專利名稱：玻璃管與mems芯片氣密性燒結(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)裝置，適用于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 制造中的諧振型壓力傳感器的封裝工藝以及集成電路制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是將微機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器、執(zhí)行器和控制處理電路集成在一起，大大提高了穩(wěn)定性和可靠性，是整機(jī)向小型化、輕量化發(fā)展所需的關(guān)鍵元件。MEMS的封裝與集成電路封裝有著顯著區(qū)別，其封裝要求氣密性封裝、真空封裝、能感應(yīng)外界信息等寸。對(duì)于高精度諧振型壓力傳感器的封裝工藝，目前常規(guī)的方法是采用玻璃漿料做粘接劑，用絲網(wǎng)模制作圖形，將玻璃漿料涂在芯片上形成環(huán)形漿料環(huán)，先進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，揮發(fā)掉玻璃漿料的水分和有機(jī)溶劑，再將芯片與芯片之間對(duì)位后，在真空下加熱到400-500°C進(jìn)行真空燒結(jié)。此種方法中，其燒結(jié)用的玻璃漿料會(huì)揮發(fā)出水分和有機(jī)溶劑，釋放在傳感器局部真空微腔中，使真空微腔的真空度得不到有效控制，嚴(yán)重影響真空微腔的真空度，其真空度在10-4Pa左右。

發(fā)明內(nèi)容
為克服常規(guī)高精度諧振型壓力傳感器封裝工藝中的真空微腔真空度不能有效控制的問題，本發(fā)明提供一種玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)裝置，提高真空微腔的真空度， 實(shí)現(xiàn)真空微腔真空度的有效控制，同時(shí)提高高精度諧振型壓力傳感器產(chǎn)品的合格率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案在于一種玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)裝置，包括有主體機(jī)座(1)、加熱爐體(2)、升降調(diào)節(jié)件(22)、升降壓力調(diào)節(jié)手柄(23)和抽氣連接件(15)，其中，加熱爐體(2)和接線座(10)均固定在主體機(jī)座⑴上，隔熱石棉板(3)水平位于加熱爐體(2)內(nèi)底部，石英船(6)底部連接有石英玻璃導(dǎo)管(4)，石英玻璃導(dǎo)管(4) 位于隔熱石棉板(3)上，石英船(6)放置于加熱爐體(2)的中間，電爐絲(5)位于石英玻璃導(dǎo)管⑷內(nèi)，電爐絲(5)的兩頭通過絕緣陶瓷(11)與接線座(10)連接，高溫隔熱石棉(12) 填充石英船(6)四周，石墨板(7)位于石英船(6)內(nèi)，雙層陶瓷片(8)水平放置在石墨板(6) 上，石英環(huán)(9)位于雙層陶瓷片⑶中間，高溫隔熱石棉(12)填充加熱爐體(2)內(nèi)空隙，爐體蓋板(13)加蓋在加熱爐體(2)上，主體機(jī)座(1)的立柱(14)上連接有固定手柄(21)、升降調(diào)節(jié)件(22)和抽氣連接件(15)，抽氣連接件位于加熱爐體(2)的上部，抽氣連接件(15) 用卡環(huán)(20)0型密封圈(21)與截止閥(24)連接，在抽氣連接件(15)上裝有硅橡膠0型密封圈(16)、不銹鋼墊圈(17)和玻璃管連接螺母(18)，升降壓力調(diào)節(jié)手柄(23)和截止閥開關(guān)手柄(25)分別位于升降調(diào)節(jié)件(22)和截止閥(24)上。所述雙層陶瓷片(8)的每層厚度為300 500微米，上層陶瓷片中部開有一個(gè)與芯片外部大小一樣的方孔，以定位芯片，下層陶瓷片是為避免石墨板(7)加熱后在空氣中氧化產(chǎn)生石墨粉末。在所述雙層陶瓷片(8)中間有石英環(huán)(9)，石英環(huán)(9)的直徑為50mm、高為20mm， 高溫隔熱石棉(12)填充于加熱爐體(2)的內(nèi)空隙，以固定石英船(6)以及石英環(huán)(9)，爐體蓋板(13)加蓋于爐體上，蓋板中間開一直徑為50mm的圓孔。所述石英船(6)的長寬高分別為IOOmmX IOOmmX 10mm，在加熱爐體(2)的中間， 石英船(6)下面燒有9根長IOOmm的石英玻璃導(dǎo)管(4)，電爐絲(5)穿入石英玻璃導(dǎo)管(4) 內(nèi)，通過絕緣陶瓷(11)連接在接線座(10)上，石英船(6)內(nèi)放入石墨板(7)，石墨板(7)的厚度為9 11mm。