专利名称：一种用于低水汽含量封装的除气充气设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气密性封装领域，具体涉及一种用于低水汽含量封装的除气充气 设备。
背景技术：
对于MEMS传感器特别是MEMS力学传感器，如MEMS压力传感器、MEMS加速度传感 器和MEMS角速率传感器，在其封装过程中，如果敏感结构封装体内部含有水汽，会吸附或 凝结在敏感结构表面，并且吸附或凝结量随温度的变化而不断变化，从而造成了敏感结构 参数的变化，直接影响MEMS传感器的性能。因此，水汽含量控制是MEMS传感器封装的关键。 对于微电子器件的密封，根据GJB597A-96《半导体集成电路总规范》及GJBM8A-96《微电 子器件实验方法和程序》方法中的规定产品的内部水汽含量不得超过5000Χ10Λ但是对 于MEMS传感器，5000 X 10_6的水汽含量对应的露点温度仅为_3°C左右，在更低的温度下，封 装体内部就可能出现水或者冰，这对MEMS传感器来讲是致命的。军事用途的器件一般要求 可在-40°C下使用，因此就要求封装体内部的水汽含量必须低于500X 10_6。同时高精度的 MEMS传感器还对其敏感结构工作的气体环境有严格的要求，一般常用的气体种类有氢、氦、 氮、氩等，气体纯度一般要求控制在99%以上，气压一般要求为低气压或极限真空，对于在 低真空环境中工作的MEMS传感器，气压精度一般要求控制在士 IOOPa以内。传统的TO封装是一种成熟的封装方式，在电子器件的气密封装中已经得到广泛 的应用，其优点是成本低、可靠性高。传统的TO封装方法，一般采用的是在手套箱内充入干 燥的工艺气体，然后采用平行封焊、储能焊等密封封焊工艺进行封焊。该方法虽然适用于普 通电子器件的密封，但应用于MEMS传感器封装有以下难点，第一，水汽含量较高。由于TO 封装内部水汽的来源主要有两个方面，一是来自封装环境气氛中的水汽，二是来自TO组件 内部所含的水汽和表面吸附的水汽。而手套箱的内部空间较大，并且气密性不高，封装环境 容易留存大量水分子，虽然可以对手套箱内部和充入的工艺气体进行加热，但由于加热温 度较低(一般不高于150°C)，封装环境和封装零部件中仍会残留大量的水汽。因此水汽含 量一般只能达到5000 X 10_6，远高于MEMS传感器对水汽含量的要求；第二，传统的TO封装 采用的是一次封焊实现密封的方案，一般是使用平行封焊、熔焊等密封封焊工艺。由于这些 方法的原理都是靠金属熔化将TO组件固联在一起实现密封，所以都无法避免的会遇到因 金属熔化时所释放出的杂质气体留存在敏感结构封装体内部，从而影响封装体内部的气体 纯度的问题；第三，手套箱不能严格控制充入气体的压力，因此无法精确控制封装体内部工 艺气体的压力。目前需要采用一种新的TO封装方式来解决上述问题，而相应的除气充气设备是 实现该种封装方式的关键，但现有的国内外除气充气设备不能满足工艺要求，并且未能找 到相关报道。发明内容本实用新型的目的在于提供一种用于低水汽含量封装的除气充气设备，通过采用 该设备进行封装可以实现水汽含量低、气体纯度高，压力控制精度高，满足微小型器件封装 要求。实现本实用新型目的的技术方案实现本实用新型目的的技术方案—种用于低水汽含量封装的除气充气设备，包括依次连接的真空系统、工作系统、 充气系统；真空系统包括机械泵、分子泵、液氮冷阱、真空计和四个双通阀门，机械泵通过双 通阀门与分子泵的一端连接，分子泵的另一端与液氮冷阱的一端连接、液氮冷阱的另一端 分别与双通阀门、双通阀门和真空计连接，机械泵还依次通过双通阀门、双通阀门分别与真 空计、液氮冷阱、双通阀门连接；工作系统包括真空计，以及与真空计连接的若干路工作管路，每一路管路包括依 次连接的三通阀门、双通阀门和密封罐；充气系统包括并联的微调阀门和双通阀门，微调阀门、双通阀门均与露点仪、真空 计和充气管路连接；充气管路包括依次连接的双通阀门、储气罐、双通阀门、液氮冷阱、加热 装置、气源；储气罐与露点仪、真空计连接；双通阀门、液氮冷阱之间安装有残余气体分析仪。