本發(fā)明屬于mems器件封裝，涉及一種高真空封裝方法，尤其是一種無需吸氣劑激活的高真空封裝方法。

背景技術(shù)：

1、硅微機電陀螺和硅壓力傳感器等都屬于諧振型mems器件，為了提高其敏感結(jié)構(gòu)品質(zhì)因數(shù)(q值)，需對其進行真空封裝。諧振型mems器件對封裝的要求如下：(1)對器件封裝體的封裝真空度要求高，一般要求優(yōu)于1pa；(2)真空度保存期限長，一般要求不小于15年。

2、諧振型mems器件封裝腔體較小，除了對封裝腔體內(nèi)材料放氣率和放氣量以及封裝漏率均提出較高要求外，封裝腔體內(nèi)需使用能夠進行長期真空維持的非蒸散型薄膜吸氣劑。由于上述要求，當(dāng)前mems器件高真空封裝主要涉及的關(guān)鍵技術(shù)和存在的問題如下：

3、(1)工藝溫度沖突問題。當(dāng)前mems器件高真空封裝一般首先進行吸氣劑激活，然后進行封焊(例如陶瓷管殼的金錫共晶封焊等)。非蒸散型薄膜吸氣劑激活溫度一般350℃以上，有部分吸氣劑激活溫度達到400℃以上，且激活時間一般在30分鐘以上；常用的金錫共晶封焊溫度為280℃，共晶時間為5分鐘左右。因此吸氣劑激活與金錫焊料封焊存在加熱溫度和加熱時間的沖突問題。對于圓片級封裝來說，也存在吸氣劑激活與后續(xù)鍵合的沖突問題，導(dǎo)致帶吸氣劑的高真空圓片級封裝難以獲得滿意的封裝真空度，進而導(dǎo)致器件q值難以提高。

4、(2)吸氣劑激活效率問題。非蒸散型薄膜吸氣劑需要打開吸氣劑表面的鈍化層(保護層)，露出吸氣劑疏松的主體層，從而實現(xiàn)吸氣功能。由于吸氣劑鈍化層的厚度不同以及吸氣劑主體材料(ti和zr等)不同，導(dǎo)致吸氣劑的激活溫度和激活時間存在較大差異，為其實現(xiàn)高效激活帶來難度，且不可能實現(xiàn)100％激活。

5、(3)吸氣劑高溫激活帶來不利影響問題。吸氣劑激活一般需要高溫加熱，而且時間較長，對器件敏感結(jié)構(gòu)等均有高溫影響，產(chǎn)生高溫應(yīng)力，同時吸氣劑高溫激活會導(dǎo)致真空室內(nèi)的加熱、傳熱等材料釋放雜質(zhì)氣體，從而污染敏感結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致器件封裝體內(nèi)殘余氣體成份更為復(fù)雜等。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)或相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。

2、為此，本發(fā)明提供了一種高真空封裝方法。采用本發(fā)明方法無需吸氣劑激活，解決了目前mems器件高真空封裝中在吸氣劑激活和高真空封焊等工藝步驟存在的技術(shù)問題。

3、本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：提供一種高真空封裝方法，該方法包括：

4、步驟一、對待封裝零件進行預(yù)處理；

5、步驟二、非蒸散型薄膜吸氣劑制備，包括：

6、a.把步驟一得到的待封裝零件中的部件a放在相應(yīng)吸氣劑加工工裝上，所述部件a上需加工帶有圖形的非蒸散型薄膜吸氣劑；

7、b.將裝有部件a的吸氣劑加工工裝放入吸氣劑加工預(yù)真空室，并抽真空；

8、c.進行部件a吸氣劑加工界面等離子活化；

9、d.步驟c完成后，打開吸氣劑加工設(shè)備預(yù)真空室與主真空室之間的閥門，把裝有部件a的吸氣劑加工工裝通過傳輸軌道傳遞至主真空室；

10、e.通過主真空室的支撐裝置頂起吸氣劑加工工裝，并對準(zhǔn)、靠緊設(shè)計有吸氣劑加工圖形的擋板；

11、f.關(guān)閉吸氣劑加工設(shè)備預(yù)真空室與主真空室之間的閥門，且主真空室抽高真空；

12、g.設(shè)定能夠獲得疏松結(jié)構(gòu)的吸氣劑層磁控濺射參數(shù)；

13、h.采用磁控濺射工藝在部件a上加工薄膜吸氣劑；

14、i.完成吸氣劑加工后，落下吸氣劑加工工裝，使其離開吸氣劑加工圖形擋板，回到傳輸軌道上；

15、步驟三、高真空共晶封焊，包括：

16、a1.將共晶焊料點焊在步驟一得到的部件b的封焊區(qū)域，形成帶有共晶焊料的待封焊組件；

17、b1.在共晶封焊真空室內(nèi)，將所述待封焊組件放入相應(yīng)共晶封焊上工裝，并關(guān)閉共晶封焊真空室進行除氣；

18、c1.完成除氣后，打開共晶封焊真空室和主真空室之間的閥門，并在高真空的環(huán)境下，把載有吸氣劑部件a的吸氣劑加工工裝從主真空室傳輸?shù)焦簿Х夂刚婵帐遥?/p>

