真空封装结构、真空封装装置以及方法与流程

1.本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种真空封装结构、真空封装装置以及方法。


背景技术：

2.有些芯片由于工作原理不同，需工作在高真空环境下才能表现出较好的性能，因此需要对芯片进行真空封装，为芯片提供高真空的工作环境。实际应用中，芯片封装腔体内的真空保持能力，对器件的寿命有决定性影响。为了实现密闭腔体长时间的真空，往往会在腔体内放置吸气装置，并将其有效激活，使吸气装置具备吸气能力，用于维持封装腔体内的真空环境，延长器件的使用寿命。
3.如图1所示，现有技术中的吸气装置结构包括热子101和吸气材料102，二者牢固接触。热子由金属材料制成，当电流流过，热子101会发热，进而加热与其接触的吸气材料102。在高真空环境下将吸气材料102加热至一定温度并维持一定时间，即可实现吸气材料的有效激活。
4.吸气材料的激活效果对吸气装置的最终吸气性能有显著影响。在吸气装置耐受温度范围内，加热温度越高，激活效果越好，吸气装置吸气性能越强，腔体内维持真空的时间越久，腔体真空寿命越长。由于吸气装置位于封装腔体内部，且与壳体有连接，其吸气材料激活时产生的高温可能会造成封装结构或者内部元件受损而导致器件失效，因此吸气材料激活温度须在保证封装结构及内部元件安全的前提下尽可能高，以达到最优的激活效果。由于材料、加工等因素影响，热子间很难保持较高的一致性，相同电流条件下不同热子的发热功率有差异，与热子接触的吸气材料温度会不同，吸气材料之间激活效果存在差异，导致不同器件之间的寿命有差异，器件的一致性差。如何在保证吸气材料激活效果的基础上，提高吸气装置对不同器件的适配能力，延长封装腔体内器件的真空寿命以及寿命一致性成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种真空封装结构、真空封装装置以及方法，使不同封装器件的吸气材料在激活时，均能确保整个器件处于安全温度内，且吸气材料激活效果达到最优，确保了器件的高真空寿命，提高了器件真空寿命的一致性。
6.为了解决上述问题，本发明提供了一种真空封装结构，包括：真空腔体，所述真空腔体内部设置有吸气装置和芯片，所述吸气装置包括加热底座和设置在加热底座表面的吸气材料，所述加热底座的引脚通过真空腔体的壳体引出至外部，所述加热底座用于加热所述吸气材料；温度探测模块，设置于所述真空腔体内部和/或外部，用于探测所述真空腔体内部和/或外部的温度信息，所探测的结果被用于控制所述加热底座的激活电流。
7.在一些实施例中，所述温度探测模块包括温度传感器模块和温度传输模块，所述温度传感器模块设置于所述真空腔体内部和/或外部，用于探测所述真空腔体内部和/或外部的温度信息，所述温度传输模块设置于所述真空腔体外部，用于接收及传送所述温度传
感器模块探测到的温度信息。
8.在一些实施例中，所述温度探测模块实时探测所述真空腔体内部和/或外部的温度信息，所述温度信息包括吸气材料温度、封装壳体温度、内部元件温度、或者与吸气装置连接的一结构温度。
9.在一些实施例中，所述温度探测模块采用非接触式的红外测温方式探测所述真空腔体外部的温度信息。
10.在一些实施例中，所述温度探测模块采用接触式的热电偶表贴方式探测所述真空腔体内部和/或外部的温度信息。
11.为了解决上述问题，本发明还提供一种真空封装装置，包括：可编程电流源，所述可编程电流源的输出端与真空封装结构中用于加热吸气材料的加热底座连接，为所述加热底座提供激活电流，并且能够与外部控制模块连接通讯；控制模块，与温度探测模块进行数据传输，用于接收真空封装结构内部和/或外部的温度信息，并且根据接收到的所述温度信息输出控制指令至所述可编程电流源。
12.为了解决上述问题，本发明还提供的一种真空封装装置，所述真空封装装置包括可编程电流源和控制模块，所述可编程电流源和所述控制模块被配置为执行如下步骤：所述控制模块接收真空封装结构内部和/或外部的温度信息；所述控制模块根据接收到的所述温度信息计算激活电流，并发送控制指令至可编程电流源；所述可编程电流源根据所述电流的控制指令调整输出至真空封装结构内部的加热底座的激活电流。