所述抽氣連接件(15)和不銹鋼墊圈(17)的內(nèi)徑均為2. 5 3. 2mm。有益效果1)本發(fā)明的玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)裝置中，采用兩個(gè)MEMS芯片與玻璃管燒結(jié)在一起，玻璃管與抽真空設(shè)備相連抽真空，讓玻璃管與通過玻璃粉將兩個(gè)MEMS芯片燒結(jié)在一起，形成真空微腔。本發(fā)明的裝置解決了傳統(tǒng)裝置中的玻璃漿料燒結(jié)產(chǎn)生的有機(jī)氣體釋放于真空微腔中無法排除的問題，其真空度可達(dá)5 X 10_6Pa，同時(shí)，使高精度諧振型壓力傳感器產(chǎn)品的合格率從原來的30%提高到了 70%。2)通過上下移動(dòng)的升降調(diào)節(jié)件(22)和抽氣連接件(15)，將玻璃管燒結(jié)端與MEMS 芯片的通孔相對(duì)準(zhǔn)，讓玻璃管與MEMS芯片牢固地?zé)Y(jié)在一起，解決了因玻璃管的端面不平整，而影響燒結(jié)的問題。


圖1是本發(fā)明的玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)裝置的整體結(jié)構(gòu)視示意圖；圖2是本發(fā)明圖1中的加熱爐體2的A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本發(fā)明圖1中的加熱爐體2的B-B向剖視結(jié)構(gòu)示意圖圖4是本發(fā)明圖1中的抽氣連接件15與截止閥24的C-C向連接剖視示意圖圖5是本發(fā)明圖1中的加熱爐體2的俯視結(jié)構(gòu)示意圖圖6是本發(fā)明圖1中的整體結(jié)構(gòu)剖視示意圖。在圖1-6中，1為主體機(jī)座，2為加熱爐體，3為隔熱石棉板，4為石英玻璃導(dǎo)管，5為電爐絲，6為石英船，7為石墨板，8為雙層陶瓷片，9為石英環(huán)，10為接線座，11為電爐絲與爐體間的絕緣陶瓷管，12為高溫隔熱石棉，13為加熱爐體蓋板，14為主體機(jī)座上立柱，15為抽氣連接件，16為抽氣連接件與玻璃管間的硅橡膠0型密封圈，17為不銹鋼墊圈，18為玻璃管連接螺母，19為卡環(huán)，20為卡環(huán)與抽氣連接件間的0型密封圈，21為固定手柄，22為升降調(diào)節(jié)件，23為升降壓力調(diào)節(jié)手柄，24為截止閥，25為截止閥開關(guān)手柄，26為抽真空接口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明為玻璃管與芯片氣密性燒結(jié)裝置，包括1)主體機(jī)座和加熱爐體，2)升降壓力調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，3)玻璃管和抽真空連接機(jī)結(jié)構(gòu)，等幾個(gè)主要部分。其整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。圖1是本發(fā)明的玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)裝置的整體結(jié)構(gòu)視示意圖。圖1中，主體機(jī)座(1)的總厚度為20-40mm，保證主體機(jī)座(1)有足夠的強(qiáng)度，加熱爐體(2)和接線座(10)用螺絲連接在主體基座(1)上，主體機(jī)座(1)的立柱(14)上用固定手柄(21)連接有升降調(diào)節(jié)件(22)和截止閥(24)。圖2是本發(fā)明圖1中的加熱爐體2的A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明圖1 中的加熱爐體2的B-B向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2和圖3中，隔熱石棉板⑶水平放入加熱爐體⑵底部內(nèi)，電爐絲(5)穿入石英船(6)下面的石英導(dǎo)管(4)內(nèi)，石英船(6)是用石英玻璃燒制成長寬高分別為 IOOmmX IOOmmX IOmm的正方形，石英船(6)下面有9根長IOOmm的石英玻璃導(dǎo)管(4)。