專利名稱：一種基于引線鍵合的mems自組裝過(guò)程的限位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MEMS自組裝過(guò)程的限位方法，具體涉及一種基于引線鍵合的 MEMS自組裝過(guò)程的限位方法。
背景技術(shù)：
微機(jī)電系統(tǒng)(Microelectromechanical systems, MEMS)是融合了機(jī)械學(xué)、材料學(xué)、光電子學(xué)、微電子學(xué)等諸多學(xué)科的新興技術(shù)，被譽(yù)為“第三次新技術(shù)革命的浪潮”。MEMS 器件的種類繁多，有加速度計(jì)、壓力傳感器、流量傳感器、陀螺儀等，已被廣泛應(yīng)用在汽車電子、消費(fèi)電子、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)及宇航領(lǐng)域。然而，目前常用的微加工技術(shù)，如表面微加工技術(shù)和體硅微加工技術(shù)仍具有一定的局限性，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維MEMS器件的制造。因此， 如何對(duì)MEMS微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高精度的再組裝和再裝配，最終形成真正意義上的三維微結(jié)構(gòu)，是制造復(fù)雜三維MEMS器件所需解決的關(guān)鍵問(wèn)題，同時(shí)也是MEMS器件大批量、低成本、高可靠工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。目前，針對(duì)某些特殊MEMS三維結(jié)構(gòu)的制造，例如與基底成任意角度的三維翻轉(zhuǎn)微結(jié)構(gòu)，有著普遍的解決方案。首先，在二維平面上制作微結(jié)構(gòu)的圖形和鉸鏈結(jié)構(gòu)，之后通過(guò)將二維平面結(jié)構(gòu)繞鉸鏈進(jìn)行翻轉(zhuǎn)來(lái)形成三維結(jié)構(gòu)，類似于“折紙”過(guò)程。這種翻轉(zhuǎn)微結(jié)構(gòu)在微光機(jī)電系統(tǒng)、機(jī)械微結(jié)構(gòu)、RFMEMS等領(lǐng)域都有著廣泛地應(yīng)用，目前這種二維平面結(jié)構(gòu)到三維結(jié)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)過(guò)程主要還是通過(guò)人工手動(dòng)方式，或者其它外部激勵(lì)機(jī)制完成。自組裝的外部激勵(lì)機(jī)制包括利用聚合物的熱收縮應(yīng)力、薄膜殘余應(yīng)力、磁場(chǎng)力或者熔融釬料合金的表面張力。通過(guò)外部激勵(lì)，使得平面的準(zhǔn)三維微結(jié)構(gòu)能夠發(fā)生翻轉(zhuǎn)、位移以及對(duì)準(zhǔn)操作，形成最終的三維微結(jié)構(gòu)。但在高精度光學(xué)MEMS器件的應(yīng)用場(chǎng)合，需要對(duì)基于各種外部激勵(lì)機(jī)制的MEMS自組裝的精度進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。目前，利用限位結(jié)構(gòu)對(duì)MEMS平面微結(jié)構(gòu)自組裝翻轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行限位及止動(dòng)是目前最常用的提高裝配精度的方法。MEMS自組裝過(guò)程的限位多采用機(jī)械止動(dòng)的方法。例如，美國(guó)國(guó)家專禾Ij《MULTI-DIMENSIONAL MICRO-ELECTROMECHANICAL ASSEMBLIES AND METHOD OF MAKINGSAME》專利號(hào)US2002/017(^90A1，通過(guò)典型的MUMPs三層多晶硅工藝制造了帶鉸鏈的多晶硅二維微結(jié)構(gòu)，并通過(guò)熔融釬料表面張力完成自組裝的翻轉(zhuǎn)和制造。同時(shí)，還通過(guò) MUMPs工藝制造了基于多晶硅結(jié)構(gòu)的MEMS自組裝限位結(jié)構(gòu)，在當(dāng)限位機(jī)構(gòu)劃入被翻轉(zhuǎn)的微結(jié)構(gòu)的定位卡槽時(shí)，使翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生定位。帝國(guó)理工學(xué)院Syms教授利用熔融光刻膠提供的表面張力來(lái)進(jìn)行微結(jié)構(gòu)的自組裝，其自組裝過(guò)程的限位結(jié)構(gòu)由兩根等尺寸的止動(dòng)梁組成。當(dāng)釬料或光刻膠等材料發(fā)生重熔時(shí)，兩根止動(dòng)梁在表面張力的作用下向上抬起，并接觸形成自鎖閂時(shí)，止動(dòng)器形成。然而，上述這些MEMS自組裝過(guò)程中的限位方法和結(jié)構(gòu)都是通過(guò)微加工工藝制造完成，三維限位結(jié)構(gòu)的形成本身也屬于自組裝過(guò)程的一部分。