技术领域
[0001] 本发明属于半导体硅应变片传感器制造领域，尤其涉及一种贴应变片的方法以及贴应变片的设备。
相关背景技术
[0002] 应变片的工作原理是当外部环境有力、光、温度、湿度等影响应变片时，会引起应变片的电阻、电感、电容等的变化，产生相应的电学输出，从而对外部环境的变化进行精确的测量。
[0003] 在现实中，应用较广泛的应变片主要是由压阻式应变传感材料制成，被称为应变片压力传感器，其主要工作原理是：被测压力传递到粘贴有压阻式应变传感材料的膜片、弹性梁或应变管上，使之产生变形，由压阻式应变传感材料组成的电桥会有不平衡电压输出，该电压与作用在传感器上的被测压力成正比；因此，通过测量输出电压的变化达到对被测压力的精确测量。这种应变片具有精度高、体积小、重量轻、测量范围宽、固有频率高、动态响应快等优点的同时，还具有耐振动、抗冲击性能良好的特点，适用于测量超高压力、快速变化或巨大脉动的压力、加速度，广泛应用于压力测量仪器、汽车电子、航空产品等领域。
[0004] 当前应变片压力传感器一般是用机械从母盘上切割出应变片，工人手工利用环氧树脂将应变片粘贴到压力薄膜上。由于应变片较小且厚度极薄，完全依靠工人凭经验操作，工人在操作中的任何失误均应变片压力传感器的质量造成较大影响，因此利用这种方法制造出的应变片压力传感器的精度低、性能不佳、一致性不好、可靠性不高和成品率较低。
具体实施方式
[0026] 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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027] 本发明提供一种使用微熔技术制造应变片传感器的方法，包括以下步骤：
[0028] (1)从刻制有应变片的母盘中分离出应变片；
[0029] (2)在支撑应变片的传感器金属结构上加上固定应变片的固定胶；
[0030] (3)将应变片对正放置于固定胶体；
[0031] (4)将固定胶加温熔化，应变片沉入熔化的固定胶中至设定的深度，待固定胶冷却后，应变片就永久地被固定于传感器结构承载件上。
[0032] 采用以上技术方案后，由于将应变片从母盘上分离出来粘贴到涂印有固定胶的传感器结构承载件上，采用显微镜进行操作，确保应变片粘贴到固定胶上的指定位置；通过融化固定胶，应变片沉入熔化的固定胶之中，待固定胶冷却后，应变片就稳固粘接于固定胶之上。与现有技术相比，本技术方案中传感器结构承载件上涂有一层固定胶，通过熔化固定胶使应变片与固定胶稳固粘接在一起；克服了现有技术中工人手工逐一用环氧树脂将应变片粘贴到传感器结构承载件上，所生产出的应变片传感器存在的精度低、性能不佳、一致性不好、可靠性不高和成品率较低问题。实践也证明了利用本技术方案制造出的应变片传感器不仅具有精度高、性能稳定、一致性好和可靠性高的特点，而且成品率也较高，也有利于大批量的工业生产。
[0033] 本发明提供的一种使用微熔技术制造应变片传感器的方法一共分为4个大的步骤，每个大的步骤又由若干小步骤实现，现逐一详细说明。
[0034] 步骤(1)：从刻制有应变片的母盘中分离出应变片。以下对分离应变片的方法做详细说明。
[0035] 请参阅图1，在本实施例中，所述母盘为硅晶圆片1，其上刻制有应变片(图中未示出)，所述应变片为半导体硅应变片；所述的硅晶圆片1是广泛应用于硅半导体集成电路制造领域中的基本原料，其主要成分是硅，通过将二氧化硅矿石经过电弧炉提炼、盐酸氯化、蒸馏提纯、制成多晶硅；又经过拉棒、研磨、抛光、切片后，成为了硅晶圆片成品；再通过氧化、扩散、光刻显影、刻蚀、清洗、薄膜沉积等半导体技术在硅晶片上刻制所需的应变片，一张硅晶圆片上可刻制出成千上万个应变片。由于硅晶圆片的制造工艺和在硅晶圆片上刻制应变片的制造工艺均为现有技术，不是本发明的重点保护内容，在此不作详细说明。
