CN115196081B - 一种高真空封装设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高真空封装设备，包括真空机以及与所述真空机通过真空管道连通的封装结构，所述封装结构包括上封装腔体以及下封装腔体，所述上封装腔体与下封装腔体之间形成真空腔，所述真空腔包括真空外腔以及被所述真空外腔包围的真空内腔，所述真空外腔与所述真空内腔之间还设置有第一真空腔，所述第一真空腔内设置有密封结构以及气体吸附剂，本申请通过在双层真空腔体之间设置密封结构进行密封，将气体吸附剂设置在真空外腔与真空内腔之间的第一真空腔内，使用时对第一真空腔进行加热达到吸附剂的激活温度，可以避免真空内腔内封装的电子元器件受热以及封装腔体自身整体受热，提高封装质量，提升封装元件以及封装腔体的使用寿命。
Description
技术领域
本申请涉及高真空封装领域，具体涉及一种高真空封装设备。
背景技术
微电子技术的发展方向是更高的集成度、更小体积、更低功耗、更低的成本。在超越摩尔时代(More than Moore)，为了满足微电子器件的集成度的进一步提高，出现了同构堆叠集成、异构集成等三维集成技术。MEMS惯性微系统的三维集成技术是将传统MINU(微型惯性测量系统)的MEMS加速度计、MEMS陀螺仪、接口电路芯片、中央控制芯片等组件通过TSV转接技术，在硅基板上进行互联以及三维堆叠集成，最终实现MEMS惯性微系统在封装内集成。MEMS惯性器件的全硅化工艺技术以及圆片级真空封装工艺技术是下一代微型惯性芯片的发展方向。制造MEMS传感器器件，特别是一些对气密性要求比较高的MEMS传感器器件，需要用到真空键合工艺，以确保期间内的真空环境。因为如果参杂了其他气体进去，会影响到器件的性能和寿命。
现有技术中的空间中气体压力小于一大气压力者为真空，高真空实际定义真空压力范围大约1.33*10-4Pa，现有技术中的高真空封装为了保证泄露率水平满足高真空封装要求，通常会设置吸附剂保证对泄露气体的吸附以维持真空腔体内的真空度，但不论是物理吸附或者是化学吸附，吸附剂的激活温度较高，使用吸附剂的方式对然可以对真空度有所保证，但其生产中反复升高的激活温度也会使真空腔体以及封装元器件的寿命降低，同时影响元器件封装时的真空键合。
发明内容
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种高真空封装设备，包括真空机以及与所述真空机通过真空管道连通的封装结构，所述封装结构包括上封装腔体以及下封装腔体，所述上封装腔体与下封装腔体之间形成真空腔，所述真空腔包括真空外腔以及被所述真空外腔包围的真空内腔，所述真空外腔与所述真空内腔之间还设置有第一真空腔，所述第一真空腔内设置有密封结构以及气体吸附剂，所述下封装腔体上开设有抽真空开口，所述真空管道与所述抽真空开口连通并可以对所述真空外腔抽真空，所述上封装腔体内设置有真空抽取结构以及真空抽气口，所述真空抽气口与所述真空管道连通，所述真空外腔的真空度为XPa，所述真空内腔的真空度为YPa，且X＜Y＜1×10-2Pa。
进一步的，所述密封结构为全金属快卸式密封圈或气囊密封结构，所述密封结构外侧设置所述气体吸附剂，所述气体吸附剂为纳米吸气剂。
进一步的，所述真空内腔的真空度为YPa，其中Y＜1×10-3Pa。
进一步的，所述高真空封装设备还包括支撑架，所述上封装腔体设置在所述支撑架上，所述支撑架包括滑动组件以及升降组件，所述滑动组件包括丝杆、设置在所述丝杆上的螺母以及上导轨、下导轨，所述螺母与立板固定连接，所述升降组件固定设置在所述立板上，所述上导轨以及下导轨分别设置在支撑架上所述丝杆的上下两端，所述立板上固定设置有分别与所述上导轨以及下导轨配合的滑块。
