悬空打线工艺及工装的制作方法

1.本发明涉及mems封装技术领域，具体涉及悬空打线工艺及工装。背景技术：2.微机械硅芯片与基板的连接是高精度mems(微机电系统)加速度计封装中最关键的步骤之一。由于不同材料之间的tce(热膨胀系数)不匹配而在芯片贴装过程中引起的应力和应变将对加速度计传感器的输出特性产生不利影响，其中，杨氏模量和粘合剂的厚度是影响硅片应力和变形的最重要因素。软胶材料具有更好的应力吸收能力，随着胶层厚度的增加，硅片的应力和变形减小。因此，需要在mems加速度计的芯片贴装封装中使用柔软而厚实的粘合剂，杨氏模量越低越好，理想状态下杨氏模量为零。技术实现要素：3.有鉴于此，本发明要解决的问题是提供悬空打线工艺及工装。4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：悬空打线工艺，包括以下步骤：5.第一步，通过悬空打线工装将mems芯片固定于管壳中，对所述mems芯片进行打线，使得所述mems芯片通过金属线与管壳连接；6.第二步，完成打线后将悬空打线工装移走，mems芯片通过金属线与管壳连接且mems芯片底部与管壳留有间隙呈悬空状；7.第三步，采用粘度值为14500cp的胶水于所述mems芯片与金属线连接所在表面进行涂覆形成防护层，然后满足固化条件对防护层进行固化，涂覆厚度覆盖所述mems芯片与金属线连接处的焊点。8.在本发明中，优选地，所述第三步的固化条件为150℃的温度环境，固化1小时。9.在本发明中，优选地，所述第三步之后将管壳转移至真空炉中进行封盖处理，封盖同时对管壳的腔室进行抽真空操作。10.悬空打线工装，采用上述悬空打线工艺，包括工装基板，所述工装基板具有环形缺口，所述环形缺口对称开设有一字槽，所述一字槽容置有压紧块，所述压紧块穿设所述环形缺口，所述一字槽旁侧均设有缓冲机构，所述缓冲机构带动所述压紧块相对于所述工装基板竖直方向移动，以使所述压紧块抵住mems芯片，所述环形缺口布置于所述工装基板的中部。11.在本发明中，优选地，每个所述缓冲机构均包括两个中空的定位柱、弹性件和连接块，所述定位柱贯穿所述工装基板，所述弹性件的一端与所述压紧块固定连接，所述弹性件的另一端与所述连接块固定连接，所述连接块固定连接所述定位柱的一端，所述定位柱的另一端螺纹安装有紧固螺钉。12.在本发明中，优选地，所述mems芯片内置于管壳中，所述管壳开设有方形槽，所述工装基板与所述管壳的边缘相抵触。13.在本发明中，优选地，所述压紧块面向所述mems芯片的一侧固设有凸起部，所述凸起部与所述mems芯片的第一表面接触直至所述mems芯片的第二表面与所述管壳的内壁相抵触。14.在本发明中，优选地，所述环形缺口的截面形状为楔形。15.在本发明中，优选地，所述弹性件设置为具有弹性形变的弹簧或弹片。16.在本发明中，优选地，所述紧固螺钉外设有外螺纹，所述定位柱内缘设有与所述外螺纹相配合的内螺纹。17.在本发明中，优选地，所述一字槽两侧均开设有圆孔，所述圆孔内穿设有轴销，所述压紧块面向所述mems芯片的一侧开设有定位槽，所述定位槽与所述轴销相互配合。18.在本发明中，优选地，所述定位柱与所述紧固螺钉之间套设有环形连接件。19.本发明具有的优点和积极效果是：20.(1)先通过悬空打线工装将mems芯片固定于管壳中，对mems芯片进行打线，使得mems芯片通过金属线与管壳连接；完成打线后将悬空打线工装移走，mems芯片通过金属线与管壳连接且mems芯片底部与管壳留有间隙呈悬空状，mems芯片由于受到金属线表面张力向上抬起；采用粘度值为14500cp的胶水于mems芯片与金属线连接所在表面进行涂覆形成防护层，然后满足固化条件对防护层进行固化，涂覆厚度覆盖mems芯片与金属线连接处的焊点，从而实现了杨氏模量为零的悬空打线过程，克服了外部应力对mems芯片的不利影响，确保了mems全温环境下的参数稳定。