CN103626122A - 一种阳极键合批量化生产设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阳极键合批量化生产设备，其组成包括主电器控制柜(10)，设置在所述主电器控制柜(10)上部的上壳体(6)，所述上壳体(6)内部设有批量阳极键合系统(8)，以及与批量阳极键合系统(8)相连的料盘传送系统(3)和三自由度吸附手(4)，所述料盘传送系统(3)两端分别连接有批量进料机构(2)和批量出料机构(9)，所述上壳体(6)外部设有操作面板(7)和显示器(1)。通过上述方式，本发明能够提高键合效率、增强键合强度和表面质量、适应多个品种的键合要求。

Description

一种阳极键合批量化生产设备
技术领域
本发明涉及微机电系统技术领域，特别涉及一种阳极键合批量化生产设备。
背景技术
MEMS技术是在微电子技术基础上发展起来的，但MEMS器件与微电子器件相比有较大差别，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，相应的产品较多，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。但目前对于较大面积的圆片键合，若采用面电极可在短时间内完成大面积的键合，但也会产生很多空洞缺陷；若采用点电极放于晶片中间可以防止空洞的产生，但键合效率低，严重影响了该技术的使用。而且对于很多键合后构成新结构的MEMS器件，如典型的三明治结构的微加速度计，划片时使用的切削液容易进入微结构内，而且难以清除，从而造成微结构的破坏，比较适合采用单芯片阳极键合手段。此外，我国目前对MEMS器件的需求仍存在多品种、高特异性、中小批量的特点，圆片级大批量键合操作限制了MEMS制造的灵活性。因此，许多公司均采用单芯片键合方式，而市场上没有提供单芯片键合设备，只能通过自行研制一些手动键合装置。单芯片阳极键合方法具有工艺简单、键合时间短、键合质量高的特点。但是手动单芯片阳极键合装置操作过程复杂、效率低、稳定性差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的技术中存在的缺陷，提供一种阳极键合批量化生产设备，能够提高键合效率、增强键合强度和表面质量、适应多个品种的键合要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种阳极键合批量化生产设备，其组成包括主电器控制柜，设置在所述主电器控制柜上部的上壳体，所述上壳体内部设有批量阳极键合系统，以及与批量阳极键合系统相连的料盘传送系统和三自由度吸附手，所述料盘传送系统两端分别连接有批量进料机构和批量出料机构，所述上壳体外部设有操作面板和显示器。
作为进一步的改进，所述上壳体顶部还设有三色报警灯。
作为进一步的改进，所述批量出料机构的组成包括升降电动滑台和槽型料盘放置边板，以及设置在所述槽型料盘放置边板上部的斯科制锁和对侧的光电开关。
作为进一步的改进，所述批量进料机构的组成包括升降电动滑台和槽型料盘放置边板，以及设置在所述槽型料盘放置边板上部的斯科制锁和对侧的光电开关。
作为进一步的改进，所述料盘传送系统的组成包括料盘，与所述料盘连接的传送带，设置在所述传送带一侧的显微镜，分别设置在所述显微镜两侧的气动限位挡块和气动式推板，所述气动式推板一侧设有活动推块。
作为进一步的改进，三自由度吸附手的组成包括互相垂直的Y轴电动滑台、Z轴电动滑台和X轴电动滑台，所述Z轴电动滑台连接有气缸吊板，气缸吊板内部设有气缸、缓震压簧和活塞连接件，以及设置在三自由度吸附手最底端的搬运式吸头。
作为进一步的改进，所述批量阳极键合系统的组成包括下炉体键合平台、上炉体线罩、散热风扇、下炉体线罩、边缘挡板、上炉体支撑板、上炉体X轴电动动滑台、上炉体Z轴电动滑台、可调压式杆件、导向滑轨、下压滑杆、下压上炉体，其中下炉体键合平台设置在下炉体线罩上方，下压上炉体设置在下炉体键合平台上方，下压滑杆设置在下压上炉体上方，导向滑轨设置在下压滑杆上方，可调压式杆件设置在导向滑轨上方，上炉体线罩设置在可调压式杆件上方，上炉体线罩和下炉体线罩之间依靠上炉体支撑板和边缘挡板支撑，所述上炉体支撑板上设有散热风扇，上炉体X轴电动动滑台和上炉体Z轴电动滑台设置在下炉体键合平台下方。
本发明的有益效果是：能够提高键合效率、增强键合强度和表面质量、适应多个品种的键合要求。
附图说明
下面结合附图与实施案例进一步说明本发明。
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明的批量出料机构的立体结构示意图。
图3是本发明的料盘传送系统和批量阳极键合系统的立体结构示意图。
图4是本发明的三自由度吸附手和批量阳极键合系统的立体结构示意图。
图5是本发明的三自由度吸附手传动部分的立体结构示意图。
图6是本发明的批量阳极键合系统传动部分的立体结构示意图。