如上所述的一种用于低水汽含量封装的除气充气设备，工作系统包括三路工作管 路，第一管路包括依次连接的三通阀门、双通阀门和密封罐，第二管路包括依次连接的三通 阀门、双通阀门和密封罐，第三管路包括依次连接的三通阀门、双通阀门和密封罐。本实用新型的效果在于由真空系统、工作系统、充气系统三部分组成的除气充气 设备，能够在MEMS传感器封装前对零部件进行除气，通过监测与控制装置降低设备自身及 零部件的水汽含量和残余气体；同时可以按照相应工艺要求控制充入工艺气体纯度和压 强，进而满足器件封装后对内部水汽含量、工艺气体纯度和压强控制的要求。本实用新型可 以保证微小型器件封装腔体内水汽含量小于500X10_6、工艺气体纯度高于99%、气压精度 控制在士 IOOPa以内。
图1为本实用新型所提供的一种用于低水汽含量封装的除气充气设备的结构示 意图；图2为实施例中密封罐的结构示意图。图中1.机械泵；2.双通阀门；3.分子泵；4.液氮冷阱；5.双通阀门；6.真空计； 7.双通阀门；8.双通阀门；9.三通阀门；10.三通阀门；11.三通阀门；12.双通阀门；13.双 通阀门；14.双通阀门；15.密封罐；16.密封罐；17.密封罐；18.真空计；19.微调阀门； 20.双通阀门；21.露点仪；22.双通阀门；23.真空计；24.露点仪；25.储气罐；26.真空 计；27.双通阀门；28.液氮冷阱；29.加热装置；30.气源；31.残余气体分析仪；32.充气工 装；33.玻璃窗口 ；35.封装组件；36.加热装置；101.真空系统；102.工作系统；103.充气 系统。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。如图1所示，本实用新型的一种用于低水汽含量封装的除气充气设备，包括依次 连接的真空系统101、工作系统102、充气系统103。真空系统101包括机械泵1、分子泵3、液氮冷阱4、真空计6和四个双通阀门2、5、 7、8，机械泵1通过双通阀门2与分子泵3的一端连接，分子泵3的另一端与液氮冷阱4的 一端连接、液氮冷阱4的另一端分别与双通阀门7、双通阀门8和真空计6连接，机械泵1还 依次通过双通阀门5、双通阀门7分别与真空计6、液氮冷阱4、双通阀门8连接。真空系统 101用于控制水汽含量和气体纯度。其中真空泵组采用两级泵，初级泵采用机械泵1，二级 泵采用分子泵3以保证真空度；真空系统具有预除气功能，以降低系统内部自身的水汽含 量和杂质气体；液氮冷阱4用于降低抽气管路内部的水汽含量。机械泵1通过双通阀门5、 双通阀门7、双通阀门8可以对工作系统和充气系统抽低真空；机械泵1通过双通阀门2与 分子泵3连接可以对工作系统102和充气系统102抽高真空；液氮冷阱4用于降低抽气管 路内部的水汽含量；真空计6用于监测抽气管路内部的气压。工作系统102包括真空计18，以及与真空计18连接的三路工作管路，第一管路包 括依次连接的三通阀门9、双通阀门14和密封罐15，第二管路包括依次连接的三通阀门10、 双通阀门13和密封罐16，第三管路包括依次连接的三通阀门11、双通阀门12和密封罐17。 工作管路也可以为四路、五路或者六路。如图2所示，将封装组件35放入密封罐内，密封罐 由专用充气工装32、玻璃窗口 33、加热装置36组成；密封罐通过三通阀门可以连接到真空 系统101或者充气系统103且独立进行工作；真空计18用于监测密封罐内部的气压。