21.(2)悬空打线工装通过设置包括弹性件、压紧块、定位柱在内的缓冲机构，这三者之间的相互配合能够实现对mems芯片压紧固定，由于mems芯片尺寸小巧精密，同时也避免了工装刚性压紧固定可能对mems芯片表面压紧过度容易损坏芯片问题的出现，工装结构简单、便于操作，实现了杨氏模量为零的悬空打线过程，确保了mems全温环境下的参数稳定。22.(3)悬空打线工装通过设置一字槽有效限制了压紧块前后移动的空间，由于一字槽两侧均开设有圆孔，圆孔内穿设有轴销，压紧块面向mems芯片的一侧开设有定位槽，定位槽与轴销相互配合能够限制压紧块水平方向晃动，从而避免了压紧块回复到初始位置时容易左右晃动的问题，进一步提高了压紧块压紧固定mems芯片时的稳定性能。附图说明23.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：24.图1是本发明的悬空打线工艺的步骤示意图；25.图2是本发明的悬空打线工装的正面视角的立体图；26.图3是图2中的a的局部放大示意图；27.图4是本发明的悬空打线工装的背面视角的立体图；28.图5是图4中的b的局部放大示意图；29.图6是本发明的悬空打线工装工作过程的结构剖视图；30.图7是本发明的悬空打线工装工作过程的截面示意图；31.图8是本发明的悬空打线工装涂覆防护层的结构剖视图。32.图中：1、工装基板；2、环形缺口；3、一字槽；4、压紧块；5、缓冲机构；6、mems芯片；7、定位柱；8、弹性件；9、连接块；10、紧固螺钉；11、管壳；12、方形槽；13、凸起部；14、圆孔；15、定位槽；16、环形连接件。具体实施方式33.下面将结合本发明实施例中的附图，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。34.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。35.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。36.如图1所示，本发明提供悬空打线工艺，包括以下步骤：37.第一步，通过悬空打线工装将mems芯片6固定于管壳11中，对mems芯片6进行打线，使得mems芯片6通过金属线与管壳11连接；38.第二步，完成打线后将悬空打线工装移走，mems芯片6通过金属线与管壳11连接且mems芯片6底部与管壳11留有间隙呈悬空状；39.第三步，采用粘度值为14500cp的胶水于mems芯片6与金属线连接所在表面进行涂覆形成防护层，然后满足固化条件对防护层进行固化，涂覆厚度覆盖mems芯片6与金属线连接处的焊点。40.该悬空打线工艺步骤首先利用与悬空打线工装外接的升降机构带动悬空打线工装下降直至悬空打线工装的凸起部13与mems芯片6上表面相抵触，由于mems芯片6纳米级尺寸小，对精度要求高，因而升降机构上下移动通过外接plc控制器系统输入所需升降的具体数值，能够适用于高度的精细浮动，环形缺口2的尺寸与mems芯片6的边缘尺寸相匹配，mems芯片6固定到位后对其进行打线使得mems芯片6通过金属线与管壳11连接，金属线可以为金线或者铜线，采用金线时其径向尺寸为25μm，采用铜线时其径向尺寸为50μm，伸长量为0.1μm，完成打线之后通过外部的plc控制器控制悬空打线工装向上移动脱离mems芯片6，此时mems芯片6受到金属线自身的张力脱离管壳11的内壁底部向上微微抬起，接下来在mems芯片6与金属线连接所在平面采用粘度值为14500cp的胶水进行涂覆以形成防护层，具体如图8所示，涂覆的厚度刚刚覆盖mems芯片6与金属线连接处的焊点，在固化条件下对防护层进行固化，具体而言，固化条件为150℃的温度环境，固化1小时，将防护层固化完成后将管壳11转移至真空炉中进行封盖处理，进行封盖处理的同时对管壳11的腔室进行抽真空操作，使得mems芯片6与管壳11之间的相对位置关系固定下来，确保了mems芯片6在有限的范围内浮动，避免了产品转移过程上下轻微浮动范围过大可能对产品造成的损害或金属线焊点处出现断裂的情况，通过这种悬空打线工艺步骤能够避免外部应力变化对mems芯片6内部结构的影响。