CN214542133U - 阳极键合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种阳极键合装置，包括加热筒、传热盘、上电极和下电极；加热筒中空，上方开口，内部为键合腔；传热盘固定于加热筒内的下部，外壁与加热筒的内壁相贴合，顶端面能够承载硅片；上电极设于传热盘的正上方，能够朝向或背向传热盘的顶端面移动；下电极固定于传热盘上。整体上，能够取代传统的阳极键合装置，整体造价较为便宜，适用于中小型公司和实验室使用，有利于阳极键合装置的推广。而且，有利于在实验室内进行低成本的键合实验，便于小批量制作硅片和其他材料片的组合体，降低改进相关工艺参数的研发成本。另外，由于装置整体尺寸较小，更易于对键合温度进行控制，保障键合质量。同时，大大缩短了键合周期。

Description

阳极键合装置

技术领域

本实用新型涉及键合技术领域，尤其涉及一种阳极键合装置。

背景技术

阳极键合是指在一定的温度、压力及电场的共同作用下，硅片与其它材料 (如玻璃)之间发生电化学反应，以使硅片与其它材料相互紧密连接的工艺，被广泛应用于微机电系统的元器件及芯片制作等领域。采用阳极键合工艺连接硅片和其他材料，无需再使用粘接剂，且连接的密封性较好、连接强度较大。