13.为了解决上述问题，本发明还提供一种真空封装方法，包括如下步骤：探测真空封装结构内部和/或外部的温度信息；根据探测到的所述温度信息调整输出至真空封装结构内部的加热底座的激活电流。
14.在一些实施例中，在探测真空封装结构内部和/或外部的温度信息的步骤之前，所述真空封装方法还包括如下步骤：获取最优电流，并以所述最优电流作为加热底座的初始激活电流，获取所述最优电流的方法包括：试验吸气材料最佳激活过程，采集吸气材料温度随时间的变化，并且拟合成温度-时间曲线；参照吸气材料的电流-温度曲线以及所述温度-时间曲线，得到电流-时间曲线；根据电流-时间曲线上对应的激活时间获取所述最优电流。
15.在一些实施例中，所述控制模块根据接收的当前的温度信息调整激活电流的步骤进一步包括：设置安全的温度信息以及温度波动允许值；调整激活电流以使真空封装结构内部和/或外部的当前的温度信息与安全的温度信息的温差绝对值处在所述温度波动允许值内。
16.上述技术方案，提供了一种真空封装结构、真空封装装置以及方法。在真空封装结构内部和/或外部设置温度探测模块，用于实时监测真空封装结构及内部元件温度。在真空封装装置中设置有控制模块和可编程电流源，所述控制模块用于接收真空封装结构内部和/或外部的温度信息并且根据接收到的所述温度信息输出控制指令至所述可编程电流源，所述可编程电流源用于输出至真空封装结构内部的加热底座的激活电流。通过调整激活电流确保整个器件处于安全温度内，提高整个器件的安全性。同时使吸气材料的激活温度达到最优，从而提高吸气材料的激活效果，提高器件的真空寿命，提高器件真空寿命的一致性。
17.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不
能限制本发明。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是现有技术一吸气装置示意图；
20.图2是本发明一实施例提供的真空封装结构和真空封装装置原理图；
21.图3是本发明一实施例提供的真空封装方法流程图；
22.图4a是本发明一实施例提供的控制模块根据接收到的温度信息调整输出至真空封装结构内部的加热底座的激活电流的流程图；
23.图4b是本发明一实施例提供的获取最优电流的流程图。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.请参阅图2，其是本发明一实施例提供的真空封装结构201和真空封装装置202原理图。
26.所述真空封装结构201包括：真空腔体2011和温度探测模块2012，所述真空腔体2011内部设置有吸气装置2013和芯片2014，所述吸气装置2013包括加热底座和设置在加热底座表面的吸气材料；所述加热底座的引脚通过所述真空腔体2011的壳体引出至外部，所述加热底座用于加热所述吸气材料。当激活电流加载在所述加热底座，所述加热底座发热，进而加热与其接触的吸气材料，在高真空环境下将吸气材料加热至一定温度并维持一定时间，即可实现吸气材料的有效激活。
27.所述温度探测模块2012设置于所述真空腔体2011内部和/或外部，用于探测所述真空腔体2011内部和/或外部的温度信息，所探测的结果被用于控制所述加热底座的激活电流。
28.在一些实施例中，所述温度探测模块2012实时探测所述真空腔体2011内部和/或外部的温度信息，所述温度信息包括吸气材料温度、封装壳体温度、内部元件温度、或者与吸气装置连接的一结构温度。
29.在一些实施例中，所述温度探测模块2012包括温度传感器模块20121以及温度传输模块20122。所述温度传感器模块20121设置于所述真空腔体2011内部和/或外部，用于探测真空腔体2011内部和/或外部的温度信息。所述温度传输模块20122设置在所述真空腔体2011外部，用于接收及传送所述温度传感器模块的温度信息。
30.在本实施例中，所述温度传感器模块20121设置于所述真空腔体2011内部，用于探
测真空腔体2011内部的元件温度信息，所述温度传输模块20122设置于所述真空腔体2011外部，用于将所述温度信息传输给外部控制模块(例如控制模块2022)。
