一種用於低水汽含量封裝的除氣充氣設備的製作方法

2023-12-06 08:19:21 1

專利名稱：一種用於低水汽含量封裝的除氣充氣設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及氣密性封裝領域，具體涉及一種用於低水汽含量封裝的除氣充氣 設備。
背景技術：
對於MEMS傳感器特別是MEMS力學傳感器，如MEMS壓力傳感器、MEMS加速度傳感 器和MEMS角速率傳感器，在其封裝過程中，如果敏感結構封裝體內部含有水汽，會吸附或 凝結在敏感結構表面，並且吸附或凝結量隨溫度的變化而不斷變化，從而造成了敏感結構 參數的變化，直接影響MEMS傳感器的性能。因此，水汽含量控制是MEMS傳感器封裝的關鍵。 對於微電子器件的密封，根據GJB597A-96《半導體集成電路總規範》及GJBM8A-96《微電 子器件實驗方法和程序》方法中的規定產品的內部水汽含量不得超過5000Χ10Λ但是對 於MEMS傳感器，5000 X 10_6的水汽含量對應的露點溫度僅為_3°C左右，在更低的溫度下，封 裝體內部就可能出現水或者冰，這對MEMS傳感器來講是致命的。軍事用途的器件一般要求 可在-40°C下使用，因此就要求封裝體內部的水汽含量必須低於500X 10_6。同時高精度的 MEMS傳感器還對其敏感結構工作的氣體環境有嚴格的要求，一般常用的氣體種類有氫、氦、 氮、氬等，氣體純度一般要求控制在99%以上，氣壓一般要求為低氣壓或極限真空，對於在 低真空環境中工作的MEMS傳感器，氣壓精度一般要求控制在士 IOOPa以內。傳統的TO封裝是一種成熟的封裝方式，在電子器件的氣密封裝中已經得到廣泛 的應用，其優點是成本低、可靠性高。傳統的TO封裝方法，一般採用的是在手套箱內充入幹 燥的工藝氣體，然後採用平行封焊、儲能焊等密封封焊工藝進行封焊。該方法雖然適用於普 通電子器件的密封，但應用於MEMS傳感器封裝有以下難點，第一，水汽含量較高。由於TO 封裝內部水汽的來源主要有兩個方面，一是來自封裝環境氣氛中的水汽，二是來自TO組件 內部所含的水汽和表面吸附的水汽。而手套箱的內部空間較大，並且氣密性不高，封裝環境 容易留存大量水分子，雖然可以對手套箱內部和充入的工藝氣體進行加熱，但由於加熱溫 度較低(一般不高於150°C)，封裝環境和封裝零部件中仍會殘留大量的水汽。因此水汽含 量一般只能達到5000 X 10_6，遠高於MEMS傳感器對水汽含量的要求；第二，傳統的TO封裝 採用的是一次封焊實現密封的方案，一般是使用平行封焊、熔焊等密封封焊工藝。由於這些 方法的原理都是靠金屬熔化將TO組件固聯在一起實現密封，所以都無法避免的會遇到因 金屬熔化時所釋放出的雜質氣體留存在敏感結構封裝體內部，從而影響封裝體內部的氣體 純度的問題；第三，手套箱不能嚴格控制充入氣體的壓力，因此無法精確控制封裝體內部工 藝氣體的壓力。目前需要採用一種新的TO封裝方式來解決上述問題，而相應的除氣充氣設備是 實現該種封裝方式的關鍵，但現有的國內外除氣充氣設備不能滿足工藝要求，並且未能找 到相關報導。發明內容本實用新型的目的在於提供一種用於低水汽含量封裝的除氣充氣設備，通過採用 該設備進行封裝可以實現水汽含量低、氣體純度高，壓力控制精度高，滿足微小型器件封裝 要求。實現本實用新型目的的技術方案實現本實用新型目的的技術方案—種用於低水汽含量封裝的除氣充氣設備，包括依次連接的真空系統、工作系統、 充氣系統；真空系統包括機械泵、分子泵、液氮冷阱、真空計和四個雙通閥門，機械泵通過雙 通閥門與分子泵的一端連接，分子泵的另一端與液氮冷阱的一端連接、液氮冷阱的另一端 分別與雙通閥門、雙通閥門和真空計連接，機械泵還依次通過雙通閥門、雙通閥門分別與真 空計、液氮冷阱、雙通閥門連接；工作系統包括真空計，以及與真空計連接的若干路工作管路，每一路管路包括依 次連接的三通閥門、雙通閥門和密封罐；充氣系統包括並聯的微調閥門和雙通閥門，微調閥門、雙通閥門均與露點儀、真空 計和充氣管路連接；充氣管路包括依次連接的雙通閥門、儲氣罐、雙通閥門、液氮冷阱、加熱 裝置、氣源；儲氣罐與露點儀、真空計連接；雙通閥門、液氮冷阱之間安裝有殘餘氣體分析儀。