图1-图6中，1、显示器，2、批量进料机构，3、料盘传送系统，4、三自由度吸附手，5、三色报警灯，6、上壳体，7、操作面板，8、批量阳极键合系统，9、批量出料机构，10、主电气控制柜，31、料盘，32、传送带，33、气动限位挡块，34、显微镜，35、气动式推板，36、活动推块，41、三自由度吸附手Y轴电动滑台，42、Z轴电动滑台，43、X轴电动滑台，44、搬运式吸头，45、气缸吊板，46、气缸，47、缓震压簧，48、活塞连接件，81、下炉体键合平台，82、上炉体线罩，83、散热风扇，84、下炉体线罩，85、边缘挡板，86、上炉体支撑板，87、上炉体X轴电动动滑台，88、上炉体Z轴电动滑台，89、可调压式杆件，810、导向滑轨，811、下压滑杆，812、下压上炉体，91、斯科制锁，92、槽型料盘放置边板，93、光电开关，94、升降电动滑台。
具体实施方式
为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
图中，设备工作时，光电开关93检测料盘槽型放置边板92的四个位置的料盘。若边板上有料盘，气动式推板35与活动推块36将料盘推送至传送带32。在气动限位挡块33的阻挡下料，盘停止在气动限位挡块的左侧。
三自由度吸附手4的两个吸头分别吸取料盘中的硅片和玻璃环。运动至显微镜34的视野中，由程序对硅片与玻璃环的中心进行定位。定位后，程序计算合理路径，运动至下炉体键合平台81的标定工位，先在平台上放上玻璃环，接着放置硅片。在计算机视觉定位下，硅片与玻璃环中心是重合的。在下炉体键合平台81第一个工位上的16个凹槽放好玻璃片和硅片后，上炉体812运动至第一个工位上方。上炉体接入正电极，下炉体接入负电极。此时，上炉体Z轴电动滑台88完成上炉体的下压动作。在适宜温度和高压电场下，玻璃环和硅片完成键合。
在第一个工位进行键合时，三自由度吸附手对炉体第二个工位进行上料。在第一个工位键合完成后，三自由度吸附手4将成品吸取至料盘31。同时，上炉体到第二个工位进行键合工作。如此循环直至料盘中的玻璃环和硅片键合完毕。气动限位挡块33下降，料盘在传送带32和气动式推板35的协作下料盘被放置在出料槽型料盘放置边板92上。至此，设备完成一个料盘的键合工作，继续进行对后续料盘的键合。
与现有技术相比，本发明的优点是：能够提高键合效率、增强键合强度和表面质量、适应多个品种的键合要求。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种阳极键合批量化生产设备，其特征是：其组成包括主电器控制柜(10)，设置在所述主电器控制柜(10)上部的上壳体(6)，所述上壳体(6)内部设有批量阳极键合系统(8)，以及与批量阳极键合系统(8)相连的料盘传送系统(3)和三自由度吸附手(4)，所述料盘传送系统(3)两端分别连接有批量进料机构(2)和批量出料机构(9)，所述上壳体(6)外部设有操作面板(7)和显示器(1)。
2.根据权利要求1所述的一种阳极键合批量化生产设备，其特征是：所述上壳体(6)顶部还设有三色报警灯(5)。
3.根据权利要求1所述的一种阳极键合批量化生产设备，其特征是：所述批量出料机构(9)的组成包括升降电动滑台(94)和槽型料盘放置边板(92)，以及设置在所述槽型料盘放置边板(92)上部的斯科制锁(91)和对侧的光电开关(93)。
4.根据权利要求1所述的一种阳极键合批量化生产设备，其特征是：所述批量进料机构(9)的组成包括升降电动滑台(94)和槽型料盘放置边板(92)，以及设置在所述槽型料盘放置边板(92)上部的斯科制锁(91)和对侧的光电开关(93)。
5.根据权利要求1所述的一种阳极键合批量化生产设备，其特征是：所述料盘传送系统(3)的组成包括料盘(31)，与所述料盘(31)连接的传送带(32)，设置在所述传送带(32)一侧的显微镜(34)，分别设置在所述显微镜(34)两侧的气动限位挡块(33)和气动式推板(35)，所述气动式推板(35)一侧设有活动推块(36)。
6.根据权利要求1所述的一种阳极键合批量化生产设备，其特征是：三自由度吸附手(4)的组成包括互相垂直的Y轴电动滑台(41)、Z轴电动滑台(42)和X轴电动滑台(43)，所述Z轴电动滑台(42)连接有气缸吊板(45)，气缸吊板(45)内部设有气缸(46)、缓震压簧(47)和活塞连接件(48)，以及设置在三自由度吸附手(4)最底端的搬运式吸头(44)。
7.根据权利要求1所述的一种阳极键合批量化生产设备，其特征是：所述批量阳极键合系统(8)的组成包括下炉体键合平台(81)、上炉体线罩(82)、散热风扇(83)、下炉体线罩(84)、边缘挡板(85)、上炉体支撑板(86)、上炉体X轴电动动滑台(87)、上炉体Z轴电动滑台(88)、可调压式杆件(89)、导向滑轨(810)、下压滑杆(811)、下压上炉体(812)，其中下炉体键合平台(81)设置在下炉体线罩(84)上方，下压上炉体(812)设置在下炉体键合平台(81)上方，下压滑杆(811)设置在下压上炉体(812)上方，导向滑轨(810)设置在下压滑杆(811)上方，可调压式杆件(89)设置在导向滑轨(810)上方，上炉体线罩(82)设置在可调压式杆件(89)上方，上炉体线罩(82)和下炉体线罩(84)之间依靠上炉体支撑板(86)和边缘挡板(85)支撑，所述上炉体支撑板(86)上设有散热风扇(83)，上炉体X轴电动动滑台(87)和上炉体Z轴电动滑台(88)设置在下炉体键合平台(81)下方。
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