專利名稱：一種用于低水汽含量封裝的除氣充氣設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及氣密性封裝領(lǐng)域，具體涉及一種用于低水汽含量封裝的除氣充氣 設(shè)備。
背景技術(shù)：
對(duì)于MEMS傳感器特別是MEMS力學(xué)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(jié)構(gòu)封裝體內(nèi)部含有水汽，會(huì)吸附或 凝結(jié)在敏感結(jié)構(gòu)表面，并且吸附或凝結(jié)量隨溫度的變化而不斷變化，從而造成了敏感結(jié)構(gòu) 參數(shù)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(guān)鍵。 對(duì)于微電子器件的密封，根據(jù)GJB597A-96《半導(dǎo)體集成電路總規(guī)范》及GJBM8A-96《微電 子器件實(shí)驗(yàn)方法和程序》方法中的規(guī)定產(chǎn)品的內(nèi)部水汽含量不得超過5000Χ10Λ但是對(duì) 于MEMS傳感器，5000 X 10_6的水汽含量對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度僅為_3°C左右，在更低的溫度下，封 裝體內(nèi)部就可能出現(xiàn)水或者冰，這對(duì)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(nèi)部的水汽含量必須低于500X 10_6。同時(shí)高精度的 MEMS傳感器還對(duì)其敏感結(jié)構(gòu)工作的氣體環(huán)境有嚴(yán)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(duì)于在 低真空環(huán)境中工作的MEMS傳感器，氣壓精度一般要求控制在士 IOOPa以內(nèi)。傳統(tǒng)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(jīng)得到廣泛 的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是成本低、可靠性高。傳統(tǒng)的TO封裝方法，一般采用的是在手套箱內(nèi)充入干 燥的工藝氣體，然后采用平行封焊、儲(chǔ)能焊等密封封焊工藝進(jìn)行封焊。該方法雖然適用于普 通電子器件的密封，但應(yīng)用于MEMS傳感器封裝有以下難點(diǎn)，第一，水汽含量較高。由于TO 封裝內(nèi)部水汽的來源主要有兩個(gè)方面，一是來自封裝環(huán)境氣氛中的水汽，二是來自TO組件 內(nèi)部所含的水汽和表面吸附的水汽。而手套箱的內(nèi)部空間較大，并且氣密性不高，封裝環(huán)境 容易留存大量水分子，雖然可以對(duì)手套箱內(nèi)部和充入的工藝氣體進(jìn)行加熱，但由于加熱溫 度較低(一般不高于150°C)，封裝環(huán)境和封裝零部件中仍會(huì)殘留大量的水汽。因此水汽含 量一般只能達(dá)到5000 X 10_6，遠(yuǎn)高于MEMS傳感器對(duì)水汽含量的要求；第二，傳統(tǒng)的TO封裝 采用的是一次封焊實(shí)現(xiàn)密封的方案，一般是使用平行封焊、熔焊等密封封焊工藝。由于這些 方法的原理都是靠金屬熔化將TO組件固聯(lián)在一起實(shí)現(xiàn)密封，所以都無法避免的會(huì)遇到因 金屬熔化時(shí)所釋放出的雜質(zhì)氣體留存在敏感結(jié)構(gòu)封裝體內(nèi)部，從而影響封裝體內(nèi)部的氣體 純度的問題；第三，手套箱不能嚴(yán)格控制充入氣體的壓力，因此無法精確控制封裝體內(nèi)部工 藝氣體的壓力。目前需要采用一種新的TO封裝方式來解決上述問題，而相應(yīng)的除氣充氣設(shè)備是 實(shí)現(xiàn)該種封裝方式的關(guān)鍵，但現(xiàn)有的國內(nèi)外除氣充氣設(shè)備不能滿足工藝要求，并且未能找 到相關(guān)報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于低水汽含量封裝的除氣充氣設(shè)備，通過采用 該設(shè)備進(jìn)行封裝可以實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案—種用于低水汽含量封裝的除氣充氣設(shè)備，包括依次連接的真空系統(tǒng)、工作系統(tǒng)、 充氣系統(tǒng)；真空系統(tǒng)包括機(jī)械泵、分子泵、液氮冷阱、真空計(jì)和四個(gè)雙通閥門，機(jī)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(jì)連接，機(jī)械泵還依次通過雙通閥門、雙通閥門分別與真 空計(jì)、液氮冷阱、雙通閥門連接；工作系統(tǒng)包括真空計(jì)，以及與真空計(jì)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(tǒng)包括并聯(lián)的微調(diào)閥門和雙通閥門，微調(diào)閥門、雙通閥門均與露點(diǎn)儀、真空 計(jì)和充氣管路連接；充氣管路包括依次連接的雙通閥門、儲(chǔ)氣罐、雙通閥門、液氮冷阱、加熱 裝置、氣源；儲(chǔ)氣罐與露點(diǎn)儀、真空計(jì)連接；雙通閥門、液氮冷阱之間安裝有殘余氣體分析儀。