进一步的，所述升降组件包括升降电机以及与所述升降电机输出轴连接的转动螺杆，所述转动螺杆上设置有两个转动螺母，所述转动螺母上固定设置有升降滑块，所述升降滑块可以沿着升降滑轨在竖直方向上滑动。
进一步的，所述真空管道包括主管道以及高真空管道，所述主管道包括真空管道法兰接头、第一伸缩管以及连接头，所述真空管道法兰接头将所述真空机的输出端与所述第一伸缩管连接，所述连接头包括对接盘、导向杆、压缩弹簧以及固定法兰板，所述固定法兰板可以与所述第一伸缩管的输出端密封连接，所述导向杆通过滑动轴承可滑动的设置在所述固定法兰板上开设的通孔内，所述压缩弹簧套设在所述导向杆外，所述压缩弹簧的两端分别与所述对接盘以及固定法兰板固定连接，所述连接头可以与所述抽真空开口密封连接。
进一步的，所述高真空管道通过三通阀与所述主管道连通，并在所述三通阀的一端设置高真空阀，所述高真空管道与所述上封装腔体内设置的真空抽气口连通。
进一步的，所述上封装腔体内还设置有上封装吸附平台，所述下封装腔体内还设置有下封装吸附平台，所述上封装吸附平台以及下封装吸附平台均设置在所述真空内腔内。
进一步的，所述下封装吸附平台两侧还设置有固定片以及夹持结构，所述固定片为金属结构并固定设置在所述下封装腔体的上端面上，所述夹持结构通过拉簧与所述下封装腔体的上端面连接。
进一步的，所述高真空封装设备还包括加热结构、切割结构以及传动结构，所述传动结构可以将封装后的产品依次输送通过加热结构以及切割结构。
有益效果
(1)本申请通过设置了双层真空腔体，并在双层真空腔体之间设置密封结构进行密封，使需要保持高真空环境的真空内腔自身处于真空环境中降低其气体泄漏率，同时将气体吸附剂设置在真空外腔与真空内腔之间的第一真空腔内，使用时对第一真空腔进行加热达到吸附剂的激活温度，第一真空腔本身具有真空隔热的天然性能优势，可以避免真空内腔内封装的电子元器件受热以及封装腔体自身整体受热，提高封装质量，提升封装元件以及封装腔体的使用寿命；
(2)本申请还设置了本申请还设置了机械式的真空抽取结构，其设置可以在不开启真空机的情况下保持所述真空内腔内高真空，避免了现有技术中高真空封装时真空机需要长时间待机反复开启的工作状态，降低了能源损耗，延长了真空机的使用寿命。
附图说明
图1为本发明高真空封装设备整体结构图；
图2为本发明高真空封装设备去除外壳后局部放大图一；
图3为本发明高真空封装设备去除外壳后局部放大图二；
图4为本发明真空管道局部放大图；
图5为本发明真空抽取结构局部放大图；
图6为本发明升降组件去除部分外壳后局部放大图；
图7为本发明上封装腔体的局部放大图；
图8为本发明下封装腔体局部放大图一；
图9为本发明下封装腔体局部放大图二；
图10本发明主管道与下封装腔体局部放大图。
具体实施方式
以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-10，一种高真空封装设备，包括真空机1以及与所述真空机1通过真空管道2连通的封装结构3，所述封装结构3包括上封装腔体5以及下封装腔体6，所述上封装腔体5与下封装腔体6之间形成真空腔4，所述真空腔4包括真空外腔401以及被所述真空外腔401包围的真空内腔403，所述真空外腔401与所述真空内腔403之间还设置有第一真空腔402，所述第一真空腔402内设置有密封结构以及气体吸附剂，所述下封装腔体6上开设有抽真空开口601，所述真空管道2与所述抽真空开口601连通并可以对所述真空外腔401抽真空，所述上封装腔体5内设置有真空抽取结构501以及真空抽气口502，所述真空抽气口502与所述真空管道2连通，所述真空外腔401的真空度为XPa，所述真空内腔403的真空度为YPa，且X＜Y＜1×10-3～1×10-2Pa。