專利名稱：用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種管殼及其制造方法，特別涉及一種用于微光機(jī)電系統(tǒng)的管殼及其制造方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電真空封裝工藝和技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，微機(jī)電系統(tǒng)(Mirco-Electronic-Mechanic System簡稱MEMS)真空封裝技術(shù)有很多來源于電真空的封裝工藝和技術(shù)，但是由于受到制作微機(jī)電系統(tǒng)器件的材料不一(硅等半導(dǎo)體材料)、體積小(電真空器件體積的1/10 1/100)以及工藝溫度低(小于400°C )等諸因素的限制，電真空技術(shù)常用的工藝方法很難直接移植到微機(jī)電系統(tǒng)真空封裝中，而對于微光機(jī)電系統(tǒng)(Mirco-0ptical-Electronic-Mechanic System簡稱M0EMS)的封裝，由于需要提供不同波段的光傳感的窗口，不同材料的窗口與管座和封帽之間的焊接工藝也不同，故對MEMS的封裝工·藝提出了更苛刻的要求。目前解決該問題的同類技術(shù)主要有利用電容儲能焊來實(shí)現(xiàn)管座和封帽之間的連接，它是介于電阻焊和壓力焊之間的一種特殊焊接方式。通過調(diào)節(jié)上下電極間的焊接電壓、焊接壓力(氣缸一次壓力、二次壓力等)來調(diào)整焊接參數(shù)，優(yōu)化焊接質(zhì)量，但是存在大面積施焊效率低，且焊層中會密布針孔狀砂眼，從而影響焊接的氣密性；平行封焊技術(shù)屬于電阻焊，在封焊時，電極在移動的同時轉(zhuǎn)動(通過電極輪)，在一定的壓力下電極之間斷續(xù)通電，由于電極與蓋板及蓋板與焊框之間存在接觸電阻，焊接電流將在這兩個接觸電阻處產(chǎn)生焦耳熱量，使其蓋板與焊框之間局部形成熔融狀態(tài)，凝固后形成焊點(diǎn)，達(dá)到連接管座和封帽的目的，然而該種技術(shù)使得整個管殼重量增加同時接頭處的抗拉強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度低，不易被檢測出來，所需的設(shè)備功率大，使用成本高；低溫金屬釬焊封裝技術(shù)，該技術(shù)是在底座和封帽之間在真空環(huán)境下用低溫金屬焊料進(jìn)行封接，為了使焊料熔融，需要對封裝的腔體整體加熱(400°C以上)，同時需要內(nèi)置低溫吸氣劑并進(jìn)行激活，這樣芯片必須能夠耐受400°C以上的高溫，同時封接的工藝復(fù)雜，力口工成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種用于微光機(jī)電系統(tǒng)的管殼及其制造方法，該制造方法實(shí)現(xiàn)了簡便適用的低成本微光機(jī)電系統(tǒng)的真空封裝，管殼內(nèi)部無內(nèi)應(yīng)力，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，密封性高。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼，包括底座、封帽、濾光片和吸氣劑固定裝置，呈中空筒狀結(jié)構(gòu)的底座一端內(nèi)側(cè)設(shè)有環(huán)狀芯片固定槽，底座圓周外側(cè)壁上設(shè)有一圈環(huán)狀外擴(kuò)止擋，封帽覆蓋于底座一端外側(cè)并與底座上環(huán)狀外擴(kuò)止擋密封固連，底座另一端設(shè)有與內(nèi)部空間連通的開口，濾光片密封固定覆蓋于該開口外側(cè)端面上，所述封帽軸向端面上設(shè)有與底座內(nèi)部連通的透光窗口，還設(shè)有透光片，該透光片密封固定覆蓋位于封帽透光窗口外側(cè)端面上，柱狀的吸氣劑固定裝置固定設(shè)于封帽和底座之一的內(nèi)側(cè)壁上，增加透光窗口后，提供了可見光通道，便于光信號的讀取。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述底座一端外側(cè)徑向外擴(kuò)形成一圈環(huán)狀凸臺結(jié)構(gòu)，增大了底座外側(cè)環(huán)狀外擴(kuò)止擋與芯片間熱容量，防止封帽與底座焊接時熱量過高而損壞芯片。