一种用于MEMS气敏材料印刷的微型移印装置的制作方法

一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置
技术领域
1.本实用新型涉及mems气体传感器技术领域，尤其涉及一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置。

背景技术：

2.近年来，随着环保意识的增强，“绿水青山金山银山”的生态文明观念逐渐深入人心，人们日益对室内外空气质量、工业气体泄漏、有毒气体监测、食品安全新鲜度、温室气体碳核算等气体检测和监测领域关注度提升。与之而来的，气体传感器的应用需求与日俱增，基于气体传感器的检测技术进入高速发展期，气体传感器市场蓬勃发展。
3.据公开数据，全球气体传感器市场在2016-2021年保持7％以上的年均复合增速，截止到2021年，全球气体传感器市场规模首次突破60亿元。与之伴随而来的，随着物联网的集成和发展，气体传感器的应用范围逐步扩展到智能家居产品、可穿戴设备、物联网移动终端等消费领域，并且随着消费市场的升级及细分，终端消费领域对气体传感器的功耗、大小、响应性能等要求不断提高，为适应消费市场发展，气体传感器正朝着微型化、低成本、低功耗、智能化及集成化等方向发展，更新换代速度加快。
4.在实现气体传感器微型化、低成本、低功耗、智能化及集成化的过程中，工艺技术整合及敏感材料开发是其中的核心要素。人们对微机电系统(mems)、半导体工艺及金属氧化物材料进行了整合，近年来丝网印刷等技术的发展和成功移植，使得mems半导体气体传感器的工业化生产成为可能。
5.一般而言，基于丝网印刷工艺开发的气体传感器为厚膜型传感器，其工艺相对简单，能较好地进行产业化放大，同时能满足较高的响应性能要求。但丝网印刷工艺也存在一定的缺陷。例如，丝网印刷工艺的材料决定了涂覆成膜后的气敏性能和机械性能，因此能进行丝网印刷的材料配方限制较多。其次，采用丝网印刷工艺涂覆的厚膜最低线宽受限于丝网尺寸，导致敏感材料层的精度和均一度均不高。
6.针对mems半导体气体传感器的较薄厚度敏感材料涂覆需求，现有技术中移印技术可以进行移植采用。移印是一种把所需印刷的图案制成凹版，再利用硅胶材料制成的曲面移印头，将凹版上的油墨转印至承印物上的工艺。移印的墨层较薄，其印刷的厚度介于薄膜和厚膜之间。但现有商用移动印刷装置直接移植到mems气敏材料涂覆，还存在诸多不兼容问题，例如印刷精度仍需要进一步提升，曲面移印头与半导体硅片的移印适配度仍需要进行优化和调整等。

技术实现要素：

7.本实用新型所要解决的技术问题在于如何提供一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置，以提高较薄敏感材料的印刷精度，并优化移印适配度。
8.本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题：
9.本实用新型提出一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置，包括基座、凹版、待
印样品、移动组件和转印组件，所述凹版上刻有待印刷图案并刷涂有敏感材料，所述凹版和待印样品均放置在基座上；
10.所述移动组件驱动转印组件由凹版位置移动至待印样品上，所述转印组件包括固定安装在移动组件上的平面移印头和对位相机，所述凹版上的敏感材料通过移印头转印到待印样品上，所述对位相机的比对使移印头与凹版和待印样品的对应位置对准。
