[发明专利]一种用于低温超声阳极键合装置中的玻璃片夹持器

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS封装中的夹持器，尤其涉及一种用于低温超声阳极键合装置中的玻璃片夹持器。

背景技术

阳极键合和引线键合是MEMS封装中的主要键合焊接方法。

引线键合是一种利用超声、热、压力将芯片和引线框架上的焊盘用金或铜导线互相连接起来的工艺过程，通过超声摩擦能够去除键合界面的氧化物，软化键合界面，在热和压力的作用下将金或铜与焊盘（一般为铝焊盘）焊接在一起，例如专利文献：CN1773688A，其主要用于金属之间的焊接。

阳极键合又称静电键合或者场助键合，在MEMS技术领域中，主要是玻璃与硅的表面键合工艺，其基本原理是将直流电源正极接硅片，负极接玻璃片，由于玻璃在一定高温下的性能类似于电解质，而硅片在温度升高到300℃～400℃时，电阻率将因本征激发而降至0.1Ω·m，此时玻璃种的导电粒子（如Na+）在外电场作用下漂移到负电极的玻璃表面，而在紧邻硅片的玻璃表面留下负电荷，由于Na+的漂移使电路中产生电流流动，紧邻硅片的玻璃表面会形成一层极薄宽度约为几μm的空间电荷区（或称耗尽层）。由于耗尽层带负电荷，硅片带正电荷，所以硅片与玻璃之间存在较大的静电吸引力，使两者紧密接触，并在键合面发生物理化学反应，形成牢固结合的Si-O共价键，将硅与玻璃界面牢固地连接在一起。与其它键合技术相比，阳极键合具有成本低、工艺简单、键合强度高和密封性好等优点，此外相对于硅熔融键合技术还有对超净环境要求不高且能容忍更大表面粗糙度的显著优势。因此在对密封、键合强度要求较高的MEMS器件，如真空传感器、微机械红外探测器、三维微加速度计、机械微陀螺、微型原子钟铷腔等，进行后道封装时阳极键合是不可或缺的工艺手段。同时也在硅基混合微传感器、微发生器以及微流控装置等MEMS器件的制作、封装中广泛地应用。因此阳极键合技术发展水平对MEMS技术的不断进步具有重要的影响。

在目前的高温阳极键合技术中，过低的温度会使玻璃的导电性变差，同时玻璃无法软化，则无法实现玻璃表面微观峰的蠕动，造成玻璃与硅片的界面无法达到静电力作用的距离，因此高温是实现这种阳极键合的必要条件。但高温又使阳极键合容易产生如下问题：其一，高温引起MEMS器件损坏。对于某些温敏器件而言，过高的温度会使其精度降低，甚至会使其破坏而失效，而这些微结构和电路所能承受的温度是有严格限制的，否则就会造成器件的损坏或者影响其使用寿命，如CMOS电路在400℃下超过15分钟就会发生Si-Al反应，使电路结构破坏。其二，高温容易引起残余应力。高温长时间作用于硅-玻璃键合基体上容易产生热应力，在完成键合冷却后热应力无法释放，会造成MEMS器件工作不稳定和可靠性降低。其三，高温诱发离子扩散。在某些MEMS器件中，为了实现特定功能，往往在硅基底中掺入某些特定的离子，而在对这些掺杂过的MEMS器件进行键合时，高温的键合过程会使掺杂物质重新扩散，这将改变杂质分布和电学特性，而且如果界面存在一些污染和缺陷，在高温的作用下也会扩散开，使产品失效区域变得不可控，同时使键合界面电学特性劣化，严重地影响了MEMS器件的性能。

高温键合过程中存在的这些问题越来越不能适应MEMS器件高性能发展的需求。针对高温阳极键合对MEMS器件所产生的不利影响，目前有介质阻挡等离子体放电表面处理的方法实现低温阳极键合，例如专利文献：CN102659071A，但此方法需要的放电电压为500-2000V，这对某些对高电压敏感的MEMS器件来说是不可行的，高压容易击穿MEMS器件中的电路，从而损坏需要键合的MEMS器件，另外，其工作台加热温度范围为250-350℃，温度对于有的MEMS器件而言，仍然过高，会影响了MEMS器件的性能。

因此，针对上述现有技术中存在的问题，有必要提供一种能够在低温条件下，实现阳极键合的装置，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于低温超声阳极键合装置中的玻璃片夹持器，该夹持器保证了在施加较低温度下硅片和玻璃片能实现性能良好的阳极键合。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种玻璃片夹持器，该玻璃片夹持器由高压气体接头，第一夹持片，第一预紧弹簧，第一预紧片，第一预紧螺钉，第二夹持片，第二预紧弹簧，第二预紧片，第二预紧螺钉组成，第一夹持片通过第一预紧弹簧与第一预紧片相连，第一预紧螺钉顶住第一预紧片，第二夹持片通过第二预紧弹簧与第二预紧片相连，第二预紧螺钉顶住第二预紧片。

其中，所述第一夹持片与第二夹持片在同一平面上呈90度设置。

其中，所述玻璃片夹持器放于温控键合炉上。