31.所述温度传感器模块20121可以由一个或者多个温度传感器组成，分别设置于所述真空腔体2011需要监控温度的位置。在本实施例中，所述温度探测模块2012采用接触式的热电偶表贴方式探测所述真空腔体内部和/或外部的温度信息，例如，将温度传感器模块20121粘贴于需要监测温度的器件表面，探测所述真空腔体内部的温度信息。
32.在另一实施例中，所述温度探测模块2012采用非接触式的红外测温方式，对封装壳体外部温度进行探测。例如，所述温度传感器模块20121设置于所述真空腔体外部，用于对封装壳体外部温度进行探测。
33.所述真空封装装置202位于所述真空封装结构201外部，所述真空封装装置202包括可编程电流源2021和控制模块2022。
34.所述可编程电流源2021的输出端与所述真空封装结构201中用于加热吸气材料的加热底座连接，为所述加热底座提供激活电流，当激活电流流过所述加热底座，所述加热底座发热，进而加热与其接触的吸气材料，在高真空环境下将吸气材料加热至一定温度并维持一定时间，即可实现吸气材料的有效激活。在本实施例中，所述加热底座的引脚通过所述真空腔体2011的壳体引出至外部连接线，所述可编程电流源2021与所述外部连接线相连接，所述可编程电流源2021通过上述连接线向所述加热底座加载激活电流，以使所述加热底座能够加热激活所述吸气材料。
35.所述控制模块2022能够与所述温度探测模块2012进行数据传输，用于接收所述真空封装结构201内部和/或外部的温度信息。在一些实施例中，所述控制模块2022与所述温度传输模块20122通过有线或无线网络进行数据传输，用于接收所述温度探测模块2012探测的温度信息。所述可编程电流源2021根据所述控制指令调整其输出的激活电流，进而调整所述吸气材料的加热温度。
36.本发明另一实施例还提供了一种真空封装装置，所述真空封装装置包括可编程电流源2021和控制模块2022，所述可编程电流源2021和所述控制模块2022被配置为执行如下步骤：所述控制模块2022接收真空封装结构201内部和/或外部温度信息；所述控制模块2022根据接收到的所述温度信息计算激活电流，并发送控制指令至可编程电流源2021；所述可编程电流源2021根据所述控制指令调整输出至真空封装结构201内部的加热底座的激活电流。在本实施例中，所述控制模块2022能够与所述可编程电流源2021通讯，根据接收到的温度信息计算激活电流，并输出控制指令至所述可编程电流源2021，所述可编程电流源2021根据收到的控制指令调整输出至所述加热底座的激活电流。
37.本发明还提供了一种真空封装方法，所述真空封装方法采用的真空封装装置包括可编程电流源和控制模块。图3是本发明一实施例提供的真空封装方法流程图。下面请参阅图3，所述真空封装方法包括：步骤s301，探测真空封装结构内部和/或外部的温度信息；步骤s302，根据探测到的所述温度信息调整输出至所述真空封装结构内部的加热底座的激活电流。
38.参考步骤s301，探测真空封装结构内部和/或外部的温度信息。所述真空封装结构的示意图请参考图2，在一些实施例中，采用温度探测模块2012探测所述真空腔体内部和/或外部的温度信息。
39.在本实施例中，所述真空封装结构201的真空腔体2011内部设置有温度传感器模块20121和吸气装置2013，所述吸气装置2013包括加热底座和设置在加热底座表面的吸气材料，所述加热底座的引脚通过真空腔体的壳体引出至外部，所述温度传感器模块20121探测真空腔体2011内部的温度信息，并通过所述温度传输模块20122与外部控制模块数据传输，在本实施例中，所述温度传感器模块20121的引脚通过壳体引出，通过所述温度传输模块20122向真空封装装置202中的控制模块2022发送温度信息。
40.在本实施例中，所述温度信息包括所述吸气材料温度、封装壳体温度、内部元件温度、或者与吸气装置连接的一结构温度中的一种或多种。
41.参考步骤s302，根据探测到的所述温度信息调整输出至所述真空封装结构内部的加热底座的激活电流。在一些实施例中，采用一真空封装装置，根据探测到的所述温度信息调整输出至所述真空封装结构内部的加热底座的激活电流。所述真空封装装置包括可编程电流源和控制模块，请参阅图2。在本实施例中，所述控制模块2022根据接收到的温度信息计算激活电流，并且将电流数值转化成控制指令传达到所述可编程电流源2021，所述可编程电流源2021根据收到的控制指令调整加载在所述吸气装置2013的加热底座的激活电流，进而调整加热所述吸气材料的温度，使其达到最优激活温度。
