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高温硅压力传感器无引线封装系统研究

高温硅压力传感器无引线封装系统研究

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作者：王在臣苏州大学

学位级别：硕士

高温硅压力传感器可完成高温恶劣环境下的压力测量,被广泛应用于航空航天、汽车科技、能源采集等测控领域中。为了进一步提升其工作温度,高温硅压力传感器采用了无引线封装结构,然而针对无引线封装结构,业内还普遍存在着手动与半自动的... 详细信息

高温硅压力传感器可完成高温恶劣环境下的压力测量,被广泛应用于航空航天、汽车科技、能源采集等测控领域中。为了进一步提升其工作温度,高温硅压力传感器采用了无引线封装结构,然而针对无引线封装结构,业内还普遍存在着手动与半自动的封装操作,封装过程高度依赖工人经验水平,生产周期较长且存在质量隐患,严重制约了我国在高温测控领域的发展水平。因此,针对上述问题,研究高温硅压力传感器专用的无引线封装系统,将在一定程度上促进我国在高温测控领域的发展,同时对于高温硅压力传感器的产业化发展具有重要意义。本文首先介绍了高温硅压力传感器的总体结构与工作原理,接着说明了采用的具体无引线封装结构和工艺流程。在此基础上,从点胶过程分析出了对点胶形貌和点胶位置精度的要求,接着从装配过程分析并提出了无引线封装工艺整体精度需在10μm以下的指标要求,最后基于无引线工艺的流程,分析出了自动化无引线封装工艺对系统的功能与精度要求,为接下来无引线封装系统的搭建奠定了基础。接着,设计并搭建了高温硅压力传感器无引线封装系统的软硬件平台。首先确定了系统的整体结构设计方案与工艺执行流程,接着具体搭建出了系统运动平台模块、点胶模块、夹持模块、视觉识别定位模块以及电气控制模块。运动平台模块X轴和Y轴依据不低于5μm的精度要求选用了基于直线电机与光栅尺的直线模组方案。点胶模块依据对胶滴形貌和尺寸要求选用了压电喷射点胶系统。夹持模块依据良好对中性与重复定位精度的要求,选用了三爪式气动夹爪,并设计了合理的辅助定位配件。视觉定位模块依据功能要求设计了上下双相机的视觉采集方案,并对相机、镜头以及光源进行了合理选型。电气控制模块阐述了系统的闭环电气控制原理并进行实际的电路连接。最后,依据系统的使用需求设计了多功能的系统人机交互界面。最终完成了对无引线封装系统的软硬件平台搭建,为接下来的视觉模块研究和实验研究奠定了基础。为了满足无引线封装工艺对系统视觉模块的要求,对无引线封装系统视觉模块进行了研究。首先,依据视觉模块相机的特点建立了视觉定位模型,并在此基础上完成了模型参数的标定与验证实验,最终结果表明建立的定位模型均满足5μm的使用要求。接着,针对压力芯片和固定管座上的待提取特征区域提出了具有鲁棒性与实时性的图像识别方法。然后阐述了系统点胶模块与上相机视觉系统的标定原理,以引导系统完成高精度点胶操作并提出了夹持系统对固定管座的调整策略。最后,基于无引线封装系统进行实验研究。首先完成了对系统X轴和Y轴定位精度与重复定位精度的测试与补偿工作,最终结果表明精度均在2μm以下,可满足系统使用要求。接着,对喷射点胶工艺进行了工艺参数优化实验,针对使用的纳米导电银浆,将撞针上升时间统一设置为3ms左右、撞针下降时间统一设为0.1ms左右、撞针行程统一设为55%左右,并确定了在环境温度15-20℃的情况下,压力参数为0.2Mpa,开阀时间为0.4s,点胶高度小于2mm;在环境温度21-25℃的情况下,压力参数为0.2Mpa,开阀时间为0.3s,点胶高度小于2mm;在环境温度26-30℃的情况下,压力参数为0.1Mpa,开阀时间为0.2s,点胶高度小于2mm的最优点胶工艺控制参数,实验时胶滴平均直径在0.3mm以下且一致性良好,满足芯片的点胶工艺要求。最后使用控制软件和系统硬件平台对传感器进行自动化无引线封装实验,经多次点胶与装配实验后发现芯片表面均无银浆明显溢出且玻璃孔内银浆分布均匀,结果表明研制的自动化系统满足高温硅压力传感器的无引线封装需求。

关键词：高温硅压力传感器无引线封装视觉定位封装系统封装实验

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