專(zhuān)利名稱(chēng)：硅芯片/玻璃環(huán)鍵合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅芯片封裝，特指硅芯片/玻璃環(huán)鍵合裝置。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(Microelectromechanical system，MEMS)技術(shù)起源于微型硅傳感器的發(fā)展，最初用于生產(chǎn)固態(tài)半導(dǎo)體硅壓力傳感器，當(dāng)MEMS技術(shù)迅速崛起之后，大大促進(jìn)了微型傳感器的技術(shù)進(jìn)步，并使各種類(lèi)型的傳感器微型化。微型傳感器已經(jīng)成為MEMS的重要組成部分之一，目前具有實(shí)用價(jià)值并得到較廣泛應(yīng)用的是微機(jī)械力敏傳感器，主要有壓力傳感器、加速度傳感器、角速度傳感器等，而其中應(yīng)用最廣的是半導(dǎo)體硅壓阻式壓力傳感器。
利用硅的壓阻效應(yīng)和微電子技術(shù)制作的壓阻式壓力傳感器是近三十年來(lái)發(fā)展非常迅速的一種新的物性型傳感器，其技術(shù)核心主要包括三個(gè)方面硅敏感元件設(shè)計(jì)與制作、裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與封裝和補(bǔ)償電路與接口放大電路，其中如何實(shí)現(xiàn)硅敏感元件的無(wú)應(yīng)力封裝是難點(diǎn)之一。在微型和高溫壓力傳感器的批量生產(chǎn)中，通常選用派來(lái)克斯(PYREX7740)硼硅玻璃環(huán)作為硅芯片的襯底，兩者鍵合在一起，不用任何粘結(jié)劑，鍵合界面有良好的氣密性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。
考慮了市售的大部分鍵合爐不適合此硅芯片/玻璃環(huán)鍵合，其缺陷有二一是鍵合時(shí)要求直流高壓，一般為1000～1500伏特，極容易將帶有惠斯登電橋的芯片擊穿；二是鍵合操作時(shí)間長(zhǎng)，一般在20分鐘左右，不能滿足大批量生產(chǎn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適合于大批量生產(chǎn)的硅芯片/玻璃環(huán)鍵合裝置。此目的是這樣實(shí)現(xiàn)的硅芯片/玻璃環(huán)鍵合的裝置，包括電烙鐵與220伏特的交流電源組成的派來(lái)克斯玻璃環(huán)的加熱系統(tǒng)、電爐與交流變壓器組成的開(kāi)孔鋼板的加熱系統(tǒng)、不銹鋼支架、工作臺(tái)，其特征在于所述電烙鐵去除焊接針換為平口小鋼管，其外直徑略大于派來(lái)克斯玻璃環(huán)的外直徑，連接加熱電路；同時(shí)在電烙鐵與開(kāi)孔鋼板之間增設(shè)由直流變壓器構(gòu)成的鍵合電路，其中電烙鐵端部接直流變壓器輸出的電源負(fù)極，構(gòu)成鍵合電路中的陰極，位于電爐上的開(kāi)孔鋼板接直流變壓器輸出的電源正極構(gòu)成鍵合電路中的陽(yáng)極，開(kāi)孔鋼板與電爐之間用耐高溫石綿板絕緣。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于用電烙鐵既作為上電極又作為加熱件，其固定在不銹鋼支架上并通過(guò)不銹鋼支架可以上下前后移動(dòng)，其上連接導(dǎo)線與開(kāi)孔鋼板通過(guò)直流變壓器形成直流回路，提供靜電場(chǎng)，自身通過(guò)220伏特的交流電源使得派來(lái)克斯玻璃環(huán)預(yù)熱，鍵合時(shí)間由20min縮短為2min左右，鍵合電壓由1500v降低為160v，實(shí)現(xiàn)了低溫低壓快速硅芯片/玻璃環(huán)鍵合。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖1.電烙鐵 2.派來(lái)克斯玻璃環(huán) 3.硅芯片 4.開(kāi)孔鋼板 5.耐溫石棉板 6.電爐 7.220伏特的交流電源 8.直流變壓器 9.交流變壓器 10.不銹鋼支架 11.工作臺(tái)具體實(shí)施方式
首先將電爐(6)的調(diào)壓交流變壓器(9)的供電電壓設(shè)定為100～150V，加熱電爐(6)使襯底開(kāi)孔鋼板(4)的溫度控制在200～450℃左右，接通電烙鐵(1)220伏特的交流電源(7)，預(yù)熱10分鐘左右，使襯底開(kāi)孔鋼板(4)和電烙鐵(1)達(dá)到所需的溫度。
將嚴(yán)格清洗后的硅芯片(3)和派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)分別放置在超凈的乙醇溶液中，將待鍵合的硅芯片(3)用干凈的鑷子夾取，放在已預(yù)熱的襯底開(kāi)孔鋼板(4)上；用鑷子夾取派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)，使派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)的拋光面向下，平穩(wěn)地放置在硅芯片(3)上，并使硅芯片(3)處于派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)內(nèi)孔的中央，硅芯片(3)和派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)接觸面平整。
