CN107108201A - 用于微机电***的排气件附接*** - Google Patents

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Abstract

一种安装用于保护微机电***(MEMS)装置的开放端口的排气件的方法，该排气件是包括附接到载体的环境屏障膜的类型，并且排气件进一步附接到衬里，该方法包括以下步骤：(a)利用晶粒排出器以及真空头和夹持器头中的至少一者将排气件进给到晶粒附接机；(b)使用晶粒排出器将排气件与所述衬里分离；(c)利用晶粒附接机的真空头和夹持器头中的至少一者拾取排气件；(d)将排气件设置在MEMS装置的开放端口上；以及(e)将排气件固定到MEMS装置的开放端口上。

Description

用于微机电***的排气件附接***
技术领域
本公开涉及用于开放端口微机电***(“MEMS”)装置的排气件，并且更具体地涉及用于这样的排气件(vent,透气片)的附接***。
背景技术
通过微制造技术将机械元件、传感器、致动器等和电子器件集成在共同的硅基底上被称为MEMS。微机电***传感器可以在麦克风、消费压力传感器应用、胎压监测***、气体流量传感器、加速计和陀螺仪中使用。
美国专利第7,434,305号描述了一种硅电容式麦克风MEMS封装件，其包括声换能器和声端口。声端口还包括诸如PTFE或烧结的金属的环境屏障，以保护换能器免受诸如阳光、潮气、油、污物和/或灰尘的环境要素的影响。
该屏障通常使用粘合剂层密封在导电或非导电材料层之间。所公开的电容式麦克风可以利用回流焊接附接到电路板。回流焊接在相对高的温度下进行。因此，这样的粘合剂层的耐热性是关键的。在回流焊接条件下经历的高温与屏障本身低的机械强度结合使得以此种方式将环境屏障并入到MEMS封装件内相当困难。
在MEMS封装件所要求的薄形状因数下，仍然存在着对环境保护和压力平衡能力的需求。此外，需要以高效的方式制造小型排气装置。本文所公开的排气阵列满足这样的需求。
发明内容
本公开提供了一种安装排气件以保护微机电***(MEMS)装置的开放端口的方法，排气件是包括附接到载体的环境屏障膜的类型，并且排气件进一步附接到衬里，该方法包括以下步骤：(a)利用晶粒排出器以及真空头和夹持器头中的至少一者将排气件进给到晶粒附接机；(b)使用晶粒排出器将排气件与所述衬里分离；(c)利用晶粒附接机的真空头和夹持器头中的至少一者拾取排气件；(d)将排气件设置在MEMS装置的开放端口上；以及(e)将排气件固定到MEMS装置的开放端口上。
在各种实施例中，载体包括选自由PEEK和聚酰亚胺组成的组的材料；载体由压敏粘合剂附接到膜；载体由焊接附接到膜；焊接选自包括热焊接、声波焊接和激光焊接构成的组；衬里包括具有比载体的刚度低的刚度的材料；衬里包括切割带；排气件由压敏粘合剂而附接到衬里；并且膜包括ePTFE。
在另一方面，本公开提供了一种用于保护微机电***(MEMS)装置的开放端口的排气组件，该排气组件包括：(a)环境屏障；(b)载体，其附接到屏障；以及(c)衬里，其附接到载体，其中，衬里包括具有比载体的刚度低的刚度的材料。
在各种实施例中，排气组件包括用于将ePTFE膜附接到载体的压敏粘合剂；权利要求10中限定的排气组件还包括用于将载体附接到衬里的压敏粘合剂；载体包括选自由PEEK和聚酰亚胺组成的组的材料；衬里包括UV切割带；并且膜包括ePTFE。
附图说明
图1是根据本公开的示例性实施例的侧视图。
图2是根据本文的示例性实施例的晶粒附接过程的步骤的侧视图。
图3是根据本公开的另一个示例性实施例的侧视图。
具体实施方式
通过允许排气件(其为诸如ePTFE膜的环境屏障)充当对灰尘和液体的屏障，同时允许传输预期的信号(通常为温度、压力或声信号)，本公开提供了对MEMS装置的开放端口的保护。本公开具体地涉及附接方法，并且更具体地涉及允许由MEMS封装公司利用容易获得且已经使用的设备附接排气件的构造。
