CN1648032A - 微***真空封装装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微***真空封装装置，结构是，在箱盖上装有气缸，在真空室的侧面开有接口接真空抽气***；上热压头包括过渡板、第一上隔热板、上加热板和上压板，并依次固连，过渡板固定在中心气缸活塞杆上，可随其上下移动；在上加热板上伸出一T型杆，在上压板与T型杆之间置有压缩弹簧；下热压头包括下压板、下加热板、第一下隔热板和下压头座，并依次固连。另外，还具有专门设计的夹具、用来对夹具起定位作用的定位导杆和用来开启夹具的气缸及其活塞杆。本发明不仅能够进行阳极键合、共晶键合、低温焊料键合等封装、而且能够进行圆片级的封装以及真空回流焊等键合方式的多功能的真空封装；封装效果好，外形小、封装厚度薄、重量轻，成本低。

Description

微***真空封装装置

技术领域

本发明涉及一种封装装置，具体涉及一种真空条件下的微机电***MEMS的封装装置。

背景技术

目前，我国使用的封装装置是在大气环境或氮气环境下通过加热、加压、加静电等的组合来实现微机电***封装。该封装装置能完成大气环境或氮气环境下的阳极键合、共晶键合等封装。但对于要求真空环境的封装，如加速度仪或陀螺仪的封装，若在大气或氮气环境中封装，大气或氮气会阻碍其振子振动，造成加速度仪或陀螺仪的品质因素大大降低，从而影响其灵敏度，因此，现有的封装装置就不能适用。而且，对于那些在大气环境下加热后容易氧化的低温焊料，在目前使用的封装装置上使用时，容易产生氧化皮、气孔、强度下降等缺陷，必须要在真空环境下加热熔化才可避免上述缺陷，因此，目前的封装装置也不能适用加热后易氧化的低温焊料键合封装。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种微***真空封装装置。该装置不仅适用于低温焊料键合等封装，而且适用于加热后容易氧化的低温焊料的真空回流焊的封装。

本发明的进一步目的为，该装置不仅提供于传统的阳极键合、共晶键合等封装，而且可以用于要求真空环境的圆片级的加速度仪或陀螺仪的封装。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是，一种微***真空封装装置，其特征在于：箱盖和箱体密封，形成真空室，在真空室的侧面开有接口，在真空室的侧面装有门，在箱盖上装有中心气缸；上热压头包括过渡板、第一上隔热板、上加热板和上压板，并依次固定连接，过渡板固定在中心气缸的中心气缸活塞杆上，随中心气缸活塞杆上下移动；下热压头包括下压板、下加热板、第一下隔热板和下压头座，并依次固定连接，下压头座固定在箱体的底部。

为实现本发明的进一步的目的，本发明采用的进一步技术方案是：中心气缸为多位气缸；在上压板上伸出一T型杆，在上压板与T型杆之间置有压缩弹簧，通过上压板来调节压缩弹簧的预紧力；在下压板上置有夹具，夹具的结构是，在托盘上装有二套或三套夹紧装置，每套夹紧装置含有二个平行四杆机构，一个平行四杆机构的结构是，第一连杆通过第四销轴与第一从动杆的一端连接，第一连杆的一端通过第三销轴与第一主动杆的一端连接，在第一连杆的另一端固定第一压片，第一弹簧的两端分别接在第一主动杆的另一端及支座上，第一主动杆通过第一销轴连接在支座上，第一从动杆的另一端通过第二销轴连接在支座上，支座与托盘相固定；对夹具起定位作用的定位导杆，其下端与下压头座固连，上端伸进托盘上的定位孔；与夹具上的夹紧装置相配套的用来开启夹紧装置的结构是，在箱盖上装有第一气缸、第二气缸，第一活塞杆与第一主动杆的后端相对应，第二活塞杆与第二主动杆的后端相对应。

本发明的优点在于：

(1)本发明能够进行低温焊料键合等封装，也能够进行真空回流焊等键合方式的多功能的真空封装。

(2)本发明还能够进行阳极键合、共晶键合，同时也能够进行圆片级的封装；以及利用气缸活塞杆在真空室内向下移动来开启圆片夹具，能抽走两圆片之间的空气，防止键合面出现气孔。