19、d1.關(guān)閉共晶封焊真空室和吸氣劑加工真空室之間的閥門；

20、e1.升起共晶焊接真空室內(nèi)的加熱裝置，推動吸氣劑加工工裝，使其對準(zhǔn)并靠緊載有待封焊組件的共晶封焊上工裝，使得待封焊組件與部件a對準(zhǔn)并接觸，并施加一定壓力；

21、f1.執(zhí)行共晶焊料溫控曲線，完成共晶封焊；

22、g1.完成共晶封焊后，落下共晶封焊加熱裝置和吸氣劑加工工裝，分離共晶封焊上工裝、吸氣劑加工工裝和共晶封焊加熱裝置；

23、h1.對共晶封焊真空室充入氮氣至一個大氣壓；

24、i1.打開共晶封焊真空室，取出完成封焊的器件。

25、進一步地，所述待封裝零件為硅mems器件的圓片級或陶瓷管殼。

26、進一步地，進行圓片級高真空封裝時，所述部件a為上帽圓片，所述吸氣劑加工工裝為上帽圓片的工裝；所述共晶封焊上工裝對基板和結(jié)構(gòu)圓片工裝。

27、進一步地，進行陶瓷管殼封裝時，所述部件a為密封蓋板，所述吸氣劑加工工裝為帶有定位槽的吸氣劑加工工裝；所述部件b為已完成敏感結(jié)構(gòu)貼片和鍵線的陶瓷管殼。

28、進一步地，所述的預(yù)處理包括清洗。

29、進一步地，所述方法中，通過磁流體密封傳動裝置完成工裝在不同真空室之間的傳輸，其中，所述磁流體密封傳動裝置包括驅(qū)動電機、磁流體密封裝置以及設(shè)置在真空室內(nèi)部的傳輸軌道，所述驅(qū)動電機設(shè)置在真空室外，用于為傳動提供動力，所述驅(qū)動電機通過磁流體密封裝置，可以驅(qū)動真空室內(nèi)部的軌道傳動。

30、上述技術(shù)方案提供了一種無需吸氣劑激活的高真空封裝方法，即通過改變吸氣劑加工方法和步驟，把吸氣劑加工和高真空共晶封焊進行整合連接，實現(xiàn)所加工吸氣劑無需暴露大氣，即可以進行真空封焊工藝；吸氣劑無需加工保護層，實現(xiàn)無需吸氣劑激活，即可以實現(xiàn)硅微機電陀螺和硅壓力傳感器的高真空封裝。

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下有益效果：

32、(1)采用本發(fā)明所述封裝方法，省去了鍍制吸氣劑保護層的步驟，簡化了吸氣劑的加工方法，降低了吸氣劑加工難度，提高了吸氣劑加工效率；

33、(2)由于本發(fā)明所述封裝方法，吸氣劑沒有保護層，因此也就相當(dāng)于實現(xiàn)了吸氣劑疏松主體層的最大化露出，確保了吸氣劑的最大吸氣速率，徹底解決了吸氣劑的激活效率問題；

34、(3)采用本發(fā)明所述的高真空封裝方法減少了傳統(tǒng)封裝方法中的吸氣劑高溫激活步驟，消除了高溫激活對敏感結(jié)構(gòu)等封裝零部件的不利影響，降低了封裝應(yīng)力，提高了封裝可靠性；

35、(4)本發(fā)明方法通過自動傳輸機構(gòu)連通吸氣劑加工真空室和共晶封焊真空室，避免了吸氣劑封裝前暴露大氣時吸附水汽、氧氣等雜質(zhì)氣體；

36、(5)本發(fā)明所述方法不僅適用于陶瓷管殼封裝，還適用于圓片級高真空封裝。

技術(shù)特征：

1.一種高真空封裝方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高真空封裝方法，其特征在于，所述方法包括：所述待封裝零件為硅mems器件的圓片級或陶瓷管殼。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高真空封裝方法，其特征在于，進行圓片級高真空封裝時，所述部件a為上帽圓片，所述吸氣劑加工工裝為上帽圓片的工裝；所述共晶封焊上工裝對基板和結(jié)構(gòu)圓片工裝。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高真空封裝方法，其特征在于，進行陶瓷管殼封裝時，所述部件a為密封蓋板，所述吸氣劑加工工裝為帶有定位槽的吸氣劑加工工裝；所述部件b為已完成敏感結(jié)構(gòu)貼片和鍵線的陶瓷管殼。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的一種高真空封裝方法，其特征在于，所述方法中，通過磁流體密封傳動裝置完成工裝在不同真空室之間的傳輸，其中，所述磁流體密封傳動裝置包括驅(qū)動電機、磁流體密封裝置以及設(shè)置在真空室內(nèi)部的傳輸軌道，所述驅(qū)動電機設(shè)置在真空室外，用于為傳動提供動力，所述驅(qū)動電機通過磁流體密封裝置，可以驅(qū)動真空室內(nèi)部的軌道傳動。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種高真空封裝方法，所述封裝方法由于沒有鍍制保護層，不需要吸氣劑高溫激活，同時吸氣劑在加工完成后沒有暴露過大氣，未吸附大氣中的水汽等雜質(zhì)氣體，提高了器件封裝的真空度，減少了器件內(nèi)部的雜質(zhì)氣體，提高了器件的封裝真空度及保持時間，提高了器件的封裝可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：王登順,張菁華,劉韌,盛潔,丁凱,劉飛,王永勝,王汝弢
受保護的技術(shù)使用者：北京自動化控制設(shè)備研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/2