光代替机器人实现电子元件组装的新方法

研究人员通过装配一个微小的焊料珠和光电陷阱，去除液体，然后加热图案，将珠子熔合在一起，形成电连接，从而证明了这一技术。他们用焊料珠来证明，在未来，这些微粒可以组装和融合，以创建电气连接。

“光电镊子可在非常有性价比的条件下，实现颗粒并联的微操作，”Zhang说，他现在在加拿大的多伦多大学。“原则上，我们可以同时移动10000个珠子。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，适合于大规模生产使用。

改进的电子制造技术

这种新技术可以提供一种替代电路板来连接大多数电子产品中的元器件。这些类型的设备目前使用自动机器拾取微小的部分，放在电路板上并焊接到位。这个过程需要一个昂贵的机动阶段来定位板和一个昂贵的高精度机械臂拿起和放置在设备上的微小部分。这些操作系统的成本将随着电子精度要求的尺寸缩小而继续增加。

 “光镊和冷冻干燥技术不仅可以用来组装焊珠，而且组装一个范围广泛的对象，如半导体纳米线、碳纳米管、激光器和微型LED，”Zhang说。“最后，我们希望使用这个工具在一个设备或系统中来组装电子元件，如电容器和电阻，以及光子器件，如激光器和LED。”

光电操纵捕获粒子

研究人员使用光电镊子，因为这种光学操作方法可以同时形成数千个陷阱，提供了大规模并行装配的潜力。镊子是用硅层形成的，它在接触光线时改变了它的导电性。在光线照射的区域，一个不均匀的电场形成与硅顶部的液体层中的粒子或珠子相互作用，使粒子通过移动光点精确移动。创建光点模式能允许多个粒子同时移动。

Zhang说：“使用我们的方法，我们可以将纳米级范围内的焊锡珠移动到150微米左右。我们已经能够移动超过150微米的物体，但它更具挑战性，因为物体的尺寸增大，摩擦力也随之增加。”

上图中，在使用光电镊子组装一系列焊锡珠（a）后，研究人员将液体（b）冻结，然后降低压力，使冷冻液体从固体直接转变为气体，烘干设备（c）。然后，他们加热珠，以融合成电气连接。