這種先加工可活動(dòng)的平面圖形，之后再翻轉(zhuǎn)形成止動(dòng)裝置的限位方法，不僅制作工藝復(fù)雜、成品率低、成本高，而且限位結(jié)構(gòu)的可靠性和精度也難于控制。同時(shí)，限位結(jié)構(gòu)屬于MEMS器件自組裝過(guò)程的附屬結(jié)構(gòu)，在需要移除的場(chǎng)合，上述的限位方法就不再適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有MEMS自組裝過(guò)程中的限位方法是通過(guò)微加工工藝制造完成， 工藝復(fù)雜、成品率低、成本高、難控制而且無(wú)法移除的問(wèn)題，進(jìn)而提出一種基于引線鍵合的 MEMS自組裝過(guò)程的限位方法。本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的具體步驟為步驟一、將需要進(jìn)行自組裝的MEMS芯片進(jìn)行犧牲層釋放，使活動(dòng)微結(jié)構(gòu)不受約束，然后將MEMS芯片夾持在夾具上，需要進(jìn)行自組裝的MEMS基本微結(jié)構(gòu)包括固定微結(jié)構(gòu)和活動(dòng)微結(jié)構(gòu)，將固定微結(jié)構(gòu)和活動(dòng)微結(jié)構(gòu)呈一字形制作在MEMS芯片的上表面上，在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)的兩側(cè)分別各制作有一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤；步驟二、將楔形銷放置在MEMS芯片的上表面上，并使活動(dòng)微結(jié)構(gòu)位于楔形銷斜面的正下方；步驟三、在MEMS芯片的活動(dòng)微結(jié)構(gòu)的上方通過(guò)絲球鍵合工藝制作一個(gè)梯形形狀的金屬絲限位結(jié)構(gòu)；在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)一側(cè)的一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤上鍵合拉絲的第一點(diǎn)，然后將劈刀頭從楔形銷的上表面通過(guò)，并在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)另一側(cè)的一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤上鍵合第二點(diǎn)，緩慢抽出楔形銷完成金屬絲限位結(jié)構(gòu)的制作；步驟四、通過(guò)外部激勵(lì)機(jī)制，激勵(lì)活動(dòng)微結(jié)構(gòu)發(fā)生自組裝運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活動(dòng)微結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離固定微結(jié)構(gòu)的一端碰到金屬絲限位結(jié)構(gòu)時(shí)，即完成止動(dòng)，并最終形成的組裝結(jié)構(gòu)；步驟五、在形成自組裝結(jié)構(gòu)之后，金屬絲限位結(jié)構(gòu)的移除可通過(guò)機(jī)械拉拔的方式完成。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用成熟的引線鍵合工藝進(jìn)行限位結(jié)構(gòu)制作，不需要進(jìn)行復(fù)雜的微加工工藝，成品率高、成本低廉；本發(fā)明中的基于引線鍵合的限位結(jié)構(gòu)能在幫助翻轉(zhuǎn)微結(jié)構(gòu)定位及止動(dòng)后，方便地移除，不會(huì)對(duì)MEMS微結(jié)構(gòu)造成任何影響；當(dāng)金屬絲限位結(jié)構(gòu)同MEMS芯片分離后，該限位結(jié)構(gòu)能重復(fù)利用，利于批量化生產(chǎn)。


圖1是MEMS自組裝基本結(jié)構(gòu)的示意圖，圖2是基于引線鍵合工藝的金屬絲限位結(jié)構(gòu)制作示意圖，圖3是金屬絲限位結(jié)構(gòu)的左視圖，圖4是最終止動(dòng)后形成的MEMS自組裝器件示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種基于引線鍵合的MEMS自組裝過(guò)程的限位方法的步驟如下步驟一、將需要進(jìn)行自組裝的MEMS芯片1進(jìn)行犧牲層釋放，使活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3不受約束，然后將MEMS芯片1夾持在夾具上，需要進(jìn)行自組裝的MEMS基本微結(jié)構(gòu)包括固定微結(jié)構(gòu)2和活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3，將固定微結(jié)構(gòu)2和活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3呈一字形制作在MEMS芯片1的上表面上，在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3的兩側(cè)分別各制作有一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤4 ；步驟二、將楔形銷6放置在MEMS芯片1的上表面上，并使活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3位于楔形銷6斜面的正下方；
