专利名称：一种微器件真空封装排气装置及方法
技术领域：
本发明涉及微电子封装领域，尤其是一种微器件真空封装排气装置及方法。
背景技术：
微器件真空封装是根据芯片工作在真空环境下的需求，将芯片及其他组件封装在具有良好气密性和长期真空度的器件中的封装技术，是器件级封装技术中重要的组成部分，目前在越来越多的产品封装工艺领域得到应用，如非制冷红外探测器件、微陀螺仪、 MEMS射频开关等。现有的微器件真空封装管壳通常设计加工为在管壳的侧壁上焊接一根无氧铜管， 长度近40mm，使管壳腔内外相通。封装工艺中，当完成管壳内组件安装和盖板封接后，对其进行一定温度下的烘烤，同时通过无氧铜管进行真空排气，当规定的时间到达后，采用专用工具对器件上的无氧铜管进行冷压剪切，使之成为一只封闭独立的高真空微器件。采用焊接无氧铜管的管壳进行微器件封装，使得高真空器件留有一根长约IOmm 左右的无氧铜尾管，该尾管在实际应用中不仅不美观，而且占据了较大的组装空间容积，从而限制了整机的小型化开发；
在对完成封接的器件进行高真空排气和烘烤后，需要无氧铜管进行冷压剪切，由于无氧铜管内壁的氧化层和杂质，导致内壁铜材料原子间键合质量受到影响，难以保证器件的气密性，并进而影响到器件的真空寿命，使封装工艺的成品率下降；
带有近40mm长度无氧铜管的管壳在封装各道工序中不利于工艺操作，各种夹具须为此特别设计，生产效率低；
在对完成封接的器件进行高真空排气和烘烤时，每一只管壳需要通过一次性的不锈钢卡套将无氧铜管与真空排气系统安装在一起；同时须加工可活动的烘箱用于对器件进行烘烤，通过空气热传导方式给器件加热，热传递效率低，升降温速度慢，高真空排气烘烤设备结构复杂，造价和维护成本高，使用不便。
发明内容
本发明为解决上述技术问题而提供一种微器件真空封装排气装置及方法。本发明解决上述技术问题的技术方案如下包括真空排气腔体、电加热板，顶端开口的封装管壳，所述封装管壳侧壁设有微器件引出的引脚，所述封装管壳顶端设有盖板，所述管壳底板上设有用于放置焊料块的焊料槽，所述焊料槽的底部设有第一排气圆孔，所述电加热板设置在所述真空排气腔体内，所述电加热板上设有相连通的第二排气圆孔和排气通道，所述第二排气圆孔与所述第一排气圆孔的形状相适配、位置相对应，所述排气通道通过所述电加热板上的第三排气圆孔与所述真空排气腔体相连通，所述真空排气腔体与外部真空泵相连接。进一步的，还包括真空排气腔体，所述电加热板设置在真空排气腔体内，所述真空排气腔体与外部真空泵连接。
进一步的，所述管壳底板、所述焊料槽的表面和所述第一排气圆孔的表面镀有用于浸润的金属层。进一步的，所述焊料块的形状与所述焊料槽的形状相匹配，所述焊料块上设有与所述第一排气圆孔相连通的通孔。进一步的，所述焊料块为中间设有第四排气圆孔的圆柱体结构，所述第四排气圆孔的直径与所述第一排气圆孔的直径相同。进一步的，所述第四排气圆孔直径0. 8mm-l. 2mm，所述焊料块的外圆直径 1. 6mm-2. 4mm，所述焊料块高度 1. 5mm-2mm。进一步的，所述焊料块采用无助焊剂焊料制成，所述焊料熔点为150度-220度。一种微器件真空封装排气装置的微器件真空封装排气方法，包括以下步骤 步骤1 将焊料块放置在所述焊料槽内，并与其预焊接；
步骤2 在所述封装管壳的顶端采用合金焊料将盖板封接在管壳上； 步骤3:将所述封装管壳置于所述电加热板上，所述第二排气圆孔的位置与所述第一排气圆孔的位置相对应；
步骤4 真空排气，同时电加热板加热，加热温度为120度-150度，对所述封装管壳进行烘烤，真空排气腔体内的真空度达到1*10-31^以上；
步骤5 真空排气Mh-48h，以充分去除所述封装管壳内的水气和其它吸附气体，然后停止排气，在保持封装管壳内的真空环境下，提高所述电加热板的温度直到高于所述焊料块的熔点，使焊料块溶化；