11.有益效果：本技术使用时，将待印样品放置在基座上后，启动移动组件使移印头移动至凹版上方，通过对位相机比对并调整移印头位置，直至移印头对准凹版后下移并蘸取敏感材料；然后继续控制移动组件使移印头移动至待印样品上方，同样通过对位相机比对并调整移印头位置，直至移印头对准待印样品的对应位置，下移即可将敏感材料转印到待印样品上，实现较薄敏感材料高精度的印刷；移印头设计为平面型，转印敏感材料的过程中，移印头与待印样品具有良好的适配度。
12.优选的，所述凹版、移印头和待印样品的对应位置上均设有供对位相机比对的对位标记。
13.有益效果：对位相机在对移印头与凹版或待印样品的位置进行比对时，以对位标记为参考，有利于移印头对准凹版或待印样品的对应位置，进一步提高了敏感材料的印刷精度。
14.优选的，所述凹版和移印头的对应位置上设有固定的对位标记，所述凹版和待印样品的对应位置设有至少一个供印刷的对位标记图案。
15.有益效果：移印头在蘸取敏感材料前，通过固定的对位标记与凹版进行对位，蘸取敏感材料的同时，凹版上的对位标记图案一同被印刷到移印头上；移印头向待印样品上转印敏感材料前，将移印头上印刷的对位标记与待印样品上的对位标记图案对准，以此提升移印头与待印样品的对位精度，进一步提高印刷精确度。
16.优选的，所述基座上转动设置有用于清理移印头上残留敏感材料的清洁滚轮。
17.有益效果：移印头将敏感材料转印到待印样品后，通过移动组件将移印头移动至清洁滚轮的位置，转动清洁滚轮即可清理移印头上残留的敏感材料，使移印头保持清洁，以便进行下一次的印刷。
18.优选的，所述凹版包括单晶硅片和氧化物层，所述氧化物层沉积在单晶硅片上，且所述氧化物层表面形成由待印刷图案；所述移印头为柔性透光的聚酰亚胺片。
19.有益效果：本技术通过在单晶硅片上沉积氧化物层，提升凹版的机械强度；移印头采用聚酰亚胺，因而具有较好的柔性和透光性能，移印效果好，还能对待印样品形成良好的保护，同时方便对位相机拍摄比对，确保了对位效果。
20.优选的，所述移动组件包括x轴导轨、y轴导轨、z轴导轨和位移块，所述位移块滑动设置在x轴导轨上，所述x轴导轨驱动位移块在水平面上做横向移动；所述z轴导轨固定安装在位移块上，所述转印组件固定安装在z轴导轨的底端，所述z轴导轨驱动转印组件做升降移动；所述y轴导轨驱动待印样品在水平面上做纵向移动。
21.有益效果：使用时，启动移动组件使x轴导轨、z轴导轨驱动位移块做水平和升降移动，使移印头从凹版上蘸取敏感材料并移动至待印样品的上方，再通过y轴导轨驱动待印样品移动，以此调整待印样品使其对准移印头的对应位置，调节z轴导轨使移印头下移，即可对待印样品进行转印。
22.优选的，所述x轴导轨、y轴导轨均采用螺杆，所述基座上安装有用于驱动螺杆转动的电机；所述位移块螺纹套设在x轴导轨上，所述基座上滑动设置有用于放置待印样品的样品台，所述样品台与y轴导轨螺纹连接；所述z轴导轨采用气缸，所述转印组件固定安装在气缸向下延伸的伸缩杆上。
23.有益效果：启动电机即可驱动x轴导轨或y轴导轨转动，此时位移块与或样品台与螺杆螺纹配合并发生移动，进而实现转印组件或待印样品位置的调整，结构简单、操作方便。
24.优选的，所述基座上滑动设置有滚轮架，所述滚轮架上转动设置有向凹版刷涂敏感材料的油墨滚轮，所述油墨滚轮拆卸式安装在滚轮架上。
25.有益效果：通过油墨滚轮的滚动向凹版上刷涂敏感材料，有利于提高敏感材料的均匀性，进一步提高了转印质量；通过更换不同直径的油墨滚轮，调节墨滚轮与凹版的间隙厚度，进而调节凹版上涂刷的敏感材料的厚度，进而控制待印样品上敏感材料的厚度。
26.优选的，所述基座上安装有用于放置待印样品的负压装置，所述负压装置包括样品箱、负压吸尘口和灰尘收集袋，所述样品箱的开口位置滑动设置有开合盖，所述待印样品放置于样品箱内，所述负压吸尘口固定设置在样品箱内，所述样品箱内的灰尘通过负压吸尘口收集至灰尘收集袋并排出。