充气系统103包括并联的微调阀门19和双通阀门20，微调阀门19、双通阀门20 均与露点仪21、真空计23和充气管路连接。充气管路包括依次连接的双通阀门22、储气罐 25、双通阀门27、液氮冷阱观、加热装置四、气源30 ；储气罐25与露点仪M、真空计沈连 接。双通阀门27、液氮冷阱观之间安装有残余气体分析仪。充气系统103用于控制封装水 汽含量、充入工艺气体及压力控制。采用加热装置四对充气系统管路加热，通过与液氮冷 阱观配合进行高低温除水工作以降低工艺气体的水汽含量，提高工艺气体纯度；露点仪M 用于检测工艺气体中水汽含量；残余气体分析仪31用于检测充气管路中气体成份，当气体 成份满足要求后可以充入工艺气体。真空计26用于监测储气罐25内部的气压；真空计沈 用于监测充入工作系统的气压。本实用新型的除气充气设备可以通过安装温度、气压控制显示装置，实现对温度、 气压的显示控制。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用 新型的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之 内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1.用于低水汽含量封装的除气充气设备，包括依次连接的真空系统(101)、工作系统 (102)、充气系统(103)；真空系统(101)包括机械泵(1)、分子泵(3)、液氮冷阱(4)、真空计(6)和四个双通阀门0、5、7、8)，机械泵(1)通过双通阀门(2)与分子泵(3)的一端连接， 分子泵(3)的另一端与液氮冷阱的一端连接、液氮冷阱的另一端分别与双通阀门(7)、双通阀门(8)和真空计(6)连接，机械泵(1)还依次通过双通阀门(5)、双通阀门(7) 分别与真空计(6)、液氮冷阱(4)、双通阀门(8)连接；工作系统(102)包括真空计(18)，以及与真空计(18)连接的若干路工作管路，每一路 管路包括依次连接的三通阀门、双通阀门和密封罐；充气系统(103)包括并联的微调阀门(19)和双通阀门(20)，微调阀门(19)、双通阀门 (20)均与露点仪(21)、真空计和充气管路连接；充气管路包括依次连接的双通阀门 (22)、储气罐(25)、双通阀门(27)、液氮冷阱(2 、加热装置( )、气源(30)；储气罐(25) 与露点仪(M)、真空计06)连接；双通阀门(27)、液氮冷阱08)之间安装有残余气体分析 仪。
2.按照权利要求1所述的一种用于低水汽含量封装的除气充气设备，其特征在于所 述的工作系统包括三路工作管路，第一管路包括依次连接的三通阀门(9)、双通阀门(14) 和密封罐(15)，第二管路包括依次连接的三通阀门(10)、双通阀门(1 和密封罐(16)，第 三管路包括依次连接的三通阀门(11)、双通阀门(1 和密封罐(17)。
专利摘要本实用新型涉及气密性封装领域，具体涉及一种用于低水汽含量封装的除气充气设备。其特点在于由真空系统、工作系统、充气系统三部分组成的除气充气设备，能够在MEMS传感器封装前对零部件进行除气，通过监测与控制装置降低设备自身及零部件的水汽含量和残余气体；同时可以按照相应工艺要求控制充入工艺气体纯度和压强，进而满足器件封装后对内部水汽含量、工艺气体纯度和压强控制的要求。本实用新型可以保证微小型器件封装腔体内水汽含量小于500×10-6、工艺气体纯度高于99％、气压精度控制在±100Pa以内。
文档编号B81C1/00GK201864557SQ201020601949
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者丁凯, 刘迎春, 安泰, 廖兴才, 张菁华, 曲蕴杰, 杨军, 王汝涛, 王登顺, 秦岷 申请人:北京自动化控制设备研究所