多功能单芯片键合作业手制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能单芯片键合作业手，包括作业手爪、显微视觉、XYZ轴运动平台、旋转轴运动平台、支撑体，XYZ轴运动平台为3维坐标运动机构，用于带动显微视觉和作业手抓做3维运动；旋转轴运动平台与XYZ轴运动平台的Z轴相连接，用于带动作业手抓实现旋转运动；作业手爪位于旋转轴运动平台下方，用于实现芯片的抓取；显微视觉与XYZ轴运动平台的Z轴相连接，用于实现芯片位姿捕捉，进而为作业手抓提供芯片位姿信息；支撑体用于支撑所述XYZ轴运动平台。本发明专利技术降低了工艺难度和作业人员素质要求，提升了键合整体质量和成品率。

【技术实现步骤摘要】
多功能单芯片键合作业手
本专利技术涉及MEMS装配封装
，特别是涉及一种多功能单芯片键合作业手。
技术介绍
随着MEMS技术的发展，为满足高性能、多样化、小批量的市场需求，MEMS传感器封装逐渐从晶圆-晶圆级朝晶圆-芯片级、芯片-芯片级方向发展。单一应用当前的阳极键合、粘胶、共晶键合工艺已经逐渐不能满足高性能芯片封装发展的需求，超声、等离子体、激光、UV光等多种能场逐渐与传统的键合方式融合，形成复合键合方式。当前复合键合是将多个工艺步骤分布在不同设备上完成的，这种在不同设备上分步工艺方法存在如下问题：第一，需要设备成本高；第二，工艺难度大，分步工艺转移过程无法精确控制，进而对键合质量和性能增加了不可控因素；第三，对操作人员技能要求增加，提高了人员成本。因此，针对上述技术问题，需要提出一种多功能单芯片键合作业手。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术将将显微视觉、多自由度关节、键合界面调平关节、真空吸附、键合电极、压力控制机构等功能集成，提供了一种多功能单芯片键合作业手。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：一种多功能单芯片键合作业手，其包括作业手爪、显微视觉、XYZ轴运动平台、旋转轴运动平台、支撑体，其中：XYZ轴运动平台为3维坐标运动机构，用于带动显微视觉和作业手爪做3维运动；旋转轴运动平台与XYZ轴运动平台的Z轴相连接，用于带动作业手爪实现旋转运动；作业手爪位于旋转轴运动平台下方，用于实现芯片的抓取；显微视觉与XYZ轴运动平台的Z轴相连接，用于实现芯片位姿捕捉，进而为作业手爪提供芯片位姿信息；支撑体用于支撑所述XYZ轴运动平台。作为本专利技术的进一步改进，所述作业手爪包括连接于旋转轴运动平台上的线性轴承、安装于线性轴承下方的调平机构、以及安装于线性轴承外围的缓冲弹簧和力传感器，所述力传感器上端与旋转轴运动平台连接，力传感器下端与线性轴承连接，线性轴承下端与调平机构连接，用于带动调平机构在力传感器内部上下移动。作为本专利技术的进一步改进，所述调平机构包括转接螺母、弹性气管、锁紧螺母、可动气爪、金属气管和球形键合压头，其中：弹性气管、金属气管和球形键合压头在线性轴承上从上至下安装设置；可动气爪安装于弹性气管、金属气管和球形键合压头的外围，可动气爪外侧部分设置为圆锥形面；锁紧螺母安装于可动气爪外围，锁紧螺母具有与可动气爪对应设置的圆锥形孔；转接螺母上下两端分别与线性轴承和可动气爪固定安装。作为本专利技术的进一步改进，所述线性轴承包括内轴和外轴，所述转接螺母上端与线性轴承的内轴固定安装，弹性气管、金属气管和球形键合压头在线性轴承的内轴上从上至下安装设置。作为本专利技术的进一步改进，所述可动气爪上端为外螺纹，中间为圆锥型面，内部为圆柱内孔，下端为用于容纳球形键合压头的球形内腔，可动气爪的外表面上设有若干开口缝。作为本专利技术的进一步改进，所述开口缝的数量设置为两个或两个以上。作为本专利技术的进一步改进，所述球形键合压头内部开有内孔，下方的键合工作面上开有若干吸附小孔。本专利技术将显微视觉、多自由度关节、键合界面调平关节、真空吸附、键合电极、压力控制机构等功能集成在作业手上，在同一工位上实现单芯片MEMS传感器与管座或衬底的界面处理、对准、调平和封装作业，降低了工艺难度和作业人员素质要求，提升了键合整体质量和成品率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术中记载的一些实施例，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1a为本专利技术一具体实施方式中多功能单芯片键合作业手的立体结构示意图，图1b为图1a中的局部放大示意图；图2a、2b分别为本专利技术一具体实施方式中作业手爪的侧视结构示意图和剖视结构示意图；图3为本专利技术一具体实施方式中调平机构的剖视结构示意图；图4a、4b分别为本专利技术一具体实施方式中可动气爪的侧视结构示意图和仰视结构示意图；图5为本专利技术一具体实施方式中球形键合压头的立体结构示意图；图6为本专利技术一具体实施方式中芯片-芯片键合的工艺流程图；图7为本专利技术另一具体实施方式中芯片-晶圆键合的工艺流程图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种多功能单芯片键合作业手，该作业手将显微视觉、多自由度关节、键合界面调平关节、真空吸附、键合电极、压力控制机构等功能进行有机集成，利用该作业手可完成芯片级键合过程中的芯片搬运、对准、调平、压力控制、键合等作业，用以解决单芯片键合封装过程中的多环节处理问题。