目前，传统的阳极键合装置价格较为昂贵，不利于推广使用。

实用新型内容

为解决传统的阳极键合装置价格较为昂贵，不利于推广使用的问题，本实用新型提供一种阳极键合装置。

为实现本实用新型目的提供的一种阳极键合装置，包括加热筒、传热盘、上电极和下电极；

加热筒中空，上方开口，内部为键合腔；

传热盘固定于加热筒内的下部，外壁与加热筒的内壁相贴合，顶端面能够承载硅片；

上电极设于传热盘的正上方，能够朝向或背向传热盘的顶端面移动；

下电极固定于传热盘上。

在其中一个具体实施例中，上电极为长条结构，下部位于加热筒内。

在其中一个具体实施例中，传热盘的顶端所在平面与竖直方向相互垂直，且顶端面低于加热筒的顶端面预设高度。

在其中一个具体实施例中，还包括保护筒；

保护筒中空，上方开口，内部为容置腔；加热筒设于容置腔内；

保护筒包括筒底和筒壁；筒底和筒壁上均穿设有绝热螺栓；绝热螺栓位于保护筒内的一端与加热筒的外壁相抵接以使加热筒悬置于保护筒内。

在其中一个具体实施例中，还包括驱动单元；

驱动单元包括底座、导向柱、螺杆、转动轮和传动块；

导向柱竖直设置，底端固定于底座的顶端面；

螺杆竖直设置，底端转动连接于底座的顶端面，顶端固定有转动轮；

传动块套设在螺杆和导向柱上；

上电极固定于传动块上；

保护筒的底端面位于底座的顶端面。

在其中一个具体实施例中，驱动单元还包括垫片；

垫片铺设于底座的顶端面的上方，位于保护筒的正下方。

在其中一个具体实施例中，驱动单元还包括推力计；

推力计固定在传动块上，其测力杆竖向设置，底端通过绝缘转接筒与上电极的顶端固定连接；

加热筒以及保护筒的上开口朝向测力杆。

在其中一个具体实施例中，加热筒和绝热螺栓的材质为陶瓷；

传热盘的材质为铜；

上电极、下电极和保护筒的材质为金属；

加热筒的上开口口径为8-20mm，壁厚为4-10mm；

传热盘的外壁与加热筒的内壁之间的间距小于0.2mm。

在其中一个具体实施例中，还包括第一电源、第二电源、控温器、固态继电器和温度传感器；

固态继电器分别与第一电源、控温器、加热筒连接；

温度传感器固定在传热盘上，与控温器连接；

第二电源分别与上电极、下电极连接。

在其中一个具体实施例中，传热盘的底部开设有与温度传感器相适配的盲孔；

温度传感器位于盲孔内；

温度传感器为铂电阻。

本实用新型的有益效果：本实用新型的阳极键合装置通过设置加热筒，加热筒能够发热，提供硅片和其他材料片键合连接所需温度。硅片和其他材料片能够在键合腔内进行阳极键合。传热盘作为支撑硅片和其他材料片平台，能够很好地支撑待键合连接的硅片和其他材料片。通电时，下电极、传热盘、处于高温状态的其他材料片、硅片和上电极均能够进行导电。在硅片和其他材料片的抵接面之间能够形成键合所需电场。上电极能够背向传热盘的顶端面移动，以便于将硅片和其他材料片放置于传热盘的顶端面上。上电极还能够朝向传热盘的顶端面移动，以压在位于传热盘顶端面的硅片和其他材料片上，提供键合所需压力。整体上，能够取代传统的阳极键合装置完成硅片和其他材料片键合连接的任务，整体造价较为便宜，适用于中小型公司和实验室使用，有利于阳极键合装置的推广。而且，有利于在实验室内进行低成本的键合实验，便于小批量制作硅片和其他材料片的组合体，降低改进相关工艺参数的研发成本。另外，由于装置整体尺寸较小，相对传统的阳极键合装置，更易于控制键合所需温度，保持键合温度的准确度和稳定性，进而使得键合实验过程能够持续稳定的进行，从而使得键合质量得以保障。同时，大大缩短了键合工艺周期。

附图说明

图1是本实用新型一种阳极键合装置一具体实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一种阳极键合装置一具体实施例的电气原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴线”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“衔接”、“铰接”等术语应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，作为本实用新型一具体实施例，阳极键合装置包括加热筒110、传热盘120、上电极130和下电极140。加热筒110中空，上方开口，内部为键合腔。传热盘120固定于加热筒110内的下部，外壁与加热筒110的内壁相贴合。传热盘120的顶端面能够承载硅片151和其他材料片152(如玻璃片)。上电极130设于传热盘120的正上方，能够朝向或背向传热盘120的顶端面移动。下电极140固定于传热盘120上。

在此实施例中，可使用电源对加热筒110进行加热，以使加热筒110发热，提供硅片151和其他材料片152键合连接所需温度。加热筒110为中空结构，内部为键合腔。硅片151和其他材料片152能够在键合腔内进行阳极键合。加热筒110的上方为开口结构，以便于将硅片151和其他材料片152置于键合腔内。加热筒110内的下部固定有传热盘120，传热盘120的顶端面能够承载硅片 151和其他材料片152。传热盘120作为支撑硅片151和其他材料片152平台，能够很好地支撑待键合连接的硅片151和其他材料片152。而且，传热盘120的外壁与加热筒110的内壁相贴合，以便于更好地吸收来自加热筒110的热量。在传热盘120的上方设有上电极130，传热盘120上固定有下电极140。此处，需要说明的是，上电极130与电源的正极电连接，作为阳极使用，下电极140 位于上电极130的下方，与电源的负极电连接。通电时，下电极140、传热盘 120、处于高温状态的其他材料片152、硅片151和上电极130均能够进行导电。在硅片151和其他材料片152的抵接面之间能够形成键合所需电场。其中，上电极130能够背向传热盘120的顶端面移动，以便于将硅片151和其他材料片 152放置于传热盘120的顶端面上。上电极130还能够朝向传热盘120的顶端面移动，以压在位于传热盘120顶端面的硅片151和其他材料片152上，提供键合所需压力。整体上，能够取代传统的阳极键合装置完成硅片151和其他材料片152键合连接的任务，整体造价较为便宜，适用于中小型公司和实验室使用，有利于阳极键合装置的推广。而且，有利于在实验室内进行低成本的键合实验，便于小批量制作硅片151和其他材料片152的组合体，降低改进相关工艺参数的研发成本。另外，由于装置整体尺寸较小，相对传统的阳极键合装置，更易于控制键合所需温度，保持键合温度的准确度和稳定性，进而使得键合实验过程能够持续稳定的进行，从而使得键合质量得以保障。同时，大大缩短了键合工艺周期。

在本实用新型一具体实施例中，上电极130为长条结构，下部位于加热筒 110内，底端能够朝向或背向传热盘120的顶端面移动。采用长条结构，使得压在硅片151和其他材料片152上的压力更为集中，改善了键合连接效果。在其他一些实施例中，上电极130为片状结构，使得压力分布的更为均匀，也有利于改善键合连接效果。需要说明的是，上电极130能够提供的压力值为0-10kg。

在本实用新型一具体实施例中，传热盘120的顶端所在平面与竖直方向相互垂直。传热盘120顶端面的平整度较高，保障了键合效果。而且，传热盘120 的顶端面低于加热筒110的顶端面预设高度，底端面与加热筒110的底端面齐平。具体地，预设高度为0.8mm-3mm。如此，当硅片151和其他材料片152叠设在传热盘120上时，硅片151和其他材料片152均位于键合腔内，进一步保障了键合效果。