[0036] 请参阅图1，从刻制有应变片的母盘中分离出应变片包括以下几个步骤：
[0037] ①将刻制有应变片的母盘用粘合剂贴合于贴片夹具2上，其中，刻制有应变片的母盘正面与贴片夹具相接触。
[0038] 在步骤①中，所述母盘为硅晶圆片1，所述粘合剂在本实施例中的作用有两个，一是将硅晶圆片粘合在贴片夹具2，二是保护刻印在硅晶圆片1正面的应变片不受腐蚀液的侵蚀；因此，任何符合上述两种条件的粘合剂均在本发明的保护范围之内，在本实施例中，所述粘合剂为蜡。
[0039] 请参阅图1，所述贴片夹具2上开设有一贴片凹槽21，所述贴片凹槽21大小与硅晶圆片1的相适配；应变片的母盘被粘合剂牢固地贴合于贴片夹具2上。
[0040] 具体操作时，先将粘合剂涂于硅晶圆片1的正面(刻印有应变片的一面)和贴片凹槽21的内表面，再将硅晶圆片1轻轻贴合于贴片凹槽21内。在上述贴合过程既要防止动作过大损坏应变片，又要注意将硅晶圆片1与贴片凹槽21之间的粘合剂摊均匀，不要产生气泡；以免影响后续操作。完成上述工序后，待粘合剂冷却，硅晶圆片1就固定于贴片夹具2上的贴片凹槽21内了。
[0041] ②用腐蚀剂腐蚀母盘的反面，将母盘除应变片外的其余部分腐蚀掉，，分离应变片。
[0042] 所述硅晶圆片1上刻制应变片时在各应变片之间均预留有凹槽(图中未示出)，所述凹槽的深度与应变片的厚度相当，有利于采用腐蚀硅晶圆片1方法分离应变片。
[0043] 在步骤②中，采用酸溶液对硅晶圆片1的反面进行腐蚀，当然，也可采用能腐蚀硅晶圆片1的其他溶液。腐蚀硅晶圆片1分为两步，第一步是对硅晶圆片1进行粗略腐蚀，第二步是对硅晶圆片1进行精细腐蚀；在粗略腐蚀中，使用浓度较大的酸溶液腐蚀，一般为浓度为20％～45％的酸溶液；在精细腐蚀中，使用浓度较小的酸溶液腐蚀，一般为浓度为15％～30％的酸溶液。由于精细腐蚀的腐蚀速度较慢，腐蚀到在硅晶圆片1上的能观察到凹槽，就停止该处的腐蚀，当精细腐蚀到所有凹槽都暴露出来时，应变片就被完整的从硅晶圆片1中分离出来了。
[0044] 与现有技术中使用机械切割的方法分离应变片相比，利用本步骤能对精度极高的应变片进行分离而不对应变片造成损坏，分离出的应变片成品率较高；另外，利用本步骤可以对整个硅晶圆片1上的应变片同时进行分离，分离效率较高。具体来说，应变片的厚度通常只有十几微米至几十微米，利用机械切割的方法分离应变片无法准确的将应变片从硅晶圆片1中分离出来，即使将应变片分离出来，也容易对应变片造成损坏，大大降低应变片的成品率，此外，利用机械分离应变片需要逐一将应变片从硅晶圆片1中切割出来，而不能同时对应变片进行切割，生产效率较低。
[0045] ③将贴合剂从贴片夹具2上去除，取出应变片。
[0046] 当完成步骤②时，应变片被粘合剂固定在贴片夹具2上，如将粘合剂溶解，应变片自然就被分离出来。
[0047] 请参阅图3，在步骤③中，将利用溶解液溶解粘合剂以分离应变片。
[0048] 在本实施例中，采用溶解液蒸汽来溶解和清洗粘合剂，所述溶解液蒸汽为可溶解粘合剂的溶剂31加热所产生。在容器3的开口处放置有一冷凝帽4，所述冷凝帽4中有通有冷却水管(图中未示出)，该冷凝帽4因此能保持较低的温度。当溶解液蒸汽上升的过程中遇到温度较低的冷凝帽4时，会凝结成液体从冷凝帽4上滴下，从而避免溶解液蒸汽的蒸发。
[0049] 当粘合剂全部被溶解液蒸汽溶解后，应变片就完全分离出来了。
[0050] 在本步骤中，还提供了一种分离应变片的设备，所述分离应变片的设备包括贴片夹具以及用于装置可溶解粘合剂的容器，所述贴片夹具上开设有一与硅晶圆片大小相适配的贴片凹槽；所述容器的开口上放置有一用于冷却溶解液蒸汽的冷凝帽。
[0051] 步骤(2)：在用于支撑应变片传感器的应变片传感器结构承载件上涂印固定胶。
