CN201864556U - 一种高真空陶瓷lcc封装装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于MEMS器件封装技术领域，具体涉及一种高真空陶瓷LCC封装装置。该装置真空室分别与冷却系统和真空泵组连接；真空室内设有配重导向板和配重，配重由配重导向板支撑和限位；下工装由固定支架固定支撑，固定支架固定在真空室的底板上；运动支架与上工装固连，配重导向板置于上工装上，运动支架通过传动杆与运动机构连接；热源与反射罩固定在固定支架上，热源固定于反射罩上面；在上工装与下工装之间平行布置有四块大小和高度不同的红外热挡板，分别由一根不锈钢杆支撑，不锈钢杆与运动机构连接。该装置解决了现有装置存在的工艺温度矛盾问题、快速升温问题、精确控温问题、精确对准和高真空度问题。

Description

一种高真空陶瓷LCC封装装置

技术领域

本实用新型属于MEMS器件封装技术领域，具体涉及一种高真空陶瓷LCC封装装置。 

背景技术

谐振型MEMS器件需要陶瓷LCC(Leadless Chip Carrier：无引线芯片载体)高真空封装。陶瓷LCC高真空封装主要涉及金锡焊料共晶、吸气剂激活、高真空封接等关键工艺。当前已有的MEMS器件封装装置有的没有吸气剂激活功能，有的在吸气剂激活时不具备对其他封装零件进行保护的功能，有的设备温控精度不能满足金锡焊料共晶工艺所需的快速升降温和精确控温要求，这些问题限制了陶瓷LCC封装的应用范围，使其无法满足谐振型MEMS器件的高真空封装要求。因此陶瓷LCC高真空封装装置需要同时解决的问题如下： 

(1)工艺温度矛盾问题：由于谐振型MEMS器件封装方案需要选用吸气剂和选用金锡焊料作为封接焊料，所选用吸气剂的激活温度要远高于金锡焊料的共晶温度，因此形成了工艺温度矛盾问题； 

(2)快速升降温的问题：金锡焊料共晶时对升降温速率要求较高，传统的加热方法无法达到，例如电炉丝作为热源，不锈钢板作为传热体的设计，就无法满足金锡焊料共晶对升降温速率的要求； 

(3)温控精度和温度均匀度要求高的问题：金锡焊料共晶对温控精度要求较高，温控精度要求通常在±5℃以内；温度均匀度的要求与温控精度基本一致。传统的加热方法无法满足上述温控精度和温度均匀度的要求； 

(4)对准精度高的问题：在LCC封装过程中，密封盖板和陶瓷LCC的对准精度是封装可靠性甚至封装成败的主要因素之一，因此对准精度要求较高；

(5)真空度高的问题：谐振型MEMS器件的保存期限较长，一般要求达到15年以上，这对初始真空度提出了很高要求，因此，谐振型MEMS器件需要一个洁净的高真空封装环境。 

发明内容

本实用新型目的在于提供一种能够满足谐振型MEMS器件封装方法需要的专用高真空陶瓷LCC封装装置，以解决上述现有装置存在的工艺温度矛盾问题、快速升温问题、精确控温问题、精确对准和高真空度问题。 

本实用新型一种高真空陶瓷LCC封装装置，包括配重导向板、配重、固定支架、冷却系统、真空泵组和真空室，真空室分别与冷却系统和真空泵组连接，真空室内设有配重导向板和配重；配重由配重导向板支撑和限位，冷却系统为整套装置提供水冷，真空室与真空泵组一起为腔内部件提供真空条件；下工装由固定支架固定支撑，固定支架固定在真空室的底板上；运动支架有一个托板，托板上面对称布置有两个支柱，两个支柱穿过下工装与上工装固连，配重导向板置于上工装上，运动支架的托板下面设有传动杆，传动杆与运动机构连接；热源与反射罩固定在固定支架上，热源固定于反射罩上面；在上工装与下工装之间平行布置有四块大小和高度不同的红外热挡板，四块红外热挡板分别由一根不锈钢杆支撑，该不锈钢杆与运动机构连接。 

所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，配重和配重导向板材料的选择应该为低放气率的材料。 

所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，上工装的材料可以为石墨，也可以是抛光的不锈钢材料；下工装的材料可以为石墨材料。 

所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，上工装上开有卡槽，卡槽与陶瓷LCC形状与尺寸相匹配。 

所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，真空室由石英玻璃制成。 

所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，固定支架材料为不锈钢。 

所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，下工装上开有凸台，凸台与密封盖板形状与尺寸相匹配。 

所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，热源与反射罩的热源可以选用石英灯，热源与反射罩的反射罩材料为抛光不锈钢板。 