步驟三、在MEMS芯片1的活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3的上方通過(guò)絲球鍵合工藝制作一個(gè)梯形形狀的金屬絲限位結(jié)構(gòu)5 ；在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3 —側(cè)的一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤4上鍵合拉絲的第一點(diǎn)，然后將劈刀頭從楔形銷6的上表面通過(guò)，并在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3另一側(cè)的一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤4上鍵合第二點(diǎn)，緩慢抽出楔形銷6完成金屬絲限位結(jié)構(gòu)5的制作；步驟四、通過(guò)外部激勵(lì)機(jī)制，激勵(lì)活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3發(fā)生自組裝運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3 遠(yuǎn)離固定微結(jié)構(gòu)2的一端碰到金屬絲限位結(jié)構(gòu)5時(shí)，即完成止動(dòng)，并最終形成的組裝結(jié)構(gòu)；步驟五、在形成自組裝結(jié)構(gòu)之后，金屬絲限位結(jié)構(gòu)5的移除可通過(guò)機(jī)械拉拔的方式完成。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖1至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述一種基于引線鍵合的MEMS自組裝過(guò)程的限位方法的金屬絲限位結(jié)構(gòu)5是由金絲、銅絲或鋁絲制作的金屬絲限位結(jié)構(gòu)5。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。實(shí)施例步驟一、將需要進(jìn)行自組裝的MEMS芯片1進(jìn)行犧牲層釋放，使活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3不受約束，然后將MEMS芯片1夾持在夾具上，需要進(jìn)行自組裝的MEMS基本微結(jié)構(gòu)包括固定微結(jié)構(gòu)2和活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3，將固定微結(jié)構(gòu)2和活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3呈一字形制作在MEMS芯片1的上表面上，在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3的兩側(cè)分別各制作有一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤4 ；步驟二、將楔形銷6放置在MEMS芯片1的上表面上，并使活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3位于楔形銷6斜面的正下方；步驟三、在MEMS芯片1的活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3的上方通過(guò)絲球鍵合工藝制作一個(gè)梯形形狀的金屬絲限位結(jié)構(gòu)5 ；在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3 —側(cè)的一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤4上鍵合拉絲的第一點(diǎn)，然后將劈刀頭從楔形銷6的上表面通過(guò)，并在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3另一側(cè)的一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤4上鍵合第二點(diǎn)，緩慢抽出楔形銷6完成金屬絲限位結(jié)構(gòu)5的制作；步驟四、在固定微結(jié)構(gòu)2和活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3之間放置一個(gè)直徑為100 μ m-400 μ m的球形釬料，釬料的成分為Sn3. OAgO. 5Cu，然后通過(guò)激光或紅外重熔的方法加熱釬料使之熔化，熔化后呈液態(tài)的釬料的表面張力會(huì)拉動(dòng)活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3向靠近固定微結(jié)構(gòu)2的一端翻轉(zhuǎn)， 即進(jìn)行自組裝過(guò)程，當(dāng)活動(dòng)微結(jié)構(gòu)3遠(yuǎn)離固定微結(jié)構(gòu)2的一端碰到金屬絲限位結(jié)構(gòu)5時(shí)，即完成止動(dòng)，并最終形成的組裝結(jié)構(gòu)；步驟五、在形成自組裝結(jié)構(gòu)之后，金屬絲限位結(jié)構(gòu)5的移除可通過(guò)機(jī)械拉拔的方式完成。