石英船(6)放于加熱爐體(2)的中間，用高溫隔熱石棉(12)填充石英船(6)四周， 為防止電爐絲(5)與爐體外殼短路，電爐絲(5)通過絕緣陶瓷管(11)引出爐體外，連接在接線座(10)上；石墨板(7)放在石英船(6)內(nèi)，石墨板(7)厚度為9 Ilmm ；石墨板⑶ 上放入雙層陶瓷片(8)，每層陶瓷片厚300-500微米，其下層陶瓷片防止石墨在高溫下氧化產(chǎn)生粉末，其上層陶瓷片中間開有一方孔，與芯片外形大小一樣，以固定芯片；在雙層陶瓷片(8)中間有石英環(huán)(9)，石英環(huán)(9)的直徑50mm、高20mm，防此粉末污染芯片，用高溫隔熱石棉(12)填充加熱爐體(2)內(nèi)空隙，以固定石英船(6)以及石英環(huán)(9)；爐體蓋板(13)加蓋在爐體上，蓋板中間開一直徑50mm的圓孔。圖4是本發(fā)明圖1中的抽氣連接件夾頭(15)與截止閥(24)的C-C向連接剖視示意圖。圖4中，玻璃管連接螺母(18)、不銹鋼墊圈(17)和硅橡膠0型密封圈(16)用來裝夾玻璃管的接頭，緊固于抽氣連接件(15)上，抽氣連接件(15)用卡環(huán)(19)和0型密封圈 (20)與截止閥(24)連接，其中，抽氣連接件(15)、不銹鋼墊圈(17)的內(nèi)徑為2. 5 3. 2mm。圖5是本發(fā)明圖1中的加熱爐體(2)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5中，立柱(14)連接在主體基座(1)上，用來支撐升降調(diào)節(jié)件(22)、截止閥(24)、抽氣連接件夾頭(15)，接線座 (10)連接電爐絲(5)與電源相連，絕緣陶瓷管(11)與加熱爐體(2)連接，雙層陶瓷片⑶ 放置于加熱爐體(2)的中間，加熱爐體蓋板(13)固定在加熱爐體(2)上。本發(fā)明的玻璃管與芯片氣密性燒結(jié)裝置的結(jié)構(gòu)剖視示意圖如圖6所示。本發(fā)明的玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)的具體工藝步驟如下1)將墊圈(17)、硅橡膠0型密封圈(16)套在待燒結(jié)的玻璃管上，通過連接螺母 (18)與抽氣連接件(15)連接，用扳手緊固玻璃管連接螺母(18)，使硅橡膠0型密封圈(16) 形變擠緊玻璃管，用卡環(huán)(19)和0型密封圈(20)把裝夾好的玻璃管與截止閥(24)連接。2)用金屬鑷子將待與玻璃管燒結(jié)的MEMS芯片放入雙層陶瓷片(8)上層陶瓷的方框內(nèi)，待燒結(jié)面朝上，正對(duì)截止閥(24)上面的待燒結(jié)的玻璃管。3)將固定的玻璃管通過升降壓力調(diào)節(jié)手柄(23)慢慢地向下移動(dòng)，最終讓玻璃管垂直正接觸所述步驟2)中待燒結(jié)的MEMS芯片，玻璃管的內(nèi)孔要與待燒結(jié)的MEMS芯片的通孔對(duì)準(zhǔn)，保證玻璃管能夠?qū)EMS芯片上所形成的微腔是相通的，能夠通過玻璃管抽MEMS芯片上所形成的微腔的真空，如果玻璃管與MEMS芯片的通孔沒對(duì)準(zhǔn)，可移動(dòng)上層陶瓷片和固定手柄(21)，使玻璃管與MEMS芯片的通孔對(duì)準(zhǔn)。4)將一個(gè)帶調(diào)壓器的電源連接在接線座(10)上，用調(diào)壓器調(diào)節(jié)加熱電壓，使加熱電爐絲(5)升溫，控制電爐絲的加熱溫度，溫度在600-700°C。5)電爐絲加熱，通過石英船6、石墨板7、雙層陶瓷片8將熱量傳給待燒結(jié)的MEMS芯片，待燒結(jié)的玻璃管與待燒結(jié)的MEMS芯片接觸的一端也會(huì)獲得熱量，在高溫 (600-7000C )的下慢慢熔化，等待幾秒鐘，用升降壓力調(diào)節(jié)手柄(23)將固定好的玻璃管緩慢地向下施加壓力，讓與芯片完成氣密性燒結(jié)。待燒結(jié)完成，慢慢地調(diào)節(jié)升降壓力調(diào)節(jié)手柄 (23)，讓玻璃管向上移動(dòng)，玻璃管與MEMS芯片已經(jīng)燒結(jié)在一起，玻璃管與MEMS芯片一起離開加熱面，冷卻10分鐘后，玻璃管與MEMS芯片已經(jīng)冷卻至室溫，完全燒結(jié)在一起，完成了玻璃管與MEMS芯片的氣密性燒結(jié)。 6)松開固定手柄(21)，取下升降調(diào)節(jié)件(22)和截止閥(24)，通過真空接口(26) 與真空管道連接在高真空低溫泵上，打開截止閥開關(guān)手柄(19)，對(duì)燒結(jié)好的玻璃管與芯片微腔進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空達(dá)到5X 10_6Pa或更高的高真空后，用乙炔火焰燒玻璃管的中間部位，乙炔火焰的高溫讓玻璃管局部逐步熔化并收縮，最后，玻璃管被密封并與抽真空的管道斷開。因此保證了芯片空腔內(nèi)處于高真空，達(dá)到了高真空封裝的目的。