[0052] 请参阅图4和图5，所述传感器结构承载件53为一金属部件，其上设有一压力薄膜54。所述压力薄膜54为一平面，其能为应变片提供安装平台。以下具体对在传感器结构承载件上涂印固定胶的方法做详细说明。
[0053] 应变片传感器的制造核心是将半导体应变片与传感器结构承载件接合到一起，这种接合过程所用应变片的位置，固定胶的厚度、形状等都直接影响最终应变片传感器的精度和可靠性。在传感器结构承载件上涂印固定胶可采用手工或机械的形式进行，在本实施例中，采用机械的方式在传感器结构承载件中的压力薄膜上涂印固定胶。请参阅图4和图5，在传感器结构承载件53中的压力薄膜54上涂印固定胶的方法包括以下几个步骤：
[0054] ①将固定胶55放置于开设有网孔的丝印网上，将传感器结构承载件53置于丝印网之下。
[0055] 请参阅图4和图5，在步骤①中，所述丝印网5置于支撑架(图中未示出)之上，在丝印网5的下方放置有传感器结构承载件53，传感器结构承载件53上的压力薄膜54亦位于丝印网5的下方。
[0056] 在本实施例中所述固定胶55为适合丝印的流动性浆料，其可为玻璃或陶瓷。将所述固定胶55放置于丝印网5，用丝印刮刀51可方便的将其刮入丝印网5上的网孔56中。所述固定胶55在本实施例中所起的主要作用是连接应变片和传感器结构承载件53并使应变片稳固固定于传感器结构承载件53上的压力薄膜54上。
[0057] 请参阅图4和图5，所述丝印网5上设有多个网孔56，在本实施例中，所述网孔56在丝印网5的长度方向分为两排，每排的网孔56呈直线排列，所述网孔56的大小根据传感器结构承载件53的大小、在传感器结构承载件53所涂固定胶的厚度等多种因素确定。所述网孔56的下方均设有一个传感器结构承载件53，所述传感器结构承载件53与网孔56之间有一定间隔，当用力下压丝印网5时，丝印网5发生形变，其上的网孔56与传感器结构承载件53相接触；撤去下压力时，丝印网5回复原状，网孔56与传感器结构承载件53相分离。
[0058] 在步骤①中，设有多个传感器金属结构承载件53，所述传感器结构承载件53与设置于网孔56下方且与网孔56一一相对，在本实施例中，还设有承载件夹具中(图中未示出)，所述传感器结构承载件53均放置于承载件夹具中。所述承载件夹具能将传感器结构承载件53稳固固定在一起，防止在压力薄膜54上涂印固定胶55时传感器结构承载件53发生位移从而影响涂印精度的情形发生。
[0059] ②用丝印刮刀下压并刮动丝印网上的固定胶，丝印网受压紧贴其下方的传感器结构承载件53，固定胶在丝印刮刀的压力下穿过网孔并涂印于传感器结构承载件53的表面。
[0060] 请参阅图4和图5，在步骤②中，所述用丝印刮刀51为耐磨材质的材料制成，避免其在刮动固定胶55的过程中过快磨损；该丝印刮刀51装置于丝印机刮刀架(图中未示出)上。所述丝印机刮刀架能带动丝印刮刀51左右来回移动，以左右来回刮动固定胶55。所述该丝印刮刀51下部为刮刀头52，所述刮刀头52的主要作用是将固定胶55刮入网孔56中并涂印于传感器结构承载件54之上，该刮刀头52的两侧均为斜面521，当刮刀头52刮动固定胶55时，所述斜面521不仅向前推动固定胶55移动，而且还向下压固定胶55，使固定胶55更为顺利的进入网孔56并涂印于传感器结构承载件53上的压力薄膜54上。
[0061] 请参阅图4和图5，当丝印机刮刀架带动丝印刮刀51沿直线刮动固定胶55移动时，丝印刮刀51的刮刀头52一方面推动固定胶55向前移动，一方面下压固定胶55和丝印网5。所述丝印网5受压后向下变形，其上的网孔56与下方的压力薄膜54相接触。所述固定胶55顺利通过网孔56并涂印于压力薄膜54上。由于丝印刮刀51沿直线运动，网孔56也呈直线排列，因此丝印刮刀51一次能对多个压力薄膜54进行涂印，极大的提高了工作效率。
