CN103232024A - 一种用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备，包括机壳、控制系统与键合系统，键合系统包括至少一个键合炉、与键合炉对应设置的键合模块、带动键合炉与键合模块移动调整的驱动机构、识别键合元件所在位置的检测机构、将键合元件逐个输送至所述键合炉上进行键合处理的上料机构；通过设置检测机构、上料机构与键合炉、键合模块配合作用，实现了自动化识别、自动化键合的目的，通过将正、负电极弹片上下设置，在下压气缸下行的过程中逐步的将长玻璃柱体压紧固定于硅片上，正、负电极弹片分别与硅片、长玻璃柱体相接触，实现长玻璃柱体型传感器的批量生产，键合过程通过控制系统全自动控制，提高键合精度与生产效率，降低键合成本。

Description

一种用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备

技术领域

本发明涉及电子元器件的键合技术领域，具体涉及一种用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备。

背景技术

MEMS技术是在IC技术基础上发展起来的，但MEMS器件具有多样性和复杂性，主要表现在：（1）功能的多样性，有光学MEMS、生物MEMS、射频MEMS等；（2）结构的多样性，有二维结构、二维半结构、三维结构，还有运动部件；（3）接口和信号种类的多样性，有电接口、光接口、与外界媒质的接口；（4）材料的多样性，包括结构材料、导电材料、功能材料、绝缘材料等。不同的MEMS其结构和功能相差很大，其应用环境、市场需求量也大不相同，最理想的MEMS是它的整体结构，但是，基于不同加工工艺、具有复杂的几何尺寸和不同材料的MEMS单元，很难集成在一体。基于现有MEMS工艺要制作将传感、驱动和机械部件融为一体的复杂微系统很困难。要完成MEMS的最终制作，尤其是三维微系统制作过程，面临各分体的组装、封装以及系统的拆卸等问题。

阳极键合的基本原理是把硅片接电源正极，玻璃接负极，将硅片与玻璃对准、装配在一起，加热至一定的温度后，在外加高压直流电场作用下，硅片和玻璃之间形成牢固的化学键，使硅-玻璃界面形成良好的连接。现有的MEMS键合设备基本采用圆片级键合方式，圆片级键合方式有利于大批量器件的加工，键合后采用划片设备获得单个芯片的键合器件，但对于某些特殊结构形式的传感器就无法使用圆片键合的方式，如典型的三明治结构的微加速度计，玻璃柱形式的传感器等，比较适合采用单芯片阳极键合手段。

目前市场上没有专门的单芯片键合设备，只能通过自行研制一些手动键合装置进行键合处理，键合精度差，而且应用范围有限，仅适合于实验室研究，对于一些较成熟的传感器无法实现小批量的生产，生产效率较低，键合成本较高。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种键合设备以实现长玻璃柱体等特殊结构传感器的阳极键合的自动化批量处理，提高键合精度与生产效率，降低键合成本。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可实现长玻璃柱体阳极键合自动化批量处理的键合设备，以达到提高键合精度与生产效率，降低键合成本的目的。

根据本发明的目的提出的一种用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备，用于键合元件硅片与长玻璃柱体的键合，该设备包括机壳、控制系统与键合系统，所述键合系统包括至少一个键合炉、与所述键合炉对应设置的键合模块、带动所述键合炉与所述键合模块移动调整其水平位置的驱动机构、识别键合元件所在位置的检测机构、将键合元件逐个输送至所述键合炉上进行键合处理的上料机构；

所述键合炉一侧设置有放置键合成品的料盒，以及将硅片与长玻璃柱体依次均匀排布的分片格，所述分片格位于所述检测机构的下方，所述料盒与所述分片格随所述键合炉同步移动；

所述键合模块包括下压气缸、水平设置于所述下压气缸上的绝缘杆、位于所述绝缘杆前端的托架；所述托架上设置有用于压紧固定键合元件的压头，所述托架的至少一侧设置有负电极弹片，所述绝缘杆下端设置有正电极弹片，所述正电极弹片与硅片接触，所述负电极弹片与长玻璃柱体接触，所述负电极弹片高于所述正电极弹片设置。

优选的，所述键合炉包括键合炉体，所述键合炉体上设置有用于吸附固定硅片的吸附孔。

优选的，所述键合炉上还设置有挡块，下压气缸下行时负电极弹片可在挡块的限定下向内压缩与长玻璃柱体接触。

优选的，所述负电极弹片的前端向内弯曲，且其端部设置有弧形卡口，便于与长玻璃柱体外壁相接触。

优选的，所述键合炉为至少两个，交替键合工作。

优选的，所述上料机构包括吸附手、带动所述吸附手运行的X轴滑动平台、Y轴滑动平台以及Z轴滑动平台，所述吸附手前端设置有吸头。

优选的，所述检测机构为显微镜。

优选的，所述驱动机构包括X轴电动滑台与Y轴电动滑台，所述驱动机构与所述键合炉间还设置有隔热组件。

与现有技术相比，本发明公开的用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备的优点是：通过设置检测机构、自动化的上料机构与键合炉、键合模块配合作用，实现了自动化识别、自动化键合的目的，通过将正、负电极弹片上下设置，在下压气缸下行的过程中逐步的将长玻璃柱体压紧固定于硅片上，正、负电极弹片分别与硅片、长玻璃柱体相接触，实现长玻璃柱体型传感器的批量生产，键合过程通过控制系统全自动控制，提高键合精度与生产效率，降低键合成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的一种用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备主视图。

