真空封装装置 专利技术说明

包装,储藏,运输设备的制造及其应用技术1.本发明涉及封装设备技术领域，具体涉及一种真空封装装置。背景技术：2.本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。3.真空器件在多个技术领域占据不可替代的地位，例如航空航天、生物医疗、环境保护、食品安全等等。在真空器件的制备过程中，真空器件内部的真空环境的制备是一个核心的环节，通常依靠在真空腔室中对真空器件进行封装来实现。而对于许多微型真空器件，例如x射线源、电离真空传感器、真空电子管等等，则是依托键合技术来满足真空器件对于真空度的需求，键合技术包括共熔键合、阳极键合、直接键合以及烧结键合等等。4.现有的真空封装装置主要是通过层间封装技术对真空器件进行真空密封，但是，现有的真空封装装置无法同时兼顾真空器件对密封气密性与密封真空度的需求。技术实现要素：5.本发明提供了一种真空封装装置，目的是解决现有真空封装装置无法有效兼顾封装气密性与封装真空度的技术问题，该目的是通过以下技术方案实现的：6.本发明提供了一种真空封装装置，用于将封装件封装至待封装件，真空封装装置包括：真空腔室；设置于真空腔室的封装夹具，封装夹具的内部形成有具有开口并与真空腔室连通的封装空间，待封装件放置于封装空间，封装夹具靠近开口的侧壁设置有放置封装件的弹性凸起；施力机构，施力机构设置于封装夹具的开口处，并能够通过开口伸至封装空间以驱动封装件越过弹性凸起后封装至待封装件。7.在一些实施例中，弹性凸起包括由封装夹具的侧壁伸至封装空间的弹片，封装夹具的侧壁设置有沿周向间隔分布的至少两个弹片以支撑封装件。8.在一些实施例中，封装夹具的侧壁位于封装件与待封装件之间的位置设置有通孔，封装夹具通过通孔使封装空间与真空腔室连通。9.在一些实施例中，施力机构包括：压杆，压杆设置为沿封装件的运动方向分布；推压结构，设置于压杆的端部，用于将外力传递至压杆以驱动压杆推压封装件。10.在一些实施例中，压杆与封装件接触的端部设置成弧形结构。11.在一些实施例中，施力机构包括弹性件43，弹性件43与压杆连接并对压杆施加与推压结构的推压方向相反的弹性力。12.在一些实施例中，真空封装装置还包括底板和盖板，底板与盖板之间形成真空腔室，封装夹具设置于底板，施力机构设置于盖板。13.在一些实施例中，封装空间形成键合腔室，底板与压杆均设置为与键合腔室电连接。14.在一些实施例中，底板设置有电加热元件，真空封装装置通过电加热元件控制真空腔室的室温。15.在一些实施例中，盖板设置有推压结构的导向支架，和/或盖板设置有压杆的导向支架。16.本发明提供的真空封装装置能够在封装件与待封装件之间的真空度满足要求后，再将封装件封装至待封装件，以此有效地兼顾封装气密性与封装真空度。17.具体地，在施力机构推压封装件封装至待封装件之前，通过真空腔室调节封装件与待封装件之间封装空间的真空度，直到封装件与待封装件之间封装空间的真空度满足封装真空度的要求后，施力机构再对封装件施加封装密封性所需的压力，通过施力机构推压封装件封装至待封装件，以此满足封装件与待封装件对封装密封性与封装真空度的要求。附图说明18.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：19.图1为本技术实施例的真空封装装置的剖视图；20.图2为本技术实施例的真空封装装置在封装过程中的剖面图；21.图3为本技术实施例的封装装置的底板和封装夹具的俯视图；22.图4为本技术实施例的封装装置的盖板和施力机构的仰视图；23.图5为本技术实施例的封装装置的盖板和施力机构的俯视图；24.其中，25.100、真空封装装置；a、真空腔室；26.10、底板；27.20、封装夹具；21、弹性凸起；22、通孔；23、定位件；b、封装空间；28.30、盖板；29.40、施力机构；41、推压结构；42、压杆；43、弹性件；44、第一导向支架；45、定位杆；46、第二导向支架；47、推压臂。