[0062] ③丝印刮刀从丝印网上移走后，丝印网回复原状并与传感器结构承载件分离，固定胶涂印于压力薄膜的表面上。
[0063] 请参阅图4和图5，所述丝印刮刀51完成涂印固定胶的步骤后，就可从丝印网5上移走，由于丝印刮刀51不再下压丝印网5，因此所述丝印网5回复原状，网孔56与传感器结构承载件53相分离。待固定胶55在传感器结构承载件53上凝固后，固定胶55就非常牢固的涂印在传感器结构承载件53上。
[0064] ④将所述传感器结构承载件53放入加热炉(图中未示出)中加温，使压力薄膜54上的固定胶55熔化，后让固定胶55自然冷却，固定胶55就凝固为一整体并且牢固的粘贴在压力薄膜54上。
[0065] 在本实施例中，所述步骤①之前还有一步骤A，在步骤A中，上的传感器结构承载件53上压力薄膜54表面经预处理，以得到一致的粗糙表面，压力薄膜54上粗糙表面既有利于固定胶55涂印，又有利于增强固定胶55与压力薄膜54的粘结强度。
[0066] 在本步骤中，还提供一种在传感器结构承载件上涂印固定胶的设备，包括用于夹持和固定传感器结构承载件的承载件夹具、丝印网和用于涂印固定胶的丝印刮刀，其中，所述承载件夹具置于丝印网的下方，所述丝印刮刀置于丝印网的上方。其中，所述传感器结构承载件为金属材料制成；所述丝印刮刀为耐磨材质的材料制成，其下部为刮刀头，所述刮刀头的两侧面均为斜面。
[0067] 步骤(3)：将应变片对正放置于固定胶上。在本实施例中，是将半导体应变片用粘胶粘贴到固定胶上并对正，当然，应变片也可不用粘胶而直接放置于固定胶上。
[0068] 将固定胶55熔化并让其自然冷却后，就要使用贴应变片工具将应变片贴放到传感器结构承载件上的固定胶上，应变片相对传感器结构承载件及固定胶具有极高的位置要求，其贴放的位置是否符合工艺要求直接决定应变片压力传感器的质量。在本实施例中，包括以下几个步骤：
[0069] ①将应变片和涂印在压力薄膜之上的固定胶中的至少一个涂上粘胶。
[0070] 首先将应变片和涂印在传感器结构承载件上的固定胶中的至少一个涂上粘胶，所述粘胶的主要作用是将应变片暂时固定在干干燥后的固定胶上。
[0071] 在本步骤中，可用涂胶工具在应变片或固定胶上涂上粘胶，在本实施例中所述涂胶工具前端为球形，这样既能方便的将粘胶涂到应变片或固定胶上去，又能避免在涂胶的过程中刮伤应变片或固定胶。当然，所述涂胶工具还可以为其他形式的工具。
[0072] ②借助粘胶，将应变片放置于固定胶上，应变片与固定胶相粘贴；
[0073] 当应变片或固定胶中上涂上粘胶后，将应变片放置在固定胶上，这时粘胶还是湿的，因此可以在固定胶上拨动应变片。
[0074] 在步骤②之后还有一步骤C，在步骤C中，设有传感器结构承载件夹具，所述传感器结构承载件放入承载件夹具中；所述固承载件夹具主要用于固定传感器结构承载件，使其不能自由移动。
[0075] ③将应变片拨动到固定胶上的指定位置。
[0076] 在本实施例中，主要利用贴应变片工具和视觉系统来将应变片拨动到固定胶上指定位置。请参阅图6，所述贴应变片设备包括数码显微镜头61、支撑数码显微镜头的支架6、电视盒62、显示器63和参照框64，所述数码显微镜头61安装于支架6上，所述承载件夹具67置于数码显微镜头61的观察范围内，所述数码显微镜头61、电视盒63和显示器63之间电连接，所述参照框64需要校准并粘贴于显示器上。
[0077] 请参阅图6，当要拨动应变片时，将传感器结构承载件放入承载件夹具67中并用承载件夹具67将传感器结构承载件加紧固定；由于承载件夹具67置于数码显微镜头61的观察范围内，因此数码显微镜头61可以清楚的观察到应变片和固定胶的相对位置；所述数码显微镜头61通过电视盒与显示器63电连接，该数码显微镜头61因此能将应变片和固定胶的相对位置转化为电信号传送到显示器63之中，所述显示器63因此能清晰地显示出应变片和固定胶的相对位置。