图2为本发明公开的一种用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备中键合系统的结构示意图。

图3为本发明公开的一种用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备中键合系统的局部放大示意图。

图中的数字或字母所代表的相应部件的名称：

1、温控表2、机壳3、显微镜4、显示屏幕5、键合模块6、键合炉7、上料机构8、系统控制面板9、电控箱

5-1、下压气缸5-2、绝缘杆5-3、分片格5-4、料盒5-5、Y轴电动滑台5-6、隔热组件5-7、X轴电动滑台

6-1、压头6-2、托架6-3、正电极弹片6-4、负电极弹片6-5、挡块6-6、键合炉体

7-1、Y轴滑动平台7-2、X轴滑动平台7-3、Z轴滑动平台7-4、吸头7-5、吸附手

具体实施方式

现有的MEMS键合设备基本采用圆片级键合方式，但对于某些特殊结构形式的传感器就无法使用圆片键合的方式，目前市场上没有专门的单芯片键合设备，只能通过自行研制一些手动键合装置进行键合处理，存在键合精度差，存在键合局限，对于一些较成熟的传感器无法实现小批量的生产，生产效率较低，键合成本较高等问题与不足。

本发明针对现有技术中的不足，本发明提供一种可实现长玻璃柱体阳极键合自动化批量处理的键合设备，以达到提高键合精度与生产效率，降低键合成本的目的。

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的目的提出的一种用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备，用于键合元件硅片与长玻璃柱体的键合，该设备包括机壳2、控制系统（未示出）与键合系统，控制系统包括温控表1、显示屏幕4、系统控制面板8与电控箱9，键合系统包括至少一个键合炉6、与键合炉6对应设置的键合模块5、带动键合炉6与键合模块5移动调整其水平位置的驱动机构、识别键合元件所在位置的检测机构、将键合元件逐个输送至键合炉6进行键合处理的上料机构7。

键合炉6包括键合炉体6-6，通过检测机构检测键合元件所在的位置，上料机构7将硅片与长玻璃柱体逐个放置于键合炉体6-6上，之后通过键合模块5与键合炉6配合作用实现长玻璃柱体型传感器的键合。检测机构为显微镜3。

键合炉6一侧设置有放置键合成品的料盒5-4，以及将硅片与长玻璃柱体依次均匀排布的分片格5-3，分片格5-3位于检测机构的下方，料盒5-4与分片格5-3随键合炉6同步移动。将键合元件分布于分片格5-3上，便于上料机构7对键合元件的拾取。

驱动机构包括X轴电动滑台5-7与Y轴电动滑台5-5，驱动机构与键合炉6间还设置有隔热组件5-6。通过X轴电动滑台5-7与Y轴电动滑台5-5调节分片5-3的位置，使得键合元件的中心与显微镜中心对齐，以便上料机构的拾取。

键合模块5包括下压气缸5-1、水平设置于下压气缸5-1上的绝缘杆5-2、位于绝缘杆5-2前端的托架6-2；托架6-2上设置有用于压紧固定键合元件的压头6-1，托架6-2的至少一侧设置有负电极弹片6-4，绝缘杆5-2下端设置有正电极弹片6-3，正电极弹片6-3与硅片接触，负电极弹片6-4与长玻璃柱体接触，因为硅片在下，长玻璃柱体键合固定在硅片上，因此，负电极弹片6-4高于正电极弹片6-3设置。其中负电极弹片可为设置于单侧的一个，也可为两侧对称设置的两个，设置两个负电极弹片可对长玻璃柱体两侧进行夹持固定，保证键合的稳定性。

键合炉上设置有用于吸附固定硅片的吸附孔（未示出），通过吸附孔将硅片定位。通过上料机构依次将硅片与长玻璃柱体放置于键合炉体6-6上，且保证硅片与长玻璃柱体中心共线，下压气缸5-1下行，压头6-1压紧于长玻璃柱体上，在下压气缸下行的过程中，正电极弹片6-3与硅片接触，负电极弹片6-4与长玻璃柱体接触，进行键合处理。

