一种石英谐振梁芯片贴片装置和方法与流程

1.本发明涉及微机电系统惯性传感器封装技术领域，尤其涉及一种石英谐振梁芯片贴片技术。背景技术：2.石英振梁加速度计是一种利用石英晶体压电效应和谐振梁力频效应工作的加速度测量器件，具有精度高、体积小、功耗低、数字输出等优点，广泛应用于惯性导航、重力测量、资源勘探等领域，具有重要的军用和民用价值。3.一体式石英振梁加速度计采用在一块石英基片上完成谐振梁、质量块和隔振框的制作，避免了因材料不同带来的热匹配问题，因而具有更优异的温度特性。石英谐振梁芯片是一体式石英振梁加速度计的核心敏感元件，其粘贴(贴片)是加速度计总成封装的第一个环节，对加速度计的性能有着重要的影响。4.现有技术中，芯片贴片主要是由贴片机完成。贴片机通常采用先吸取芯片然后粘贴到基底的方式，由于芯片中间结构镂空，需要定制特殊结构的吸嘴，价格昂贵，操作不当会有芯片跌落的风险；另外，芯片贴片过程中需要两个相机或者使用分光棱镜同时观察芯片和基底，视觉系统复杂；并且贴片所用的力和加热控制需要使用精密的力传感器和加热台，增加了整个系统的复杂度，造成贴片成本高昂。因此，急需开发一种简单、可靠的贴片装置专门用于谐振梁芯片的粘贴。技术实现要素：5.本发明主要目的在于提供一种石英谐振梁芯片贴片装置和方法，可以简单、高效地实现一体式石英振梁加速度计中石英谐振梁芯片的贴片。6.本发明所采用的技术方案是：7.提供一种石英谐振梁芯片贴片装置，包括粘结配重块、to底座拾取模块、谐振梁芯片放置模块、视觉对位模块、加热固胶模块和支撑框架；8.粘结配重块用于在芯片粘结时固定to底座，并提供芯片粘结时的压紧力；9.to底座拾取模块，包括xyz三轴平移台和真空吸笔，真空吸笔通过固定夹具沿xyz三轴平移台的z轴方向固定，真空吸笔端部设置真空吸盘，用于吸放装配有粘结配重块的to底座；10.谐振梁芯片放置模块，包括对心设置的芯片放置台、放置台支撑板、旋转工作台，旋转台固定板和调平支撑底座，芯片放置台安装在放置台支撑板上，放置台支撑板、旋转工作台、旋转台固定板和调平支撑底座均为形心为空的结构且依次从上到下堆叠安装，保证芯片放置台下部为空；11.视觉对位模块，包括笔式相机、调整支架和图像显示屏，笔式相机通过调整支架设置于所述芯片放置台下方，且笔式相机的光轴与所述芯片放置台工作面垂直，所述图像显示屏和笔式相机连接，用于显示笔式相机采集的图像；12.加热固胶模块，包括加热装置、温度传感器、温控仪和固定支架，温控仪分别与加热装置和温度传感器连接，温度传感器安装在所述芯片放置台工作区附近，固定支架与所述旋转工作台同心设置，加热装置安装在固定支架上，且加热装置的热场中心覆盖所述芯片放置台的工作区；13.支撑框架，包括上支撑板和下支撑板，上支撑板为环形，通过圆周均匀分布的长度可调节的支撑杆与下支撑板平行安装，上支撑板上设置有所述to底座拾取模块，上支撑板与所述下支撑板之间设置所述谐振梁芯片放置模块、所述加热固胶模块和所述视觉对位模块，且所述to底座拾取模块的xyz三轴平移台的z轴方向与所述视觉对位模块的笔试相机的光轴平行。14.接上述技术方案，粘结配重块为适配to底座的环形结构。15.接上述技术方案，旋转工作台为单轴旋转台，工作台面为环形。16.接上述技术方案，芯片放置台为耐高温、高透明材料。17.接上述技术方案，加热装置为环形石英灯。18.接上述技术方案，温度传感器为pt100热电偶。19.接上述技术方案，调平支撑底座为三点支撑调平机构。20.本发明还提供一种石英谐振梁芯片贴片方法，具体包括以下步骤：21.s1、to底座拾取：将to底座固定到粘结配重块上，并吸附到to底座拾取模块的真空吸盘上；22.s2、to底座与芯片放置台调平行：调节xyz三轴平移台和调平支撑底座使to底座上的电极插针能够同时接触芯片放置台的工作面；23.s3、点胶：取下to底座，将to底座上的电极插针端面上涂导电胶，并重新将带粘结配重块的to底座吸附到真空吸盘上，并使to底座处于笔式相机视场中心；24.s4、石英谐振梁芯片放置：将石英谐振梁芯片有锚点电极的一面朝上放到芯片放置台的工作区，使石英谐