本实用新型专利技术公开了一种超声辅助阳极键合装置及采用该装置键合的微电子器件，该键合装置包括封装结构、加压结构以及电源组件。封装结构包括中间层和两个电解层。中间层布置在器件的封装位置上，两个电解层分别盖在中间层的两端上，并与中间层围成布置器件的封装腔。加压结构包括压力杆、压板以及超声波焊头。超声波焊头固定在压板上，贴在电解层上，压力杆固定在压板上。电源组件包括超声波电源和直流电源。超声波电源使超声波焊头作用在电解层上，使电解层与中间层达到超声连接。直流电源用于向所述封装结构施加一个预设电压，使中间层和电解层实现键合。本实用新型专利技术提高密封性能和键合率，并且提高键合的稳定性和可靠性，延长器件的使用寿命。
Ultrasonic assisted anode bonding device and microelectronic devices bonded by the device
【技术实现步骤摘要】
超声辅助阳极键合装置及采用该装置键合的微电子器件
本技术涉及器件键合
的一种键合装置，尤其涉及一种用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合装置，还涉及该装置键合的柔性微电子器件。
技术介绍
器件的封装是器件设计与制备中的一个关键环节，决定着器件的稳定性和使用寿命。阳极键合也称静电键合，作为MEMS制造中一种重要的封装技术，是一种利用静电场和温度场的偶合作用，在固体电解质材料与金属的连接界面产生强静电吸附力，通过电解质中碱金属离子的离解和迁移，从而实现界面固态反应连接的一种可靠的清洁型微电子机械封装工艺，其优点是连接温度低、速度快、工艺简单、键合强度高、密封性好，而且可以保证材料的某些性能如光学平面等不受破坏。目前硼硅玻璃与硅的键合工艺已经广泛应用于MEMS器件的生产。聚合物固体材料是封装柔性微电子器件最理想的封装材料。目前柔性微电子器件封装的材料较多采用聚氧乙烯(PEO)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。其中，聚氧乙烯(PEO)是与碱金属盐络合能力最好、研究最早、应用最广泛的聚合物电解质本体材料。聚氧乙烯作为封装材料应用于阳极键合，其材料本身存在的不足主要有三点：第一，PEO具有极高的结晶度，使得PEO基聚合物电解质常温下离子电导率普遍不高，一般在10-7～10-8S/cm；第二，采用现有阳极键合技术进行封装，在强电场作用的下，长时间作用，温度升高，高温下会破坏聚合物材料的稳定性，如高温下聚合物材料软化很容易被压溃，导致聚合物材料击穿；反之，键合电压过低，键合时间过短，离子迁移数较少，容易导致键合强度不足等问题；第三，当聚合物表面粗糙度未达到一定的要求(≥1.5μm)时，键合率和密封性也较低。研究表明，表面不平使得键合面处同时存在着接触部分和未接触部分。接触部分在电场的作用下，形成极化区，最终焊合。然而，未接触部分在电场作用下，电位分布随着缝隙宽度的增加而降低，同时静电引力也随之降低，这使得焊接过程受到抑制而难以焊合，密封性差。
技术实现思路
为解决现有的键合装置存在键合强度不足，密封性差，键合率低的技术问题，本技术提供一种超声辅助阳极键合装置及采用该装置键合的微电子器件。本技术采用以下技术方案实现：一种用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合装置，其用于对器件进行键合，其包括：封装结构，其包括中间层和两个电解层；中间层布置在器件的封装位置上，且两端均为开口端；两个电解层分别盖在中间层的两端上，并与中间层围成一个封装腔，器件布置在封装腔中；加压结构，其包括压力杆、压板以及至少两个超声波焊头；超声波焊头固定在压板的一个侧面上，且远离压板的一端贴在其中一个电解层的外壁上；压力杆的一端固定在压板的另一个侧面上；以及电源组件，其包括超声波电源和直流电源；超声波电源用于向压力杆输出振动超声波，使超声波焊头作用在电解层上，以使电解层与中间层达到超声连接；直流电源的正极与中间层电性连接，负极与两个电解层电性连接；直流电源用于向所述封装结构施加一个预设电压，使中间层和电解层实现键合。本技术通过封装结构的中间层和电解层将器件封装起来，而超声波电源能够向压力杆传递超声波，并进一步传递至压板和超声波焊头，使超声波焊头对待连接界面的电解层的表面进行活化和微融化，使被连接材料界面形成部分分子间连接，界面间距被缩短至微米级，而且采用直流电源进行阳极键合，实现将器件封装在封装结构中，解决了现有的键合装置存在键合强度不足，密封性差，键合率低的技术问题，得到了键合强度大，密封性能好，键合率和可靠性高，并且能够延长器件的使用寿命的技术效果。作为上述方案的进一步改进，中间层呈环形；电解层呈板状，且与中间层接触面与压力杆的轴向垂直。作为上述方案的进一步改进，中间层的端面与电解层的端面位于同一平面上，并与压力杆的轴向平行。作为上述方案的进一步改进，沿着压力杆的轴向，超声波焊头与电解层的接触面能投影在电解层与中间层的接触面上。