研究人员使用光而不是机器人来组装电子元件

在生产更便宜的组件时，要有光！幸运的是，一个国际研究团队开发了一种基于光的操作方法，可用于批量生产智能手机、计算机和其他设备的电子元件。当然，生产这些组件的成本更低、速度更快的方法将使从服装到家用电器的日常物品连接到互联网变得更容易——在成本方面——从而推进物联网 (IoT)。

在使用光电镊子组装一排焊珠后，研究人员冻结了液体并降低了压力，因此冻结的液体将固体变成了气体，从而使设备变干。接下来，他们加热珠子以将它们融合成电气连接。图片来源：张帅龙。

根据光学学会 (OSA) 的说法，光阱利用光来保持和移动液体中的小物体，是一种用于组装电子和光学设备的有前途的非接触式方法。在《 光学快报》杂志上，苏格兰格拉斯哥大学微操作研究小组的研究人员 详细介绍了他们使用称为光电镊子的先进光学捕获方法组装电触点的方法。由于研究小组成员张帅龙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去除液体。  “这些光电镊子形成的力被比作‘星际迷航’式的牵引光束，它可以在没有任何物体接触的情况下通过介质移动物体，”显微操作研究小组负责人Steven Neale说。“这让人联想到没有机械臂的装配线。相反，分立元件在光的图案引导下几乎神奇地组装起来。”

为了演示该技术，研究人员将微型焊珠图案与光电陷阱组装在一起，去除液体，并加热图案以将焊珠融合在一起，形成电连接。焊珠旨在表明，在未来，这种微粒可以组装和融合以形成电连接。

“光电镊子具有成本效益，并允许对粒子进行并行显微操作，”张说。“原则上，我们可以同时移动 10,000 颗珠子。将此与我们的冷冻干燥方法相结合，可以创建一个非常便宜的平台，适用于大规模生产。”

根据这项研究，这项新技术可以提供一种替代方法来制造连接当今许多电子产品中的组件的电路板。目前，这些类型的设备是使用自动机器制造的，这些机器可以拾取微小的零件，将它们放在电路板上，然后将它们焊接到位。这个过程需要一个昂贵的电动平台来定位电路板，以及一个昂贵的高精度机械臂来拾取微小部件并将其放置到设备上。随着电子产品尺寸的缩小提高了精度要求，这些显微操作系统的成本不断增加。  “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 microLED，”张说。“最终，我们希望使用该工具将电容器和电阻器等电子元件以及激光器和 LED 等光子设备组装到一个设备或系统中。”

在使用光电镊子组装出直径为 40 微米的市售焊珠图案后，研究人员将光电镊子装置中的液体冷冻并降低周围的压力，使冷冻液体从固体直接变成气体. 这种方法允许组装的焊珠在去除液体后保持固定在原位。据研究人员称，它可用于去除任何类型的光阱使用的液体，甚至可以去除声波形成的陷阱。  除了将焊珠组装成不同的线外，该团队还演示了多个焊珠的平行组装，并使用焊珠形成电气连接。焊珠表现出强大的介电力，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。

现在，研究人员正在努力将他们基于实验室的系统变成一个将光电镊子和冷冻干燥过程结合在一个单元中的系统。他们还在开发一个软件界面，以根据需要捕获的粒子数量来控制光图案的生成。

审核编辑 黄昊宇