聚合物微流控芯片对键合精度、键合强度及键合效率要求高。为了避免超声波键合中微通道被堵塞, 解决键合过程中由调平精度和高频振动引起的键合强度低、键合压力分布不均的问题, 设计了一种基于超声波键合的熔接结构和压力自平衡夹具。首先, 利用感压胶片对压力自平衡夹具和不带自平衡功能的夹具的压力分布进行测量, 并定义了压力分布系数进行量化。其次, 利用两种夹具分别对设计芯片进行超声键合, 并利用工具显微镜对焊线和微通道截面进行观测。最后, 对两组芯片进行键合强度测试和密封性测试。实验结果表明：所设计的熔接接头结构对微通道的控制精度可达2.0 μm。压力自平衡夹具结构简单可靠, 可提高压力均匀性35.20%~43.18%,并使得焊线均匀一致, 同时可提高键合强度15.3%~45.1%, 并保证密封性。该熔接结构和压力自平衡夹具可满足聚合物微流控芯片的控制精度、键合强度、压力均匀性及其密封性的要求。

针对芯片即时检测(POCT)芯片对键合精度、键合强度、生产效率和生物兼容性的要求, 基于超声波键合技术设计了结构化的导能筋布置形式和阻熔导能接头结构。研究了超声波键合时间和键合压力对微通道高度保持性能的影响, 确定了精密超声波键合工艺参数。利用高精度显微镜、拉伸试验机和羊全血分别对键合后芯片的微通道高度、键合强度、微通道密闭性以及液体自驱动性能进行了测试。结果表明: 所设计的导能筋布置形式合理可靠; 利于芯片各功能的集成, 阻熔导能接头结构能够较精确地控制键合后微通道的高度, 键合精度达到2 μm; 全血驱动时间的极差在20 s以内; 所确定的键合工艺参数能够实现高强度的键合, 键合强度不小于2.5 MPa。该熔接结构及工艺参数具有键合精度高、键合强度高、生物兼容性好和熔接均匀等优点, 可应用于医用POCT芯片产品中。