键合炉6上还设置有挡块6-5，下压气缸5-1下行时负电极弹片6-4可在挡块6-5的限定下向内压缩与长玻璃柱体接触。挡块为绝缘材料制成，具体可为陶瓷挡块。

负电极弹片6-4的前端向内弯曲，且其端部设置有弧形卡口，便于与长玻璃柱体外壁相接触。

上料机构7包括吸附手7-5、带动吸附手7-5运行的X轴滑动平台7-2、Y轴滑动平台7-1以及Z轴滑动平台7-3，吸附手7-5前端设置有吸头7-4。根据显微镜检测键合元件的位置，通过X、Y、Z轴滑动平台作用带动吸附手三自由度运行，调整吸附手的位置。

键合炉为3个，交替键合工作。其中键合炉的数量还可为2个或多个，可实现连续键合作业即可，具体数量视情况而定，在此不做限制。

该键合设备的工作原理如下：

将硅片与长玻璃柱体分别排放于分片格5-3上，驱动机构带动分片格5-3移动，将第一个硅片的中心与显微镜中心对应，控制系统控制上料机构7运行，使吸附手7-5与显微镜3的中心轴对应，吸附手7-5吸取硅片将硅片放置于第一个键合炉体6-6，通过吸附孔将硅片吸附固定；驱动机构带动分片格5-3移动，将第一个长玻璃柱体的中心与显微镜中心对应，控制系统控制上料机构运行，使吸附手7-5与显微镜3的中心轴对应，吸附手7-5吸取长玻璃柱体将长玻璃柱体放置于硅片上，保证硅片与长玻璃柱体中心共线，第一个键合炉上键合元件装好后，吸附手复位重复上述操作分别对第二、第三个键合炉进行上料；上料完成后，下压气缸5-1下行，压头6-1压紧于长玻璃柱体上，在下压气缸5-1下行的过程中，正电极弹片6-3与硅片接触，负电极弹片6-4在挡块6-5的限位下向内压缩与长玻璃柱体接触，在适合的炉温与高压作用下，完成硅片与长玻璃柱体的键合；下压气缸5-1复位吸附手将成品吸取至料盒，此时，第一个键合炉作业完成，吸附手继续对其上料，该设备按照以上步骤不断循环操作，实现批量生产。

本发明公开了一种用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备，通过设置检测机构、自动化的上料机构与键合炉、键合模块配合作用，实现了自动化识别、自动化键合的目的，通过将正、负电极弹片上下设置，在下压气缸下行的过程中逐步的将长玻璃柱体压紧固定于硅片上，正、负电极弹片分别与硅片、长玻璃柱体相接触，实现长玻璃柱体型传感器的批量生产，键合过程通过控制系统全自动控制，提高键合精度与生产效率，降低键合成本。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备，用于键合元件硅片与长玻璃柱体的键合，该设备包括机壳、控制系统与键合系统，其特征在于，所述键合系统包括至少一个键合炉、与所述键合炉对应设置的键合模块、带动所述键合炉与所述键合模块移动调整其水平位置的驱动机构、识别键合元件所在位置的检测机构、将键合元件逐个输送至所述键合炉上进行键合处理的上料机构；

所述键合炉一侧设置有放置键合成品的料盒，以及将硅片与长玻璃柱体依次均匀排布的分片格，所述分片格位于所述检测机构的下方，所述料盒与所述分片格随所述键合炉同步移动；

所述键合模块包括下压气缸、水平设置于所述下压气缸上的绝缘杆、位于所述绝缘杆前端的托架；所述托架上设置有用于压紧固定键合元件的压头，所述托架的至少一侧设置有负电极弹片，所述绝缘杆下端设置有正电极弹片，所述正电极弹片与硅片接触，所述负电极弹片与长玻璃柱体接触，所述负电极弹片高于所述正电极弹片设置。

2.如权利要求1所述的用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备，其特征在于，所述键合炉包括键合炉体，所述键合炉体上设置有用于吸附固定硅片的吸附孔。

3.如权利要求1所述的用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备，其特征在于，所述键合炉上还设置有挡块，下压气缸下行时负电极弹片可在挡块的限定下向内压缩与长玻璃柱体接触。

4.如权利要求1所述的用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备，其特征在于，所述负电极弹片的前端向内弯曲，且其端部设置有弧形卡口，便于与长玻璃柱体外壁相接触。

5.如权利要求1所述的用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备，其特征在于，所述键合炉为至少两个，交替键合工作。

6.如权利要求1所述的用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备，其特征在于，所述上料机构包括吸附手、带动所述吸附手运行的X轴滑动平台、Y轴滑动平台以及Z轴滑动平台，所述吸附手前端设置有吸头。

7.如权利要求1所述的用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备，其特征在于，所述检测机构为显微镜。

8.如权利要求1所述的用于长玻璃柱体阳极键合的自动化键合设备，其特征在于，所述驱动机构包括X轴电动滑台与Y轴电动滑台，所述驱动机构与所述键合炉间还设置有隔热组件。

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