MEMS摩阻传感器微组装系统研究

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MEMS摩阻传感器是为实现高超声速飞行器表面摩擦阻力的精确测量而研制的,被应用于测试飞行器模型的表面摩擦阻力。MEMS摩阻传感器的组装精度对于传感器测量的精准度具有至关重要的影响。但目前我国MEMS器件微组装技术的发展相对滞后,对于MEMS摩阻传感器的组装主要是采用半自动化组装或由专业技术人员借助工具手工组装,其无法满足生产需求。因此,针对上述问题,研究MEMS摩阻传感器自动化微组装系统,有利于提高组装传感器的自动化程度和产品质量,在一定程度上促进MEMS摩阻传感器自动化微组装系统领域的发展。本文针对MEMS摩阻传感器的总体结构和工作原理,分析微组装工艺对传感器性能的影响因素并针对此问题研究如何保证传感器的性能,最终得到微组装工艺精度需优于10微米。分析微组装工艺流程及系统的功能要求,为MEMS摩阻传感器微组装系统的整体设计和模块搭建奠定研发基础。设计MEMS摩阻传感器微组装系统的整体方案,微组装系统包括运动平台模块、贴装模块、点胶模块、视觉识别定位模块和电气控制模块。运动平台模块用来实现组件的运输功能,保证组装过程中的高精度定位。贴装模块用来实现对组件的稳定拾取和释放功能,选用真空吸附方式并设计了一种复合式吸头。点胶模块用来实现对组件的定点点胶功能,选用时间-压力式点胶方式。视觉识别定位模块用来实现对组件的图像采集及识别定位,辅助运动平台实现高精度定位。电气控制模块用来实现对整个系统的统一调配。最终设计并搭建完成MEMS摩阻传感器微组装系统的硬件平台,为接下来研究MEMS摩阻传感器微组装系统的控制方案奠定了系统硬件基础。为保证视觉坐标系与机械坐标系统一对系统进行标定,最终确定像素坐标系与机械坐标系的关系,并研究传感器的硅片、浮动元件底部、盖板和浮动元件表面特征区域识别定位的方法。为保证定位点胶位置的精准度对点胶系统与上视觉系统进行标定,最终确定像素坐标与点胶坐标的关系,分析传感器组件进行点胶工艺。根据控制软件的需求设计MEMS摩阻传感器微组装系统的控制软件界面。最后,对微组装系统的运动平台进行精度测试并进行误差补偿,最终测得X轴的定位精度是4.505μm,重复定位精度是4.455μm,Y轴的定位精度是2.415 μm,重复定位精度是2.333μm,满足运动平台精度要求。对系统进行点胶工艺参数优化实验,最终确定最优点胶工艺控制参数。操作设备对传感器进行自动化组装实验,验证微组装系统满足要求,能够实现MEMS摩阻传感器自动化组装任务。
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