權(quán)利要求
1.一種玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)裝置，其特征在于包括有主體機(jī)座(1)、加熱爐體(2)、升降調(diào)節(jié)件(22)、升降壓力調(diào)節(jié)手柄(23)和抽氣連接件(15)，其中，加熱爐體(2) 和接線座(10)均固定在主體機(jī)座⑴上，隔熱石棉板(3)水平位于加熱爐體(2)內(nèi)底部， 石英船(6)底部連接有石英玻璃導(dǎo)管(4)，石英玻璃導(dǎo)管(4)位于隔熱石棉板(3)上，石英船(6)放置于加熱爐體(2)的中間，電爐絲(5)位于石英玻璃導(dǎo)管⑷內(nèi)，電爐絲(5)的兩頭通過絕緣陶瓷(11)與接線座(10)連接，高溫隔熱石棉(12)填充石英船(6)四周，石墨板(7)位于石英船(6)內(nèi)，雙層陶瓷片(8)水平放置在石墨板(6)上，石英環(huán)(9)位于雙層陶瓷片⑶中間，高溫隔熱石棉(12)填充加熱爐體(2)內(nèi)空隙，爐體蓋板(13)加蓋在加熱爐體(2)上，主體機(jī)座(1)的立柱(14)上連接有固定手柄(21)、升降調(diào)節(jié)件(22)和抽氣連接件(15)，抽氣連接件位于加熱爐體(2)的上部，抽氣連接件(15)用卡環(huán)(20)0型密封圈 (21)與截止閥(24)連接，在抽氣連接件(15)上裝有硅橡膠0型密封圈(16)、不銹鋼墊圈 (17)和玻璃管連接螺母(18)，升降壓力調(diào)節(jié)手柄(23)和截止閥開關(guān)手柄(25)分別位于升降調(diào)節(jié)件(22)和截止閥(24)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)裝置，其特征在于所述雙層陶瓷片(8)的每層厚度為300 500微米，上層陶瓷片中部開有一個(gè)與芯片外部大小一樣的方孔，以定位芯片，下層陶瓷片是為避免石墨板(7)加熱后在空氣中氧化產(chǎn)生石墨粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)裝置，其特征在于在所述雙層陶瓷片(8)中間有石英環(huán)(9)，石英環(huán)(9)的直徑為50mm、高為20mm，高溫隔熱石棉(12) 填充于加熱爐體⑵的內(nèi)空隙，以固定石英船(6)以及石英環(huán)(9)，爐體蓋板(13)加蓋于爐體上，蓋板中間開一直徑為50mm的圓孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)裝置，所述石英船(6)的長寬高分別為IOOmmX IOOmmX 10mm，在加熱爐體(2)的中間，石英船(6)下面燒有9根長IOOmm 的石英玻璃導(dǎo)管(4)，電爐絲(5)穿入石英玻璃導(dǎo)管(4)內(nèi)，通過絕緣陶瓷(11)連接在接線座(10)上，石英船(6)內(nèi)放入石墨板(7)，石墨板(7)的厚度為9 11mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)裝置，所述抽氣連接件(15) 和不銹鋼墊圈(17)的內(nèi)徑均為2. 5 3. 2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種玻璃管與MEMS芯片氣密性燒結(jié)裝置，它包括主體機(jī)座、加熱爐體、升降調(diào)節(jié)件和升降壓力調(diào)節(jié)手柄，截止閥和抽氣連接件等。本發(fā)明的裝置中，采用兩個(gè)MEMS芯片與玻璃管燒結(jié)在一起，玻璃管與抽真空設(shè)備相連抽真空，讓玻璃管與通過玻璃粉將兩個(gè)MEMS芯片燒結(jié)在一起，形成真空微腔，解決了傳統(tǒng)裝置中的玻璃漿料燒結(jié)產(chǎn)生的有機(jī)氣體釋放于真空微腔中無法排除的問題，其真空度可達(dá)5×10-6Pa，并提高了高精度諧振型壓力傳感器產(chǎn)品的合格率。本發(fā)明適用于微機(jī)電系統(tǒng)制造中的諧振型壓力傳感器的封裝工藝以及集成電路制造領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B81C1/00GK102358616SQ20111035167
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者蘭貴明, 張正元, 梅勇 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所