微光電子機械系統氣密封裝夾具的製作方法

2023-05-04 09:07:51

專利名稱：微光電子機械系統氣密封裝夾具的製作方法
技術領域：
本實用新型為微光電子機械系統氣密封裝夾具，所屬技術領域為微光機電系統技術。
背景技術：
微光電子機械系統(Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems，以下簡稱MOEMS)是以微電子、光學、微機械及材料科學為基礎，研究、設計、製造具有特定功能的微型裝置，包括微結構器件、微傳感器、微執行器和微系統等。一般來說，微機械多指構造較簡單能動作的微構造，它是構成微機電系統的要素技術，而微光機電系統指由微機械，控制電路以及傳感部分組成的微系統，它是微機械的高級形式和發展方向。由於微型結構很脆弱，易受損，它的封裝便成了使MOEMS成為完美商品的關鍵。在傳統的集成電路的製造中，封裝用去了大概三分之一的生產成本。對於MOEMS，它的封裝日益凸現出來成為生產過程中耗資最多的一個環節。有人建議把MOEMS的封裝融入器件的生產過程中，作為微機械生產的一個步驟。這雖解決了個別器件的封裝，但是仍然沒有解決所有微系統的封裝問題。尤其是許多MOEMS器件的製造用的是蝕刻、光刻等工藝，不需要組裝和調整，這就更加需要統一的封裝過程。於是提出了MEMS的後封裝的工藝，進行批量的封裝。要進行這樣的封裝，需要一個工作檯，它必須可以提供以下幾種功能檢測；三維的對準調節；提供封裝時所需的均勻壓力。
有文獻報導了封裝夾具的結構，主要由底座、墊塊、支撐塊、加壓臂四大部分組成。但該夾具有如下幾個的缺點1、沒有平面對準調節系統，調節費時；2、沒有固定帽層和襯底的裝置；3、沒有垂直加壓方向的引導裝置，導致封裝位置不準；4、由於採用槓桿加壓，所以晶片受力不均的影響無法消除；導致封裝失敗；此外，整個夾具的體積過大；且整個裝置沒有鎖緊裝置，無法保證在設定壓力下鍵合，導致質量不穩定。因此，無法保證封裝的高質量和高生產率。
實用新型內容本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提供一種微光電子機械系統MEMS氣密封裝夾具，以保證其封裝的高質量和封裝的高生產率。本實用新型的目的是按如下的技術方案實現的。本實用新型MEMS氣密封裝夾具的特徵是它包括支架、基座、微調架、加壓板、升降裝置、襯底安放臺和帽層安放臺；所述支架包括底板、立柱、加強筋，所述立柱垂直裝在所述底板上，所述加強筋傾斜地裝於所述立柱後側，其底端固定在所述底板上，所述底板裝在所述基座4上，在所述立柱的前側面上具有齒條；所述微調架裝在所述的基座上；帶有所述加壓板的升降裝置可移動地裝在所述支架的立柱上；在所述加壓板上，用螺栓彈性地裝有所述帽層安放臺；所述襯底安放臺位於所述微調架上；所述襯底安放臺上帶有壓力傳感器。
所述加壓板上彈性地裝有帽層安放臺的結構為在螺栓的杆上套有彈簧，彈簧的一端作用在所述加壓板上，另一端作用在所述帽層安放臺上。
所述襯底安放臺內具有氣路，所述氣路的一端與真空泵相通，另一端的出口位於所述襯底安放臺的上表面上。
所述帽層安放臺內具有氣路，氣路的一端與真空泵相通，另一端的出口位於所述帽層安放臺的下表面上。
所述升降裝置包括箱體、箱蓋、軸、齒輪，所述箱蓋固定在所述箱體上，所述軸固定在所述箱蓋和/或箱體上，在所述軸上固裝有所述齒輪，所述齒輪與所述立柱前側面上的齒條相嚙合。
所述立柱的左、右二側面均為斜面，與所述箱體的相應斜面相配合，在所述箱體的相應斜面處裝有鎖緊螺釘。
本實用新型的工作方式為將待封裝的二晶片即帽層和襯底分別用真空泵的負壓吸附在帽層安放臺和襯底安放臺上，通過調節微調架對準位置，經顯微鏡下觀察確認，然後通過升降裝置上的齒輪與立柱上的齒條，旋轉手柄將升降裝置連同加壓板向下運動，彈簧緩衝了作用壓力，用壓力傳感器顯示作用壓力，當施加到設定的壓力時，用鎖緊螺釘將升降裝置鎖定，即可在設定壓力下將帽層和襯底鍵合。