(3)在真空室内采用上、下热压头来加热、加压或加静电，从而结构紧凑。

(4)抽真空***接口在真空室的侧面，可防止碎片进入抽真空***。

(5)封装外形小、封装厚度薄、重量轻，成本低。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构简图。

图2是图1中下压头座调节装置的放大图。

图3是本发明另一种实施例的结构简图。

图4是图3的俯视图。

图5是图3中上热压头的放大图。

图6是图3中下热压头的放大图。

图7是图3中夹具的正面立体图。

图8是图3中夹具的反面立体图。

图9是图3中一组气缸及其活塞杆和与其相对应的一组平行四杆机构的主视图。

图10是图3中一组气缸及其活塞杆和与其相对应的一组平行四杆机构的右视图。

具体实施方式

由图1、图2所示，箱盖22和箱体21用定位销1定位，并可通过静密封圈密封，形成真空室，在真空室的侧面开有接口2，可通过法兰连接通常的真空抽气***，防止碎片进入抽真空***。在真空室的侧面装有门12，门12可采用通常所用的真空室门，在真空室的外壁布置循环水管23，对真空室进行冷却，在加热前必须通冷却水。

在箱盖22上装有中心气缸4，中心气缸活塞杆5与第一密封螺套3之间动密封，在中心气缸活塞杆5上、下运动时起密封作用，保证真空室不漏气，动密封可采用通常的O型圈密封，也可采用填料密封、波纹管或膜片密封等。过渡板7固定在中心气缸活塞杆5上，可随中心气缸活塞杆5上下移动，通过中心气缸4实现上热压头向下的加压运动。

中心气缸4的安装是：第一密封螺套3可通过螺钉固连在箱盖22上，中心气缸支座6可通过螺钉固连在第一密封螺套3上，中心气缸4可通过螺钉固连在中心气缸支座6上，中心气缸支座6起支撑中心气缸4的作用。

上热压头包括过渡板7、第一上隔热板8、上加热板10和上压板11，并依次固定连接，可用螺钉连接。

下热压头包括下压板13、下加热板14、第一下隔热板19和下压头座20，并依次固定连接，可用螺钉连接，下压头座20可通过螺钉固定在箱体21的底部。

为了增强隔热效果，在第一上隔热板8和上加热板10之间置有第二上隔热板9，在下加热板14和第一下隔热板19之间置有第二下隔热板18。

上加热板10和下加热板14采用导热系数高的材料制作，可在其内放置电阻丝，采用电阻丝加热或红外加热等，第一上隔热板8和第一下隔热板19可采用导热系数低的陶瓷材料。这种配置方式加热均匀，隔热效果好。根据加热温度要求和腔体尺寸及上加热板10和下加热板14的尺寸计算加热功率，采用PID方式进行温度控制。

可在下压头座20上装有三套调节装置，最好均匀分布。调节装置由螺钉15、钢珠16和垫块17组成，螺钉15置于钢珠16上，钢珠16置于垫块17上。利用螺钉15下端对钢珠16作用力的大小不同，使垫块17压缩，垫块17一般可由橡胶材料或其他弹性材料制成，通过调节螺钉15的松紧，就可调节下热压头与上热压头的平行度，从而保证加压时，玻璃片与硅片能充分贴合，而且不会被压破。

由图3和图4所示，对于圆片级封装而言，在下压板13上置有夹具29。中心气缸4为多位气缸，来实现下压的两个工位。在上压板11伸出一T型杆30，在上压板11与T型杆30之间置有压缩弹簧31，通过上压板11来调节压缩弹簧31的预紧力。T型杆30用来压住已对准好的两圆片，防止打开夹具29时两圆片产生相对运动。在上压板11的侧面开有孔32。在箱盖22上可装有窥视孔36。在箱盖22上安装第一气缸24和第二气缸35。

第一气缸24的安装是：第二密封螺套27可通过螺钉固连在箱盖22上，第一气缸支座26可通过螺钉固连在第二密封螺套27上，第一气缸24可通过螺钉固连在第一气缸支座26上，第一气缸支座26起支撑第一气缸24的作用，第一活塞杆25与第二密封螺套27之间为动密封，第一夹具压头28装在第一活塞杆25上。

