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多国研究人员联合开发出微小光电元件低成本批量化组装技术
2017-11-13


    [据光学学会网站11月7日报道]    一个国际研究团队研发出一种基于光的组装方式,结合光电镊子(OET)与冷冻干燥工艺,有望实现微小光电元件的低成本高效率批量化组装。这种微细组装的方式应用范围广泛,除了能够辅助电装操作外,还能够安装半导体纳米线、碳纳米管、微型激光器以及微型led等,也可以用来生产更加安全快速的电池替代品。
现有设备通过自动化设备拾取微小元器件,并将其定位焊接。这需要昂贵的高精度机械手和电动工作台。随着电子器件尺寸的不断缩小,使得这些微细装配系统装配精度要求越来越高,成本也随之攀升。这种新技术为目前电子工业领域中电路板及光电元器件的电装提供了一种替代选择。

    在光学学会(OSA)下属期刊《光学快报》中,该团队的研究人员详细介绍了他们应用先进的光电镊子组装电触点的方式。光电镊子是一种很有前途的非接触式微小光电元件组装方法,能够在液体中利用光电效应抓取并移动微小物体。光电镊子通过多光点并行工作可以使多个元件同时移动,能够同时抓取数千个物体,具有大规模并行组装的潜力。据论文的主要作者,英国格拉斯哥大学的Steven Neale介绍,这种光电镊子类似电影《星际迷航》中的牵引光束,可以在介质中通过非接触的方式移动物体。可以设想在运用光电镊子的装配线上将没有机械臂,取而代之的是各个独立的元件在光线的引导下,自动组装到一起。但是在介质中完成装配后,去除液体介质会破坏已形成的图案或结构。为解决这一问题,该团队开发出一种创新的冷冻干燥工艺,可以在不干扰已完成组装元件的情况下去除多余液体。冷冻干燥方法的开发者,加拿大多伦多大学的Shuailong Zhang表示,通过将光电镊子技术与冷冻干燥工艺相结合,可实现一种非常适合批量化生产的低成本装配方式。
光电镊子是由硅膜成形的,接触光线时它的导电性会发生改变,在光线的照射区域形成一个不均匀的电场,通过与硅层上部的元件相互作用,达到精确移动元件的效果。使用这种方法能够在纳米尺度上移动约为150微米大小的焊球,虽然也能实现150微米以上物体的移动,但是由于随着物体尺寸的增加,摩擦力也随之增大。研究人员通过使用光电镊子装配直径40微米的焊球并去除液体,然后加热熔化焊球形成电连接的方式展示了这一技术。焊球装配完成后,研究人员冻结光电镊子装置中的液体,然后降低气压,使冰冻的液体从固态升华为气态。这种方式使装配完成的焊球在去除液体后仍然保持在相应的位置。

    该团队的研究人员正致力于将他们利用光电镊子和冷干工艺组合形成的实验室系统整合为一台独立的设备,目前正在开发一个软件界面,可根据需要组装元件的数量来控制光照的产生,并使用计算机控制移动,最终目标是使用这种装配方式同时组装全系统的电子元件(如电容、电阻)及光子元件(如激光器、二极管)。(北方科技信息研究所  徐可)



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