本申请中的高真空封装设备在使用时，需要先通过真空机1对真空外腔401进行抽真空，此时真空外腔401与真空内腔403之间连通，可以将真空腔4内整体的真空度保持在XPa左右的中度真空环境，此时操作密封结构将真空外腔401与真空内腔403之间隔离密封，并通过上封装腔体5内设置的真空抽取结构501对真空内腔403抽高真空，形成封装环境。
高真空封装设备中对于真空度的要求高，因此其真空度的保持一直是高真空封装腔体设计的重点考量，且对于普通真空封装设备而言其封装腔的密封件强度有限并不能有效阻止气体泄漏，相比于设置气体吸附剂对泄露气体进行吸附，本申请通过设置了双层真空腔体，并在双层真空腔体之间设置密封结构进行密封，使需要保持高真空环境的真空内腔403自身处于真空环境中降低其气体泄漏率，同时将气体吸附剂设置在真空外腔401与真空内腔403之间的第一真空腔402内，使用时对第一真空腔402进行加热达到吸附剂的激活温度，第一真空腔402本身具有真空隔热的天然性能优势，可以避免真空内腔403内封装的电子元器件受热以及封装腔体自身整体受热，提高封装质量，提升封装元件以及封装腔体的使用寿命。
优选的，所述密封结构为全金属快卸式密封圈或气囊密封结构，所述密封结构外侧设置所述气体吸附剂，所述气体吸附剂为纳米吸气剂。
优选的，所述真空内腔403的真空度为YPa，其中Y＜1×10-6～1×10-3Pa。
进一步的，高真空封装设备还包括支撑架7，所述上封装腔体5设置在所述支撑架7上，所述支撑架7包括滑动组件701以及升降组件702，所述滑动组件701包括丝杆7011、设置在所述丝杆7011上的螺母7012以及上导轨7014、下导轨7015，所述螺母7012与立板7013固定连接，所述升降组件702固定设置在所述立板7013上，所述上导轨7014以及下导轨7015分别设置在支撑架7上所述丝杆7011的上下两端，所述立板7013上固定设置有分别与所述上导轨7014以及下导轨7015配合的滑块7016；通过设置滑动组件701以及升降组件702可以使上封装腔体5在X/Y方向上移动，方便上封装腔体5与下封装腔体6的配合密封以及开启真空腔4。
优选的，所述升降组件702包括升降电机7021以及与所述升降电机7021输出轴连接的转动螺杆7022，所述转动螺杆7022上设置有两个转动螺母7023，所述转动螺母7023上固定设置有升降滑块7024，所述升降滑块7024可以沿着升降滑轨7025在竖直方向上滑动。
进一步的，所述真空管道2包括主管道201以及高真空管道202，所述主管道201包括真空管道法兰接头2011、第一伸缩管2012以及连接头2013，所述真空管道法兰接头2011将所述真空机1的输出端101与所述第一伸缩管2012连接，所述连接头2013包括对接盘2014、导向杆2015、压缩弹簧2016以及固定法兰板2017，所述固定法兰板2017可以与所述第一伸缩管2012的输出端密封连接，所述导向杆2015通过滑动轴承2018可滑动的设置在所述固定法兰板2017上开设的通孔2019内，所述压缩弹簧2016套设在所述导向杆2015外，所述压缩弹簧2016的两端分别与所述对接盘2014以及固定法兰板2017固定连接，所述连接头2013可以与所述抽真空开口601密封连接。