如上所述的一種用于低水汽含量封裝的除氣充氣設(shè)備，工作系統(tǒng)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(shí)用新型的效果在于由真空系統(tǒng)、工作系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)三部分組成的除氣充氣 設(shè)備，能夠在MEMS傳感器封裝前對(duì)零部件進(jìn)行除氣，通過監(jiān)測與控制裝置降低設(shè)備自身及 零部件的水汽含量和殘余氣體；同時(shí)可以按照相應(yīng)工藝要求控制充入工藝氣體純度和壓 強(qiáng)，進(jìn)而滿足器件封裝后對(duì)內(nèi)部水汽含量、工藝氣體純度和壓強(qiáng)控制的要求。本實(shí)用新型可 以保證微小型器件封裝腔體內(nèi)水汽含量小于500X10_6、工藝氣體純度高于99%、氣壓精度 控制在士 IOOPa以內(nèi)。

圖1為本實(shí)用新型所提供的一種用于低水汽含量封裝的除氣充氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)示 意圖；圖2為實(shí)施例中密封罐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.機(jī)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(jì)； 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(jì)；19.微調(diào)閥門； 20.雙通閥門；21.露點(diǎn)儀；22.雙通閥門；23.真空計(jì)；24.露點(diǎn)儀；25.儲(chǔ)氣罐；26.真空 計(jì)；27.雙通閥門；28.液氮冷阱；29.加熱裝置；30.氣源；31.殘余氣體分析儀；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(tǒng)；102.工作系統(tǒng)；103.充氣 系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。如圖1所示，本實(shí)用新型的一種用于低水汽含量封裝的除氣充氣設(shè)備，包括依次 連接的真空系統(tǒng)101、工作系統(tǒng)102、充氣系統(tǒng)103。真空系統(tǒng)101包括機(jī)械泵1、分子泵3、液氮冷阱4、真空計(jì)6和四個(gè)雙通閥門2、5、 7、8，機(jī)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(jì)6連接，機(jī)械泵1還 依次通過雙通閥門5、雙通閥門7分別與真空計(jì)6、液氮冷阱4、雙通閥門8連接。真空系統(tǒng) 101用于控制水汽含量和氣體純度。其中真空泵組采用兩級(jí)泵，初級(jí)泵采用機(jī)械泵1，二級(jí) 泵采用分子泵3以保證真空度；真空系統(tǒng)具有預(yù)除氣功能，以降低系統(tǒng)內(nèi)部自身的水汽含 量和雜質(zhì)氣體；液氮冷阱4用于降低抽氣管路內(nèi)部的水汽含量。機(jī)械泵1通過雙通閥門5、 雙通閥門7、雙通閥門8可以對(duì)工作系統(tǒng)和充氣系統(tǒng)抽低真空；機(jī)械泵1通過雙通閥門2與 分子泵3連接可以對(duì)工作系統(tǒng)102和充氣系統(tǒng)102抽高真空；液氮冷阱4用于降低抽氣管 路內(nèi)部的水汽含量；真空計(jì)6用于監(jiān)測抽氣管路內(nèi)部的氣壓。工作系統(tǒng)102包括真空計(jì)18，以及與真空計(jì)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(nèi)，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(tǒng)101或者充氣系統(tǒng)103且獨(dú)立進(jìn)行工作；真空計(jì)18用于監(jiān)測密封罐內(nèi)部的氣壓。