随着超声波封接技术在聚合物微器件领域的广泛应用,由于微器件结构尺寸微小化,使得封接过程对熔接精度提出了更高的要求。聚合物超声波封接是界面熔接过程,在该过程中聚合物材料力学状态的变化能够直接反映界面熔接程度,而超声波传播效率是能够实时反映该材料的力学状态变化,使得超声波传播效率能够成为封接过程中精确控制超声波能量输入的参考变量,进而实现对界面熔接质量的精确控制,提高封接精度。针对超声波传播效率这个参考量,本文对聚合物超声波封接中超声波的传播规律进行研究,提高超声波传播效率这一参量在实际封接中的精确使用性,降低该参数在实际使用中的复杂性与盲目性,对聚合物超声波精密封接具有理论指导作用。首先对封接过程中的超声波传播规律进行有限元仿真,针对封接建立包含工具头、微器件和底座等有限元模型。根据材料的粘弹性本构关系,模拟在不同温度和振幅下的超声波封接。通过计算、研究模型中界面间接触力与温度、振幅的关系,得到在封接过程中超声波传播效率随着微器件温度的升高而衰减、随着超声波振幅的增大而增加的传播规律。此外,为了模拟在整个封接过程中聚合物微器件在高频超声波作用下完整的动态压力曲线,建立伴有热膨胀的粘弹性封接模型,通过综合不同温度模型内接触面间的振动输出情况,得到相对完整的振动曲线。本文针对PMMA微型连通管的封接,建立60kHz的高频、低幅、低功率的超声波精密封接实验平台,以低振幅降低功率超声波对微器件的破坏性,以高频率来补偿低振幅超声波能量的声能强度;设计并制作集超声、驱动、传感、调平、控制于一体的超声波精密连接系统。为实现封接过程中超声波传播效率变化的检测,在相应位置安装压电陶瓷加速度传感器与压电式动态力传感器,从而实现对微器件在高频超声振动作用下其基片底面的振动加速度与高频动态压力的精确检测。为进一步分析超声波在封接中的传播规律,利用压电式动态力传感器和压电陶瓷加速度传感器对无工件情况下不同压力、不同振幅的超声波精密实验平台进行空载下超声振动检测。得到实验平台在无件空载情况下随压力与超声波振幅变化的实际振动输出特性曲线,为利用该实验平台进行封接时压力与振幅的选择提供参考依据。同时利用压电传感器对微型聚合物PMMA连通管和基片在不同振幅下的超声波封接实验进行振动检测,得出热塑性聚合物微器件在超声波的作用下的典型动态压力变化趋势,且该实验所得趋势曲线与本文前面通过对伴有热膨胀的微器件超声波封接进行模拟仿真所得到的动态压力变化趋势曲线相一致,验证了模拟仿真所得的动态力变化趋势的正确性。