如上所述的一種用於低水汽含量封裝的除氣充氣設備，工作系統包括三路工作管 路，第一管路包括依次連接的三通閥門、雙通閥門和密封罐，第二管路包括依次連接的三通 閥門、雙通閥門和密封罐，第三管路包括依次連接的三通閥門、雙通閥門和密封罐。本實用新型的效果在於由真空系統、工作系統、充氣系統三部分組成的除氣充氣 設備，能夠在MEMS傳感器封裝前對零部件進行除氣，通過監測與控制裝置降低設備自身及 零部件的水汽含量和殘餘氣體；同時可以按照相應工藝要求控制充入工藝氣體純度和壓 強，進而滿足器件封裝後對內部水汽含量、工藝氣體純度和壓強控制的要求。本實用新型可 以保證微小型器件封裝腔體內水汽含量小於500X10_6、工藝氣體純度高於99%、氣壓精度 控制在士 IOOPa以內。

圖1為本實用新型所提供的一種用於低水汽含量封裝的除氣充氣設備的結構示 意圖；圖2為實施例中密封罐的結構示意圖。圖中1.機械泵；2.雙通閥門；3.分子泵；4.液氮冷阱；5.雙通閥門；6.真空計； 7.雙通閥門；8.雙通閥門；9.三通閥門；10.三通閥門；11.三通閥門；12.雙通閥門；13.雙 通閥門；14.雙通閥門；15.密封罐；16.密封罐；17.密封罐；18.真空計；19.微調閥門； 20.雙通閥門；21.露點儀；22.雙通閥門；23.真空計；24.露點儀；25.儲氣罐；26.真空 計；27.雙通閥門；28.液氮冷阱；29.加熱裝置；30.氣源；31.殘餘氣體分析儀；32.充氣工 裝；33.玻璃窗口 ；35.封裝組件；36.加熱裝置；101.真空系統；102.工作系統；103.充氣 系統。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述。如圖1所示，本實用新型的一種用於低水汽含量封裝的除氣充氣設備，包括依次 連接的真空系統101、工作系統102、充氣系統103。真空系統101包括機械泵1、分子泵3、液氮冷阱4、真空計6和四個雙通閥門2、5、 7、8，機械泵1通過雙通閥門2與分子泵3的一端連接，分子泵3的另一端與液氮冷阱4的 一端連接、液氮冷阱4的另一端分別與雙通閥門7、雙通閥門8和真空計6連接，機械泵1還 依次通過雙通閥門5、雙通閥門7分別與真空計6、液氮冷阱4、雙通閥門8連接。真空系統 101用於控制水汽含量和氣體純度。其中真空泵組採用兩級泵，初級泵採用機械泵1，二級 泵採用分子泵3以保證真空度；真空系統具有預除氣功能，以降低系統內部自身的水汽含 量和雜質氣體；液氮冷阱4用於降低抽氣管路內部的水汽含量。機械泵1通過雙通閥門5、 雙通閥門7、雙通閥門8可以對工作系統和充氣系統抽低真空；機械泵1通過雙通閥門2與 分子泵3連接可以對工作系統102和充氣系統102抽高真空；液氮冷阱4用於降低抽氣管 路內部的水汽含量；真空計6用於監測抽氣管路內部的氣壓。工作系統102包括真空計18，以及與真空計18連接的三路工作管路，第一管路包 括依次連接的三通閥門9、雙通閥門14和密封罐15，第二管路包括依次連接的三通閥門10、 雙通閥門13和密封罐16，第三管路包括依次連接的三通閥門11、雙通閥門12和密封罐17。 工作管路也可以為四路、五路或者六路。如圖2所示，將封裝組件35放入密封罐內，密封罐 由專用充氣工裝32、玻璃窗口 33、加熱裝置36組成；密封罐通過三通閥門可以連接到真空 系統101或者充氣系統103且獨立進行工作；真空計18用於監測密封罐內部的氣壓。充氣系統103包括並聯的微調閥門19和雙通閥門20，微調閥門19、雙通閥門20 均與露點儀21、真空計23和充氣管路連接。