CN1834601A - Mems高温压力传感器自动键合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种MEMS高温压力传感器自动键合方法。它选择由台面、设置在台面上的物流台、操作手、加热炉和显微镜组成的自动键合机进行自动键合；自动键合机的操作手安装在由4个轴控制的4自由度操作手工作台上，加热炉安装在由2个轴控制的2自由度定位工作台上，显微镜安装在包括可上下运动的轴的显微镜自动调焦工作台上。本发明基于显微视觉的高精度、非接触式测量，实现了不论是正面还是反面MEMS高温压力传感器的高精度对准作业；融合视觉/微力觉信息，实现芯片和玻璃基的高精度、无损抓取和搬运；设备的高自动化程度使得其具有批量制造能力，提高了生产效率。

Description

MEMS高温压力传感器自动键合方法
(一)技术领域
本发明涉及的是一种传感器的加工方法，具体地说是一种传感器静电键合方法。
(二)背景技术
硅-玻璃静电键合技术广泛应用在压力传感器的制造上，在MEMS和IC制造领域有着重要地位。同时也是MEMS高温压力传感器制造过程中的重要工艺流程。MEMS高温压力传感器的键合时，不论是正面敏感还是反面敏感。敏感电路中心须和导压孔中心对准。但是，目前在MEMS高温压力传感器的静电键合操作采用手工作业。和自动阳极键合技术相比，目前的手工键合作业有以下的不足和缺陷：1、对准精度低，芯片敏感电路中心和和玻璃基导压孔不能精确对准，尤其是在反面敏感传感器键合时，影响传感器的性能。2、一致性差，手工作业导致传感器性能的一致性差。3、效率低，限制了MEMS高温压力传感器的批量制造。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高MEMS高温压力传感器的硅-玻璃阳极键合工艺过程中的高精度对准，提高产品质量，同时提高生产效率的MEMS高温压力传感器自动键合方法。
本发明的目的是这样实现的：它选择由台面、设置在台面上的物流台、操作手、加热炉和显微镜组成的自动键合机；自动键合机的操作手安装在由4个轴控制的4自由度操作手工作台上，加热炉安装在由2个轴控制的2自由度定位工作台上，显微镜安装在包括可上下运动的轴的显微镜自动调焦工作台上；
1、芯片和基体经过超声波清洗后，分别放置到承载盘中，放置到物流台上，加热炉加温到420℃；
2、系统初始化，启动操作手，旋转到物流台上方，在微力传感的控制下，无损抓取传感器芯片；
3、移动定位工作台，使得具有3个加热点的加热炉的第1加热点位于显微镜视场中心，旋转操作手，搬运芯片于显微镜下，在微力传感的控制下放置到第1加热点处；
4、在显微视觉的伺服控制下，通过图像处理和识别，控制定位工作台移动，使得芯片敏感电路的中心位于视场中心；
5、旋转到物流台上方，在微力传感的控制下，无损抓取玻璃基片；
6、旋转操作手，搬运芯片于显微镜下；
7、在显微视觉的伺服控制下，通过图像处理和识别，控制操作手移动，使得玻璃基导压孔的中心位于视场中心；
8、在微力传感的控制下竖直向下放置玻璃基到芯片上，当两者刚刚接触时，加直流电压1200V，正极和芯片相通，负极和玻璃基相通，键合开始；
9、封装头1下压到玻璃基上，加载，同时操作手撤出，用于第2个传感器的键合作业；
依此类推，当操作手从第3个加热点撤出后，第1个传感器已经键合完毕，又操作手抓取取出，放置到物流台上，然后进行第4个传感器的键合作业，如此循环，实现了传感器的自动键合作业流程。
本发明为了实现MEMS高温压力传感器的硅-玻璃阳极键合工艺过程中的高精度对准，提高产品质量，同时提高生产效率，面向MEMS传感器的批量制造，选择具有批量制造功能的基于计算机控制的自动阳极技术该技术具有以下优点：
1、基于显微视觉的高精度、非接触式测量，实现了不论是正面还是反面MEMS高温压力传感器的高精度对准作业；
2、融合视觉/微力觉信息，实现芯片和玻璃基的高精度、无损抓取和搬运；
3、设备的高自动化程度使得其具有批量制造能力，提高了生产效率。
(四)附图说明
图1是本发明的自动键合机的结构示意图；
图2是本发明的自动键合机的主视图；
图3是图1的俯视图；
图4是图1的左视图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作更详细的描述：
MEMS高温压力传感器自动键合机的组成包括台面1，在台面上设置物流台2、操作手3、加热炉4和显微镜5。操作手安装在由轴I、轴II、轴III和轴IV控制的，可在X、Y、Z和W4个方面精确运动4自由度操作手工作台上。4自由度操作手工作台上用于控制操作手的定位运动，实现芯片、玻璃基以及键合后的成品的抓取和搬运；加热炉安装在由轴V和轴VI控制的，可在X、Y两个方面精确运动的2自由度定位工作台上。2自由度定位工作台用于控制加热炉沿X、Y两个方面精确运动以及在图像视觉的辅助下实现硅片和玻璃基的自动对准；显微镜安装在可Y方向精确运动的带轴VII的显微镜自动调焦工作台上。其中所述的显微镜是倍数可变的显微镜。显微镜自动调焦工作台用于控制倍数可变的显微镜，从而构成一个变焦距显微视觉系统。
下面对本发明的工作过程作进一步描述：
1、芯片和基体经过超声波清洗后，分别放置到承载盘中，放置到物流台上，加热炉加温到420℃；
2、系统初始化，启动操作手，旋转到物流台上方，在微力传感的控制下，无损抓取传感器芯片；
3、移动定位工作台，使得具有3个加热点的加热炉的第1加热点位于显微镜视场中心。旋转操作手，搬运芯片于显微镜下，在微力传感的控制下放置到第1加热点处；
4、在显微视觉的伺服控制下，通过图像处理和识别，控制定位工作台移动，使得芯片敏感电路的中心位于视场中心；
5、旋转到物流台上方，在微力传感的控制下，无损抓取玻璃基片；
6、旋转操作手，搬运芯片于显微镜下；
7、在显微视觉的伺服控制下，通过图像处理和识别，控制操作手移动，使得玻璃基导压孔的中心位于视场中心；
8、在微力传感的控制下竖直向下放置玻璃基到芯片上，当两者刚刚接触时，加直流电压1200V，正极和芯片相通，负极和玻璃基相通，键合开始；
9、封装头1下压到玻璃基上，加载。同时操作手撤出，用于第2个传感器的键合作业；
10、依此类推，当操作手从第3个加热点撤出后，第1个传感器已经键合完毕，又操作手抓取取出，放置到物流台上，然后进行第4个传感器的键合作业。如此循环，实现了传感器的自动键合作业流程。
各项测试包括各轴工作台运动精度、图像对准精度和微力传感器指标测试结果如下：
                        操作手工作台检测结果
  名称 检测项目   x轴   y轴   z轴   w轴
  工作台 运动行程(mm)   50mm   50mm   10mm   274°
重复定位精度(μm)   1.5μm   1.5μm   1.5μm   0.015°
运动分辨率(μm)   0.5μm   0.5μm   0.5μm   0.005°
                定位工作台检测结果
  名称   检测项目   x轴   y轴
  工作台   运动行程(mm)   80mm   10mm
  重复定位精度(μm)   1.5μm   1.5μm
  运动分辨率(μm)   0.5μm   0.5μm
  显微镜自动调焦工作台检测结果
  名称 检测项目   技术指标
  工作台 运动行程(mm)   20mm
重复定位精度(μm)   1.5μm
运动分辨率(μm)   0.5μm
                     显微视觉系统检测结果(视觉定位精度)
  名称   检测项目   技术指标                        检测结果
  物镜   定位分辨率(μm)   4.0μm   3.81   3.79   3.80   3.81   3.80
             微力传感器检测结果
  名称   量程(mN)   精度(％F.S)   分辨率(mN)
  一维力传感器   3000   0.5％   5

