全自動真空包裝機設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】

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晶圓級MEMS真空包裝 R. Gooch,a) T. Schimert, W. McCardel, and B. Ritchey 雷聲系統(tǒng)公司，微軟35，達拉斯，德克薩斯州75243 D. Gilmour and W. Koziarz 空軍研究實驗室/ IFTE，羅馬，紐約13441-4505 (1998年10月12日?1999年4月26日) 真空包裝的高性能紅外（IR）的MEMS非制冷探測器和陣列，慣性MEMS加速度計和陀螺儀，射頻（RF）MEMS諧振器是一個技術(shù)發(fā)展道路，以低成本，高容量的MEMS生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。傳送到晶圓廠的晶圓級真空包裝，包裝操作。它是中性的產(chǎn)品使MEMS商用化的技術(shù)，為家庭，工業(yè)，汽車，環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用。 4英寸晶圓級真空包裝已被證明使用紅外MEMS測輻射熱計和結(jié)果將在這篇文章中提出。除了晶圓級封裝，組件級陶瓷真空包真空包裝的可靠性得到的結(jié)果也將提交。 ?1999美國真空學會。[S0734-2101?99！21204-3] 1、 引言 真空包裝的高性能紅外（IR）的MEMS非制冷探測器和陣列，以及慣性MEMS加速度計和陀螺儀，射頻（RF）MEMS諧振器是在技術(shù)發(fā)展道路的關(guān)鍵問題，以低成本，高容量的MEMS生產(chǎn)。大多數(shù)非致冷探測器技術(shù)采用細長的熱隔離腿支撐基板薄，熱響應(yīng)暫停膜像素設(shè)計熱隔離。典型的懸浮膜熱阻的熱隔離衡量ED是，即熱導。這樣的隔熱水平，需要分10毫托真空的真空環(huán)境，消除通過氣導包中的熱損失 。 圖1、組件級和晶圓級真空包裝比較方法 在這篇文章中，晶圓級紅外MEMS非制冷探測器的真空包裝的最新研究成果，提出了一個組件級陶瓷真空包裝方法的對比。組件級和晶圓級封裝方法的比較示于圖1。組件級真空包裝過程中涉及到MEMS晶圓切割和安裝在個別其后密封和測試的陶瓷封裝的MEMS芯片。在waferlevel包裝方法，MEMS模具密封在一個密封的過程，并隨后在晶圓級測試。晶圓被切割成個別真空包裝死于測試完成后。晶圓級真空包裝方法的主要優(yōu)點是大大降低了成本和相對較高的卷吞吐量組件級的真空包裝方法。晶圓級封裝還提供低成本微小型化和系統(tǒng)集成方面的關(guān)鍵優(yōu)勢。 圖2（a）1英寸晶圓級真空包裝，密封環(huán)結(jié)構(gòu)（b）1及（c）英寸晶圓，4英寸晶圓 結(jié)果晶圓級真空包裝的a-Si微測陣列。分10毫托真空晶圓級封裝陣列已被證明。從正在進行的密封式晶圓級封裝測試的結(jié)果表明，迄今沒有退化包真空包7個月的壽命。一個4英寸晶圓級真空包78％的晶圓密封產(chǎn)量的過程中已被證明。 還提出了一個84針0.7*0.7英寸腔和16針0.2*0.3英寸腔CERDIP封裝陶瓷真空包的可靠性結(jié)果。一個抗反射涂層的硅或鍺蓋密封陶瓷封裝。分10毫托真空包裝的a-Si微測陣列已被證明。此外，陶瓷真空包裝的微測陣列已受到烘烤的高溫穩(wěn)定性測試，在150°為在空軍研究實驗室，紐約，羅馬，1500?沒有包真空退化。陶瓷真空包裝已使用可靠的a-Si微測陣列封裝熱阻接近輻射限制的包熱隔離 。 