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述透光片為藍(lán)寶石玻璃，藍(lán)寶石玻璃具有透光性好、密度大、結(jié)構(gòu)致密的優(yōu)點(diǎn)，確保透光的同時確保密封性，防止漏氣。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述濾光片為鍍有增透膜的鍺玻璃。一種用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼制作方法，具體步驟如下
步驟一底座和封帽的加工處理機(jī)加工成型后，經(jīng)過燒氫、脫碳、鍍鎳處理后進(jìn)行退火處理，退火溫度為100 300°C，退火時間為5 10小時；步驟二 吸氣劑固定裝置加工處理機(jī)加工完成后對其進(jìn)行清洗，清洗后用氮?dú)獯蹈桑⒎湃敫稍锵渲泻婵?，烘烤溫度?0 180°C，烘烤時間為I 5小時；步驟三底座和封帽表面金屬化先在封帽的濾光片待焊區(qū)、底座和封帽之間的焊接區(qū)及底座的透光片待焊區(qū)均用真空濺射的方法濺射鉻(Cr)作為底層(目的是增加PbSn焊料的浸潤性)，然后電鍍金(Au)到底層外側(cè)形成焊料的過渡層；步驟四濾光片和透光片的焊接濾光片置于封帽的開口外側(cè)并采用鉛錫(PbSn)低熔點(diǎn)焊料在280°C下焊接，焊接同時對濾光片和封帽施加I 5MPa大氣壓力；透光片與底座對應(yīng)窗口的焊接采用過渡玻璃為焊接劑，采用多層焊接法，焊接溫度從850°C逐漸降低，各層之間的焊接溫度差為50-300°C，最終使得底座與濾光片的熱膨脹系數(shù)(CTE)達(dá)到匹配，以上焊接完成后，對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火處理，退火溫度為100 250°C，退火時間為3 6h ;步驟五吸氣劑安裝及微光機(jī)電系統(tǒng)芯片的粘接用丙烯酸樹脂將裝有吸氣劑的吸氣劑固定裝置粘在底座內(nèi)側(cè)壁上，然后加熱至100 150°C，保持30 60s，使粘接劑固化；步驟六底座和封帽的焊接采用激光束焊接底座和封帽，焊接過程中整個結(jié)構(gòu)放置在密閉的氬氣環(huán)境中；步驟七抽氣口焊接及檢漏采用銀銅(AgCu)焊料將抽氣口和底座上預(yù)留的抽氣孔焊接起來，然后進(jìn)行漏氣檢測，檢測合格后將封帽和底座形成的封裝腔內(nèi)真空度抽至KT5Pa以下，并在100°C以下的溫度烘烤至少15天除氣，最后用冷壓法將抽氣口剪斷密封。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述濾光片采用鍺玻璃，透光片采用藍(lán)寶石玻璃。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述底座和封帽均為可伐合金材料。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，底座和封帽通過激光焊接時，激光束功率12KW，脈沖寬度 I. 5ms,頻率 IOHz。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用激光焊接技術(shù)焊接底座和封帽，激光焊接屬于局部熔焊，其激光功率，脈沖寬度，焊接頻率等工藝參數(shù)可調(diào)，可最大限度的保證芯片不會因溫度過高而失效濾光片與透光片分別采用兩種不同波段的光通道(鍺玻璃和藍(lán)寶石玻璃)的焊接工藝低溫釬焊和多層焊接技術(shù)及工藝；微光機(jī)電系統(tǒng)芯片的粘接步驟在封帽與透光片及底座和濾光片的焊接步驟之后，避免高溫對芯片的損傷。