振梁芯片处于笔式相机视场中心；25.s5、to底座与石英谐振梁芯片对准：通过图像显示屏观察所述to底座上的电极插针和石英谐振梁芯片的锚点，同时调整xyz三轴平移台和旋转工作台使to底座上的电极插针和石英谐振梁芯片的锚点电极一一对齐；26.s6，芯片粘贴：对准完成后，调整xyz三轴平移台的z轴向下移动to底座，并在to底座与石英谐振梁芯片接触前释放to底座，完成to底座上的电极插针和石英谐振梁芯片的锚点电极粘贴；27.s7、加热固胶：调节加热固胶模块使其热场中心覆盖石英谐振梁芯片,并调节加热装置的温度和加热时长，完成导电胶的固化。28.接上述技术方案，步骤s3中的导电胶为银基导电胶。29.接上述技术方案，步骤s7中的调节加热装置的温度和加热时长是指将温度控制在80℃，加热时长控制在4h。30.本发明产生的有益效果是：本发明通过吸附带有粘结配重块的to底座向石英谐振梁芯片粘结的方式，完成to底座和石英谐振梁芯片的粘结，采用透明的工作台上放置透明的石英谐振梁芯片，并用笔式相机从工作台下方观察to底座上的电极插针和石英谐振梁芯片锚点电极的位置实现对正粘贴，并利用原位加热固胶方式固化粘贴。本发明利用单一的视觉相机实现芯片粘贴时位置观测，大大简化了视觉系统，采用粘结配重块的to底座向石英谐振梁芯片粘结的方式，可以有效保护石英谐振梁芯片，并提供可靠的粘贴压紧力，且原位加热固胶方式可避免因挪动芯片产生错位，大大提高了石英谐振梁芯片的可靠性，并降低贴片系统复杂度，降低贴片成本。附图说明31.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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。32.图1是本发明实施例的石英谐振梁芯片贴片装置总体结构示意图；33.图2是本发明实施例的粘结配重块示意图；34.图3是本发明实施例的to底座拾取模块结构示意图；35.图4是本发明实施例的谐振梁芯片放置模块结构示意图；36.图5是本发明实施例的视觉对位模块结构示意图；37.图6是本发明实施例的加热固胶模块结构示意图；38.图7是本发明实施例的to底座示意图；39.图8是本发明实施例的石英谐振梁芯片结构示意图。具体实施方式40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。41.本发明通过吸附带有粘结配重块的to底座向石英谐振梁芯片粘结的方式，完成to底座和石英谐振梁芯片的粘结，并提供可靠的粘贴压力，避免了采用复杂的吸附模块、粘贴力控制系统以及吸附石英谐振梁芯片时芯片跌落损毁；同时采用透明的工作台上放置透明的石英谐振梁芯片，并用单视觉相机从工作台下方观察to底座上的电极插针和石英谐振梁芯片锚点的位置实现对正粘贴，简化了视觉系统；并利用原位加热固胶方式固化粘贴可避免挪动芯片产生错位。42.本发明提供一种石英谐振梁芯片贴片装置，如图1所示，包括粘结配重块1、to底座拾取模块2、谐振梁芯片放置模块3、视觉对位模块4、加热固胶模块5和支撑框架6。43.粘结配重块1用于在芯片粘结时固定to底座7，并提供芯片粘结时的压紧力，利用粘结配重块1自身重力提供芯片粘结时的压紧力，可以保证贴片力的精确和恒定，避免采用昂贵、复杂的精密力控装置。44.to底座拾取模块2，如图3所示，包括xyz三轴平移台201和真空吸笔202，真空吸笔通过固定夹具203沿xyz三轴平移台201的z轴方向固定，真空吸笔202端部设置真空吸盘204，用于吸放装配有粘结配重块1的to底座7；通过吸附带有粘结配重块1的to底座7向石英谐振梁芯片8粘结的方式，完成to底座7和石英谐振梁芯片8的粘结，并提供可靠的粘贴压力，避免了采用复杂的吸附模块、粘贴力控系统以及吸附石英谐振梁芯片8时芯片跌落损毁。45.谐振梁芯片放置模块3，如图4所示，包括对心设置的芯片放置台301、放置台支撑板302、旋转工作台303，旋转台固定板304和调平支撑底座305，芯片放置台301安装在放置台支撑板上302，放置台支撑板302、旋转工作台303、旋转台固定板304和调平支撑底座305均为形心为空的结构且依次从上到下堆叠安装，保证芯片放置台301下部为空。