在本实用新型一具体实施例中，阳极键合装置还包括保护筒160，保护筒160能够有效地保护加热筒110。具体地，保护筒160为中空结构，内部为容置腔。加热筒110设于容置腔内。保护筒160的上方为开口结构，以便于将加热筒110放置于保护筒160内。保护筒160包括筒底和筒壁。筒底和筒壁上均穿设有两个以上绝热螺栓161。绝热螺栓位于保护筒160内的一端与加热筒110的外壁相抵接以使加热筒110悬置于保护筒160内。如此，有效地避免加热筒110 与保护筒160的筒壁以及加热筒110与保护筒160的筒底相接触，减少热量的损耗。同时，有效地降低人体手部触碰保护筒160时，发生烫伤的可能性。

在本实用新型一具体实施例中，还包括驱动单元。驱动单元能够驱动推力计175及上电极130朝向或背向传热盘120移动。具体地，驱动单元包括一个底座171、两个导向柱172、一个螺杆(图中未示出)、一个转动轮173和一个传动块(图中未示出)。两个导向柱172均竖直设置，底端均固定于底座171 的顶端面，之间留有间隔。螺杆竖直设置，且设于两个导向柱172之间。螺杆的底端转动连接于底座171的顶端面，顶端固定有转动轮173。传动块的中部套设在螺杆上，两端分别套设在两个导向柱172上。上电极130固定于传动块上。保护筒160的底端面位于底座171的顶端面。人体手部能够驱动转动轮173转动，以带动螺杆沿自身轴向转动，进而带动传动块上下移动，从而带动上电极 130朝向或背离底座171上的保护筒160移动。保护筒160在底座171上的位置可被调节，以使保护筒160的上开口正对长条结构的上电极130的底端。其中，导向柱172能够限定传动块只能上下移动。

在本实用新型一具体实施例中，驱动单元还包括垫片174。垫片174铺设于底座171的顶端面的上方，位于保护筒160的正下方。垫片174可为橡胶片，具有防滑、绝缘以及隔热的作用。

在本实用新型一具体实施例中，驱动单元还包括推力计175。此处，需要说明的是，推力计175为现有技术。推力计175固定在传动块上，其测力杆1751 竖向设置，底端通过绝缘转接筒与长条结构的上电极130的顶端固定连接。加热筒110以及保护筒160的上开口朝向测力杆1751。推力计175的测力杆1751 能够带动上电极130移动。当上电极130接触位于传热盘120顶端面的其他材料片152时，推力计175显示压力数据，以便于对键合所需压力进行控制。

在本实用新型一具体实施例中，加热筒110的材质为陶瓷合金，具体地，可为陶瓷加热器，其加热丝的内阻为5Ω，额定工作电压为12V，干烧温度可达 500℃，温控范围为200-500℃。其热量分布较为均匀，防止局部过冷或过热。绝热螺栓161的材质为陶瓷，热导性较差，具有较好地隔热效果。传热盘120 的材质为铜，具有较好地导电性和导热性，有利于实现硅片151和其他材料片 152键合连接的目的。上电极130、下电极140和保为金属，具体地，可为铜、铁或铝中的任意一种，具有导电性。护筒的材质为金属，具体地，可为钢，具有较好地抗冲性。加热筒110的上开口口径为8-20mm，壁厚为4-10mm，轴向长度为12mm-30mm。传热盘120的外壁与加热筒110的内壁之间的间距小于 0.2mm。整体上，实现了阳极键合装置的小型化设计，大大降低造价。需要说明的是，键合实验所用硅片151的长度和宽度尺寸为2-10mm，厚度为0.5-2mm。其他材料片152的长度和宽度尺寸为2-10mm，厚度为0.3-1mm。一片标准的4 英寸的硅片151可被分割制成几十个实验所用硅片151，以进行几十次实验，大大降低了实验成本。

参照图1和图2，在本实用新型一具体实施例中，还包括第一电源181、第二电源182、控温器183、固态继电器184和温度传感器185。其中，固态继电器184分别与第一电源181、控温器183、加热筒110连接。温度传感器185固定在传热盘120上，与控温器183连接。第二电源182分别与上电极130、下电极140连接。此处，需要说明的是，第一电源181为低压电源，供加热筒110 发热使用。第二电源182为高压电源，能够提供的电压值为200-800V，作为键合所需电场。控温器183能够控制固态继电器184的断开和连接，以控制加热筒110的温度。

在本实用新型一具体实施例中，传热盘120的底部开设有与温度传感器185 相适配的盲孔。温度传感器185位于盲孔内。如此，保障了检测到的温度的准确性。具体地，温度传感器185为铂电阻，量测精度较高。