27.有益效果：将待印样品放置于样品箱内，当转印组件无需进入样品箱时，样品箱的开合盖保持关闭状态，同时负压吸尘口不断地吸出样品箱内的灰尘，并由灰尘收集袋排出，有效地确保了待印样品表面的洁净度，防止灰尘污染待印样品影响涂覆质量。
28.优选的，所述样品箱的内底面上固定设置有真空吸嘴，所述待印样品通过真空吸嘴吸附固定在样品箱内。
29.有益效果：待印样品通过真空吸嘴吸附固定在样品箱内，防止移印的过程中待印样品发生移动，进一步确保了移印效果；且易于放置和取出，操作方便。
30.优选的，所述样品箱的底部安装有用于烘烤待印样品的加热器。
31.有益效果：移印完成后，启动加热器对待印样品进行烘烤，有利于加快移印的敏感材料的干化。
32.本实用新型的优点在于：
33.1.本技术使用时，将待印样品放置在基座上后，启动移动组件使移印头移动至凹版上方，通过对位相机比对并调整移印头位置，直至移印头对准凹版后下移并蘸取敏感材料；然后继续控制移动组件使移印头移动至待印样品上方，同样通过对位相机比对并调整移印头位置，直至移印头对准待印样品的对应位置，下移即可将敏感材料转印到待印样品上，实现较薄敏感材料高精度的印刷以及移印头与样品之间良好的适配；
34.2.本技术对位相机在对移印头与凹版或待印样品的位置进行比对时，以对位标记为参考，有利于移印头对准凹版或待印样品的对应位置，进一步提高了敏感材料的涂覆精度；
35.3.本技术通过在单晶硅片上沉积氧化物层，提升凹版的机械强度；移印头采用聚酰亚胺，因而具有较好的柔性和透光性能，移印效果好，还能对待印样品形成良好的保护，同时方便对位相机拍摄比对，确保了对位效果；
36.4.本技术将待印样品放置于样品箱内，当转印组件无需进入样品箱时，样品箱的
开合盖保持关闭状态，同时负压吸尘口不断地吸出样品箱内的灰尘，并由灰尘收集袋排出，有效地确保了待印样品表面的洁净度，防止灰尘污染待印样品影响涂覆质量。
附图说明
37.图1为本技术实施例的整体结构示意图。
38.图2为本技术实施例中移印头与凹版对位状态示意图。
39.图3为本技术实施例中移印头与待印样品对位状态示意图。
40.附图标记说明：1、基座；11、底座；12、支撑台；121、滑槽；13、样品台；14、调节支架；15、清洁滚轮；2、凹版；21、滚轮架；22、油墨滚轮；3、移动组件；31、x轴导轨；32、y轴导轨；33、z轴导轨；34、位移块；35、电机；4、转印组件；41、移印头；42、对位相机；43、对位标记；5、待印样品；51、芯片单元；6、负压装置；61、样品箱；62、负压吸尘口；63、灰尘收集袋；64、真空吸嘴；65、加热器。
具体实施方式
41.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.以下结合附图1-3对本技术作进一步详细说明。
43.本技术实施例公开一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置。参照图1，用于mems气敏材料涂覆的微型移印装置包括基座1、凹版2、移动组件3、转印组件4、待印样品5以及负压装置6。基座1包括底座11、支撑台12、样品台13和调节支架14。支撑台12和调节支架14均固定连接在底座11上，凹版2固定放置在支撑台12上，转印组件4通过移动组件3与调节支架14滑动连接。样品台13滑动设置在底座11上，待印样品5固定放置在样品台13上。结合图3所示，待印样品5被刻蚀出切割道，形成多个芯片单元51，每个芯片单元51为一个带有叉指电极的芯片，本微型移印装置适用于6-8英寸硅片的移印作业。
44.参照图1，凹版2包括单晶硅片和氧化物层，氧化物层沉积在单晶硅片的表面上，氧化物层表面经掩膜刻蚀形成由待印刷图案和对位标记43。其中，氧化物可选自氮化硅、砷化镓、氧化硅、氮化镓中的一种或多种，有效地提升了凹版2的机械强度，本实施例选为氮化硅；凹版2的厚度为500μm-2mm，本实施例选为1mm。