当前，粘性排气件最常用手或利用诸如标签敷贴器的东西安装在基底上，标签敷贴器从前进的辊中移除零件并且利用真空头将零件放置在基底上。基底通常用手放在正确位置，或者通过组装线引入。手动敷贴和标签敷贴器不提供MEMS封装应用所需的精度或吞吐量。
现在将结合附图描述根据本公开的排气组件的示例性实施例。一个示例性实施例是图1所示排气组件10。排气组件10包括排气件11(vent,排气孔)，优选地包括ePTFE膜，其具有作为其底层的刚性载体12。在本实施例中，刚性载体12利用诸如压敏粘合剂之类的粘合剂13附接到ePTFE膜排气件11。备选地，它利用如热焊接、超声焊接或激光焊接的典型焊接方法附接。一旦组装，排气件11和载体12就形成排气组件10。排气组件10附接到薄的低粘性衬里14，该衬里具有足够的粘性以将排气组件10在运输期间保持在位，但粘性足够低以使排气组件10能被容易地移除。低粘性衬里14的优选材料为UV可固化切割带。UV切割带开始粘性很大，以实现在切单(切开)过程期间的稳定性。在切单之后，切割带暴露于UV光，这降低了粘性并使其更容易移除。刚性载体层12是适合工业的材料；即，耐受回流温度，具有较低热膨胀系数(CTE)和较低吸湿性。刚性载体层12也比低粘性衬里显著更硬(硬得多)，使得当晶粒(die)附接***的针从衬里底部施压时，排气组件可靠地脱开(下文进一步描述)。通过使用较厚的载体层可以实现这一目的，但厚度在MEMS封装中非常珍贵，因此优选的是载体12具有可实现的较高挠曲模量。PEEK是用于载体12的优选材料，因为它是热塑性的，且熔融温度低于ePTFE(允许进行焊接过程)，并且因为它具有较高挠曲模量和耐热性。排气组件10使用通常用于附接晶粒和ASIC的相同环氧树脂分配过程来组装在MEMS封装件中。
备选地，使用除ePTFE之外的材料，前提条件是它们具有比载体12更高的熔融温度，并可经受加工温度。一种示例性的备选材料是聚对亚苯基二亚甲基(PPX)及其衍生物。
参照图2，排气组件10在薄的低粘性衬里14上被提供并被引入到晶粒附接设备20。刚性载体层12(图2中未具体示出)显著硬于低粘性衬里14，使得当晶粒附接设备20的晶粒排出器21从衬里14的底部施压并穿透衬里时，排气组件10从衬里14可靠地脱离。一旦脱离，排气组件10就被晶粒附接设备20的真空头或夹持器头(未示出)拾取，然后设置并固定到MEMS装置的开放端口上、在其基底上。
图3中示出了一个备选实施例，该实施例不需要使用环氧树脂(环氧化物)分配(调配)。在该实施例中，粘合剂层35存在于刚性载体12的底部上。粘合剂35为备选地压敏粘合剂或晶粒附接薄膜。在该实施例中，衬里14为薄的防粘衬里，而不是低粘性衬里。就用于粘合剂35的压敏粘合剂而言，排气组件10在室温下利用真空头的压力附接到在开放端口上的MEMS装置的基底，真空头将排气组件10转移到MEMS基底。就作为粘合剂35的晶粒附接薄膜而言，包括端口的基底在附接期间必须被加热，这在工业中是普遍的。在附接到MEMS基底之后，晶粒附接粘合剂在间歇过程(批量过程)中被固化，但此步骤可在附接晶粒或ASIC的粘合剂固化的同时进行。通过使刚性载体更薄和/或具有显著更低的挠曲模量，在该实施例中用来引入排气组件10的防粘衬里14仍然比刚性载体12柔性更大。
所公开的排气组件安装在封装件的内表面或外表面或两者上，并且也在顶部或底部端口封装件(或两者上)使用。
以下实例旨在说明本公开的某些实施例，但并非意图限制所附权利要求的范围。
实例
以下测试方法结合实例进行描述：轴向刚度。
单位为kg-f/cm(公斤力/厘米)的轴向刚度(k)根据下式计算：
A为样本的横截面积(宽度×厚度)，单位为cm2
E为弹性模量，单位为kg-f/cm2
L为样本的长度，单位为cm
样本的弹性模量(宽度25.4mm，长度50.8mm)使用ASTM D882-12测量。
实例1单面粘合剂构造|PEEK载体&UV可固化衬里
排气件复合物构造如下：来自硅压敏粘合剂材料的片材(厚度0.025mm)的两个防粘衬里之一被移除，该片材在粘合剂层的任一侧上具有两个防粘衬里。然后，将硅粘合剂的片材借助于压力层合到PEEK薄膜(厚度0.05mm，可以由产品号LS425444得自美国的顾特福公司(GoodFellow))的载体层。将PEEK侧借助于压力进一步层合到带有0.09mm PET基底的低粘性粘合剂层。