充氣管路包括依次連接的雙通閥門22、儲氣罐 25、雙通閥門27、液氮冷阱觀、加熱裝置四、氣源30 ；儲氣罐25與露點儀M、真空計沈連 接。雙通閥門27、液氮冷阱觀之間安裝有殘餘氣體分析儀。充氣系統103用於控制封裝水 汽含量、充入工藝氣體及壓力控制。採用加熱裝置四對充氣系統管路加熱，通過與液氮冷 阱觀配合進行高低溫除水工作以降低工藝氣體的水汽含量，提高工藝氣體純度；露點儀M 用於檢測工藝氣體中水汽含量；殘餘氣體分析儀31用於檢測充氣管路中氣體成份，當氣體 成份滿足要求後可以充入工藝氣體。真空計26用於監測儲氣罐25內部的氣壓；真空計沈 用於監測充入工作系統的氣壓。本實用新型的除氣充氣設備可以通過安裝溫度、氣壓控制顯示裝置，實現對溫度、 氣壓的顯示控制。顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用 新型的精神和範圍。倘若這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之 內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求1.用於低水汽含量封裝的除氣充氣設備，包括依次連接的真空系統(101)、工作系統 (102)、充氣系統(103)；真空系統(101)包括機械泵(1)、分子泵(3)、液氮冷阱(4)、真空計(6)和四個雙通閥門0、5、7、8)，機械泵(1)通過雙通閥門(2)與分子泵(3)的一端連接， 分子泵(3)的另一端與液氮冷阱的一端連接、液氮冷阱的另一端分別與雙通閥門(7)、雙通閥門(8)和真空計(6)連接，機械泵(1)還依次通過雙通閥門(5)、雙通閥門(7) 分別與真空計(6)、液氮冷阱(4)、雙通閥門(8)連接；工作系統(102)包括真空計(18)，以及與真空計(18)連接的若干路工作管路，每一路 管路包括依次連接的三通閥門、雙通閥門和密封罐；充氣系統(103)包括並聯的微調閥門(19)和雙通閥門(20)，微調閥門(19)、雙通閥門 (20)均與露點儀(21)、真空計和充氣管路連接；充氣管路包括依次連接的雙通閥門 (22)、儲氣罐(25)、雙通閥門(27)、液氮冷阱(2 、加熱裝置( )、氣源(30)；儲氣罐(25) 與露點儀(M)、真空計06)連接；雙通閥門(27)、液氮冷阱08)之間安裝有殘餘氣體分析 儀。
2.按照權利要求1所述的一種用於低水汽含量封裝的除氣充氣設備，其特徵在於所 述的工作系統包括三路工作管路，第一管路包括依次連接的三通閥門(9)、雙通閥門(14) 和密封罐(15)，第二管路包括依次連接的三通閥門(10)、雙通閥門(1 和密封罐(16)，第 三管路包括依次連接的三通閥門(11)、雙通閥門(1 和密封罐(17)。
專利摘要本實用新型涉及氣密性封裝領域，具體涉及一種用於低水汽含量封裝的除氣充氣設備。其特點在於由真空系統、工作系統、充氣系統三部分組成的除氣充氣設備，能夠在MEMS傳感器封裝前對零部件進行除氣，通過監測與控制裝置降低設備自身及零部件的水汽含量和殘餘氣體；同時可以按照相應工藝要求控制充入工藝氣體純度和壓強，進而滿足器件封裝後對內部水汽含量、工藝氣體純度和壓強控制的要求。本實用新型可以保證微小型器件封裝腔體內水汽含量小於500×10-6、工藝氣體純度高於99％、氣壓精度控制在±100Pa以內。
文檔編號B81C1/00GK201864557SQ201020601949
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月11日 優先權日2010年11月11日
發明者丁凱, 劉迎春, 安泰, 廖興才, 張菁華, 曲蘊傑, 楊軍, 王汝濤, 王登順, 秦岷 申請人:北京自動化控制設備研究所