圖3、1英寸晶圓級<10毫托真空的真空包裝 二、晶圓級真空包裝 晶圓級真空包裝，低成本，高容量的紅外MEMS慣性MEMS，RF MEMS應(yīng)用正在開發(fā)中。1英寸，4英寸晶圓鋸的零件進行了初步發(fā)展。的晶圓級封裝過程現(xiàn)在已經(jīng)擴大到4英寸晶圓。近日，4英寸晶圓級真空包裝示范使用的a-Si微測陣列晶片已進行了密封晶圓產(chǎn)量的78％。 如圖1英寸晶圓級封裝2（a）。1英寸的一部分，有獨立包裝的死，硅微測每個密封環(huán)，見圖6。2（b）一個1英寸晶圓包含四個雙通道微測封裝模具和兩個四通道封裝模具，分別用于在紅外氣體傳感器的應(yīng)用。密封的熱輻射計腔如圖密封下運行使用金屬互連解決。2（b）互連密封圈電絕緣氮化層分離。一個4英寸微測晶圓顯示密封圈結(jié)構(gòu)如圖2（c）。 晶圓級真空包裝，結(jié)果表明包真空<10毫托如圖3。為了獲得精確的校準在晶圓級真空包裝模具的細胞壓力，孔鉆在一個密封包裝和包被放置在一個真空杜瓦獲得微測信號與真空壓力校準曲線顯示在弄清楚。使用曲線，在密封包裝的信號（54毫伏）對應(yīng)到9毫托密封的真空度 。 圖4。晶圓級封裝超過7個月期間的穩(wěn)定 六個打包的穩(wěn)定真空度測量死在1英寸晶圓級封裝[圖2（B）]已進行了7個月的期間內(nèi)沒有任何包裝模具的微測信號的退化。圖所示為真空晶圓級封裝123號穩(wěn)定結(jié)果如圖4。在五六個包模的微測信號顯示超過7個月的試驗表明，晶圓級封裝真空并沒有惡化的時期保持穩(wěn)定。一個短的開發(fā)在封裝模具1號之后的第三次測量的數(shù)據(jù)不可用。這些結(jié)果是一個長期可靠的非致冷探測器真空晶圓級封裝的第一個示范。該軟件包將繼續(xù)進行監(jiān)測，評估延長一段時間的晶圓級真空包裝的完整性。 晶圓級封裝過程已擴大到4英寸晶圓[圖2（c）條]近4英寸的a-Si輻射熱計晶圓級真空包裝示范參展密封產(chǎn)量的78％，整個功能模晶圓。密封4英寸晶圓鋸的個別模具，如圖9以下討論三 。 圖5。84引腳陶瓷封裝（a）顯示安裝陣列（二）密封 3、 用于組件級陶瓷真空包裝的可靠性研究 圖6。 84引腳陶瓷封裝結(jié)果 在本節(jié)中，將真空包裝的穩(wěn)定性和可靠性都高，高溫烘烤穩(wěn)定和組件級陶瓷封裝長期的真空穩(wěn)定性試驗獲得的研究。 84針陶瓷真空包裝，為大面積的MEMS開發(fā)，如圖5。如圖0.7開放84針氧化鋁陶瓷封裝*0.7英寸腔面積。 5（a）與兩個256*78A硅微測陣列安裝在腔。如圖焊接密封抗反射（AR）涂層鍺窗口（8-12微米的光譜帶通）包5（b）。 GE窗口，因為它在8-12微米波段的透明度。此外，低的熱膨脹系數(shù)（CTE）不匹配之間的氧化鋁陶瓷封裝()和GE窗口(~)是產(chǎn)量高，質(zhì)量可靠焊接密封使用這種大包的過程中的一個關(guān)鍵要求。 真空包裝在一個密封的84引腳封裝，得到的結(jié)果如圖6。至于與晶圓級封裝，真空校準進行封裝后密封，在密封包裝的蓋子上鉆一個孔，并放置在真空杜瓦包，獲得了微測信號與真空度的校準曲線測試。大面積的84引腳陶瓷真空包裝后密封與真空度的微測信號校準曲線如圖6。在這種情況下的密封包裝測輻射熱計的信號水平是101毫伏。從圖中的校準曲線，這相當于3毫托的真空密封包裝。 圖7。150℃烘烤84引腳陶瓷封裝的穩(wěn)定結(jié)果 兩個84引腳的陶瓷真空包裝，含雙256* 78陣列都受到高溫烘烤穩(wěn)定性測試，在空軍研究實驗室，紐約，羅馬。在測試中，593和595包，以150℃烤1500?。結(jié)果，如圖所示。7，顯示為兩個通道，在每包（-6，-8）的輻射熱計的信號水平。該軟件包進行了測試后共100小時，在150°C烘烤和復檢后，共有350個，1000和1500?