优选的，所述高真空管道202通过三通阀203与所述主管道201连通，并在所述三通阀203的一端设置高真空阀204，所述高真空管道202与所述上封装腔体5内设置的真空抽气口502连通。
进一步的，所述真空内腔403内设置有真空规404，所述真空规404可以可以测量所述真空内腔403内的真空度，并控制所述真空抽取结构501的开启以及关闭；真空机的开启一般需要较长时间的抽气准备，且保持真空机的待机状态需要气缸长时间工作，即降低真空机的使用效率造成浪费还会对其使用寿命造成影响，本申请通过机械式的真空抽取结构501的设置可以在不开启真空机1的情况下保持所述真空内腔403内高真空，避免了现有技术中高真空封装时真空机需要长时间待机反复开启的工作状态，降低了能源损耗，延长了真空机的使用寿命。
进一步的，所述升降滑块7024固定设置在支撑板5013上，所述真空抽取结构501包括上固定板5011以及下固定板5012，所述上固定板5011以及可以相对于所述上固定板5011在竖直方向上滑动的移动板5012，所述上固定板5011固定设置在所述支撑板5013上，所述上封装腔体5的顶端面上设置有伸缩电机5014，所述伸缩电机5014的输出端与所述移动板5012的底端面固定连接，通过所述伸缩电机5014的伸缩可以所述调整上封装腔体5的顶端与所述移动板5012之间的距离，当所述上封装腔体5与下封装腔体6的固定密封后，所述上封装腔体5的位置固定，此时所述伸缩电机5014的伸缩可以使所述移动板5012升降。
进一步的，所述上封装腔体5的顶端面与所述移动板5012之间设置有活塞结构5015，所述活塞结构5015的活塞杆5016与所述移动板5012的底端面固定连接，所述活塞结构5015的活塞腔体5017与所述上封装腔体5内部的真空内腔403连通，所述活塞结构5015外还设置有高弹压簧5018，所述高弹压簧5018用于在所述真空内腔403内保持超高真空密封时，与所述伸缩电机5014一起工作保证活塞结构5015的抗压性能。
优选的，所述高真空封装设备还包括加热结构10、切割结构8以及传动结构9，所述传动结构9可以将封装后的产品依次输送通过加热结构10以及切割结构8。
优选的，所述上封装腔体5内还设置有上封装吸附平台505，所述下封装腔体6内还设置有下封装吸附平台605，所述上封装吸附平台505以及下封装吸附平台605均设置在所述真空内腔403内，所述上封装吸附平台505以及下封装吸附平台605可以吸附待封装产品，使待封装产品在封装前保持位置固定。
优选的，所述下封装吸附平台605两侧还设置有固定片606以及夹持结构607，所述固定片606为金属结构并固定设置在所述下封装腔体6的上端面上，所述夹持结构607通过拉簧608与所述下封装腔体6的上端面连接。
现有技术中的高真空封装为了保证泄露率水平满足高真空封装要求，通常会设置吸附剂保证对泄露气体的吸附以维持真空腔体内的真空度，但不论是物理吸附或者是化学吸附，吸附剂的激活温度较高，使用吸附剂的方式对然可以对真空度有所保证，但其生产中反复升高的激活温度也会使真空腔体以及封装元器件的寿命降低，本申请通过设置了双层真空腔体，并在双层真空腔体之间设置密封结构进行密封，使需要保持高真空环境的真空内腔403自身处于真空环境中降低其气体泄漏率，同时将气体吸附剂设置在真空外腔401与真空内腔403之间的第一真空腔402内，使用时对第一真空腔402进行加热达到吸附剂的激活温度，第一真空腔402本身具有真空隔热的天然性能优势，可以避免真空内腔403内封装的电子元器件受热以及封装腔体自身整体受热，提高封装质量，提升封装元件以及封装腔体的使用寿命；本申请还设置了机械式的真空抽取结构501，其设置可以在不开启真空机1的情况下保持所述真空内腔403内高真空，避免了现有技术中高真空封装时真空机需要长时间待机反复开启的工作状态，降低了能源损耗，延长了真空机的使用寿命。