第二气缸35的安装与第一气缸24相同，第二气缸支座固连在第二密封螺套27上，第二气缸35固连在第二气缸支座上。

对夹具29起定位作用的定位导杆33，其下端与下压头座20固连，可通过螺钉固连，上端伸进托盘34上的定位孔39(见图7)，这样的定位导杆有三根，也可为二根等，最好在圆周上均匀分布。

由图5和图6所示，在上压板11上开有孔32，在下压板13上开有孔37，孔可开在侧面为螺纹孔，用于引入阳极键合时需要的高压静电的两极，从而在上压板11与下压板13之间加上高压静电。

在上压板11与下压板13的侧面还可另开有热电偶安装孔。

由图7和图8所示，夹具29的结构是，在托盘34上装有三套夹紧装置，最好均匀分布。

夹紧装置的结构是，第一连杆41通过第四销轴42与第一从动杆53的一端连接，第一连杆41的一端通过第三销轴43与第一主动杆44的一端连接，在第一连杆41的另一端固定第一压片40，用来压住硅片，第一弹簧45的两端可通过螺钉分别挂接在第一主动杆44的另一端及支座38上，第一主动杆44通过第一销轴54连接在支座38上，第一从动杆53的另一端通过第二销轴55连接在支座38上，支座38与托盘34相固定，实现平行四杆机构的双稳态。

第二连杆50通过第六销轴49与第二从动杆52的一端连接，第二连杆50的一端通过第五销轴48与第二主动杆47的一端连接，在第二连杆50的另一端固定第二压片51，用来压住玻璃片，第二弹簧46的两端可通过螺钉分别挂接在第二主动杆47的另一端及支座38上，第二主动杆47通过第一销轴54连接在支座38上，第二从动杆52的另一端通过第二销轴55连接在支座38上，实现平行四杆机构的双稳态。

由图9和图10所示，用来开启夹具29的机构是：与夹具29的三套夹紧装置相配套的用来开启三套夹紧装置的三组气缸及其活塞杆，每组的结构是，装在第一活塞杆25上的第一夹具压头28与第一主动杆44的后端相对应；第二活塞杆57与第二密封螺套27之间为动密封，装在第二活塞杆57上的第二夹具压头56与第二主动杆47的后端相对应。当第二活塞杆57下降，第二夹具压头56压住第二主动杆47的后端时，第二主动杆47顺时针旋转，第二压片51脱离玻璃片；当第一活塞杆25下降，第一夹具压头28压住第一主动杆44的后端时，第一主动杆44顺时针旋转，第一压片40脱离硅片。

器件级真空回流焊接封装的实施步骤：

a.用丙酮清洗器件、预制焊片及盖板；

b.将清洗好后的器件与预制焊片及盖板相固定，置于下加热板14上；

c.关闭真空室的门12，开启真空抽气***；

d.达到要求的真空度后，开启中心气缸4，使得上热压头向下移动，并通过压缩弹簧31，使上热压头紧紧压住盖板，防止已对准好盖板发生移动；

e.上加热板10和下加热板14开始加热；

f.等升到工艺要求的温度时，关闭上加热板10，升起中心气缸4，打开放气阀放气，接着用氮气冷却，使其降温；

g.温度降下来后，打开真空室门12，通过机械手或手工将器件及盖板取出。

阳极键合封装的实施步骤：

a.把硅片和玻璃片放在托盘34上，第一压片40先将硅片压住，第二压片51再将玻璃片压住，以免在装片过程中移动；

b.将夹具29通过机械手或手工放置在下加热板14上，并通过三根定位导杆定位；

c.关闭真空室的门12，开启真空抽气***；

d.达到要求的真空度后，开启中心气缸4，中心气缸4为多位气缸，使得上热压头向下移动，并通过上热压头压缩压缩弹簧31，使上热压头上的T型杆30紧紧压住两圆片，防止已对准好的两圆片在打开夹具29过程中发生移动；

e.开启第一气缸24和第二气缸35，使得其第一活塞杆25和第二活塞杆57向下移动，第一活塞杆25推动第一主动杆44，第二活塞杆57推动第二主动杆47，打开夹具29，然后升起第一活塞杆25和第二活塞杆57；

f.开启中心气缸4，使上热压头进一步向下移动，压住两圆片；

g.上加热板10和下加热板14开始加热；

h.等升到工艺要求的温度如430℃时，关闭上加热器，再加静电压如1000V，开始进行阳极键合，约10分钟玻璃片和硅片就会键合在一起；

i.然后升起中心气缸4，打开放气阀放气，接着用氮气吹向夹具29，使其降温；

j.温度降下来后，打开真空室门12，通过机械手或手工将夹具29取出。

Claims (10)