通過(guò)不銹鋼支架(10)移動(dòng)電烙鐵(1)到派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)的正上方，電烙鐵(1)下降使烙鐵頭輕輕地接觸到派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)的上表面。轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)(11)上的直流變壓器(8)的旋鈕，調(diào)節(jié)直流電壓至顯示值160V，當(dāng)硅芯片(3)和派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)加熱到300℃左右時(shí)，在此直流電壓作用下，派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)中的Na+將向負(fù)極方向漂移，在緊鄰硅芯片(3)的玻璃環(huán)表面形成耗盡層，耗盡層寬度約為幾微米。耗盡層帶有負(fù)電荷，硅芯片(3)帶正電荷，硅芯片(3)和派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)之間存在較大的靜電引力，使二者緊密接觸。這樣外加電壓就主要加在耗盡層上。通過(guò)電路中電流的變化情況可以反映出鍵合的過(guò)程。當(dāng)剛加上電壓時(shí)，有一個(gè)較大的電流脈沖產(chǎn)生經(jīng)過(guò)大約2分鐘左右，電流減小，最后幾乎為零，說(shuō)明此時(shí)鍵合已經(jīng)完成。轉(zhuǎn)動(dòng)直流變壓器(8)旋鈕，使直流電壓降為零，并關(guān)掉開(kāi)關(guān)，電烙鐵(1)旋至上方并離開(kāi)，取下已鍵合好的芯片/玻璃環(huán)。
鍵合中，從目測(cè)上，透過(guò)派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)，能看到空氣隙中常出現(xiàn)的牛頓環(huán)逐漸消失，界面呈硅本色；鍵合體從派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)側(cè)面看過(guò)去，在硅芯片(3)和派來(lái)克斯玻璃環(huán)(2)的界面有一個(gè)完全閉合的黑框，可定為合格鍵合體，將此鍵合體通過(guò)熱壓焊用退火后的金絲將硅芯片上力敏電阻連接成惠斯登檢測(cè)電橋，然后固定到不銹鋼基座上，制作成壓阻式壓力傳感器。
權(quán)利要求
1.硅芯片/玻璃環(huán)鍵合的裝置，包括電烙鐵(1)與220伏特的交流電源(7)組成的派來(lái)克斯玻璃環(huán)的加熱系統(tǒng)、電爐(6)與交流變壓器(9)組成的開(kāi)孔鋼板的加熱系統(tǒng)、不銹鋼支架(10)、工作臺(tái)(11)，其特征在于所述電烙鐵(1)去除焊接針換為平口小鋼管，其外直徑略大于派來(lái)克斯玻璃環(huán)的外直徑，連接加熱電路；同時(shí)在電烙鐵(1)與開(kāi)孔鋼板(4)之間增設(shè)由直流變壓器(8)構(gòu)成的鍵合電路，其中電烙鐵(1)端部接上直流變壓器(8)輸出的電源負(fù)極，構(gòu)成鍵合電路中的陰極，位于電爐(6)上的開(kāi)孔鋼板(4)接上直流變壓器(8)輸出的電源正極構(gòu)成鍵合電路中的陽(yáng)極，開(kāi)孔鋼板(4)與電爐(6)之間用耐高溫石綿板(5)絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅芯片/玻璃環(huán)鍵合的裝置，其特征是固定電烙鐵(1)的不銹鋼支架(10)可以上下前后移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種適合于大批量生產(chǎn)的硅芯片/玻璃環(huán)鍵合裝置，裝置中電烙鐵既作為上電極又作為加熱件，其固定在不銹鋼支架上并通過(guò)不銹鋼支架可以上下前后移動(dòng)，其上連接導(dǎo)線與開(kāi)孔鋼板通過(guò)直流變壓器形成直流回路，提供靜電場(chǎng)，自身通過(guò)220伏特的交流電源使得派來(lái)克斯玻璃環(huán)預(yù)熱，鍵合時(shí)間由20min縮短為2min左右，鍵合電壓由1500v降低為160v，實(shí)現(xiàn)了低溫低壓快速硅芯片/玻璃環(huán)鍵合。
文檔編號(hào)H01L21/00GK1610056SQ20041006569
公開(kāi)日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者丁建寧, 王權(quán), 王文襄, 楊繼昌 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)