具体实施方式30.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，本发明的真空封装装置能够用于封装晶圆等半导体组件，但是，通过真空封装装置封装晶圆组件只是本技术的一个优选实施例，并不是对本发明真空封装装置的应用范围的限制，例如，本发明的真空封装装置还可以应用封装其他真空组件，这种调整并不偏离本发明真空封装装置的保护范围。31.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、元件、部件、和/或它们的组合。32.尽管可以在文中使用术语第一、第二等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。另外，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。33.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内”、“外”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应的进行解释。34.现有的真空封装装置无法同时兼顾真空器件对封装气密性与封装真空度的要求。具体地，现有的真空封装装置提供了一个真空腔室，真空腔室的内部设有高压系统以及高温系统，将需要封装的真空组件有序地堆叠在真空腔室的底座，底座的上方放置压头，压头与真空器件最上层的封装件接触并提供向下的压力，在温度场、静电场、压力场的作用下，实现在真空腔体对真空组件进行封装。35.但是，在此封装过程中，压力场的状态会显著影响到真空组件的封装质量：过大的封装压力虽然可以加强真空组件之间的贴合度，有利于封装组件的气密性提升，但也会影响到真空组件的内腔真空度；相反，若施加一个较小的封装压力，对真空组件的内腔的真空度影响较小，但是，封装组件的气密性又难以保证。36.为了解决上述真空组件在封装过程中所存在的问题，本技术公开了一种真空封装装置，真空封装装置能够在封装件与待封装件之间的真空度满足要求后，再将封装件封装至待封装件，如此既能使封装好的真空器件具有良好的气密性，又能使真空器件的内部具有较高的真空度，为真空器件在更多领域的应用提供了基础。37.如图1和图2所示，本发明提供了一种真空封装装置100，用于将封装件封装至待封装件，真空封装装置100包括真空腔室a、封装夹具20和施力机构40，封装夹具20设置于真空腔室a，封装夹具20的内部形成有具有开口并与真空腔室a连通的封装空间b，待封装件放置于封装空间b，封装夹具20靠近开口的侧壁设置有放置封装件的弹性凸起21，施力机构40设置于封装夹具20的开口处，并能够通过开口伸至封装空间b以驱动封装件越过弹性凸起21后封装至待封装件。38.在本实施例中，本发明提供的真空封装装置100能够在封装件与待封装件之间的真空度满足要求后，再将封装件封装至待封装件，以此有效地兼顾封装气密性与封装真空度。39.具体地，封装夹具20设置为“杯状”结构，封装夹具20内部的封装空间b从上方至下镂空但不贯穿封装夹具20，封装空间b依次放置需要封装的各个部件(包括封装件和待封装件)。40.在真空封装装置100的封装前期，在施力机构40推压封装件封装至待封装件之前，弹性凸起21支撑待封装组件的上层的封装件，通过真空腔室a调节封装件与待封装件之间封装空间b的真空度，当上层的封装件与下层的待封装件之间的封装空间b的真空度趋于平稳后，且封装件与待封装件之间封装空间b的真空度满足封装真空度的要求后，施力机构40对封装件施加封装密封性所需的压力，通过施力机构40推压封装件封装至待封装件，以此满足封装件与待封装件对封装密封性与封装真空度的要求。41.如图1和图3所示，在一些实施例中，弹性凸起21包括由封装夹具20的侧壁伸至封装空间b的弹片，封装夹具20的侧壁设置有沿周向间隔分布的至少两个弹片以支撑封装件。