45.参照图1，支撑台12的侧壁上开设有滑槽121，滑槽121内滑动设置有滚轮架21，滚轮架21位于凹版2的两侧，且滚轮架21的顶端向上伸出凹版2的顶面。滚轮架21上拆卸式安装有油墨滚轮22，且油墨滚轮22与滚轮架21转动连接，当滚轮架21沿支撑台12滑动时，油墨滚轮22在凹版2的顶面上滚动，以此在凹版2上均匀地刷涂敏感材料。当更换不同直径的油墨滚轮22，或者通过控制滚轮架21的滑移速度进一步控制油墨滚轮22的转动速度时，均可改变敏感材料的厚度，结构简单、操作方便。
46.参照图1，移动组件3包括x轴导轨31、y轴导轨32、z轴导轨33和位移块34，其中，x轴导轨31、y轴导轨32均采用螺杆，z轴导轨33采用气缸。x轴导轨31转动设置在调节支架14上，
位移块34螺纹套设在x轴导轨31上；z轴导轨33的气缸主体固定安装在位移块34上，气缸的伸缩杆向下延伸，转印组件4固定安装在伸缩杆的底端。调节支架14上固定安装有电机35，电机35的输出轴与x轴导轨31固定连接，当电机35转动时，电机35带动x轴导轨31转动，此时位移块34与x轴导轨31螺纹配合发生水平移动，以此带动转印组件4在水平面上做横向移动；当气缸启动时，z轴导轨33带动转印组件4做升降移动，以此实现转印组件4位置的调整。
47.参照图1，y轴导轨32转动设置在底座11上，样品台13与y轴导轨32螺纹连接。底座11上固定安装有电机35，电机35的输出轴与y轴导轨32固定连接，当电机35转动时，电机35带动y轴导轨32转动，此时样品台13与y轴导轨32螺纹配合发生水平移动，以此带动待印样品5在水平面上做纵向移动，实现待印样品5位置的调整。
48.参照图1，转印组件4包括移印头41和对位相机42，移印头41和对位相机42均固定安装在z轴导轨33的底端。移印头41为聚酰亚胺材料制成的平面片状结构，其具有较好的柔性和透光性能。对位相机42采用高清ccd相机，其安装在移印头41的上方。结合图2所示，凹版2的顶面中心刻蚀有对位标记43，移印头41的对应位置的顶面上亦印刷有对位标记43，对位标记43呈十字形，移印头41通过固定的对位标记43与凹版2进行对位。结合图3所示，凹版2和待印样品5的对应位置分别设有四个对位标记43图案，移印头41蘸取凹版2上敏感材料的同时，凹版2的对位标记43图案印刷到移印头41上，当移印头41移动至待印样品5上方时，移印头41这四个对位标记43与待印样品5上的四个对位标记43对准，以此实现移印头41与待印样品5的对位。
49.参照图1，使用时，放置好待印样品5和凹版2后，滑动滚轮架21使油墨滚轮22在凹版2上滚动，使凹版2上均匀地刷涂敏感材料；然后启动调节支架14上的电机35，x轴导轨31的驱动作用使移印头41水平移动至凹版2的上方，同时通过对位相机42比对观察，使移印头41上的对位标记43对准凹版2上的对位标记43；然后启动z轴导轨33使移印头41下移，并蘸取凹版2上的敏感材料，此时凹版2上的对位标记43图案被一同印刷到移印头41上；继续控制x轴导轨31和z轴导轨33，使移印头41移动至待印样品5上方，同样通过对位相机42比对观察，此时启动底座11上的电机35，通过y轴导轨32驱动样品台13前后移动，直至移印头41上印刷的四个对位标记43与待印样品5上的四个对位标记43一一对准，再启动z轴导轨33使移印头41下移，即可将敏感材料转印到待印样品5上，实现较薄敏感材料高精度的涂覆。
50.参照图1，基座1上转动设置有清洁滚轮15，清洁滚轮15位于支撑台12与样品台13之间，当移印头41将敏感材料转印到待印样品5后，通过移动组件3将移印头41移动至清洁滚轮15的位置，转动清洁滚轮15即可清理移印头41上残留的敏感材料，使移印头41保持清洁，以便进行下一次的印刷。
