薄膜微流控芯片被广泛应用于聚合酶链式反应(PCR)扩增之中,为了避免其在使用时发生变形,通常需要将其与支撑板进行连接。对于现有的聚合物连接技术来说,超声波焊接具有焊接时间短,强度高,对焊件破坏小等优势,有希望成为薄膜微流控芯片与支撑板的高效连接方式。在超声波焊接前需要在聚合物表面制作导能结构来引导并集中超声波能量,但这种方法工艺复杂、效率低,且聚合物上不同形状的导能结构对焊接强度的影响不同,这增加了导能结构的设计难度。基于上述问题,本文提出在超声波焊头上制作导能结构的方法,避免了在聚合物表面制作导能结构,实现了二者的良好连接。首先,制作了薄膜微流控芯片与支撑板。其中,薄膜微流控芯片由铝箔盖片与聚丙烯(PP)薄膜基片组成,二者通过胶粘剂键合在一起。本文探究了薄膜基片的热成型工艺、盖片表面的胶粘旋涂工艺以及键合工艺,并通过扫描电镜对芯片截面进行观察,结果表明键合状况良好,通过气压测试显示芯片能承受最大气压为0.45±0.02MPa,与同等芯片的键合强度相当。对支撑板在制作过程中产生的翘曲进行退火改善,经过退火后支撑板的翘曲量由0.45mm下降到0.15mm,可以用于超声波焊接。其次,在超声波焊头上设计制作了导能结构,同时制作了无导能结构的焊头作为对照。对制作好的焊头进行阻抗分析测试,结果表明有导能结构的焊头机械谐振频率为19876.8Hz,机械品质因素为2170,无导能结构焊头机械谐振频率为19928.0Hz,机械品质因素为2340,均满足工程使用的要求。为了验证导能结构所起到的导能作用,采用激光位移传感器对有无导能结构的焊头进行测试,结果表明有导能结构的焊头振幅约为13μm,而无导能结构的焊头振幅约为8μm,焊接振幅的增大是导能结构起到导能作用的重要因素。最后,提出了在超声波焊头上粘接PDMS弹性体的压紧方案,并利用COMSOL仿真软件对有导能结构的超声波焊头和无导能结构的超声波焊头分别进行超声波焊接产热过程的计算,结果表明有导能结构的焊头焊接时的温升明显高于无导能结构的焊头,且温度分布较为均匀。对焊接后的芯片进行剥离强度测试,结果表明有导能结构的焊头剥离力约为15.2N,高于无导能结构的焊头的9.8N,且焊接区域更完整,符合上述的仿真结果。最终根据剥离强度的大小选择了最优的焊接参数,在焊接压力为0.25MPa、焊接时间为0.6s时,剥离强度最高为4.31N/mm。