步骤6 焊料融化并封接所述封装管壳的第一排气圆孔后，停止电加热板加热，待所述封装管壳自然冷却后，打开真空排气腔，从电加热板上取下封装管壳，向所述第一排气圆孔内注入硅橡胶，凝固后形成保护层，获得真空封装的微器件。进一步的，所述步骤2中，在所述封装管壳的顶端开口采用平行缝焊接或真空共晶焊接的方式将盖板封接在管壳上。本发明的有益效果是在管壳侧壁上取消焊接的排气管，代之以在管壳底部开孔用于真空排气，并采用中空圆柱体结构的焊料进行气密性封接，使高真空器件没有无氧铜尾管，美观大方，减少了整机开发时器件的占用空间。采用中空圆柱体结构的焊料进行气密性封接，较之以对无氧铜管进行冷压剪切， 在器件封接工艺气密性成品率上有显著提高，具有很高的经济效益。
图1为本发明封装管壳结构示意图2为本发明封装管壳与盖板、焊料块的连接示意图； 图3为本发明电加热板的结构示意图； 图4为本发明封装完毕后的状态示意图； 图5为本发明结构示意图； 图6为本发明真空封装方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。如图1所示，本实施例中采用的封装管壳已完成内部贴片和引线键合工艺，封装管壳1侧壁上烧结引脚2，无无氧铜管，管壳底板4上设有用于放置焊料块的焊料槽，焊料槽的底部设有第一排气圆孔3，用于对器件进行真空排气，第一排气圆孔3内侧与凹槽5和封装管壳底板4的表面均镀以相同的浸润用金属层。如图2所示，焊料块8的形状与所述焊料槽的形状相匹配，焊料块内孔径(即第四排气圆孔的直径)与管壳底板第一排气圆孔3孔径相同，焊料块外径与管壳底板凹槽5孔径相同，焊料块8高度约为焊料槽5高度的1. 5-2倍。焊料块8的材料选择一方面取决于其熔点，应低于该器件封装工艺中所有焊接工艺的熔点温度，但高于器件在排气过程中的电加热板的加热温度，一般焊料块8的材料熔点选择在150°C _220°C之间；另一方面取决于其必须是无助焊剂焊料。如图3所示，依据管壳第一排气圆孔3的开孔位置，在电加热板10上开第二排气圆孔9，与管壳第一排气圆孔3对准。一个电加热板10上可按照封装管壳的尺寸摆放若干个封装管壳，同时开若干个排气圆孔。若干个排气圆孔联通后通过电加热板10上侧面开孔，沿排气通道11将微器件真空封装管壳内的空气抽出到高真空排气腔14体内，再通过高真空泵抽到排气腔14体之外。微器件真空排气方法具体步骤如下
在完成微器件真空封装管壳内其它组件安装后，在封器件盖板7之前，将焊料块8放置在管壳底板的第一排气圆孔3内。采用点焊设备，用小功率激光束将焊料块8与底板焊料槽5的侧壁点焊在一起，具体使用中可采用两点焊接，使焊料块在后续的工艺过程中不会产生移动。对安装了焊料块8的管壳封接器件盖板7。将完成封盖工艺的器件15放置在高真空加热排气腔14内的电加热板10上，按照定位标记放置，使管壳底板第一排气圆孔3与电加热板的第二排气圆孔9对准。如图5所示，关闭真空排气腔体盖板12，打开排气阀16，启动高真空泵对高真空加热排气腔14进行真空排气，由真空规管13监测真空排气腔体内的真空度，同时给电加热板通电加热，使之上升到设定的加热温度，一般在120°C -150°C之间。当加热排气的工艺时间M小时或48小时到后，关闭排气阀16，停止真空排气，使腔内保持在高真空气氛下，提升电加热板温度，使之达到高于焊料块8熔点的温度，使焊料在其固定位置开始融化，由于合金材料的高张力作用，焊料中间的通孔逐渐封闭，焊料块与焊料槽。第一排气圆孔的接触面因金层良好的浸润性而形成气密性封接，形成完全封闭的熔后焊料12，从而使微器件15形成独立的高真空器件。打开回气阀17向真空排气腔体内回气，取出微器件封装管壳，在未完全填充焊料的第一排气圆孔内注入硅橡胶13，用于保护焊接区，封装完毕的封装管壳示意图参照图5。