[发明专利]一种用于集成微型热电换能器件的装置与方法

权利要求书

1.一种用于集成微型热电换能器件的装置，其特征在于，该装置包括：减震支撑基座、显微识别定位系统、供料器、转移吸附系统、基板样品台、控制器，具体结构如下：

减震支撑基座设有大理石支架和减震平台，大理石支架放置在减震平台上；显微识别定位系统固定在大理石支架和减震平台上，转移吸附系统固定在大理石支架上，供料器、基板样品台和控制器固定在减震底座，热电粒子和上电极基板放置在供料器上，下电极基板固定在基板样品台上；控制器通过数据线与显微识别定位系统、转移吸附系统和基板样品台的互连，并实现各部分的集中控制和联动过程。

2.根据权利要求1所述的用于集成微型热电换能器件的装置，其特征在于，显微识别定位系统设有一套垂直向下的基板定位显微镜组、一套垂直向上的CCD相机、两套水平显微镜组，其中：基板定位显微镜组沿竖向安装于基板样品台上方的大理石支架水平横梁上，通过手动变焦实现不同大小的基板定位；CCD相机设置于减震平台上的供料器、基板样品台之间，用于辅助对热电粒子的方位进行调整；两套水平显微镜安装于基板样品台的侧面，分别与基板样品台上方相对应，用于对热电粒子与下电极基板的Z轴方位从两个方向进行检测。

3.根据权利要求2所述的用于集成微型热电换能器件的装置，其特征在于，基板定位显微镜组为可变倍数组合镜头，最高分辨率达1μm，最大视场为直径20mm；CCD相机和水平显微镜组为定倍数组合镜头，分辨率为1μm，视场为直径2mm。

4.根据权利要求1所述的用于集成微型热电换能器件的装置，其特征在于，供料器位于CCD相机旁，提供编带线性排布或方形阵列排布的供料方式。

5.根据权利要求1所述的用于集成微型热电换能器件的装置，其特征在于，转移吸附系统设有X-Y-Z电控位移平台、倾斜旋转台、电子倾角仪、吸附机械臂、气泵、负压泵，其中：X-Y-Z电控位移平台安装在大理石龙门架的水平横梁底部，X-Y-Z电控位移平台的底部安装倾斜旋转台，倾斜旋转台的底部安装电子倾角仪、吸附机械臂，吸附机械臂的水平部分为中空型的360°电控旋转台，360°电控旋转台的前端底部设置真空吸嘴，360°电控旋转台用于真空吸嘴的面内旋转，气泵、负压泵分别通过管路与360°电控旋转台相连通，真空吸嘴上开设吸附阵列孔，以实现负压吸取和正压释放。

6.根据权利要求1所述的用于集成微型热电换能器件的装置，其特征在于，真空吸嘴压力在-200kPa～100kPa连续可调，真空吸嘴内径直径为0.02mm～2mm可选，电子倾角仪分辨率为0.001°；真空吸嘴的材质采用石英玻璃、单晶氧化铝、单晶硅、不锈钢或橡胶材质制作，其中：石英玻璃和单晶氧化铝为透明材质，实现原位监控装配，单晶硅采用MEMS制造工艺实现最小直径5μm的吸附阵列孔。

7.根据权利要求1所述的用于集成微型热电换能器件的装置，其特征在于，基板样品台设有加热吸附平台、压力传感器、电子倾角仪、倾斜旋转台、X-Y-Z电控位移平台，从上到下依次是加热吸附平台、压力传感器、电子倾角仪、倾斜旋转台、X-Y-Z电控位移平台。

8.根据权利要求7所述的用于集成微型热电换能器件的装置，其特征在于，加热吸附平台采用PID控温方式，最高加热温度为400℃；压力传感器的监测范围为0～100N，监测分辨率为0.05N，电子倾角仪分辨率为0.001°。

9.一种使用权利要求1至8之一所述装置的用于集成微型热电换能器件的集成方法，其特征在于，转移吸附系统将位于供料器的热电粒子吸取转移到固定在基板样品台上的下电极基板上，此过程需要配合显微识别定位系统的图形识别和定位，以及基板样品台精确位移控制来实现；控制器对显微识别定位系统采集的图像进行图像识别，并输出到转移吸附系统和基板样品台进行自动化位置调整，实现程控转移热电粒子，输入坐标文件实现自动化的贴装热电粒子。

10.按照权利要求9所述的用于集成微型热电换能器件的集成方法，其特征在于，包括如下步骤：

(S1)将规则排列的热电粒子固定在供料器上，并将坐标信息输入到控制器里；

(S2)将下电极基板固定在在基板样品台上，调整基板定位显微镜组，以清晰的观察下电极基板，并下电极基板外形均处于基板定位显微镜组的视场内；调整两套水平显微镜，以观察到下电极基板上表面为准；

(S3)调整基板样品台和转移吸附系统的倾斜旋转台，以电子倾角仪的读数为参考，对基板样品台上的加热吸附平台和转移吸附系统上的吸附机械臂进行校平；

(S4)在控制器里设置下电极基板的坐标信息，输入需要集成热电粒子的坐标参数和贴装程序；在程序运行中，吸附机械臂通过负压吸取正压释放，将热电粒子以分步或整体转移的方式贴装到下电极基板的设定位置上；

(S5)将上电极基板放置在供料器上，使用转移吸附系统将上电极基板贴装到热电粒子上，完成微型热电换能器件的集成和装配，进一步通过基板样品台上的加热吸附平台进行热电粒子与下电极基板、上电极基板间的焊接。