采用阳极键合工艺连接硅片151和其他材料操作过程如下：

(1)检查线路是否正常连接；

(2)转动转动轮173(调节手轮)使得上电极130抬高到合适高度；

(3)使用镊子先将表面平整且干净的待键合硅片151放置于传热盘120的顶端面上，再将表面平整且干净待键合其他材料片152放置于硅片151的上方。其他材料片152应与硅片151正对；

(4)转动转动轮173，使上电极130下降，观察推力计175的显示数据。需要注意的是，先快速转动转动轮173，后慢速转动转动轮173，显示数据为1kg 左右时，停止转动转动轮173；

(5)开启第一电源181(低压电源)，将电压值设定为加热筒110工作所需的电压值；

(6)启动控温器183，设定温度值(200℃～400℃)，然后，待温度上升至预设温度值时，开启第二电源182(高压电源)，输出电流应限制在2mA左右，电压值设定为200V～800V；

(7)在稳定的电压、电场及温度中，键合实验持续进行20min以上以完成键合；

(8)关闭第一电源181和第二电源182，使传热盘120自然冷却至室温，待观察到的控温器183上显示温度值为室温时，转动转动轮173，以使上电极 130升高，之后，使用镊子取出键合为一体的硅片151和其他材料片152以备后期性能测试使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、“一个具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对所述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明的构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阳极键合装置，其特征在于，包括：

加热筒、传热盘、上电极和下电极；

所述加热筒中空，上方开口，内部为键合腔；

所述传热盘固定于所述加热筒内的下部，外壁与所述加热筒的内壁相贴合，顶端面能够承载硅片；

所述上电极设于所述传热盘的正上方，能够朝向或背向所述传热盘的顶端面移动；

所述下电极固定于所述传热盘上。

2.根据权利要求1所述的阳极键合装置，其特征在于，所述上电极为长条结构，下部位于所述加热筒内。

3.根据权利要求1所述的阳极键合装置，其特征在于，所述传热盘的顶端所在平面与竖直方向相互垂直，且顶端面低于所述加热筒的顶端面预设高度。

4.根据权利要求1至3任一项所述的阳极键合装置，其特征在于，还包括保护筒；

所述保护筒中空，上方开口，内部为容置腔；所述加热筒设于所述容置腔内；

所述保护筒包括筒底和筒壁；所述筒底和所述筒壁上均穿设有绝热螺栓；所述绝热螺栓位于所述保护筒内的一端与所述加热筒的外壁相抵接以使所述加热筒悬置于所述保护筒内。

5.根据权利要求4所述的阳极键合装置，其特征在于，还包括驱动单元；

所述驱动单元包括底座、导向柱、螺杆、转动轮和传动块；

所述导向柱竖直设置，底端固定于所述底座的顶端面；

所述螺杆竖直设置，底端转动连接于所述底座的顶端面，顶端固定有所述转动轮；

所述传动块套设在所述螺杆和所述导向柱上；

所述上电极固定于所述传动块上；

所述保护筒的底端面位于所述底座的顶端面。

6.根据权利要求5所述的阳极键合装置，其特征在于，所述驱动单元还包括垫片；

所述垫片铺设于所述底座的顶端面的上方，位于所述保护筒的正下方。

7.根据权利要求5所述的阳极键合装置，其特征在于，所述驱动单元还包括推力计；

所述推力计固定在所述传动块上，其测力杆竖向设置，底端通过绝缘转接筒与所述上电极的顶端固定连接；

所述加热筒以及所述保护筒的上开口朝向所述测力杆。

8.根据权利要求4所述的阳极键合装置，其特征在于，所述加热筒和所述绝热螺栓的材质为陶瓷；

所述传热盘的材质为铜；

所述上电极、所述下电极和所述保护筒的材质为金属；

所述加热筒的上开口口径为8-20mm，壁厚为4-10mm；

所述传热盘的外壁与所述加热筒的内壁之间的间距小于0.2mm。

9.根据权利要求1至3任一项所述的阳极键合装置，其特征在于，还包括第一电源、第二电源、控温器、固态继电器和温度传感器；

所述固态继电器分别与所述第一电源、所述控温器、所述加热筒连接；

所述温度传感器固定在所述传热盘上，与所述控温器连接；

所述第二电源分别与所述上电极、所述下电极连接。

10.根据权利要求9所述的阳极键合装置，其特征在于，所述传热盘的底部开设有与所述温度传感器相适配的盲孔；

所述温度传感器位于所述盲孔内；

所述温度传感器为铂电阻。

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