42.在本实施例中，所述控制模块根据接收到的温度信息调整输出至真空封装结构内部的加热底座的激活电流的流程图如图4a所示。下面参阅图4a，本流程包括：步骤s401，设置安全的温度信息ts以及温度波动允许值δt；步骤s402，调整激活电流以使真空封装结构内部和/或外部的当前的温度信息与安全的温度信息的温差绝对值处在所述温度波动允许值内。
43.在本实施例中，所述真空封装结构和真空封装装置示意图可参考图2。
44.参考步骤s401，设置安全的温度信息ts以及温度波动允许值δt。所述安全的温度信息ts是各结构及元件能承受的最高温度；在本实施例中，所述安全的温度信息ts设置为各结构及元件能承受的最高温度减去一差值，为结构及元件安全温度提供余量，更好地提高整个封装器件的安全性，所述温度波动允许值δt通过实验确定，与所述安全的温度信息ts形成温度波动范围[t
s-δt,ts+δt]。
[0045]
参考步骤s402，调整激活电流以使真空封装结构内部和/或外部的当前的温度信息与安全的温度信息的温差绝对值处在所述温度波动允许值内。所述控制模块2022先将从所述温度探测模块2012探测到的真空封装结构201中各结构及元件的当前的温度信息tc与之前已经得到的所述安全的温度信息ts比较，δt为温度波动允许值。当tc＞ts+δt，说明所述真空封装结构201中的结构及元件处于危险的温度，必须马上降温，因此发送控制指令传送到所述可编程电流源2021，由所述可编程电流源2021输出减小后的激活电流，所述温度探测模块2012实时监测当前温度信息tc，当tc《t
s-δt，说明当前的温度过低，吸气材料激活效率不高，因此发送控制指令传送到所述可编程电流源2021，由所述可编程电流源2021输出增大后的激活电流。根据新接收到的当前的温度信息tc继续上述流程处理，直到所监测到的当前温度|t
s-tc|≤δt。即当前的温度信息tc处在安全的温度区间内，从而能够在保证器件安全的同时提高吸气材料的激活效果。
[0046]
在本实施例中，当前输出电流ic增加或者减少都是逐步进行的，避免激活电流一次变动太大对器件造成损伤，同时增强对不同吸气材料的适应能力，增强激活效果。不同的
封装器件如果具有相同的安全温度信息ts，则不同封装器件之间当前的温度信息tc差异小，提高了吸气材料激活的一致性，进而提高了器件真空寿命的一致性。
[0047]
在探测真空封装结构内部和/或外部的温度信息的步骤之前，所述真空封装方法还包括：获取最优电流，并以所述最优电流作为加热底座的初始激活电流。
[0048]
下面参阅图4b，在一实施例中，获取所述最优电流io的方法包括：步骤s4021，试验吸气材料最佳激活过程，采集吸气材料温度随时间的变化，并且拟合成温度-时间曲线；步骤s4022，参照吸气材料对应的电流-温度曲线，得到电流-时间曲线；步骤s4023，电流-时间曲线上对应激活时间获取最优电流io。
[0049]
在一些实施例中，以所述最优电流作为加热底座的初始激活电流，在另一些实施例中，预设初始激活电流从一个较小的值开始，逐步提高当前激活电流的值，在提高过程中监测当前的温度信息tc，与安全的温度信息ts比较，确保器件处于安全的温度波动范围内。
[0050]
在一些实施例中，所述可编程电流源2021在控制指令设定后，保证输出的电流恒定，不会随着器件温度变化而改变，保证整个激活过程精确可控。
[0051]
上述技术方案，通过设置温度探测模块，用于实时监测真空封装结构以及内部元件的温度，与结构和元件的安全温度比较，确保温度处于安全范围内，提高整个器件的安全性。同时比较当前温度与安全温度的差值，使激活温度达到最优，从而提高吸气材料的激活效果，提高器件的高真空寿命，提高器件真空寿命的一致性。
[0052]
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
[0053]