權(quán)利要求
1.一種基于引線鍵合的MEMS自組裝過(guò)程的限位方法，其特征在于所述一種基于引線鍵合的MEMS自組裝過(guò)程的限位方法的步驟如下步驟一、將需要進(jìn)行自組裝的MEMS芯片(1)進(jìn)行犧牲層釋放，使活動(dòng)微結(jié)構(gòu)(3)不受約束，然后將MEMS芯片(1)夾持在夾具上，需要進(jìn)行自組裝的MEMS基本微結(jié)構(gòu)包括固定微結(jié)構(gòu)(2)和活動(dòng)微結(jié)構(gòu)(3)，固定微結(jié)構(gòu)(2)和活動(dòng)微結(jié)構(gòu)(3)呈一字形制作在MEMS芯片(1)的上表面上，在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)(3)的兩側(cè)分別各制作有一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤 ⑷；步驟二、將楔形銷(6)放置在MEMS芯片(1)的上表面上，并使活動(dòng)微結(jié)構(gòu)(3)位于楔形銷(6)斜面的正下方；步驟三、在MEMS芯片(1)的活動(dòng)微結(jié)構(gòu)(3)的上方通過(guò)絲球鍵合工藝制作一個(gè)梯形形狀的金屬絲限位結(jié)構(gòu)(5)；在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)(3) —側(cè)的一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤(4)上鍵合拉絲的第一點(diǎn)，然后將劈刀頭從楔形銷(6)的上表面通過(guò)，并在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)(3)另一側(cè)的一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤(4)上鍵合第二點(diǎn)，緩慢抽出楔形銷(6)完成金屬絲限位結(jié)構(gòu)(5)的制作；步驟四、通過(guò)外部激勵(lì)機(jī)制，激勵(lì)活動(dòng)微結(jié)構(gòu)(3)發(fā)生自組裝運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活動(dòng)微結(jié)構(gòu)(3) 遠(yuǎn)離固定微結(jié)構(gòu)(2)的一端碰到金屬絲限位結(jié)構(gòu)(5)時(shí)，即完成止動(dòng)，并最終形成的組裝結(jié)構(gòu)；步驟五、在形成自組裝結(jié)構(gòu)之后，金屬絲限位結(jié)構(gòu)(5)的移除可通過(guò)機(jī)械拉拔的方式完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于引線鍵合的MEMS自組裝過(guò)程的限位方法，其特征在于所述金屬絲限位結(jié)構(gòu)(5)是由金絲、銅絲或鋁絲制作的金屬絲限位結(jié)構(gòu)(5)。
全文摘要
一種基于引線鍵合的MEMS自組裝過(guò)程的限位方法，它涉及一種MEMS自組裝過(guò)程的限位方法，具體涉及一種基于引線鍵合的MEMS自組裝過(guò)程的限位方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有MEMS自組裝過(guò)程中的限位方法是通過(guò)微加工工藝制造完成，工藝復(fù)雜、成品率低、成本高的問(wèn)題。本發(fā)明的具體步驟為將需要進(jìn)行自組裝的MEMS芯片進(jìn)行犧牲層釋放，使活動(dòng)微結(jié)構(gòu)不受約束，然后將MEMS芯片夾持在夾具上，在活動(dòng)微結(jié)構(gòu)的兩側(cè)分別各制作有一個(gè)用于進(jìn)行絲球鍵合用焊盤；在MEMS芯片的活動(dòng)微結(jié)構(gòu)的上方通過(guò)絲球鍵合工藝制作一個(gè)梯形形狀的金屬絲限位結(jié)構(gòu)；通過(guò)外部激勵(lì)機(jī)制，激勵(lì)活動(dòng)微結(jié)構(gòu)發(fā)生自組裝運(yùn)動(dòng)；當(dāng)活動(dòng)微結(jié)構(gòu)接觸到金屬絲限位結(jié)構(gòu)后，即可發(fā)生止動(dòng)。本發(fā)明用于MEMS自組裝過(guò)程中。
文檔編號(hào)B81C3/00GK102491261SQ20111043958
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者劉威, 楊磊, 王增勝, 王春青, 田艷紅 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)