在生產更便宜的組件時，要有光！幸運的是，一個國際研究團隊開發了一種基于光的操作方法，可用于批量生產智能手機、計算機和其他設備的電子元件。當然，生產這些組件的成本更低、速度更快的方法將使從服裝到家用電器的日常物品連接到互聯網變得更容易——在成本方面——從而推進物聯網 (IoT)。

在使用光電鑷子組裝一排焊珠后，研究人員凍結了液體并降低了壓力，因此凍結的液體將固體變成了氣體，從而使設備變干。接下來，他們加熱珠子以將它們融合成電氣連接。圖片來源：張帥龍。

根據光學學會 (OSA) 的說法，光阱利用光來保持和移動液體中的小物體，是一種用于組裝電子和光學設備的有前途的非接觸式方法。在《?光學快報》雜志上，蘇格蘭格拉斯哥大學微操作研究小組的研究人員?詳細介紹了他們使用稱為光電鑷子的先進光學捕獲方法組裝電觸點的方法。由于研究小組成員張帥龍開發的創新冷凍干燥方法，可以在不干擾組裝部件的情況下去除液體。 ?“這些光電鑷子形成的力被比作‘星際迷航’式的牽引光束，它可以在沒有任何物體接觸的情況下通過介質移動物體，”顯微操作研究小組負責人Steven Neale說。“這讓人聯想到沒有機械臂的裝配線。相反，分立元件在光的圖案引導下幾乎神奇地組裝起來。”

為了演示該技術，研究人員將微型焊珠圖案與光電陷阱組裝在一起，去除液體，并加熱圖案以將焊珠融合在一起，形成電連接。焊珠旨在表明，在未來，這種微粒可以組裝和融合以形成電連接。

“光電鑷子具有成本效益，并允許對粒子進行并行顯微操作，”張說。“原則上，我們可以同時移動 10,000 顆珠子。將此與我們的冷凍干燥方法相結合，可以創建一個非常便宜的平臺，適用于大規模生產。”

根據這項研究，這項新技術可以提供一種替代方法來制造連接當今許多電子產品中的組件的電路板。目前，這些類型的設備是使用自動機器制造的，這些機器可以拾取微小的零件，將它們放在電路板上，然后將它們焊接到位。這個過程需要一個昂貴的電動平臺來定位電路板，以及一個昂貴的高精度機械臂來拾取微小部件并將其放置到設備上。隨著電子產品尺寸的縮小提高了精度要求，這些顯微操作系統的成本不斷增加。 ?“光電鑷子和冷凍干燥技術不僅可用于組裝焊珠，還可用于組裝各種物體，如半導體納米線、碳納米管、微型激光器和 microLED，”張說。“最終，我們希望使用該工具將電容器和電阻器等電子元件以及激光器和 LED 等光子設備組裝到一個設備或系統中。”

在使用光電鑷子組裝出直徑為 40 微米的市售焊珠圖案后，研究人員將光電鑷子裝置中的液體冷凍并降低周圍的壓力，使冷凍液體從固體直接變成氣體. 這種方法允許組裝的焊珠在去除液體后保持固定在原位。據研究人員稱，它可用于去除任何類型的光阱使用的液體，甚至可以去除聲波形成的陷阱。 ?除了將焊珠組裝成不同的線外，該團隊還演示了多個焊珠的平行組裝，并使用焊珠形成電氣連接。焊珠表現出強大的介電力，這意味著它們可以準確快速地移動，從而可以非常有效地組裝結構。

現在，研究人員正在努力將他們基于實驗室的系統變成一個將光電鑷子和冷凍干燥過程結合在一個單元中的系統。他們還在開發一個軟件界面，以根據需要捕獲的粒子數量來控制光圖案的生成。

審核編輯 黃昊宇