所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，红外热挡板的材料为抛光不锈钢板。 

所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，真空室的尺寸由具体一次需要的封装数量来确定。 

本实用新型所取得的有益效果是： 

(1)本实用新型的双温区结构设计，即采用一套运动机构和热挡板的组合方案，解决了陶瓷LCC高真空封装工艺温度矛盾的问题。 

(2)本实用新型采用热导率高、比热容小的物质作为上工装、下工装的原材料，并采用大功率、小体积热源的加热方式，同时加热热源周围有用经过精细抛光的不锈钢焊接而成的反射罩。由于上下工装材料比热容较小，热惯性小，有利于快速升降温和精确温度控制；上下工装的热导率高有利于提高温度均匀度；大功率小体积热源和反射罩组成的加热装置可以提供较大功率和较高的热能利用效率，同时上下工装材料对加热热源所发热量吸收率较高，从而实现了快速升温。下工装上表面设计有两个定位销钉，上工装设计有相应的定位销孔，从而实现了高精度对准。 

(3)本实用新型采用石英玻璃作为真空室的外壁，采用两级泵组的模式对真空室进行抽真空和维持真空的操作。石英玻璃的内壁光滑，吸附气体量较少，再加上两级泵组的较大抽力，实现了洁净的高真空环境。 

(4)采用本实用新型所述装置实现了硅微陀螺Q值约为15万的封装水平，满足了MEMS器件对封装的要求。 

附图说明

图1为本实用新型一种高真空陶瓷LCC封装装置在吸气剂激活时的结构示意图； 

图2为本实用新型一种高真空陶瓷LCC封装装置在共晶封接时的结构示意图；

图3为本实用新型一种高真空陶瓷LCC封装装置的上工装结构示意图； 

图4为本实用新型一种高真空陶瓷LCC封装装置的下工装结构示意图； 

图5为本实用新型一种高真空陶瓷LCC封装装置的红外热挡板示意图； 

图6为本实用新型一种高真空陶瓷LCC封装装置的热源和反射罩结构示意图； 

其中：1、配重导向板；2、上工装；3、下工装；4、运动支架；5、冷却系统；6、运动机构；7、真空泵组；8、热源和反射罩；9、红外热挡板；10、真空室；11、配重；12、卡槽；13、上工装定位销钉；14、上工装固定孔；15、定位销孔；16、凸台；17、下工装定位销钉；18、下工装固定孔；19、红外热 挡板固定孔；20、固定支架；21、反射罩；22、热源。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。 

如图1、图2所示，本实用新型所述装置有一个真空室10，真空室10分别与冷却系统5和真空泵组7连接，真空室10由石英玻璃制成，与真空泵组7一起为真空室10内部件提供真空条件，真空室10的尺寸由具体一次需要的封装数量来确定，如 

冷却系统5为整套装置提供水冷；在真空室10内部，设有下工装3，下工装3材料可以采用石墨等材料，并由不锈钢固定支架20固定支撑，不锈钢固定支架20固定在真空室10的底板上；运动支架4有一个托板，托板上面对称布置有两个支柱，两个支柱在外部穿过下工装3与上工装2固连，托板下面连接有传动杆，托板通过传动杆与真空室10外面的运动机构6连接；上工装2上设置配重导向板1，配重导向板1由上下两块板组成，两块板之间通过支柱连接固定，配重11由配重导向板1支撑和限位，在上板开有用于装卡配重11的孔，配重11由该孔放入并限位，配重11下端放于下板上，配重11和配重导向板1材料的选择应该为低放气率的材料，如抛光不锈钢材料；热源与反射罩8固定在固定支架20上，热源22固定于反射罩21上面，反射罩21将热源22辐射的热能反射至下工装3，为下工装3提供热能，热源与反射罩8的热源22可以选用石英灯，热源与反射罩8的反射罩21材料为抛光不锈钢板；红外热挡板9有四块大小不同的抛光不锈钢板组成，四块红外热挡板9高度不同，四块红外热挡板9分别由一根不锈钢杆通过固定孔19支撑，该不锈钢杆与运动机构6连接，以实现遮挡和退出，在四块红外热挡板9遮挡时，四块红外热挡板互有重叠。如图3所示，上工装2材料可以为石墨，也可以是抛光的不锈钢材料，上工装2上有卡槽12、上工装定位销钉13、固定孔14和定位销孔15，上工装2的上工装定位销钉13和定位销孔15的作用分别是与配重导向板1和下工装3精确定位，上工装2的卡槽12为陶瓷LCC安装位置，卡槽12与陶瓷LCC形状与尺寸相匹配，固定孔14为与运动支架4的连接固定孔，由运动支架4支撑，上工装2通过上工装固定孔14与运动支架4上的通孔用螺钉固连，运动支架4与运动机构6固定连接，以实现上下运动；如图4所示，下工装3上开有凸台16、定位销钉17和固定孔18，凸台16为封装零件密封盖板的装卡位置，凸台16与密封盖板形状与尺寸相匹配，定位销钉17的作用是与上工 装的定位销孔15精确定位，固定孔18为下工装与支架20的固定通孔，通过螺钉实现下工装与支架20的固定。 