本實用新型MEMS氣密封裝夾具的優點是產品的帽層和襯底在封裝時，採用真空吸附，被穩定地安放在各自的安放臺上；採用微調裝置快速準確地平面定位，既提高了生產率，又保證了封裝位置準確；採用立柱、底板加強筋形成剛性三角支撐的支架，保證立柱在加壓受力時不變形；加壓時，採用立柱導向，彈性加壓，保證垂直加壓方向準確，晶片受力均勻，通過壓力傳感器來監視壓力，通過加壓板上的加壓彈簧來緩衝作用力，和通過升降裝置上的鎖緊螺釘來鎖定封裝壓力，以保證封裝鍵合時的高質量、高速度。此外，整個夾具的體積較小。
綜上所述，本實用新型MEMS氣密封裝夾具克服了現有技術的缺欠，能保證封裝的高質量和封裝的高生產率。


圖1為本實用新型MEMS氣密封裝夾具的結構示意圖，圖2為圖1中的A-A剖視放大圖(順時針轉90度)，圖3為圖2中的B-B剖視圖。
圖中代號1支架 2底板 2A加強筋3立柱3A齒條 4基座 5微調架 6連接板7壓力傳感器8襯底安放臺8A螺栓 9帽層安放臺10加壓板 11升降裝置 12銷13手柄
14成像對準器 15螺栓16彈簧17、18氣路19、20出口 21箱體22箱蓋23螺栓24軸 25齒輪26楔條27鎖緊螺釘28斜面 29相應斜面30帽層31襯底實施例如圖1為本實用新型MEMS氣密封裝夾具的結構示意圖，它包括支架1、基座4、微調架5、加壓板10、升降裝置11、襯底安放臺8和帽層安放臺9；支架1包括底板2、立柱3、加強筋2A，立柱3垂直裝在所述底板2上，加強筋2A傾斜地裝於所述立柱3後側，其底端固定在所述底板2上，形成剛性三角結構，以增大立柱3的受力，防止在施加壓力時，立柱3產生向後側傾斜變形。底板2用螺釘2B裝在基座4上，在立柱3的前側面上具有齒條3A；微調架5裝在基座4上；帶有加壓板10的升降裝置11可上、下移動地裝在支架1的立柱3上；在加壓板10上，用螺栓15彈性地裝有所述帽層安放臺9，即在螺栓15的杆上套有彈簧16，所述彈簧16的一端作用在加壓板10上，另一端作用在帽層安放臺9上，利用彈簧16的彈性以緩衝作用壓力；襯底安放臺8位於微調架5上，二者之間還裝有連接板6。
襯底安放臺8，用螺栓8A與壓力傳感器7連接在一起。
帽層安放臺9內具有氣路18，氣路18的一端與真空泵(未示出)相通，另一端的出口20位於所述帽層30安放臺9的下表面上，用於吸附產品的帽層30。對於產品的帽層30也可不用真空吸附，即安放臺9上無氣路18。不用真空吸附時，直接將帽層30放在帽層安放臺9的下表面上，用膠粘固定即可。
襯底安放臺8內具有氣路17，氣路17的一端與真空泵(未示出)相通，另一端的出口19位於所述襯底安放臺8的上表面上，用於吸附固定該襯層31。
如圖2，升降裝置11包括箱體21、箱蓋22、軸24、齒輪25，箱蓋22用螺栓23固定在箱體21上。在軸24上用鍵25A固裝有齒輪25，齒輪25與立柱3前側面上的齒條3A相嚙合。
如圖3，本實施例中，在箱體21、箱蓋22各有半圓孔，二半圓孔形成軸孔，軸24固定在箱蓋22和箱體21上的所述軸孔中，用12銷將旋轉手柄13固定在軸24上。
如圖2，立柱3的二側面為斜面28，在斜面28與箱體21的相應斜面29之間，具有楔條26，在相應斜面29處裝有鎖緊螺釘27。在旋動該手柄13時，齒輪25沿立柱3前側面上的齒條3A滾動，使升降裝置11垂直上下運動，可用鎖緊螺母23、楔條26將升降裝置11鎖定。為了在鍵合時能夠提供穩定的壓力，當齒輪25帶動加壓板10施加到設定的壓力時，用鎖緊螺釘27將齒輪25鎖緊，即可固定在設定的壓力上。
本實用新型的工作方式為將待封裝的二晶片即帽層30和襯底31分別用真空泵的負壓吸附在帽層安放臺9和襯底安放臺8上，通過調節微調架5對準位置，經顯微鏡下觀察確認，然後通過升降裝置11上的齒輪25與立柱3上的齒條3A，用旋轉手柄13將升降裝置11連同加壓板10向下運動，彈簧16緩衝了作用壓力，壓力傳感器7顯示作用壓力，當施加到設定的壓力時，用鎖緊螺釘27將升降裝置11鎖定，即可在設定壓力下將帽層30和襯底31鍵合。
