專利名稱：微光電子機(jī)械系統(tǒng)氣密封裝夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為微光電子機(jī)械系統(tǒng)氣密封裝夾具，所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)槲⒐鈾C(jī)電系統(tǒng)技術(shù)。
背景技術(shù)：
微光電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems，以下簡(jiǎn)稱MOEMS)是以微電子、光學(xué)、微機(jī)械及材料科學(xué)為基礎(chǔ)，研究、設(shè)計(jì)、制造具有特定功能的微型裝置，包括微結(jié)構(gòu)器件、微傳感器、微執(zhí)行器和微系統(tǒng)等。一般來(lái)說(shuō)，微機(jī)械多指構(gòu)造較簡(jiǎn)單能動(dòng)作的微構(gòu)造，它是構(gòu)成微機(jī)電系統(tǒng)的要素技術(shù)，而微光機(jī)電系統(tǒng)指由微機(jī)械，控制電路以及傳感部分組成的微系統(tǒng)，它是微機(jī)械的高級(jí)形式和發(fā)展方向。由于微型結(jié)構(gòu)很脆弱，易受損，它的封裝便成了使MOEMS成為完美商品的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)的集成電路的制造中，封裝用去了大概三分之一的生產(chǎn)成本。對(duì)于MOEMS，它的封裝日益凸現(xiàn)出來(lái)成為生產(chǎn)過(guò)程中耗資最多的一個(gè)環(huán)節(jié)。有人建議把MOEMS的封裝融入器件的生產(chǎn)過(guò)程中，作為微機(jī)械生產(chǎn)的一個(gè)步驟。這雖解決了個(gè)別器件的封裝，但是仍然沒(méi)有解決所有微系統(tǒng)的封裝問(wèn)題。尤其是許多MOEMS器件的制造用的是蝕刻、光刻等工藝，不需要組裝和調(diào)整，這就更加需要統(tǒng)一的封裝過(guò)程。于是提出了MEMS的后封裝的工藝，進(jìn)行批量的封裝。要進(jìn)行這樣的封裝，需要一個(gè)工作臺(tái)，它必須可以提供以下幾種功能檢測(cè)；三維的對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)；提供封裝時(shí)所需的均勻壓力。
有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了封裝夾具的結(jié)構(gòu)，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(gè)的缺點(diǎn)1、沒(méi)有平面對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)費(fèi)時(shí)；2、沒(méi)有固定帽層和襯底的裝置；3、沒(méi)有垂直加壓方向的引導(dǎo)裝置，導(dǎo)致封裝位置不準(zhǔn)；4、由于采用杠桿加壓，所以芯片受力不均的影響無(wú)法消除；導(dǎo)致封裝失?。淮送?，整個(gè)夾具的體積過(guò)大；且整個(gè)裝置沒(méi)有鎖緊裝置，無(wú)法保證在設(shè)定壓力下鍵合，導(dǎo)致質(zhì)量不穩(wěn)定。因此，無(wú)法保證封裝的高質(zhì)量和高生產(chǎn)率。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微光電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS氣密封裝夾具，以保證其封裝的高質(zhì)量和封裝的高生產(chǎn)率。本實(shí)用新型的目的是按如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)用新型MEMS氣密封裝夾具的特征是它包括支架、基座、微調(diào)架、加壓板、升降裝置、襯底安放臺(tái)和帽層安放臺(tái)；所述支架包括底板、立柱、加強(qiáng)筋，所述立柱垂直裝在所述底板上，所述加強(qiáng)筋傾斜地裝于所述立柱后側(cè)，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(cè)面上具有齒條；所述微調(diào)架裝在所述的基座上；帶有所述加壓板的升降裝置可移動(dòng)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(tái)；所述襯底安放臺(tái)位于所述微調(diào)架上；所述襯底安放臺(tái)上帶有壓力傳感器。
所述加壓板上彈性地裝有帽層安放臺(tái)的結(jié)構(gòu)為在螺栓的桿上套有彈簧，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(tái)上。
所述襯底安放臺(tái)內(nèi)具有氣路，所述氣路的一端與真空泵相通，另一端的出口位于所述襯底安放臺(tái)的上表面上。
所述帽層安放臺(tái)內(nèi)具有氣路，氣路的一端與真空泵相通，另一端的出口位于所述帽層安放臺(tái)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(cè)面上的齒條相嚙合。
所述立柱的左、右二側(cè)面均為斜面，與所述箱體的相應(yīng)斜面相配合，在所述箱體的相應(yīng)斜面處裝有鎖緊螺釘。