Claims (1)

1、一种MEMS高温压力传感器自动键合方法，其特征是：它选择由台面、设置在台面上的物流台、操作手、加热炉和显微镜组成的自动键合机；自动键合机的操作手安装在由4个轴控制的4自由度操作手工作台上，加热炉安装在由2个轴控制的2自由度定位工作台上，显微镜安装在包括可上下运动的轴的显微镜自动调焦工作台上；
(1)、芯片和基体经过超声波清洗后，分别放置到承载盘中，放置到物流台上，加热炉加温到420℃；
(2)、系统初始化，启动操作手，旋转到物流台上方，在微力传感的控制下，无损抓取传感器芯片；
(3)、移动定位工作台，使得具有3个加热点的加热炉的第1加热点位于显微镜视场中心，旋转操作手，搬运芯片于显微镜下，在微力传感的控制下放置到第1加热点处；
(4)、在显微视觉的伺服控制下，通过图像处理和识别，控制定位工作台移动，使得芯片敏感电路的中心位于视场中心；
(5)、旋转到物流台上方，在微力传感的控制下，无损抓取玻璃基片；
(6)、旋转操作手，搬运芯片于显微镜下；
(7)、在显微视觉的伺服控制下，通过图像处理和识别，控制操作手移动，使得玻璃基导压孔的中心位于视场中心；
(8)、在微力传感的控制下竖直向下放置玻璃基到芯片上，当两者刚刚接触时，加直流电压1200V，正极和芯片相通，负极和玻璃基相通，键合开始；
(9)、封装头1下压到玻璃基上，加载，同时操作手撤出，用于第2个传感器的键合作业；
依此类推，当操作手从第3个加热点撤出后，第1个传感器已经键合完毕，又操作手抓取取出，放置到物流台上，然后进行第4个传感器的键合作业，如此循环，实现了传感器的自动键合作业流程。
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