51.参照图1，负压装置6包括样品箱61、负压吸尘口62、灰尘收集袋63、真空吸嘴64和加热器65。样品箱61固定安装在样品台13上，真空吸嘴64固定安装在样品箱61的内底面上，真空吸嘴64设有多个，本实施例中取4个，待印样品5通过真空吸嘴64吸附固定在样品箱61内，防止移印的过程中待印样品5发生移动，进一步确保了移印效果。
52.参照图1，样品箱61的顶部设有开口，转印组件4通过开口进出样品箱61，实现对待印样品5的转印。样品箱61的开口位置滑动设置有开合盖，当转印组件4无需进入样品箱61时，样品箱61的开合盖保持关闭状态。负压吸尘口62固定安装在样品箱61的内侧壁上，负压吸尘口62设有多个，本实施例中取4个。灰尘收集袋63的小口端通过管道与负压吸尘口62连
通，大口端伸出样品箱61。当转印组件4无需进入样品箱61时，开合盖保持关闭状态，同时负压吸尘口62不断地吸出样品箱61内的灰尘，并由灰尘收集袋63排出，有效地确保了待印样品5表面的洁净度，防止灰尘污染待印样品5影响涂覆质量。样品箱61的底部安装有加热器65，移印完成后，启动加热器65对待印样品5进行烘烤，有利于加快移印的敏感材料的干化。
53.本技术的实施原理为：使用时，放置好待印样品5和凹版2后，滑动滚轮架21使油墨滚轮22在凹版2上滚动，使凹版2上均匀地刷涂敏感材料；然后启动调节支架14上的电机35，x轴导轨31的驱动作用使移印头41水平移动至凹版2的上方，同时通过对位相机42比对观察，使移印头41上的对位标记43对准凹版2上的对位标记43；然后启动z轴导轨33使移印头41下移，并蘸取凹版2上的敏感材料；继续控制x轴导轨31和z轴导轨33，使移印头41移动至待印样品5上方，同样通过对位相机42比对观察，此时启动底座11上的电机35，通过y轴导轨32驱动样品台13前后移动，直至移印头41上的对位标记43对准待印样品5上的对位标记43，再启动z轴导轨33使移印头41下移，即可将敏感材料转印到待印样品5上，实现较薄敏感材料均匀且高精度的涂覆。
54.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置，其特征在于：包括基座(1)、凹版(2)、待印样品(5)、移动组件(3)和转印组件(4)，所述凹版(2)上刻有待印刷图案并刷涂有敏感材料，所述凹版(2)和待印样品(5)均放置在基座(1)上；所述移动组件(3)驱动转印组件(4)由凹版(2)位置移动至待印样品(5)上，所述转印组件(4)包括固定安装在移动组件(3)上的平面移印头(41)和对位相机(42)，所述凹版(2)上的敏感材料通过移印头(41)转印到待印样品(5)上，所述对位相机(42)的比对使移印头(41)与凹版(2)和待印样品(5)的对应位置对准。2.根据权利要求1所述的一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置，其特征在于：所述凹版(2)、移印头(41)和待印样品(5)的对应位置上均设有供对位相机(42)比对的对位标记(43)。3.根据权利要求2所述的一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置，其特征在于：所述凹版(2)和移印头(41)的对应位置上设有固定的对位标记(43)，所述凹版(2)和待印样品(5)的对应位置设有至少一个供印刷的对位标记(43)图案。4.根据权利要求1所述的一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置，其特征在于：所述基座(1)上转动设置有用于清理移印头(41)上残留敏感材料的清洁滚轮(15)。