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機械工業雜誌

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摘要

半導體製程與電子組裝設備中,接觸介面壓力分布均勻性常直接影響產品良率與設備可靠度。本文 介紹以壓阻式原理 (piezoresistive) 及採用網版印刷 (screen printing) 技術製作之觸覺壓力感測器。透過金屬 網目布局設計,可製作小至大面積感測器,因應不同設備應用需求。本文以PCB 夾持設備廠商之夾爪取 放印刷電路板 (PCB) 之案例,展示感測器於量測夾持壓力均勻性、降低基板損傷之成效,透過圖形化使 用者介面 (GUI) 呈現訊號變化。此外,本文亦針對化學機械研磨 (Chemical-Mechanical Polishing, CMP) 設 備之壓力量測進行探討,說明大面積感測器布局設計與量測能力可作未來延伸應用之基礎,並指出實際 導入須克服之技術挑戰。

Abstract

In semiconductor manufacturing and electronic assembly equipment, the uniformity of contact pressure distribution at working interfaces directly affects product yield and equipment reliability. This article introduces a tactile pressure sensor based on the piezoresistive principle, fabricated using screen printing technology. Through metal mesh layout design, both small-area and large-area sensors can be produced to meet different equipment application needs. This article uses a real case of a gripper from Chanyi Industrial Co. Ltd. picking up printed circuit boards (PCB) as validation, demonstrating the sensor’s effectiveness in measuring grip pressure uniformity and reducing substrate damage risk, with signal changes presented through a real-time graphical user interface (GUI). In addition, this article discusses the pressure measurement needs of chemical-mechanical polishing (CMP) equipment, explaining how the layout design and measurement capability of the large-area sensor can serve as a foundation for future extended applications, while identifying the technical challenges that must be addressed before actual implementation.

前言

在半導體製程及其周邊電子組裝設備中,許多關鍵步驟皆仰賴機構與工件間的接觸作用力,例如基板夾持搬運、晶圓對位定位,以及檢測治具施力固定等。若接觸介面之壓力分布不均勻,往往造成工件損傷、對位誤差,甚至影響製程品質與良率。因此,如何即時且具空間解析能力地量測接觸壓力分布,是設備開發過程中重要的課題。

壓阻式(piezoresistive)觸覺感測器因具有結構簡單、訊號讀取容易、且可依應用需求調整布局尺寸等優點,逐漸成為此類壓力量測應用之可行方案,相關印刷式製作技術亦持續朝多樣化材料與製程方向發展。然而,現有印刷式壓力感測器於實際導入工業設備量測時仍面臨若干瓶頸:高解析度陣列所需之精細印刷製程與模具成本較高,大面積化時易受印刷均勻性與良率限制,且感應點密度與訊號擷取通道數之間,仍須在空間解析度與系統複雜度間取捨[1]-[3]。本文所介紹之感測器以網版印刷(screen printing)技術製作,透過金屬網目之布局設計,可彈性製作小面積或大面積之感測器,以對應不同設備之幾何尺寸與量測需求[1]。

本文首先說明感測器之設計、布局與製作流程,其後以小面積感測器安裝於 PCB 夾持設備廠商之夾爪、取放印刷電路板(PCB)之實際應用案例進行驗證,展示其量測夾持壓力均勻性、降低基板損傷風險之成效。最後,本文針對化學機械研磨(CMP)設備之壓力量測需求進行探討,說明大面積感測器作為未來延伸應用之可行方向與技術挑戰。

壓阻式觸覺感測器設計與製作

一、感測器布局設計

感測器之布局設計須依據實際應用之幾何尺寸、量測範圍與空間解析度需求而定。針對不同應用場域,分別設計小面積與大面積兩種布局:小面積布局適用於如夾爪取放等局部接觸壓力量測;大面積布局則適用於需涵蓋較大接觸範圍之應用情境,例如後續章節所探討之化學機械研磨設備。布局設計內容包括感應點之排列方式、間距,以及訊號引線之走線規劃。

DOI:10.30256/JIM.202609_(522).0011

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