42.在本实施例中，弹性凸起21既可以设置为弹性伸缩结构，还可以设置为弹性弯曲结构，通过在封装夹具20的侧壁设置有沿周向间隔分布的至少两个弹片，间隔分布的至少两个弹片既能够承受封装件的重力，又能够在施力机构40推压封装件的过程中，能够通过自身的弹性形变为封装件提供通道，以此使封装件运动至待封装件与待封装件接触并封装。43.如图1和图2所示，在一些实施例中，封装夹具20的侧壁位于封装件与待封装件之间的位置设置有通孔22，封装夹具20通过通孔22使封装空间b与真空腔室a连通。44.在本实施例中，封装夹具20通过通孔22与真空腔室a连通，从而使真空腔室a能够通过通孔22调节封装件与待封装件之间封装空间b的真空度，当上层的封装件与下层的待封装件之间的封装空间b的真空度趋于平稳后，且封装件与待封装件之间封装空间b的真空度满足封装真空度的要求后，施力机构40推压封装件封装至待封装件。45.如图1、图4和图5所示，在一些实施例中，施力机构40包括压杆42和推压结构41，压杆42设置为沿封装件的封装方向分布，推压结构41设置于压杆42的端部，用于将外力传递至压杆42以驱动压杆42推压封装件。46.在本实施例中，压杆42是施力机构40的施力部分，压杆42与封装件接触并对封装件施加推压力，推压结构41对压杆42施加沿压杆42的轴向方向的压力，推压结构41包括液压驱动结构、气压推动结构、螺纹配合结构或者滚珠丝杠结构。具体地，以推压结构41设置为螺纹配合结构为例，推压结构41包括螺柱和螺母，推压结构41能够依靠螺柱-螺母的旋进，来提供对封装件沿轴向方向的压力。47.如图1和图2所示，在一些实施例中，压杆42与封装件接触的端部设置成弧形结构。48.在本实施例中，通过将压杆42与封装件接触的端部设置成弧形结构，弧形结构可以减少压杆42与封装件之间出现应力集中现象，以此降低压杆42损坏封装件的风险。49.如图1和图2所示，在一些实施例中，施力机构40包括弹性件43，弹性件43与压杆42连接并对压杆42施加与推压结构41的推压方向相反的弹性力。50.在本实施例中，压杆42是施力机构40的直接施力部件，而施力机构40中的动力则是依靠推压结构41作用于压杆42来产生的，推压结构41克服弹性件43的反向阻力使得压杆42不断地向下运动，最终压紧真空器件的各个部分。51.具体地，弹性件43可设置为波纹管，在压杆42推压封装件的过程中，波纹管处于压缩状态，波纹管由可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状结构组成，压杆42的两侧各设置一个，波纹管的用途是作为压力测量的元件，及时反馈压杆42与封装件的压力情况，及时作出有效的调整，避免施加过大的压力破坏整个真空器件，也可以减少因压力过小而未完全封装真空器件的现象。52.进一步地，还可以借助波纹管来间接的反馈压杆42所处的状态，当推压压杆42而波纹管所显示的压力示数并没有发生显著变化，说明压杆42已较好得接触到真空器件的封装件，没有继续发生位移，此时，真空器件的封装工作完成。53.如图1和图2所示，在一些实施例中，真空封装装置100还包括底板10和盖板30，底板10与盖板30之间形成真空腔室a，封装夹具20设置于底板10，施力机构40设置于盖板30。54.在本实施例中，封装夹具20通过定位件23安装至底板10，定位件23的材质可采用金属或绝缘材料，定位件23穿过封装夹具20边缘的定位孔嵌入底板10用于固定封装夹具20，避免封装夹具20在水平方向上的运动。55.本技术的实施例除了在底板10上增设一个封装夹具20，还在盖板30设置了一个施力机构40，施力机构40位于封装夹具20的正上方，并嵌于盖板30中，用于对封装夹具20内的封装件施加推压力。56.如图1和图2所示，在一些实施例中，封装空间b形成键合腔室，底板10与压杆42均设置为与键合腔室电连接。57.