真空吸附式作业工具具有结构简单、适应性强、灵活性好、经济性好、易模块化等特点,是一种典型的微操作工具,在生物工程、MEMS装配等领域得到了广泛使用。但现有的真空吸附工具末端通常采用玻璃管拉制而成,很难实现微型化制作,同时高精度的操作力检测集成也较为困难,无法满足微小对象稳定操作的要求。随着微加工技术的不断成熟,针对亚毫米尺度微小器件操作的特点,设计并研制集成高精度微力检测和控制的微型化真空吸附式作业工具对MEMS组装、装配等微操作系统的研究具有重要意义本课题针对亚毫米尺度微小器件操作任务要求,在深入分析微小器件操作机理的基础上,研制一种集成压阻式微力传感器的真空吸附式作业工具,并开展相关实验研究。首先,深入分析了亚毫米尺度微小器件操作中的尺度效应,总结了考虑粘附问题的操作方法。针对微小MEMS芯片操作要求,建立了微操作静力学模型,为真空吸附式作业工具的设计提供了理论的依据。设计了基于MEMS微加工工艺的压阻式微力悬臂梁传感器,分析了微力传感器的工作原理,对其结构形式进行了建模、分析,求取了结构的最优参数;针对压阻式微力传感器输出信号的特点,采用MAX1452信号调理芯片设计了信号处理电路。设计能精确控制负压力和正压力的真空系统,给出了系统的组成及工作原理,通过对末端压力的测试给出了系统能提供的压力参数,满足微小器件拾取和释放的要求。最后对所研制的微力传感器静态性能进行了测量和分析,给出了性能指标。利用设计的真空吸附式作业工具进行了微小器件的拾取释放实验,表明真空吸附式作业工具可以准确、可靠地完成微器件的操作。具有力感知功能的微型化真空吸附式作业工具的研制对MEMS微装配技术的发展具有积极的推动作用。