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高真空封装设备，其特征在于包括真空机以及与所述真空机通过真空管道连通的封装结构，所述封装结构包括上封装腔体以及下封装腔体，所述上封装腔体与下封装腔体之间形成真空腔，所述真空腔包括真空外腔以及被所述真空外腔包围的真空内腔，所述真空外腔与所述真空内腔之间还设置有第一真空腔，所述第一真空腔内设置有密封结构以及气体吸附剂，所述下封装腔体上开设有抽真空开口，所述真空管道与所述抽真空开口连通并可以对所述真空外腔抽真空，所述上封装腔体内设置有真空抽取结构以及真空抽气口，所述真空抽气口与所述真空管道连通，所述真空外腔的真空度为XPa，所述真空内腔的真空度为YPa，且X＜Y＜1×10-2Pa；所述真空管道包括主管道以及高真空管道，所述主管道包括真空管道法兰接头、第一伸缩管以及连接头，所述真空管道法兰接头将所述真空机的输出端与所述第一伸缩管连接，所述连接头包括对接盘、导向杆、压缩弹簧以及固定法兰板，所述固定法兰板可以与所述第一伸缩管的输出端密封连接，所述导向杆通过滑动轴承可滑动的设置在所述固定法兰板上开设的通孔内，所述压缩弹簧套设在所述导向杆外，所述压缩弹簧的两端分别与所述对接盘以及固定法兰板固定连接，所述连接头可以与所述抽真空开口密封连接。
2.根据权利要求1所述的高真空封装设备，其特征在于：所述密封结构为全金属快卸式密封圈或气囊密封结构，所述密封结构外侧设置所述气体吸附剂，所述气体吸附剂为纳米吸气剂。
3.根据权利要求1所述的高真空封装设备，其特征在于：所述真空内腔的真空度为YPa，其中Y＜1×10-3Pa。
4.根据权利要求1所述的高真空封装设备，其特征在于：所述高真空封装设备还包括支撑架，所述上封装腔体设置在所述支撑架上，所述支撑架包括滑动组件以及升降组件，所述滑动组件包括丝杆、设置在所述丝杆上的螺母以及上导轨、下导轨，所述螺母与立板固定连接，所述升降组件固定设置在所述立板上，所述上导轨以及下导轨分别设置在支撑架上所述丝杆的上下两端，所述立板上固定设置有分别与所述上导轨以及下导轨配合的滑块。
5.根据权利要求4所述的高真空封装设备，其特征在于：所述升降组件包括升降电机以及与所述升降电机输出轴连接的转动螺杆，所述转动螺杆上设置有两个转动螺母，所述转动螺母上固定设置有升降滑块，所述升降滑块可以沿着升降滑轨在竖直方向上滑动。
6.根据权利要求1所述的高真空封装设备，其特征在于，所述高真空管道通过三通阀与所述主管道连通，并在所述三通阀的一端设置高真空阀，所述高真空管道与所述上封装腔体内设置的真空抽气口连通。
7.根据权利要求1所述的高真空封装设备，其特征在于，所述上封装腔体内还设置有上封装吸附平台，所述下封装腔体内还设置有下封装吸附平台，所述上封装吸附平台以及下封装吸附平台均设置在所述真空内腔内。
8.根据权利要求7所述的高真空封装设备，其特征在于，所述下封装吸附平台两侧还设置有固定片以及夹持结构，所述固定片为金属结构并固定设置在所述下封装腔体的上端面上，所述夹持结构通过拉簧与所述下封装腔体的上端面连接。
9.根据权利要求1所述的高真空封装设备，其特征在于，所述高真空封装设备还包括加热结构、切割结构以及传动结构，所述传动结构可以将封装后的产品依次输送通过加热结构以及切割结构。
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