，采用半導(dǎo)

2、體激光器對兩組塑料PET與PET、PC與PET進行了基于掩膜的激光透射微連接實驗，對于PET與PET的微連接，采用涂層clearweld作為吸收劑，討論了五種不同掩膜上矩形縫隙(0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm以及0.5mm)的連接結(jié)果，使用其中連接結(jié)果較好含有0.3mm矩形縫隙的掩膜進行后續(xù)工藝參數(shù)對連接質(zhì)量影響的實驗研究，得到的最大連接強度為30.27MPa。對于PC與PET的微連接，討論了四種不同掩膜上矩形縫(0.1

3、5mm、0.25mm、0.35mm和0.45mm)的連接結(jié)果，并使用其中連接結(jié)果較好含有0.35mm矩形縫隙的掩膜進行后續(xù)工藝參數(shù)對連接質(zhì)量影響的實驗研究，得到的最大連接強度為22.63MPa。討論了兩組實驗中激光功率、掃描速度和夾緊力對連接質(zhì)量（連接寬度和連接強度）的單因素影響。使用含有0.2mm矩形縫隙的掩膜對三種不同表面粗糙度的PC與PET進行微連接研究，結(jié)果表明:不同表面粗糙度的PC得到不同的連接質(zhì)量，但并不是粗糙度越大越好。討

4、論了拉伸實驗過程中拉伸失效的兩種主要形式:塑料完整的拉開和塑料斷裂。針對基于掩膜的激光透射微連接特有優(yōu)點，對非直線型焊縫進行了微連接展示。
　　其次，采用中心復(fù)合設(shè)計法(CCD)對基于掩膜的激光透射微連接PET與PET、PC與PET進行了實驗規(guī)劃，利用響應(yīng)曲面法(RSM)建立了基于掩膜的激光透射微連接工藝參數(shù)與連接寬度和連接強度之間的數(shù)學(xué)模型，對方差進行了分析并實驗驗證了模型可靠性，討論了主要工藝參數(shù)對連接質(zhì)量（連接寬度和連接強度

5、）的交互式影響。結(jié)果表明，激光功率、掃描速度和夾緊力對連接寬度和連接強度有著較大的交互式影響。利用所建立的模型對工藝參數(shù)進行數(shù)值優(yōu)化，得到了最佳工藝參數(shù)組合，從而為PET與PET、PC與PET連接質(zhì)量的提高和其生產(chǎn)成本的降低提供指導(dǎo)。
　　最后，使用ANSYS分析軟件對基于掩膜的激光透射微連接PC與PET建立三維熱傳導(dǎo)模型，利用APDL編程語言實現(xiàn)超高斯熱源的動態(tài)加載。獲得了連接過程中溫度場的分布，模擬計算并分析了激光功率、掃描速