在本实施例中，封装夹具20具有较好的导热、导电性能，在本技术的实施例中，封装夹具20可选为石墨材质，石墨材质的封装夹具20呈现一种“杯状”结构，从上方至下镂空但不贯穿封装夹具20，内部的封装空间b依次放置需要封装的各个部件，压杆42同样具有良好的导电性能，从而使键合腔室能够进行共熔键合工艺、阳极键合工艺、直接键合工艺以及烧结键合工艺。58.如图1和图2所示，在一些实施例中，底板10设置有电加热元件，真空封装装置100通过电加热元件控制真空腔室a的室温。59.在本实施例中，底板10选用导热性能以及导电性能良好的金属材料，底板10是键合封装过程的发生场所，底板10的内部包含用于加热的电阻丝等电加热元件，在键合封装过程进行时，底板10则承担了向真空器件传热以及通电的作用。60.如图1和图2所示，在一些实施例中，盖板30设置有推压结构41的第一导向支架44，和/或盖板30设置有压杆42的第二导向支架46。61.在本实施例中，第一导向支架44设置为半矩形框，在第一导向支架44上设置有与螺柱相匹配的螺母，依靠螺柱-螺母的旋进，来提供压杆42向下的压力。此外，第一导向支架44与盖板30较好地封接在一起，能够保证真空腔室a的良好气密性。62.考虑到压杆42在向下运动的过程中仍存在轻微的水平摇晃，影响到真空器件的键合封装效果，因此，在压杆42的下方设置第二导向支架46，第二导向支架46同样设置为半矩形框，第二导向支架46把压杆42的端部较为紧实地包裹住，限制其水平方向上的运动，第二导向支架46也是嵌于盖板30，材质选用绝缘材料。63.进一步地，压杆42的上端连接有一个横杆，两者构成“t形”的剖面，横杆的左右边缘处各有一圆形穿孔，两根绝缘材质的定位杆45贯穿其中并嵌入盖板30内，推压结构41的底部则设置有与横杆配合的两个推压臂47，保证压杆42只能垂直运动，不能在水平方向上产生位移。64.下面通过一个实施例详细阐述本技术的真空封装装置100的具体工作过程：65.首先，准备好需要键合封装的各个部件(尤其注意各个部件的表面预处理)，按照真空器件的结构将各部件由下至上堆叠好，将需要键合封装的各个部件放置于封装夹具20的封装空间b，真空器件的最上层的封装件要放置在弹性凸起21上。完成上述步骤后，关闭盖板30，开启机械泵、分子泵以除去真空腔室a的残余气体，残余气体主要为氧气、氮气、水蒸气等，其中以水蒸气最难以彻底排出。在这个过程中，封装夹具20侧壁上的通孔22有助于封装空间b与真空腔室a的连通，更大程度上去降低封装空间b中的气体含量，提升封装空间b的初始真空度。66.当真空腔室a以及封装空间b满足真空器件对真空度的要求后，转动盖板30上的螺柱，依靠螺柱-螺母的旋进，不断地给压杆42施加向下运动的力。压杆42由此产生向下的位移，在下移的过程中，最开始是接触到真空器件的最上层的封装件，在压力的作用下，封装件会越过弹性凸起21的阻力继续向下运动，最终越过弹性凸起21落在了真空器件的待封装件，封装件与待封装件构成完整的封闭腔体。67.压杆42直接接触到封装件的上表面，使得整个真空器件的各个部件都贴合的十分紧密，有助于键合封装过程更彻底、更全面的进行，提高了真空器件的气密性。由于压杆42向下运动的进程无法通过窗口来观察(窗口的添加势必提升封装空间b气密性下降的风险)，因此，借助波纹管来间接的反馈压杆42所处的状态，当旋转顶端的螺柱时，波纹管所显示的压力示数并没有发生显著变化，说明压杆42已较好得接触到真空器件的封装件，没有继续发生位移，此时，真空器件的封装工作完成。68.以上实施方式仅用于说明本发明主要思想，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。69.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。









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