作为上述方案的进一步改进，中间层为由金属或半导体材料制成的层状结构，电解层为由柔性聚合物电解质材料制成的层状结构。作为上述方案的进一步改进，中间层为由铝箔箔制成的环状结构，电解层为PEO-LiClO4或PEO-LiPF6制成的片状结构。作为上述方案的进一步改进，超声波电源为超声频率为20KHz且超声振幅为20～85μm的超声波电源。作为上述方案的进一步改进，超声波电源为超声焊接时间为5～15秒且超声保压时间为5～15秒的超声波电源。本技术还提供一种柔性微电子器件，其为上述任意所述的用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合装置将器件键合而成。相较于现有的键合装置，本技术的超声辅助阳极键合装置及采用该装置键合的微电子器件，其具有以下有益效果：1、该用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合装置，其封装结构的中间层布置在器件的封装位置上，并与两个电解层将器件封装起来，而超声波电源能够向压力杆传递超声波，并进一步传递至压板，压板驱使各个超声波焊头对电解层进行超声波振动，使得电解层的待连接界面的电解质的表面进行活化和微融化，使被连接材料界面形成部分分子间连接，界面间距被缩短至微米级。而且，该装置中电源组件的直流电源可以进行阳极键合，实现将器件封装在封装结构中，这样两种键合工艺相结合能够充分加强键合位置的键合强度，进而提高封装结构的密封性能和键合率，并且提高键合的稳定性和可靠性，延长器件的使用寿命。2、该用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合装置，其能够实现超声波键合和阳极键合的双重键合，键合能够按照设计进行，而且由封装结构构成的三层结构，通过超声波焊合和阳极键合后连接牢固，键合强度大，并且具有良好的密封性，而且其材料选择多样，电解质可以采用柔性聚合物电解质材料，因而结晶度可以选择较低的材料，能够提高电解层的离子电导率。同时，由于在阳极键合之前已经进行了超声波焊接，这样就可以使阳极键合的工作时间缩短，同时电压数值可控，就可以避免键合电压过高或过低所带来的问题，提高键合的成功率和键合质量。另外，当键合位置的表面粗糙程度达不到要求(≥1.5μm)时，超声波振动可以使未接触部分充分接触并焊合，这样在后续阳极键合的过程中就可以增大静电引力，使得焊接更加有效，从而提高焊合的成功率，提升密封性。该柔性微电子器件，其有益效果与该用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合装置的有益效果相同，在此不再做赘述。附图说明图1为本技术实施例1的用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合装置的系统框图；图2为图1中的超声辅助阳极键合装置的封装结构和加压结构的结构示意图。符号说明：1超声波电源7电解层3直流电源8中间层4压力杆11封装腔5超声波焊头12压板6器件具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合装置，其用于对器件(6)进行键合，其特征在于，其包括：/n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；/n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；以及/n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。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于柔性微电子器件封装的超声辅助阳极键合装置，其用于对器件(6)进行键合，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；以及
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。
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装置，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。
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装置，其特征在于，中间...
【专利技术属性】
技术研发人员：阴旭，刘翠荣，赵浩成，杨冰冰，温盼，张丽佛，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：新型
国别省市：山西;14
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