[发明专利]一种传感器装配封装系统及装配封装方法

说明书

技术领域

本发明属于MEMS装配封装技术领域，具体涉及一种传感器装配封装系统及装配封装方法。

背景技术

MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。

MEMS传感器在制作过程中，需要将传感器芯片与管座(或衬底)进行装配，然后进行封装。当前的装配常见的是芯片平面对管座(或衬底)平面的，一般不涉及轴孔、台阶等非平面装配，因此装配精度要求不高。随着传感器功能的提升，其结构也日益复杂，非平面装配逐渐显现出来。对于这类MEMS传感器的制作，现在的解决方法是：先在视觉系统支持下人工完成对位装配，然后转移到封装设备上进行封装。因为MEMS传感器制作不同于一般的微装配，是微装配与封装两种工艺的集成，因此这种方法存在诸多问题，具体如下：

一、对作业员要求很高，工作效率低下。

二、装配完成的MEMS传感器在转移过程中由于没有固定，对位装配质量无法保证，降低了成品率。

因此，鉴于以上问题，有必要提出一种集装配与封装于一体的设备及装配封装方法，实现MEMS传感器制作过程中的微装配与封装工艺的集成，在同一工位上实现MEMS传感器芯片与管座(或衬底)的对位装配和封装作业，实现对位、装配及封装的自动化运作，降低传感器制作过程中对作业员的要求，提高工作效率，保证芯片与管座间的有效定位，提升成品率。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种传感器装配封装系统及装配封装方法，该系统集显微镜、机械手、键合工艺平台等设备于一体，应用该系统可以实现复杂MEMS微结构进行对位、装配和封装等工艺的集成操作，实现传感器生产的自动化，降低传感器制作过程中对作业员的要求，提高工作效率，同时保证芯片与管座间的有效定位，提升成品率。

根据本发明的目的提出的一种传感器装配封装系统，用于管座与芯片的装配封装，所述系统包括壳体、位于所述壳体上的料盘、上料机构、检测工件位姿的检测机构、用于工件键合封装的键合工艺平台、以及控制系统运作的控制机构；

所述上料机构包括支架与位于所述支架上的机械手，所述机械手前端设置有用于调整工件位姿的旋转轴；

所述检测机构包括用于确认管座上标识位以确定所述管座位姿的第一显微镜，以及位于所述壳体上用于确认所述芯片位姿的第二显微镜，所述第一显微镜位于所述机械手前端，所述检测机构与所述控制机构电连接；

所述控制机构控制所述机械手运作，先拾取管座，根据第一显微镜的反馈信号调整管座位姿，为芯片对位提供位姿基准，后将管座放置于键合工艺平台上固定，然后机械手拾取芯片，并根据第二显微镜的反馈信号调整芯片位姿，后将芯片对应安装于管座上，最后实现键合封装。

优选的，所述机械手为四自由度机械手。

优选的，所述机械手包括四自由度串联机械臂与位于所述四自由度串联机械臂前端的作业手抓，所述作业手抓上固定设置有绝缘板，所述旋转轴设置于所述四自由度串联机械臂前端，并与所述绝缘板固定连接。

优选的，所述作业手抓包括吸附手抓和/或夹持手抓。

优选的，所述键合工艺平台包括键合用的加热炉、用于固定管座的夹紧机构、以及调整所述键合工艺平台高度的升降机构。

优选的，所述夹紧机构包括设置于所述加热炉上方的夹具、与驱动所述夹具动作的动力部件，所述动力部件与所述控制机构电连接。

优选的，所述动力部件为驱动气缸。

一种传感器装配封装方法，采用所述的传感器装配封装系统，具体步骤如下：

（一）、首先设置工艺参数：包括机械手的运行速度、键合位置与设备原点之间的位置关系参数、键合参数；

（二）、料盘中放入工件，工件包括管座与芯片；

（三）、控制机构控制机械手运行拾取管座，同时第一显微镜检测管座上的标识位，确认管座的位姿，为芯片对位提供位姿基准；机械手根据检测信号调整管座位姿，并移动放置于键合工艺平台上，同时夹紧机构动作将其装夹固定；

（四）、控制机构控制机械手运行拾取芯片，第二显微镜检测芯片的位姿，机械手根据检测信号调整芯片位姿并计算出机械手的运动轨迹，机械手带动芯片运行将芯片装配于管座上；

（五）、采用机械手的Z轴调整作用，调整芯片与管座之间的压力；

（六）、启动加热炉进行键合封装；