工作原理：(1)热源和反射罩8的热源22提供吸气剂激活和共晶封接所需的热量；(2)红外热挡板9的隔离保证双温区的温差要求；(3)运动机构6保证上工装2的升降和红外热挡板9的打开和关闭；(4)真空泵组7和真空室10保证高真空封装环境；(5)利用配重11重力为共晶封接提供所需的压力。 

工作过程：(1)首先装卡待封装的MEMS零件，把陶瓷LCC底座装入上工装2的卡槽12中，把密封盖板装入下工装3的凸台16中；(2)根据要求，选择配重11的质量，如200g，并把配重11置于配重导向板1上；(3)关闭真空室10，打开真空泵组7对真空室10进行抽真空，再操作运动机构6把运动支架4和与其固连的上工装2升起，并关闭红外热挡板9，装置状态如图1所示；(4)根据所选择的吸气剂类型，设置温控曲线，进行吸气剂激活，如吸气剂激活温度为500℃，激活时间为1h；(5)吸气剂激活后，待温度降至特定温度后，如200℃，打开红外热挡板9，降下上工装2，装置状态如图2所示；(6)根据所选择的共晶焊料类型，设置温控曲线，进行共晶封接，如金锡焊料共晶温度为278℃，共晶时间为3min；(7)待温度降至特定温度，如低于100℃，充入工艺气体，打开真空室10，取出封装完成的MEMS器件，完成封装。 

Claims (10)

1.一种高真空陶瓷LCC封装装置，包括配重导向板(1)、配重(11)、固定支架(20)、冷却系统(5)、真空泵组(7)和真空室(10)，真空室(10)分别与冷却系统(5)和真空泵组(7)连接，真空室(10)内设有配重导向板(1)和配重(11)；配重(11)由配重导向板(1)支撑和限位，冷却系统(5)为整套装置提供水冷，真空室(10)与真空泵组(7)一起为腔内部件提供真空条件；其特征在于：下工装(3)由固定支架(20)固定支撑，固定支架(20)固定在真空室(10)的底板上；运动支架(4)有一个托板，托板上面对称布置有两个支柱，两个支柱穿过下工装(3)与上工装(2)固连，配重导向板(1)置于上工装(2)上，运动支架(4)的托板下面设有传动杆，传动杆与运动机构(6)连接；热源与反射罩(8)固定在固定支架(20)上，热源(22)固定于反射罩(21)上面；在上工装(2)与下工装(3)之间平行布置有四块大小和高度不同的红外热挡板(9)，四块红外热挡板(9)分别由一根不锈钢杆支撑，该不锈钢杆与运动机构(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，其特征在于：配重(11)和配重导向板(1)材料的选择应该为低放气率的材料。

3.根据权利要求1所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，其特征在于：上工装(2)的材料可以为石墨，也可以是抛光的不锈钢材料；下工装(3)的材料可以为石墨材料。

4.根据权利要求1所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，其特征在于：上工装(2)上开有卡槽(12)，卡槽(12)与陶瓷LCC形状与尺寸相匹配。

5.根据权利要求1所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，其特征在于：真空室(10)由石英玻璃制成。

6.根据权利要求1所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，其特征在于：固定支架(4b)材料为不锈钢。

7.根据权利要求1所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，其特征在于：下工装(3)上开有凸台(16)，凸台(16)与密封盖板形状与尺寸相匹配。

8.根据权利要求1所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，其特征在于：热源与反射罩(8)的热源(22)可以选用石英灯，热源与反射罩(8)的反射罩(21)材料为抛光不锈钢板。

9.根据权利要求1所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，其特征在于：红外热挡板(9)的材料为抛光不锈钢板。

10.根据权利要求1所述的一种高真空陶瓷LCC封装装置，其特征在于：真空室(10)的尺寸由具体一次需要的封装数量来确定。

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