本實用新型中的微調架5採用型號為Newport 401的產品，可以達到1μm的精度，用以實現襯底31在水平位置的準確調節。壓力傳感器7採用市售的BK-3型小量程測力/稱量傳感器。對準的檢測採用現有技術成像對準光路儀器14(圖1)，其原理為用兩個半透射半反射的稜鏡，將成像光路和背景光有效的分離，在顯微鏡下觀察，對準後即將儀器撤去。
權利要求1.微光電子機械系統氣密封裝夾具，其特徵是它包括支架(1)、基座(4)、微調架(5)、加壓板(10)、升降裝置(11)、襯底安放臺(8)和帽層安放臺(9)；所述支架(1)包括底板(2)、立柱(3)、加強筋(2A)，所述立柱(3)垂直裝在所述底板(2)上，所述加強筋(2A)傾斜地裝於所述立柱(3)後側，其底端固定在所述底板(2)上，所述底板(2)裝在所述基座(4)上，在所述立柱(3)的前側面上具有齒條(3A)；所述微調架(5)裝在所述的基座(4)上；裝有所述加壓板(10)的升降裝置(11)可移動地裝在所述支架(1)的立柱(3)上；在所述加壓板(10)上，用螺栓(15)彈性地裝有所述帽層安放臺(9)；所述襯底安放臺(8)位於所述微調架(5)上；所述襯底安放臺(8)上帶有壓力傳感器(7)。
2.根據權利要求1所述的微光電子機械系統氣密封裝夾具，其特徵是所述加壓板(10)上彈性地裝有帽層安放臺(9)的結構為在螺栓(15)的杆上套有彈簧(16)，所述彈簧(16)的一端作用在所述加壓板(10)上，另一端作用在所述帽層安放臺(9)上。
3.根據權利要求1或2所述的微光電子機械系統氣密封裝夾具，其特徵是所述襯底安放臺(8)內具有氣路(17)，所述氣路(17)的一端與真空泵相通，另一端的出口(19)位於所述襯底安放臺(8)的上表面上。
4.根據權利要求3所述的微光電子機械系統氣密封裝夾具，其特徵是所述帽層安放臺(9)內具有氣路(18)，氣路(18)的一端與真空泵相通，另一端的出口(20)位於所述帽層安放臺(9)的下表面上。
5.根據權利要求1或2所述的微光電子機械系統氣密封裝夾具，其特徵是所述升降裝置(11)包括箱體(21)、箱蓋(22)、軸(24)、齒輪(25)，所述箱蓋(22)固定在所述箱體(21)上，所述軸(24)固定在所述箱蓋(22)和/或箱體(21)上，在所述軸(24)上固裝有所述齒輪(25)，所述齒輪(25)與所述立柱(3)前側面上的所述齒條(3A)相嚙合。
6.根據權利要求5所述的微光電子機械系統氣密封裝夾具，其特徵是在所述立柱(3)的左、右二側均具有斜面(28)，所述斜面(28)與所述箱體(21)的相應斜面(29)相配合，在所述箱體(21)的相應斜面(29)處裝有鎖緊螺釘(27)。
專利摘要微光電子機械系統氣密封裝夾具，包括支架(1)、基座(4)、微調架(5)、加壓板(10)、升降裝置(11)、襯底安放臺(8)和帽層安放臺(9)；支架(1)包括底板(2)、立柱(3)、加強筋(2A)，立柱(3)垂直裝在所述底板(2)上，加強筋(2A)傾斜地裝於立柱(3)後側，其底端固定在所述底板(2)上，底板(2)裝在基座(4)上，在立柱(3)的前側面上具有齒條(3A)；微調架(5)裝在基座(4)上；裝有加壓板(10)的升降裝置(11)可移動地裝在支架(1)的立柱(3)上；在加壓板(10)上，用螺栓(15)彈性地裝有帽層安放臺(9)；襯底安放臺(8)位於微調架(5)上；襯底安放臺(8)上帶有壓力傳感器(7)。本實用新型能保證封裝的高質量和封裝的高生產率。
文檔編號H01L21/68GK2656396SQ0328028
公開日2004年11月17日 申請日期2003年9月17日 優先權日2003年9月17日
發明者陳四海, 劉勝, 易新建, 李靜文, 張鴻海, 陳明祥, 王志勇 申請人:華中科技大學機械科學與工程學院