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使用灯而不是机器人来组装电子元件

文章来源:admin 更新时间:2019-02-01

  一个国际研究团队开发了一种新的基于光的操作方法,有朝一日可用于大规模生产智能手机,计算机和其他设备的电子元件。生产这些组件的更便宜和更快捷的方式可以使连接日常物品(从衣服到家用电器)到互联网的成本降低,从而推进了被称为物联网的概念。微操纵技术也可用于为移动设备电池创建更安全和更快速的充电替代品。

  光学陷阱使用光来保持和移动液体中的小物体,是用于组装电子和光学装置的有前途的非接触方法。然而,当将这些陷阱用于制造应用时,必须除去液体,该过程倾向于取代使用光阱形成的任何图案或结构。

  在光学学会(OSA)期刊Optics Express中,苏格兰格拉斯哥大学Steven Neale微操作研究小组的研究人员详细介绍了使用先进的光学捕获方法(称为光电镊子)组装电触点的方法。得益于Neale研究小组成员Shuailong Zhang开发的创新冷冻干燥方法,可以在不干扰组装部件的情况下清除液体。

  “这些光电镊子所形成的力量已经与Star-Trek相比,就像拖拉机横梁一样可以通过介质移动物体而没有任何东西接触它们,”Neale说。“这让人想起没有机器人手臂的装配线图像。相反,分散的组件几乎神奇地组装起来,因为它们是由光线模式引导的。”

  研究人员通过组装微小焊珠图案和光电陷阱,去除液体,然后加热图案将珠子融合在一起,形成电连接,展示了这项技术。他们使用焊珠证明将来可以组装和熔合这些微粒以形成电连接。

  “光电镊子具有成本效益,可以对颗粒进行平行微操作,”现任加拿大多伦多大学的张说。“原则上,我们可以同时移动10,000颗珠子。将其与我们的冷冻干燥方法相结合,创造了一个非常便宜的平台,适合大规模生产。”

  这项新技术可以提供一种替代方法来制造连接当今大多数电子产品中所用组件的电路板。这些类型的设备目前使用自动化机器制造,这些机器拾取微小部件,将它们放置在电路板上并将它们焊接到位。这个过程需要昂贵的电动平台来定位电路板和昂贵的高精度机械臂以拾取并将微小部件放置在设备上。随着电子设备尺寸的缩小提高了精度要求,这些显微操作系统的成本持续上升。

  “光电镊子和冷冻干燥技术不仅可用于组装焊珠,还可用于组装各种物体,如半导体纳米线,碳纳米管,微型激光器和微型LED,”张说。“最终,我们希望使用这种工具将电容器和电阻器等电子元件以及光子器件(如激光器和LED)组装在一起,用于设备或系统。”

  研究人员使用光电镊子,因为这种光学操纵方法可以同时形成数千个陷阱,提供大规模并行组装的潜力。镊子使用硅层形成,当暴露于光时,硅层改变其导电性。在暴露于光点的区域中,形成非均匀电场,其与硅顶部上的液体层中的颗粒或珠子相互作用,允许通过移动光点来精确地移动颗粒。创建光点图案可以同时移动多个粒子。

  “使用我们的方法,我们可以将焊珠从纳米范围内移动到约150微米,”张说。“我们已经能够移动超过150微米的物体,但它更具挑战性,因为随着物体尺寸的增加,摩擦力也会增加。”

  在使用光电镊子组装40微米直径的市售焊珠图案后,研究人员将光电镊子装置中的液体冻结,然后降低周围压力,使冷冻液体从固体直接变成加油站。这种冷冻干燥方法允许组装的焊珠在移除液体后保持固定在适当位置。研究人员表示,它可用于去除任何类型光阱所使用的液体,甚至是用声波形成的陷阱。

  除了将焊珠组装成不同的线条外,研究人员还展示了几个珠子的平行组装,并使用这些珠子形成电连接。焊珠具有很强的介电力,这意味着它们可以准确快速地移动,从而可以非常有效地组装结构。

  研究人员正在努力将他们基于实验室的系统转变为将光电镊子和冷冻干燥工艺结合在一起的系统。他们还在开发一个软件界面,以根据需要捕获的粒子数控制光图案的生成。

  “我们现在正在使用计算机生成灯光模式以移动珠子,但我们正在开发一款可以使用平板电脑或智能手机的应用程序,”张说。“这可能允许某人远离系统并使用他们的手指来控制粒子的运动,例如。”

  Neale最近获得资金,通过使用新的光学显微操作方法创建高能量密度电容器来替代移动设备中的电池,继续这一研究。

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