1.一种微***真空封装装置，其特征在于：

箱盖(22)和箱体(21)密封，形成真空室，在真空室的侧面开有接口(2)，在真空室的侧面装有门(12)，在箱盖(22)上装有中心气缸(4)；

上热压头包括过渡板(7)、第一上隔热板(8)、上加热板(10)和上压板(11)，并依次固定连接，过渡板(7)固定在中心气缸(4)的中心气缸活塞杆(5)上，随中心气缸活塞杆(5)上下移动；

下热压头包括下压板(13)、下加热板(14)、第一下隔热板(19)和下压头座(20)，并依次固定连接，下压头座(20)固定在箱体(21)的底部。

2.根据权利要求1所述的真空封装装置，其特征在于：

中心气缸(4)为多位气缸；

在上压板(11)上伸出一T型杆(30)，在上压板(11)与T型杆(30)之间置有压缩弹簧(31)，通过上压板(11)来调节压缩弹簧(31)的预紧力；

在下压板(13)上置有夹具(29)，夹具(29)的结构是，在托盘(34)上装有二套或三套夹紧装置，每套夹紧装置含有二个平行四杆机构，一个平行四杆机构的结构是，第一连杆(41)通过第四销轴(42)与第一从动杆(53)的一端连接，第一连杆(41)的一端通过第三销轴(43)与第一主动杆(44)的一端连接，在第一连杆(41)的另一端固定第一压片(40)，第一弹簧(45)的两端分别接在第一主动杆(44)的另一端及支座(38)上，第一主动杆(44)通过第一销轴(54)连接在支座(38)上，第一从动杆(53)的另一端通过第二销轴(55)连接在支座(38)上，支座(38)与托盘(34)相固定；

对夹具(29)起定位作用的定位导杆(33)，其下端与下压头座(20)固连，上端伸进托盘(34)上的定位孔(39)；

与夹具(29)上的夹紧装置相配套的用来开启夹紧装置的结构是，在箱盖(22)上装有第一气缸(24)、第二气缸(35)，第一活塞杆(25)与第一主动杆(44)的后端相对应，第二活塞杆(57)与第二主动杆(47)的后端相对应。

3.根据权利要求2所述的真空封装装置，其特征在于：在上压板(11)上开有孔(32)，在下压板(13)上开有孔(37)，用于引入阳极键合时需要的高压静电的两极。

4.根据权利要求2所述的真空封装装置，其特征在于：所述定位导杆(33)为二根或三根。

5.根据权利要求1或2所述的真空封装装置，其特征在于：在第一上隔热板(8)和上加热板(10)之间置有第二上隔热板(9)，在第一下隔热板(19)和下加热板(14)之间置有第二下隔热板(18)。

6.根据权利要求3所述的真空封装装置，其特征在于：在第一上隔热板(8)和上加热板(10)之间置有第二上隔热板(9)，在第一下隔热板(19)和下加热板(14)之间置有第二下隔热板(18)。

7.根据权利要求1或2所述的真空封装装置，其特征在于：在下压头座(20)上装有三套调节装置，调节装置由螺钉(15)、钢珠(16)和垫块(17)组成，螺钉(15)置于钢珠(16)上，钢珠(16)置于垫块(17)上。

8.根据权利要求3所述的真空封装装置，其特征在于：在下压头座(20)上装有三套调节装置，调节装置由螺钉(15)、钢珠(16)和垫块(17)组成，螺钉(15)置于钢珠(16)上，钢珠(16)置于垫块(17)上。

9.根据权利要求1或2所述的真空封装装置，其特征在于：上加热板(10)和下加热板(14)采用电阻丝加热或红外加热。

10.根据权利要求1或2所述的真空封装装置，其特征在于：在箱盖(22)上装有窥视孔(36)。

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