[发明专利]多功能单芯片键合作业手

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS装配封装技术领域，特别是涉及一种多功能单芯片键合作业手。

背景技术

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。

发明内容

有鉴于此，本发明将将显微视觉、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，本发明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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，所述可动夹爪上端为外螺纹，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，可动夹爪的外表面上设有若干开口缝。

作为本发明的进一步改进，所述开口缝的数量设置为两个或两个以上。

作为本发明的进一步改进，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。

本发明将显微视觉、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发明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发明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为本发明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分别为本发明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为本发明一具体实施方式中调平机构的剖视结构示意图；

图4a、4b分别为本发明一具体实施方式中可动夹爪的侧视结构示意图和仰视结构示意图；

图5为本发明一具体实施方式中球形键合压头的立体结构示意图；

图6为本发明一具体实施方式中芯片-芯片键合的工艺流程图；