[0078] 请参阅图6，所述显示器63的屏幕上粘贴有一应变片位置参照框64，所述参照框64上开设有定位框65，将应变片拨动到所述定位框65时，应变片就相应的拨动到固定胶的指定位置。具体来说，将所述承载件夹具67固定于支架6上，所述数码显微镜头61相对固定地观测承载件夹具67，因此承载件夹具67在显示器63中的位置也是相对固定的，在显示器63上粘贴一开设有定位框65的参照框64，通过使用标准样品可调校定位框65的位置，使其与应变片理论上应当拨动到固定胶上的指定位置相重合，当将承传感器结构载件上的应变片拨动到应变片位置参照框64上的定位框65时，应变片就相应的拨动到固定胶的指定位置。
[0079] 与以前的技术中在显微镜下直接拨动应变片到固定胶上的指定位置相比，使用本发明提供的贴应变片设备可极大地提高了应变片位置精度，方便了工人的操作，缩短了拨应变片的时间，极大地提高了工作效率。
[0080] 在本步骤中，可采用拨片工具将应变片拨动到固定胶上的指定位置，所述拨片工具头部是柔软的，能准确在固定胶上拨动应变片，并将应变片拨动固定胶上的指定位置而不损害应变片。
[0081] 在本步骤中还提供一种贴应变片设备，包括数码显微镜、支撑数码显微镜头的支架、电视盒和显示器，所述数码显微镜安装于支架上，所述承载件夹具置于数码显微镜观察范围内，所述数码显微镜、电视盒和显示器之间电连接。其中，所述贴应变片设备还包括一参照框，所述参照框粘贴于显示器上，该参照框上还开设有定位框。
[0082] 步骤(4)：将固定胶加温熔化，应变片沉入熔化的固定胶中到设定的深度，冷却固定胶，应变片就永久固定在传感器结构承载件之上。下面对微溶粘接应变片的方法做详细说明。
[0083] 当应变片粘贴到固定胶上的指定位置后，将传感器结构承载件放入加热炉中加温以微熔传感器结构承载件上的固定胶，使应变片与固定胶相粘接，所述微溶粘接应变片的方法包括以下几个步骤：
[0084] ①将传感器结构承载件放入加热炉中加热。
[0085] 请参阅图7，在步骤①中，所述加热炉7包括进气口71、出气口72、进料口73和出料口74，将传感器结构承载件从进料口经传送带73中放入加热炉7的炉膛75中，开启加热炉7，对传感器结构承载件上的固定胶进行加热。请参阅图7，在加热炉7对传感器结构承载件上的固定胶进行加热的同时，从进气口71中向炉膛75输入压缩空气，所述压缩空气从出气口72中输出。该步骤的有益效果为：1、向炉膛75输入压缩空气，压缩空气在炉膛75内流动，使得炉膛75内的温度更均匀，有益于固定胶的加热熔化；2、向炉膛75输入压缩空气，可带走或稀释固定胶熔化时产生的有害气体，有效地保证这些有害气体不进入或极少进入固定胶之中；3、压缩空气的输入和输出形成一个气帘，可有效阻隔炉膛75与加热炉7外的空气的联系，防止热炉7外的空气带进灰尘和杂质进入炉膛75中与熔化的固定胶相结合，影响固定胶的质量。
[0086] ②传感器结构承载件上的固定胶受热熔化，固定胶上的应变片沉入熔化的固定胶至设定的深度。
[0087] ③停止加热，将所述传感器结构承载件从出料口74中取出，让所述固定胶自然冷却，所述应变片就微熔粘接于固定胶之中。在本实施例中，在步骤③之后，还有一步骤B，在步骤B中，将传感器结构承载件再次放入加温炉中加温至200～300℃，保持加温炉中的温度5～20小时，以消除固定胶的内应力。
[0088] 最后将传感器结构承载件从加温炉中取出，所述传感器结构承载件就为一个半导体硅应变片传感器。实践证明，利用以上微溶技术方案制造出的半导体硅应变片传感器不仅具有精度高、性能佳、一致性好和可靠性高的特点，而且成品率也较高、有利于大批量工业生产。
[0089] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