充氣系統(tǒng)103包括并聯(lián)的微調(diào)閥門19和雙通閥門20，微調(diào)閥門19、雙通閥門20 均與露點(diǎn)儀21、真空計(jì)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(chǔ)氣罐 25、雙通閥門27、液氮冷阱觀、加熱裝置四、氣源30 ；儲(chǔ)氣罐25與露點(diǎn)儀M、真空計(jì)沈連 接。雙通閥門27、液氮冷阱觀之間安裝有殘余氣體分析儀。充氣系統(tǒng)103用于控制封裝水 汽含量、充入工藝氣體及壓力控制。采用加熱裝置四對(duì)充氣系統(tǒng)管路加熱，通過與液氮冷 阱觀配合進(jìn)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(diǎn)儀M 用于檢測工藝氣體中水汽含量；殘余氣體分析儀31用于檢測充氣管路中氣體成份，當(dāng)氣體 成份滿足要求后可以充入工藝氣體。真空計(jì)26用于監(jiān)測儲(chǔ)氣罐25內(nèi)部的氣壓；真空計(jì)沈 用于監(jiān)測充入工作系統(tǒng)的氣壓。本實(shí)用新型的除氣充氣設(shè)備可以通過安裝溫度、氣壓控制顯示裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、 氣壓的顯示控制。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用 新型的精神和范圍。倘若這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之 內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求1.用于低水汽含量封裝的除氣充氣設(shè)備，包括依次連接的真空系統(tǒng)(101)、工作系統(tǒng) (102)、充氣系統(tǒng)(103)；真空系統(tǒng)(101)包括機(jī)械泵(1)、分子泵(3)、液氮冷阱(4)、真空計(jì)(6)和四個(gè)雙通閥門0、5、7、8)，機(jī)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(jì)(6)連接，機(jī)械泵(1)還依次通過雙通閥門(5)、雙通閥門(7) 分別與真空計(jì)(6)、液氮冷阱(4)、雙通閥門(8)連接；工作系統(tǒng)(102)包括真空計(jì)(18)，以及與真空計(jì)(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(tǒng)(103)包括并聯(lián)的微調(diào)閥門(19)和雙通閥門(20)，微調(diào)閥門(19)、雙通閥門 (20)均與露點(diǎn)儀(21)、真空計(jì)和充氣管路連接；充氣管路包括依次連接的雙通閥門 (22)、儲(chǔ)氣罐(25)、雙通閥門(27)、液氮冷阱(2 、加熱裝置( )、氣源(30)；儲(chǔ)氣罐(25) 與露點(diǎn)儀(M)、真空計(jì)06)連接；雙通閥門(27)、液氮冷阱08)之間安裝有殘余氣體分析 儀。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種用于低水汽含量封裝的除氣充氣設(shè)備，其特征在于所 述的工作系統(tǒng)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(shí)用新型涉及氣密性封裝領(lǐng)域，具體涉及一種用于低水汽含量封裝的除氣充氣設(shè)備。其特點(diǎn)在于由真空系統(tǒng)、工作系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)三部分組成的除氣充氣設(shè)備，能夠在MEMS傳感器封裝前對(duì)零部件進(jìn)行除氣，通過監(jiān)測與控制裝置降低設(shè)備自身及零部件的水汽含量和殘余氣體；同時(shí)可以按照相應(yīng)工藝要求控制充入工藝氣體純度和壓強(qiáng)，進(jìn)而滿足器件封裝后對(duì)內(nèi)部水汽含量、工藝氣體純度和壓強(qiáng)控制的要求。本實(shí)用新型可以保證微小型器件封裝腔體內(nèi)水汽含量小于500×10-6、工藝氣體純度高于99％、氣壓精度控制在±100Pa以內(nèi)。
文檔編號(hào)B81C1/00GK201864557SQ201020601949
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者丁凱, 劉迎春, 安泰, 廖興才, 張菁華, 曲蘊(yùn)杰, 楊軍, 王汝濤, 王登順, 秦岷 申請(qǐng)人:北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所