本實(shí)用新型的工作方式為將待封裝的二芯片即帽層和襯底分別用真空泵的負(fù)壓吸附在帽層安放臺(tái)和襯底安放臺(tái)上，通過(guò)調(diào)節(jié)微調(diào)架對(duì)準(zhǔn)位置，經(jīng)顯微鏡下觀察確認(rèn)，然后通過(guò)升降裝置上的齒輪與立柱上的齒條，旋轉(zhuǎn)手柄將升降裝置連同加壓板向下運(yùn)動(dòng)，彈簧緩沖了作用壓力，用壓力傳感器顯示作用壓力，當(dāng)施加到設(shè)定的壓力時(shí)，用鎖緊螺釘將升降裝置鎖定，即可在設(shè)定壓力下將帽層和襯底鍵合。
本實(shí)用新型MEMS氣密封裝夾具的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品的帽層和襯底在封裝時(shí)，采用真空吸附，被穩(wěn)定地安放在各自的安放臺(tái)上；采用微調(diào)裝置快速準(zhǔn)確地平面定位，既提高了生產(chǎn)率，又保證了封裝位置準(zhǔn)確；采用立柱、底板加強(qiáng)筋形成剛性三角支撐的支架，保證立柱在加壓受力時(shí)不變形；加壓時(shí)，采用立柱導(dǎo)向，彈性加壓，保證垂直加壓方向準(zhǔn)確，芯片受力均勻，通過(guò)壓力傳感器來(lái)監(jiān)視壓力，通過(guò)加壓板上的加壓彈簧來(lái)緩沖作用力，和通過(guò)升降裝置上的鎖緊螺釘來(lái)鎖定封裝壓力，以保證封裝鍵合時(shí)的高質(zhì)量、高速度。此外，整個(gè)夾具的體積較小。
綜上所述，本實(shí)用新型MEMS氣密封裝夾具克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺欠，能保證封裝的高質(zhì)量和封裝的高生產(chǎn)率。


圖1為本實(shí)用新型MEMS氣密封裝夾具的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1中的A-A剖視放大圖(順時(shí)針轉(zhuǎn)90度)，圖3為圖2中的B-B剖視圖。
圖中代號(hào)1支架 2底板 2A加強(qiáng)筋3立柱3A齒條 4基座 5微調(diào)架 6連接板7壓力傳感器8襯底安放臺(tái)8A螺栓 9帽層安放臺(tái)10加壓板 11升降裝置 12銷13手柄
14成像對(duì)準(zhǔn)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(yīng)斜面30帽層31襯底實(shí)施例如圖1為本實(shí)用新型MEMS氣密封裝夾具的結(jié)構(gòu)示意圖，它包括支架1、基座4、微調(diào)架5、加壓板10、升降裝置11、襯底安放臺(tái)8和帽層安放臺(tái)9；支架1包括底板2、立柱3、加強(qiáng)筋2A，立柱3垂直裝在所述底板2上，加強(qiáng)筋2A傾斜地裝于所述立柱3后側(cè)，其底端固定在所述底板2上，形成剛性三角結(jié)構(gòu)，以增大立柱3的受力，防止在施加壓力時(shí)，立柱3產(chǎn)生向后側(cè)傾斜變形。底板2用螺釘2B裝在基座4上，在立柱3的前側(cè)面上具有齒條3A；微調(diào)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(dòng)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(tái)9，即在螺栓15的桿上套有彈簧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(tái)9上，利用彈簧16的彈性以緩沖作用壓力；襯底安放臺(tái)8位于微調(diào)架5上，二者之間還裝有連接板6。
襯底安放臺(tái)8，用螺栓8A與壓力傳感器7連接在一起。
帽層安放臺(tái)9內(nèi)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位于所述帽層30安放臺(tái)9的下表面上，用于吸附產(chǎn)品的帽層30。對(duì)于產(chǎn)品的帽層30也可不用真空吸附，即安放臺(tái)9上無(wú)氣路18。不用真空吸附時(shí)，直接將帽層30放在帽層安放臺(tái)9的下表面上，用膠粘固定即可。
襯底安放臺(tái)8內(nèi)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位于所述襯底安放臺(tái)8的上表面上，用于吸附固定該襯層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(cè)面上的齒條3A相嚙合。
如圖3，本實(shí)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(zhuǎn)手柄13固定在軸24上。
如圖2，立柱3的二側(cè)面為斜面28，在斜面28與箱體21的相應(yīng)斜面29之間，具有楔條26，在相應(yīng)斜面29處裝有鎖緊螺釘27。在旋動(dòng)該手柄13時(shí)，齒輪25沿立柱3前側(cè)面上的齒條3A滾動(dòng)，使升降裝置11垂直上下運(yùn)動(dòng)，可用鎖緊螺母23、楔條26將升降裝置11鎖定。為了在鍵合時(shí)能夠提供穩(wěn)定的壓力，當(dāng)齒輪25帶動(dòng)加壓板10施加到設(shè)定的壓力時(shí)，用鎖緊螺釘27將齒輪25鎖緊，即可固定在設(shè)定的壓力上。