在所得到的层合物上激光切割孔的阵列(直径0.35mm，中心至中心距离1.35mm)。在层合物周边周围还激光切割一些基准孔。然后，将低粘性粘合剂层从层合物移除。然后，将层合物放置在UV可固化衬里的层(厚度0.125mm，产品号Adwill D-485H，可得自美国琳德克公司(Lintec of America,Inc))上。然后，移除硅压敏粘合剂材料片材的另一个防粘衬里。然后，将ePTFE膜(质量/面积：1g/m2)借助于压力层合到压敏粘合剂材料，以形成排气件复合物。
使用视觉***来识别在层合物周边周围切割的基准孔。排气件复合物被定位成使得九个阵列(1英寸×1英寸)被向下切割穿过除UV可固化衬里层之外的复合物的所有层，每个阵列包括400个排气件(每个孔为长度1.3mm的平方)。然后，使用Dymax UV泛光固化***将排气件复合物固化6秒。
然后，将固化的排气件复合物安装在ePAK箍环(零件号eHR-170/186-6-OUT-X-Y)上，并且环被定位在拾放设备(PP-一个手动放置器，JFP微技术(PP-One Manual Placer,JFP Microtechnic))中。利用显微镜，使阵列中的每个排气件在具有4根针的胡椒瓶的中心导向孔(直径2mm)上居中，这4根针彼此间隔开0.85mm的距离。
拾取工具包括具有四个孔的橡胶顶端，每个孔直径50微米且彼此间隔开0.76mm。将拾取工具移入位并以约50g的力下压到阵列的排气件上。使55kPa的真空吸过拾取工具中的孔和胡椒瓶。然后，将胡椒瓶以气动方式向下推动，以允许晶粒排出针(小精度工具公司(Small Precision Tools Inc)，零件号PUN-0.70-18mm-15DG-25MIC)伸出约0.75mm，从而刺穿排气件复合物的UV可固化衬里层并使排气件从衬里释放。然后，将拾取工具移动至由一定图案的晶粒附接(die attach，固晶)环氧树脂组成的放置台。然后，将排气件设置并固定到台上。
如下表I所述，在本实例中形成的排气件能够从衬里成功地拾取并放置在放置台上。衬里和载体的刚度分别测量为3.7kgf/cm和60kgf/cm。
实例2双面粘合剂构造|PEEK载体&LDPE衬里
排气件复合物构造如下：来自硅压敏粘合剂材料的第一片材(厚度0.025mm)的两个防粘衬里之一被移除，该片材在粘合剂层的任一侧上具有两个防粘衬里。然后，将硅粘合剂的第一片材借助于压力层合到PEEK薄膜(厚度0.05mm，可以产品号LS425444得自美国的顾特福公司(GoodFellow))的载体层。
将PEEK侧进一步层合到具有两个防粘衬里的硅压敏粘合剂材料的第二片材(厚度0.025mm)，并且从其移除其中一个防粘衬里。
在所得到的层合物上激光切割孔的阵列(直径0.35mm，中心至中心距离1.35mm)。在层合物周边周围还激光切割一些基准孔。然后，从层合物移除第二有机硅粘性片材的第二防粘层。
然后，将层合物放置在一层LDPE防粘衬里(厚度0.05mm，带有得自雷文公司(Rayven Inc.)的C1S Easy Release 65)上。然后，移除硅压敏粘合剂材料的第一片材的另一个防粘衬里。然后，将ePTFE膜(质量/面积：1g/m2)借助于压力层合到压敏粘合剂材料，以形成排气件复合物。
使用视觉***来识别在层合物周边周围切割的基准孔。排气件复合物被定位成使得九个阵列(1英寸×1英寸)被向下切割穿过除LDPE衬里层之外的复合物的所有层，每个阵列包括400个排气件(每个孔为长度1.3mm的平方)。
然后，将所得到的排气件复合物安装在ePAK箍环(零件号eHR-170/186-6-OUT-X-Y)上，并且环被定位在拾放设备(PP-一个手动放置器，JFP微技术(PP-One Manual Placer,JFP Microtechnic))中。利用显微镜，使阵列中的每个排气件在具有4根针的胡椒瓶的中心导向孔(直径2mm)上居中，这4根针彼此间隔开0.85mm的距离。