参图1a、1b所示，在本专利技术的一具体实施方式中，多功能单芯片键合作业手包括作业手爪10、显微视觉20、XYZ轴运动平台30、旋转轴运动平台40、支撑体50，其中：XYZ轴运动平台30为3维坐标运动机构，包括X轴运动平台31、Y轴运动平台32、以及Z轴运动平台33，分别用于带动显微视觉和作业手爪做3维运动；旋转轴运动平台40与XYZ轴运动平台30的Z轴相连接，用于带动作业手爪10实现旋转运动；作业手爪10位于旋转轴运动平台40下方，用于实现芯片的抓取；显微视觉20与XYZ轴运动平台30的Z轴相连接，用于实现芯片位姿捕捉，进而为作业手爪提供芯片位姿信息；支撑体50用于支撑所述XYZ轴运动平台30。参图2a、2b所示，作业手爪10包括连接于旋转轴运动平台上的线性轴承11、安装于线性轴承下方的调平机构12、以及安装于线性轴承外围的缓冲弹簧13和力传感器14，力传感器14上端圆台与旋转轴运动平台40的内孔连接，力传感器14下端与线性轴承11连接，线性轴承11下端与调平机构12连接，线性轴承11用于带动调平机构12在力传感器14内部上下移动。线性轴承包括内轴和外轴，线性轴承14的内轴下端外表面穿有缓冲弹簧13，当线性轴承14的内轴向下运动时，缓冲弹簧13受力，缓冲下降速度与力。参图3所示，调平机构12包括转接螺母121、弹性气管122、锁紧螺母123、可动气爪124、金属气管125和球形键合压头126，其中：弹性气管122、金属气管125和球形键合压头126在线性轴承11上从上至下安装设置；可动气爪124安装于弹性气管122、金属气管125和球形键合压头126的外围，可动气爪外侧部分设置为圆锥形面；锁紧螺母123安装于可动气爪124外围，锁紧螺母具有与可动气爪对应设置的圆锥形孔，与可动气爪外表面圆锥形面配合，上端为内螺纹，工作中其内螺纹与可动气爪外螺纹连接，当锁紧螺母向下旋转时，其圆锥形孔压紧可动气爪，使可动气爪有指向轴心的力；转接螺母121上下两端通过内螺纹分别与线性轴承11内轴和可动气爪124外螺纹固定安装。参图4a、4b所示，可动气爪124上端为外螺纹1241，中间为圆锥型面1242，内部为圆柱内孔1243，下端为用于容纳球形键合压头的球形内腔1244，可动气爪的外表面上设有若本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能单芯片键合作业手，其特征在于，其包括作业手爪、显微视觉、XYZ轴运动平台、旋转轴运动平台、支撑体，其中：XYZ轴运动平台为3维坐标运动机构，用于带动显微视觉和作业手抓做3维运动；旋转轴运动平台与XYZ轴运动平台的Z轴相连接，用于带动作业手抓实现旋转运动；作业手爪位于旋转轴运动平台下方，用于实现芯片的抓取；显微视觉与XYZ轴运动平台的Z轴相连接，用于实现芯片位姿捕捉，进而为作业手抓提供芯片位姿信息；支撑体用于支撑所述XYZ轴运动平台。

【技术特征摘要】
1.一种多功能单芯片键合作业手，其特征在于，其包括作业手爪、显微视觉、XYZ轴运动平台、旋转轴运动平台、支撑体，其中：XYZ轴运动平台为3维坐标运动机构，用于带动显微视觉和作业手爪做3维运动；旋转轴运动平台与XYZ轴运动平台的Z轴相连接，用于带动作业手爪实现旋转运动；作业手爪位于旋转轴运动平台下方，用于实现芯片的抓取，其中，所述作业手爪包括连接于旋转轴运动平台上的线性轴承、安装于线性轴承下方的调平机构、以及安装于线性轴承外围的缓冲弹簧和力传感器，所述力传感器上端与旋转轴运动平台连接，力传感器下端与线性轴承连接，线性轴承下端与调平机构连接，用于带动调平机构在力传感器内部上下移动；显微视觉与XYZ轴运动平台的Z轴相连接，用于实现芯片位姿捕捉，进而为作业手爪提供芯片位姿信息；支撑体用于支撑所述XYZ轴运动平台。2.根据权利要求1所述的多功能单芯片键合作业手，其特征在于，所述调平机构包括转接螺母、弹性气管、锁紧螺母、可动气爪、金属气管和球形键合压头，其中：弹性气管、...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘明强，孙立宁，刘吉柱，陈涛，王阳俊，陈立国，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32