本實(shí)用新型的工作方式為將待封裝的二芯片即帽層30和襯底31分別用真空泵的負(fù)壓吸附在帽層安放臺(tái)9和襯底安放臺(tái)8上，通過(guò)調(diào)節(jié)微調(diào)架5對(duì)準(zhǔn)位置，經(jīng)顯微鏡下觀察確認(rèn)，然后通過(guò)升降裝置11上的齒輪25與立柱3上的齒條3A，用旋轉(zhuǎn)手柄13將升降裝置11連同加壓板10向下運(yùn)動(dòng)，彈簧16緩沖了作用壓力，壓力傳感器7顯示作用壓力，當(dāng)施加到設(shè)定的壓力時(shí)，用鎖緊螺釘27將升降裝置11鎖定，即可在設(shè)定壓力下將帽層30和襯底31鍵合。
本實(shí)用新型中的微調(diào)架5采用型號(hào)為Newport 401的產(chǎn)品，可以達(dá)到1μm的精度，用以實(shí)現(xiàn)襯底31在水平位置的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。壓力傳感器7采用市售的BK-3型小量程測(cè)力/稱量傳感器。對(duì)準(zhǔn)的檢測(cè)采用現(xiàn)有技術(shù)成像對(duì)準(zhǔn)光路儀器14(圖1)，其原理為用兩個(gè)半透射半反射的棱鏡，將成像光路和背景光有效的分離，在顯微鏡下觀察，對(duì)準(zhǔn)后即將儀器撤去。
權(quán)利要求1.微光電子機(jī)械系統(tǒng)氣密封裝夾具，其特征是它包括支架(1)、基座(4)、微調(diào)架(5)、加壓板(10)、升降裝置(11)、襯底安放臺(tái)(8)和帽層安放臺(tái)(9)；所述支架(1)包括底板(2)、立柱(3)、加強(qiáng)筋(2A)，所述立柱(3)垂直裝在所述底板(2)上，所述加強(qiáng)筋(2A)傾斜地裝于所述立柱(3)后側(cè)，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(cè)面上具有齒條(3A)；所述微調(diào)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(dòng)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(tái)(9)；所述襯底安放臺(tái)(8)位于所述微調(diào)架(5)上；所述襯底安放臺(tái)(8)上帶有壓力傳感器(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微光電子機(jī)械系統(tǒng)氣密封裝夾具，其特征是所述加壓板(10)上彈性地裝有帽層安放臺(tái)(9)的結(jié)構(gòu)為在螺栓(15)的桿上套有彈簧(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(tái)(9)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微光電子機(jī)械系統(tǒng)氣密封裝夾具，其特征是所述襯底安放臺(tái)(8)內(nèi)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)位于所述襯底安放臺(tái)(8)的上表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微光電子機(jī)械系統(tǒng)氣密封裝夾具，其特征是所述帽層安放臺(tái)(9)內(nèi)具有氣路(18)，氣路(18)的一端與真空泵相通，另一端的出口(20)位于所述帽層安放臺(tái)(9)的下表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微光電子機(jī)械系統(tǒng)氣密封裝夾具，其特征是所述升降裝置(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(cè)面上的所述齒條(3A)相嚙合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微光電子機(jī)械系統(tǒng)氣密封裝夾具，其特征是在所述立柱(3)的左、右二側(cè)均具有斜面(28)，所述斜面(28)與所述箱體(21)的相應(yīng)斜面(29)相配合，在所述箱體(21)的相應(yīng)斜面(29)處裝有鎖緊螺釘(27)。
專利摘要微光電子機(jī)械系統(tǒng)氣密封裝夾具，包括支架(1)、基座(4)、微調(diào)架(5)、加壓板(10)、升降裝置(11)、襯底安放臺(tái)(8)和帽層安放臺(tái)(9)；支架(1)包括底板(2)、立柱(3)、加強(qiáng)筋(2A)，立柱(3)垂直裝在所述底板(2)上，加強(qiáng)筋(2A)傾斜地裝于立柱(3)后側(cè)，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(cè)面上具有齒條(3A)；微調(diào)架(5)裝在基座(4)上；裝有加壓板(10)的升降裝置(11)可移動(dòng)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(tái)(9)；襯底安放臺(tái)(8)位于微調(diào)架(5)上；襯底安放臺(tái)(8)上帶有壓力傳感器(7)。本實(shí)用新型能保證封裝的高質(zhì)量和封裝的高生產(chǎn)率。
文檔編號(hào)H01L21/68GK2656396SQ0328028
公開(kāi)日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者陳四海, 劉勝, 易新建, 李靜文, 張鴻海, 陳明祥, 王志勇 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院