[发明专利]一种超声辅助阳极键合方法及其超声辅助阳极键合系统

权利要求书

1.一种用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合方法，其通过一个超声辅助阳极键合装置对器件（6）进行键合；其特征在于，所述超声辅助阳极键合装置包括封装结构、加压结构以及电源组件；所述封装结构包括中间层（8）和两个电解层（7）；中间层（8）布置在器件（6）的封装位置上，且两端均为开口端；两个电解层（7）分别盖在中间层（8）的两端上，并与中间层（8）围成一个封装腔（11），器件（6）布置在封装腔（11）中；所述加压结构包括压力杆（4）、压板（12）以及至少两个超声波焊头（5）；超声波焊头（5）固定在压板（12）的一个侧面上，且远离压板（12）的一端贴在其中一个电解层（7）的外壁上；压力杆（4）的一端固定在压板（12）的另一个侧面上；所述电源组件包括超声波电源（1）和直流电源（3）；超声波电源（1）用于向压力杆（4）输出振动超声波，使超声波焊头（5）作用在电解层（7）上，以使电解层（7）与中间层（8）达到超声连接；直流电源（3）的正极与中间层（8）电性连接，负极与两个电解层（7）电性连接；

中间层（8）为由铝箔制成的环状结构，电解层（7）为PEO-LiClO₄或PEO-LiPF₆制成的片状结构；

超声波电源（1）的超声频率为20KHz，超声振幅为20~85μm；超声波电源（1）的超声保压时间为5~15秒；所述超声波电源（1）的超声焊接时间为5~15秒；预设电压为200~1000V，键合压力为10~25MPa；

所述超声辅助阳极键合方法包括以下步骤：

一、在器件（6）的封装位置上安装中间层（8），并在中间层（8）的两端分别布置两个电解层（7），以将器件（6）密封；

二、将直流电源（3）的正极接到中间层（8）上，并将直流电源（3）的负极接到两个电解层（7）上；

三、向压力杆（4）施加一个预设压力，使超声波焊头（5）抵压在电解层（7）上；

四、启动超声波电源（1），使超声波焊头（5）作用在电解层（7）上，以使电解层（7）与中间层（8）达到超声连接；以及

五、关闭超声波电源（1），并启动直流电源（3）以输出一个预设电压作用于中间层（8）与电解层（7），使中间层（8）和电解层（7）实现阳极键合。

2.如权利要求1所述的用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合方法，其特征在于，所述超声辅助阳极键合方法还包括以下步骤：

六、在中间层（8）和电解层（7）键合后，将所述封装结构保压并测试键合率。

3.如权利要求1所述的用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合方法，其特征在于，中间层（8）呈环形，电解层（7）呈板状，且与中间层（8）接触面与压力杆（4）的轴向垂直；中间层（8）的端面与电解层（7）的端面位于同一平面上，并与压力杆（4）的轴向平行。

4.如权利要求1所述的用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合方法，其特征在于，沿着压力杆（4）的轴向，超声波焊头（5）与电解层（7）的接触面能投影在电解层（7）与中间层（8）的接触面上。

5.一种用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合系统，其应用于如权利要求1-4中任意一项所述的用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合方法，其特征在于，其包括：

封装结构，其包括中间层（8）和两个电解层（7）；中间层（8）布置在器件（6）的封装位置上，且两端均为开口端；两个电解层（7）分别盖在中间层（8）的两端上，并与中间层（8）围成一个封装腔（11），器件（6）布置在封装腔（11）中；

加压结构，其包括压力杆（4）、压板（12）以及至少两个超声波焊头（5）；超声波焊头（5）固定在压板（12）的一个侧面上，且远离压板（12）的一端贴在其中一个电解层（7）的外壁上；压力杆（4）的一端固定在压板（12）的另一个侧面上；

电源组件，其包括超声波电源（1）和直流电源（3）；超声波电源（1）用于向压力杆（4）输出振动超声波，使超声波焊头（5）作用在电解层（7）上，以使电解层（7）与中间层（8）达到超声连接；直流电源（3）的正极与中间层（8）电性连接，负极与两个电解层（7）电性连接；直流电源（3）用于向所述封装结构施加一个预设电压，使中间层（8）和电解层（7）实现键合；以及

控制组件，其包括控制器（2）、开关一（9）以及开关二（10）；开关一（9）用于打开或关闭超声波电源（1），开关二（10）用于打开或关闭直流电源（3）；控制器（2）用于在压力杆（4）向压板（12）施加所述预设压力后，先通过开关一（9）启动超声波电源（1），使超声波焊头（5）作用在电解层（7）上，直至电解层（7）与中间层（8）达到超声连接，再通过开关一（9）关闭超声波电源（1），并通过开关二（10）启动直流电源（3）以输出一个预设电压作用于中间层（8）与电解层（7），使中间层（8）和电解层（7）实现阳极键合。