圖I為本發(fā)明中用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼，包括底座I、封帽2、濾光片3和吸氣劑固定裝置4，呈中空筒狀結(jié)構(gòu)的底座I 一端內(nèi)側(cè)設(shè)有環(huán)狀芯片固定槽，底座圓周外側(cè)壁上設(shè)有一圈環(huán)狀外擴(kuò)止擋12，封帽2覆蓋于底座I 一端外側(cè)并與底座上環(huán)狀外擴(kuò)止擋12 密封固連，底座I另一端設(shè)有與內(nèi)部空間連通的開口 13，濾光片3密封固定覆蓋于該開口13外側(cè)端面上，所述封帽2軸向端面上設(shè)有與底座I內(nèi)部連通的透光窗口 21，還設(shè)有透光片5，該透光片5密封固定覆蓋位于封帽透光窗口 21外側(cè)端面上，柱狀的吸氣劑固定裝置4固定設(shè)于封帽2和底座I之一的內(nèi)側(cè)壁上，增加透光窗口后，提供了可見光通道，便于光信號的讀取。所述底座I 一端外側(cè)徑向外擴(kuò)形成一圈環(huán)狀凸臺結(jié)構(gòu)11，增大了底座外側(cè)環(huán)狀外擴(kuò)止擋與芯片間熱容量，防止封帽與底座焊接時熱量過高而損壞芯片。所述透光片5為藍(lán)寶石玻璃，藍(lán)寶石玻璃具有透光性好、密度大、結(jié)構(gòu)致密的優(yōu)點(diǎn)，確保透光的同時確保密封性，防止漏氣。所述濾光片3為鍍有增透膜的鍺玻璃。一種用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼制作方法，具體步驟如下步驟一底座和封帽的加工處理機(jī)加工成型后，經(jīng)過燒氫、脫碳、鍍鎳處理后進(jìn)行退火處理，退火溫度為100 300°C，退火時間為5 10小時；步驟二 吸氣劑固定裝置加工處理機(jī)加工完成后對其進(jìn)行清洗，清洗后用氮?dú)獯蹈桑⒎湃敫稍锵渲泻婵?，烘烤溫度?0 180°C，烘烤時間為I 5小時；步驟三底座和封帽表面金屬化先在封帽的濾光片待焊區(qū)、底座和封帽之間的焊接區(qū)及底座的透光片待焊區(qū)均用真空濺射的方法濺射鉻(Cr)作為底層(目的是增加PbSn焊料的浸潤性)，然后電鍍金(Au)到底層外側(cè)形成焊料的過渡層；步驟四濾光片和透光片的焊接濾光片置于封帽的開口外側(cè)并采用鉛錫(PbSn)低熔點(diǎn)焊料在280°C下焊接，焊接同時對濾光片和封帽施加I 5MPa大氣壓力；透光片與底座對應(yīng)窗口的焊接采用過渡玻璃為焊接劑，采用多層焊接法，焊接溫度從850°C逐漸降低，各層之間的焊接溫度差為50-300°C，最終使得底座與濾光片的熱膨脹系數(shù)(CTE)達(dá)到匹配，以上焊接完成后，對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火處理，退火溫度為100 250°C，退火時間為3 6h ;步驟五吸氣劑安裝及微光機(jī)電系統(tǒng)芯片的粘接用丙烯酸樹脂將裝有吸氣劑的吸氣劑固定裝置粘在底座內(nèi)側(cè)壁上，然后加熱至100 150°C，保持30 60s，使粘接劑固化；步驟六底座和封帽的焊接采用激光束焊接底座和封帽，焊接過程中整個結(jié)構(gòu)放置在密閉的氬氣環(huán)境中；步驟七抽氣口焊接及檢漏采用銀銅(AgCu)焊料將抽氣口和底座上預(yù)留的抽氣孔焊接起來，然后進(jìn)行漏氣 檢測，檢測合格后將封帽和底座形成的封裝腔內(nèi)真空度抽至KT5Pa以下，并在100°C以下的溫度烘烤至少15天除氣，最后用冷壓法將抽氣口剪斷密封。所述濾光片采用鍺玻璃，透光片采用藍(lán)寶石玻璃。所述底座和封帽均為可伐合金材料。所述底座和封帽通過激光焊接時，激光束功率12KW，脈沖寬度I. 5ms，頻率IOHz。
權(quán)利要求
1.一種用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼，包括底座(I)、封帽(2)、濾光片(3)和吸氣劑固定裝置(4)，呈中空筒狀結(jié)構(gòu)的底座(I) 一端內(nèi)側(cè)設(shè)有環(huán)狀芯片固定槽，底座圓周外側(cè)壁上設(shè)有一圈環(huán)狀外擴(kuò)止擋(12)，封帽(2)覆蓋于底座(I) 一端外側(cè)并與底座上環(huán)狀外擴(kuò)止擋(12)密封固連，底座⑴另一端設(shè)有與內(nèi)部空間連通的開口(13)，濾光片(3)密封固定覆蓋于該開口(13)外側(cè)端面上，其特征在于所述封帽(2)軸向端面上設(shè)有與底座(I)內(nèi)部連通的透光窗口(21)，還設(shè)有透光片(5)，該透光片(5)密封固定覆蓋位于封帽透光窗口(21)外側(cè)端面上，柱狀的吸氣劑固定裝置(4)固定設(shè)于封帽(2)和底座(I)之一的內(nèi)側(cè)壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼，其特征在于所述底座(I)一端外側(cè)徑向外擴(kuò)形成一圈環(huán)狀凸臺結(jié)構(gòu)(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼，其特征在于所述透光片(5)為藍(lán)寶石玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼，其特征在于所述濾光片(3)為鍍有增透膜的鍺玻璃。