5.根据权利要求1所述的一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置，其特征在于：所述凹版(2)包括单晶硅片和氧化物层，所述氧化物层沉积在单晶硅片上，且所述氧化物层表面形成由待印刷图案；所述移印头(41)为柔性透光的聚酰亚胺片。6.根据权利要求1所述的一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置，其特征在于：所述移动组件(3)包括x轴导轨(31)、y轴导轨(32)、z轴导轨(33)和位移块(34)，所述位移块(34)滑动设置在x轴导轨(31)上，所述x轴导轨(31)驱动位移块(34)在水平面上做横向移动；所述z轴导轨(33)固定安装在位移块(34)上，所述转印组件(4)固定安装在z轴导轨(33)的底端，所述z轴导轨(33)驱动转印组件(4)做升降移动；所述y轴导轨(32)驱动待印样品(5)在水平面上做纵向移动。7.根据权利要求6所述的一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置，其特征在于：所述x轴导轨(31)、y轴导轨(32)均采用螺杆，所述基座(1)上安装有用于驱动螺杆转动的电机(35)；所述位移块(34)螺纹套设在x轴导轨(31)上，所述基座(1)上滑动设置有用于放置待印样品(5)的样品台(13)，所述样品台(13)与y轴导轨(32)螺纹连接；所述z轴导轨(33)采用气缸，所述转印组件(4)固定安装在气缸向下延伸的伸缩杆上。8.根据权利要求1所述的一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置，其特征在于：所述基座(1)上滑动设置有滚轮架(21)，所述滚轮架(21)上转动设置有向凹版(2)刷涂敏感材料的油墨滚轮(22)，所述油墨滚轮(22)拆卸式安装在滚轮架(21)上。9.根据权利要求1所述的一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置，其特征在于：所述基座(1)上安装有用于放置待印样品(5)的负压装置(6)，所述负压装置(6)包括样品箱(61)、负压吸尘口(62)和灰尘收集袋(63)，所述样品箱(61)的开口位置滑动设置有开合盖，所述待印样品(5)放置于样品箱(61)内，所述负压吸尘口(62)固定设置在样品箱(61)内，所述样品箱(61)内的灰尘通过负压吸尘口(62)收集至灰尘收集袋(63)并排出。10.根据权利要求9所述的一种用于mems气敏材料印刷的微型移印装置，其特征在于：所述样品箱(61)的内底面上固定设置有真空吸嘴(64)，所述待印样品(5)通过真空吸嘴
(64)吸附固定在样品箱(61)内；所述样品箱(61)的底部安装有用于烘烤待印样品(5)的加热器(65)。

技术总结

本实用新型涉及MEMS气体传感器技术领域，公开了一种用于MEMS气敏材料涂覆的微型移印装置，包括基座、凹版、待印样品、移动组件和转印组件，凹版上刻有待印刷图案并刷涂有敏感材料，凹版和待印样品均放置在基座上；移动组件驱动转印组件由凹版位置移动至待印样品上，转印组件包括固定安装在移动组件上的平面移印头和对位相机，凹版上的敏感材料通过移印头转印到待印样品上，对位相机的比对使移印头与凹版和待印样品的对应位置对准。本实用新型的有益效果在于：通过移动组件和对位相机比对调整移印头位置，使移印头分别对准凹版、待印样品的对应位置，以此对敏感材料进行蘸取和转印，实现较薄敏感材料高精度的印刷以及移印头与样品之间良好的适配。样品之间良好的适配。样品之间良好的适配。