拾取工具包括具有四个孔的橡胶顶端，每个孔直径50微米且彼此间隔开0.76mm。将拾取工具移入位并以约50g的力下压到阵列的排气件上。使55kPa的真空吸过拾取工具中的孔和胡椒瓶。然后，将胡椒瓶以气动方式向下推动，以允许晶粒排出针(小精度工具公司(Small Precision Tools Inc)，零件号PUN-0.70-18mm-15DG-25MIC)伸出约0.75mm，从而刺穿排气件复合物的UV可固化衬里层并使排气件从衬里释放。然后，将拾取工具移动至放置台。然后，将排气件设置并固定到台上。
如下表I所述，在本实例中形成的排气件能够从衬里成功地拾取并放置在放置台上。衬里和载体的刚度分别测量为4.1kgf/cm和60kgf/cm。
比较例
双面粘合剂||PEEK载体&PET衬里
根据实例2中描述的材料和方法形成排气件复合物和排气件，所不同的是，使用0.05mm PET防粘衬里来代替LDPE防粘衬里。
如下表I中所报告的，在此实例中形成的排气件不能够从衬里成功地拾取。衬里和载体的刚度分别测量为65kgf/cm和60kgf/cm。
表I

Claims (15)

1.一种安装排气组件以保护微机电***(MEMS)装置的开放端口的方法，所述排气组件是包括附接到载体的环境屏障膜的类型，并且所述排气件进一步附接到衬里，所述方法包括以下步骤：
(a)利用晶粒排出器以及真空头和夹持器头中的至少一者将所述排气组件进给到晶粒附接机；
(b)使用所述晶粒排出器将所述排气组件与所述衬里分离；
(c)利用所述晶粒附接机的所述真空头和所述夹持器头中的至少一者拾取所述排气组件；
(d)将所述排气组件设置在所述MEMS装置的所述开放端口上；以及
(e)将所述排气组件固定到所述MEMS装置的所述开放端口上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载体包括选自PEEK和聚酰亚胺的材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载体通过压敏粘合剂而附接到所述膜。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载体通过焊接附接到所述膜。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述焊接选自热焊接、声波焊接和激光焊接。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬里包括具有低于所述载体的刚度的刚度的材料。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬里包括切割带。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述排气组件通过压敏粘合剂而附接到所述衬里。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述膜包括ePTFE。
10.一种用于保护微机电***(MEMS)装置的开放端口的排气组件，所述排气组件包括：
a)环境屏障；
b)载体，其附接到所述屏障；并且
其中，所述载体附接到衬里，所述衬里包括具有低于所述载体的刚度的刚度的材料。
11.根据权利要求10所述的排气组件，其特征在于，还包括用于将所述ePTFE膜附接到所述载体的压敏粘合剂。
12.根据权利要求10所述的排气组件，其特征在于，还包括用于将所述载体附接到所述衬里的压敏粘合剂。
13.根据权利要求10所述的排气组件，其中，所述载体包括选自PEEK和聚酰亚胺的材料。
14.根据权利要求10所述的排气组件，其中，所述衬里包括UV切割带。
15.根据权利要求10所述的排气组件，其中，所述膜包括ePTFE。
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