MEMS传感器三维引线键合系统研制

摘要

随着科学技术的高速发展，MEMS传感器朝着微型化、轻型化、功能多样化的方向发展，对三维结构的封装提出了要求，这种封装结构根据MEMS器件的机械结构决定，没有标准化。目前的三维封装技术主要集中于MCP、SiP、SoP、WLP、TSV等趋于Z向结构叠加的三维封装，并不能满足MEMS传感器对封装的特殊要求。随着新材料、新工艺等技术的应用以及对引线键合原有技术的改进，引线键合技术仍然是三维封装中主要的互连方法之一。因此，为满足MEMS传感器对封装的特殊需求，有必要在引线键合技术成熟、可靠性高的基础上，研制一种MEMS传感器三维引线键合系统并研究其工艺参数，有着重要的现实意义。
　　本文首先提出了三维线弧的成形过程，在此基础上建立了三维线弧的运动学模型；并对线弧进行了受力分析，在此基础上建立了动力学模型，并对劈刀的运动轨迹进行仿真分析，研究劈刀运动轨迹对三维线弧成形的影响；为后续MEMS传感器三维引线键合系统的建立奠定了理论基础。接着根据劈刀的运动学模型及动力学模型，设计了MEMS传感器三维引线键合系统，并根据工艺性能指标确定重要零部件性能参数；且对关键零部件进行优化设计及动态特性分析，最终建立了包含劈刀定位模块、封装体定位模块、视觉系统和电控系统的MEMS传感器三维引线键合系统。然后根据MEMS传感器三维引线键合系统的特点，建立了显微视觉系统的硬件系统；接着对视觉系统进行标定，确定了视觉坐标系和运动坐标系之间的转换关系；并通过劈刀与相机中心工位的标定实现视觉坐标系与运动坐标系的集成，最后通过实验验证视觉系统与运动系统的集成精度。最后利用本文建立的MEMS传感器三维引线键合系统进行实验；获得了较好的三维线弧；以超声电流，超声时间及键合力为实验因素，拉线力为实验指标，开展正交实验，通过支持向量回归机分析正交试验数据，获得了焊线参数支持向量回归模型；并对回归向量模型进行了单因素实验验证。