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种微器件真空封装排气装置，其特征在于包括顶端开口的封装管壳、真空排气腔体和电加热板，所述封装管壳侧壁设有微器件引出的引脚，所述封装管壳顶端设有盖板， 所述管壳底板上设有用于放置焊料块的焊料槽，所述焊料槽的底部设有第一排气圆孔，所述电加热板设置在所述真空排气腔体内，所述电加热板上设有相连通的第二排气圆孔和排气通道，所述第二排气圆孔与所述第一排气圆孔的形状想适配、位置相对应，所述排气通道通过所述电加热板上的第三排气圆孔与所述真空排气腔体相连通，所述真空排气腔体与外部真空泵相连接，所述真空排气腔体上设有排气阀和回气阀。
2.根据权利要求1所述的一种微器件真空封装排气装置，其特征在于所述焊料块的形状与所述焊料槽的形状相匹配，所述焊料块上设有与所述第一排气圆孔相连通的通孔。
3.根据权利要求1所述的一种微器件真空封装排气装置，其特征在于所述焊料块为中间设有第四排气圆孔的圆柱体结构，所述第四排气圆孔的直径与所述第一排气圆孔的直径相同。
4.根据权利要求3所述的一种微器件真空封装排气装置，其特征在于所述第四排气圆孔直径0. 8mm-1. 2mm，所述焊料块的外圆直径1. 6mm_2. 4mm，所述焊料块高度1. 5mm-2mm。
5.根据权利要求1所述的一种微器件真空封装排气装置，其特征在于所述管壳底板、 所述焊料槽的表面和所述第一排气圆孔的表面镀有用于浸润的金属层。
6.根据权利要求1至4任一项所述的一种微器件真空封装排气装置，其特征在于所述焊料块采用无助焊剂焊料制成，所述焊料熔点为150度-220度。
7.一种基于如权利要求1至5所述的微器件真空封装排气装置的微器件真空封装排气方法，其特征在于包括以下步骤步骤1 将焊料块放置在所述焊料槽内，并与其预焊接；步骤2 在所述封装管壳的顶端采用合金焊料将盖板封接在管壳上；步骤3:将所述封装管壳置于所述电加热板上，所述第二排气圆孔的位置与所述第一排气圆孔的位置相对应；步骤4 真空排气，同时电加热板加热，加热温度120度-150度，对所述封装管壳进行烘烤；步骤5 真空排气Mh-48h，以充分去除所述封装管壳内的水气和其它吸附气体，然后停止排气，在保持封装管壳内的真空环境下，提高所述电加热板的温度直到高于所述焊料块的熔点，使焊料块溶化；步骤6 焊料融化并封接所述封装管壳的第一排气圆孔后，停止电加热板加热，待所述封装管壳自然冷却后，打开真空排气腔，从电加热板上取下封装管壳，向所述第一排气圆孔内注入硅橡胶，凝固后形成保护层，获得真空封装的微器件。
8.根据权利要求7所述的微器件真空封装排气装置的微器件真空封装排气方法，其特征在于所述步骤2中，在所述封装管壳的顶端开口采用平行缝焊接或真空共晶焊接的方式将盖板封接在管壳上。
全文摘要
本发明涉及一种微器件真空封装排气装置，包括真空排气腔体、电加热板，已完成内部贴片和引线键合工艺的管壳，所述封装管壳侧壁设有微器件引出的引脚，所述封装管壳顶端设有盖板，所述管壳底板上设有用于放置焊料块的焊料槽，所述焊料槽的底部设有第一排气圆孔，所述电加热板设置在所述真空排气腔体内，所述电加热板上设有相连通的第二排气圆孔和排气通道，所述第二排气圆孔的形状、大小与所述第一排气圆孔相对应，所述排气通道通过所述电加热板上的第三排气圆孔与所述真空排气腔体相连通，所述真空排气腔体与外部真空泵相连接。本发明还涉及一种微器件真空封装方法。本发明的有益效果是在管壳侧壁上取消焊接的排气管，代之以按照特定的工序，在上述设备腔体内对所述管壳进行真空排气，管壳封接完成后美观大方，节省装配空间，并且提高了工艺的成品率。
文档编号H01L21/50GK102522343SQ20111042010
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者陈火 申请人:烟台睿创微纳技术有限公司