，分別在150°?烤。 100小時后，在這兩個探測器的渠道表現(xiàn)出輻射熱計信號略有增加。?1500年之后，這兩個包中的探測器通道593基本保持不變。在595包，是一個信號后小幅回落350?由于部分分層抗反射涂層。然而，最后兩個通道的信號電平與初始信號電平，表示沒有真空包退化。 據(jù)悉，在圖的a-Si微測信號電平第7兩至三次較大，如圖6。相同的條件下進行了測量兩套。圖改進的信號電平第7，由于最近的a-Si微測熱隔離像素增強。在這些的像素單元，大大提高熱電阻(熱導。已經(jīng)取得了比較以前的報告。 圖8。29日每月17 CERDIP封裝真空包裝真空穩(wěn)定的結(jié)果 最后，對于長期包真空，它指出，84引腳的陶瓷真空包裝的最古老的，現(xiàn)在超過12月齡，表明沒有真空退化的跡象。此外，從長期（29月），真空包裝的穩(wěn)定性試驗的結(jié)果進行了AR涂層的硅蓋密封包裝，年齡在圖使用以前開發(fā)的組件級別的16引腳cerdip真空。8。在圖中，最終微測信號的比例（29個月后）的初始信號顯示，基本上仍然是統(tǒng)一測試表明微測信號沒有退化，因此包真空超過29個月期間，為17個包。 圖9顯示了六個WLVP模具從密封4英寸晶圓被鋸掉，安裝和測試包進行他們通過同一套陶瓷包裝的輻射熱計陣列的環(huán)境試驗。評價是目前正在進行。都死了幾百小時150°?烘烤后存活不變。 圖9。六WLVP模具在評價的84針包 四、 概要 真空包裝的高性能紅外MEMS的非制冷探測器和陣列，以及慣性MEMS加速度計和陀螺儀，射頻MEMS諧振器是一個低成本，大批量MEMS生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展路徑中的關(guān)鍵問題。在這篇文章中，晶圓級紅外MEMS非制冷探測器的真空包裝的最新研究成果進行了介紹和對比與組件級陶瓷真空包裝方法。在MEMS的晶圓級封裝方法，模具密封在一個密封的過程，并隨后在晶圓級測試。晶圓被切割成個別真空包裝死于測試完成后。晶圓級真空包裝方法的主要優(yōu)點是大大降低了成本和相對較高的卷吞吐量組件級別的真空包裝方法。晶圓級封裝還提供低成本微小型化和系統(tǒng)集成方面的關(guān)鍵優(yōu)勢。 晶圓級真空包裝的a-Si微測陣列的結(jié)果。分10毫托真空晶圓級封裝陣列進行了論證。從正在進行的密封式晶圓級封裝測試的結(jié)果表明，迄今沒有退化包真空包7個月的壽命。一個4英寸晶圓級真空包78％的晶圓密封產(chǎn)量的過程中被證明。 還介紹了一個84針的0.7英寸*0.7英寸腔和16針0.2英寸*0.3英寸腔CERDIP封裝陶瓷真空包的可靠性結(jié)果。一個抗反射涂層的硅或鍺蓋密封陶瓷封裝。分10毫托真空包裝的a-Si微測陣列已被證明。此外，陶瓷真空包裝的微測陣列受到高溫穩(wěn)定性烤測試包真空中沒有退化為1500?150℃。 致謝 真空包裝的開發(fā)工作，支持DARPA的合同號F30602-97-C-0127，“MEMS真空包裝，COTR，杜安吉爾莫，美國空軍研究實驗室，DARPA的ETO項目經(jīng)理，埃利亞斯Towe; DARPA的駐MEMS項目經(jīng)理，鋁皮薩諾。作者感謝卡洛斯·卡斯特羅有益的討論和支持。他們還感謝貝蒂莫西爾，簡·亨利，約翰·克拉克，馬克Gulsvig，蘇珊·燕子和諾米·威廉姆斯，他們的技術(shù)援助。 1T。 schimert，R·古奇，W. McCardel，R.特里爾，S.萊羅，J.惠特尼，P.克羅格，和Ahne答，1996年環(huán)境和過程監(jiān)控，空氣及廢物的光學傳感技術(shù)的國際專業(yè)會議論文集管理協(xié)會，1997年，第67-77頁。 7