以上所述仅是本发明的优选实施例，并非用于限定本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种真空封装结构，其特征在于，包括：真空腔体，所述真空腔体内部设置有吸气装置和芯片，所述吸气装置包括加热底座和设置在加热底座表面的吸气材料，所述加热底座的引脚通过真空腔体的壳体引出至外部，所述加热底座用于加热所述吸气材料；温度探测模块，设置于所述真空腔体内部和/或外部，用于探测所述真空腔体内部和/或外部的温度信息，所探测的结果被用于控制所述加热底座的激活电流。2.根据权利要求1所述的真空封装结构，其特征在于，所述温度探测模块包括温度传感器模块和温度传输模块，所述温度传感器模块设置于所述真空腔体内部和/或外部，用于探测所述真空腔体内部和/或外部的温度信息，所述温度传输模块设置于所述真空腔体外部，用于接收及传送所述温度传感器模块探测到的温度信息。3.根据权利要求1所述的真空封装结构，其特征在于，所述温度探测模块实时探测所述真空腔体内部和/或外部的温度信息，所述温度信息包括吸气材料温度、封装壳体温度、内部元件温度、或者与吸气装置连接的一结构温度。4.根据权利要求1所述的真空封装结构，其特征在于，所述温度探测模块采用非接触式的红外测温方式探测所述真空腔体外部的温度信息。5.根据权利要求1所述的真空封装结构，其特征在于，所述温度探测模块采用接触式的热电偶表贴方式探测所述真空腔体内部和/或外部的温度信息。6.一种真空封装装置，其特征在于，包括：可编程电流源，所述可编程电流源的输出端与真空封装结构中用于加热吸气材料的加热底座连接，为所述加热底座提供激活电流，并且能够与外部控制模块连接通讯；控制模块，与温度探测模块进行数据传输，用于接收真空封装结构内部和/或外部的温度信息，并且根据接收到的所述温度信息输出控制指令至所述可编程电流源。7.一种真空封装装置，其特征在于，所述真空封装装置包括可编程电流源和控制模块，所述可编程电流源和所述控制模块被配置为执行如下步骤：所述控制模块接收真空封装结构内部和/或外部的温度信息；所述控制模块根据接收到的所述温度信息计算激活电流，并发送控制指令至可编程电流源；所述可编程电流源根据所述控制指令调整输出至真空封装结构内部的加热底座的激活电流。8.一种真空封装方法，其特征在于，包括如下步骤：探测真空封装结构内部和/或外部的温度信息；根据探测到的所述温度信息调整输出至真空封装结构内部的加热底座的激活电流。9.根据权利要求8所述的真空封装方法，其特征在于，在探测真空封装结构内部和/或外部的温度信息的步骤之前，所述真空封装方法还包括如下步骤：获取最优电流，并以所述最优电流作为加热底座的初始激活电流，获取所述最优电流的方法包括：试验吸气材料最佳激活过程，采集吸气材料温度随时间的变化，并且拟合成温度-时间曲线；参照吸气材料的电流-温度曲线以及所述温度-时间曲线，得到电流-时间曲线；
根据电流-时间曲线上对应的激活时间获取所述最优电流。10.根据权利要求8所述的真空封装方法，其特征在于，根据探测到的所述温度信息调整输出至真空封装结构内部的加热底座的激活电流的步骤进一步包括：设置安全的温度信息以及温度波动允许值；调整激活电流以使真空封装结构内部和/或外部的当前的温度信息与安全的温度信息的温差绝对值处在所述温度波动允许值内。

技术总结
本发明提供了一种真空封装结构、真空封装装置以及方法。在真空封装结构中设置温度探测模块，用于实时监测真空封装结构及内部元件的温度。在真空封装装置中设置有控制模块和可编程电流源，所述控制模块用于接收真空封装结构内部和/或外部的温度信息并且根据接收到的所述温度信息输出控制指令至所述可编程电流源，所述可编程电流源用于输出至真空封装结构内部的加热底座的激活电流。通过调整激活电流确保整个器件处于安全温度内，提高器件的安全性。同时使激活温度达到最优，从而提高吸气材料的激活效果，提高器件的高真空寿命，提高器件真空寿命的一致性。件真空寿命的一致性。件真空寿命的一致性。


技术研发人员：钱剑 朱晓荣 潘峰 罗雯雯 马志刚 姜利军
受保护的技术使用者：浙江大立科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/19