46.视觉对位模块4，如图5所示，包括笔式相机401、调整支架402和图像显示屏403，笔式相机403通过调整支架402设置于芯片放置台301下方，且401笔式相机的光轴与芯片放置台301工作面垂直，图像显示屏403和笔式相机401连接，用于显示笔式相机采集的图像；结合石英谐振梁芯片8的透明特性，只用一个相机观察即可完成to底座7和石英谐振梁芯片8的对准，简化了视觉系统。47.加热固胶模块5，如图6所示，包括加热装置501、温度传感器502、温控仪503和固定支架504，温控仪503分别与加热装置501和温度传感器502连接，温度传感器502安装在芯片放置台301工作区附近，固定支架504与旋转工作台303同心设置，加热装置501安装在固定支架504上，且加热装置501的热场中心覆盖芯片放置台301的工作区；该方式可以实现原位加热固胶方式固化粘贴可避免挪动芯片产生错位。48.支撑框架6，如图1所示，包括上支撑板601和下支撑板602，上支撑板601为环形，通过圆周均匀分布的长度可调节的支撑杆603与下支撑板602平行安装，上支撑板601上设置有to底座拾取模块2，上支撑板601与下支撑板602之间设置谐振梁芯片放置模块3、加热固胶模块5和视觉对位模块4，且to底座拾取模块2的xyz三轴平移台201的z轴方向与视觉对位模块4的笔试相机401的光轴平行。49.作为优选实施例，如图2所示，粘结配重块1为适配to底座的环形结构。50.作为优选实施例，旋转工作台303为单轴旋转台，工作台面为环形。51.作为优选实施例，芯片放置台301为耐高温、高透明材料。52.作为优选实施例，加热装置501为环形石英灯。53.作为优选实施例，温度传感器502为pt100热电偶。54.作为优选实施例，调平支撑底座305为三点支撑调平机构。55.本发明还提供一种石英谐振梁芯片贴片方法，具体包括以下步骤：56.s1、to底座拾取：将to底座7固定到粘结配重块1上，并吸附到to底座拾取模块的真空吸盘上；57.s2、to底座与芯片放置台调平行：调节xyz三轴平移台201和调平支撑底座305使to底座7上的电极插针701能够同时接触芯片放置台301的工作面；58.s3、点胶：如图7所示，取下to底座7，将to底座7上的电极插针701端面上涂导电胶，并重新将带粘结配重块1的to底座7吸附到真空吸盘204上，并使to底座7处于笔式相机401视场中心；59.s4、石英谐振梁芯片放置：将石英谐振梁芯片8有锚点电极801的一面朝上放到芯片放置台301的工作区，使石英谐振梁芯片8处于笔式相机401视场中心；60.s5、to底座与石英谐振梁芯片对准：通过图像显示屏403观察to底座7上的电极插针701和石英谐振梁芯片8的锚点电极801，同时调整xyz三轴平移台201和旋转工作台303使to底座7上的电极插针701和石英谐振梁芯片8的锚点电极801一一对齐；61.s6，芯片粘贴：对准完成后调整xyz三轴平移台201的z轴向下移动to底座7，并在to底座7与石英谐振梁芯片8接触前释放to底座7，完成to底座7上的电极插针701和石英谐振梁芯片8的锚点电极801粘贴；62.s7、加热固胶：调节加热固胶模块5使其热场中心覆盖石英谐振梁芯片8,并调节加热装置501的温度和加热时长，完成导电胶的固化。63.接作为优选实施例，步骤s3中的导电胶为银基导电胶。64.作为优选实施例，步骤s7中的调节加热装置501的温度和加热时长是指将温度控制在80℃，加热时长控制在4h。65.本发明利用单一的视觉相机实现芯片粘贴时位置观测，大大简化了视觉系统，采用粘结配重块的to底座向石英谐振梁芯片粘结的方式，可以有效保护石英谐振梁芯片，并提供可靠的粘贴压紧力，且原位加热固胶方式可避免因挪动芯片产生错位，大大提高了石英谐振梁芯片的可靠性，并降低贴片系统复杂度，降低贴片成本。66.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。