5.一種要求I所述的用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼制作方法，其特征在于具體步驟如下 步驟一底座和封帽的加工處理 機(jī)加工成型后，經(jīng)過燒氫、脫碳、鍍鎳處理后進(jìn)行退火處理，退火溫度為100 300°c，退火時間為5 10小時； 步驟二 吸氣劑固定裝置加工處理 機(jī)加工完成后對其進(jìn)行清洗，清洗后用氮?dú)獯蹈?，并放入干燥箱中烘烤，烘烤溫度?0 180°C，烘烤時間為I 5小時； 步驟三底座和封帽表面金屬化 先在封帽的濾光片待焊區(qū)、底座和封帽之間的焊接區(qū)及底座的透光片待焊區(qū)均用真空濺射的方法濺射鉻作為底層，然后電鍍金到底層外側(cè)形成焊料的過渡層； 步驟四濾光片和透光片的焊接 濾光片置于封帽的開口外側(cè)并采用鉛錫低熔點(diǎn)焊料在280°C下焊接，焊接同時對濾光片和封帽施加I 5MPa大氣壓力；透光片與底座對應(yīng)窗口的焊接采用過渡玻璃為焊接劑，采用多層焊接法，焊接溫度從850°C逐漸降低，各層之間的焊接溫度差為50-300°C，最終使得底座與濾光片的熱膨脹系數(shù)達(dá)到匹配，以上焊接完成后，對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火處理，退火溫度為100 250°C，退火時間為3 6h ; 步驟五吸氣劑安裝及微光機(jī)電系統(tǒng)芯片的粘接 用丙烯酸樹脂將裝有吸氣劑的吸氣劑固定裝置粘在底座內(nèi)側(cè)壁上，然后加熱至100 150°C，保持30 60s，使粘接劑固化； 步驟六底座和封帽的焊接 采用激光束焊接底座和封帽，焊接過程中整個結(jié)構(gòu)放置在密閉的氬氣環(huán)境中； 步驟七抽氣口焊接及檢漏 采用銀銅焊料將抽氣口和底座上預(yù)留的抽氣孔焊接起來，然后進(jìn)行漏氣檢測，檢測合格后將封帽和底座形成的封裝腔內(nèi)真空度抽至KT5Pa以下，并在100°C以下的溫度烘烤至少15天除氣，最后用冷壓法將抽氣口剪斷密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼制作方法，其特征在于所述濾光片采用鍺玻璃，透光片采用藍(lán)寶石玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼制作方法，其特征在于所述底座和封帽均為可伐合金材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼制作方法，其特征在于底座和封帽通過激光焊接時，激光束功率12KW，脈沖寬度I. 5ms，頻率IOHz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝的管殼及其制作方法，底座內(nèi)有芯片固定槽，封帽密封固連于底座一端外側(cè)的環(huán)狀外擴(kuò)止擋，濾光片密封覆蓋于底座另一端的開口外側(cè)，透光片密封固定覆蓋于封帽軸向端面的透光窗口外側(cè)，吸氣劑固定裝置固設(shè)于封帽和底座內(nèi)，其制作方法為加工底座和封帽并進(jìn)行燒氫、脫碳、鍍鎳和退火處理；加工吸氣劑固定裝置并進(jìn)行清洗、吹干和烘烤處理；底座和封帽的焊接區(qū)濺射鉻后電鍍金；將濾光片和透光片分別通過鉛錫焊料焊接和過渡玻璃多層焊接到底座和封帽上，并進(jìn)行退火處理；粘接吸氣劑固定裝置并將底座和封帽焊接在一起；漏氣檢測和抽真空密封處理，本發(fā)明用于微光機(jī)電系統(tǒng)真空封裝，同時保證芯片不因高溫失效。
文檔編號B81C1/00GK102951594SQ201110248568
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者高杰 申請人:昆山光微電子有限公司