41.在本实施例中，进一步地，第三步的固化条件为150℃的温度环境，固化1小时，该固化条件下得到的防护层能够有效提高金属线与mems芯片6之间连接强度，经过涂覆防护胶之后的mems芯片通过冲击测试得到其平均加速度g值能达到600。42.在本实施例中，进一步地，第三步之后将管壳11转移至真空炉中进行封盖处理，封盖同时对管壳11的腔室进行抽真空操作。封盖处理过程为的是确保mems芯片6产品具有良好的密封性能，避免空气中某些气体成分对mems芯片6这种微结构的腐蚀作用，以确保mems器件的高可靠性。43.根据已经公开的专利cn113955710a，其中，说明书记载的“根据已经公开的专利cn105668507a：该专利利用焊线将芯片吊设于空中以避免芯片跟封装外壳接触，以减少外壳和和外部环境的变化影响芯片的应力变化。但通过分析其缺点发现该方案在现实中是不可实现的：使用芯片焊线承担芯片的悬浮，焊线工艺在可靠性上本来就非常重要，每根焊线的焊接点都是要保证连接质量(不允许有焊接处开裂，变形，合金一致等高品质要求)，不希望有外力碰触焊线和焊点，因为焊线在产品长期使用中承担着电信号的传输，一旦有损伤导致电阻变大，电信号失真，产品的功能性就遭到破坏了，如果焊线还需要长时间地承担芯片悬浮的任务，不可避免地会影响焊点的可靠性，减少产品寿命；芯片在焊线过程中必须被固定在载板上，才能保证焊线焊点质量，芯片悬浮是不能进行焊线的；为了能焊线，将芯片底部垫上相关材料，焊线完成后，很难去除垫高材料”。可以看出现有技术无法做到使得芯片处于悬浮状态的过程中进行打线，且现有技术均在打线完成后在管壳11的内腔进行灌封处理，但灌胶之后mems芯片6与管壳11之间的空隙充满胶水层，由于胶水本身具有杨氏模量相对于mems芯片6会产生应力，该应力影响mems芯片6的内部结构性能指标检测，然而本发明公开的这种悬空打线工艺能够减小mems芯片6的应力，通过对该工艺步骤下的mems芯片6进行冲击测试能够得到该mems芯片6的平均加速度g值能达到600，这与采用现有技术打线工艺步骤得到的mems芯片6的g值仅为12相比取得了很大程度的提升。44.悬空打线工装，采用上述悬空打线工艺，如图2和图3所示，包括工装基板1，工装基板1具有环形缺口2，环形缺口2对称开设有一字槽3，一字槽3容置有压紧块4，压紧块4穿设环形缺口2，一字槽3旁侧均设有缓冲机构5，缓冲机构5带动压紧块4相对于工装基板1竖直方向移动，以使压紧块4抵住mems芯片6。通过设置一字槽3有效限制了压紧块4前后移动的空间。45.在本实施例中，进一步地，环形缺口2布置于工装基板1的中部，使用时工装基板1的两端同步被按压轻轻向下移动，位于工装基板1中部的环形缺口2受力较为平均，提高了固定mems芯片6的稳定性。46.如图4和图5所示，在本实施例中，进一步地，每个缓冲机构5均包括两个中空的定位柱7、弹性件8和连接块9，定位柱7贯穿工装基板1，弹性件8的一端与压紧块4固定连接，弹性件8的另一端与连接块9固定连接，连接块9固定连接定位柱7的一端，定位柱7的另一端螺纹安装有紧固螺钉10。压紧块4在缓冲机构5的带动下相对于工装基板1竖直方向微微向上移动，具体而言，当凸起部13的端面与mems芯片6的表面接触时，随着工装基板1被继续下压，由于定位柱7固定穿设于工装基板1上，且弹性件8的一端与连接块9相连，弹性件8的另一端与压紧块4固定连接，此时压紧块4两端受力向上移动压缩弹性件8，弹性件8被压缩，也即工装基板1相对于压紧块4位置下降，直至移动到环形缺口2与管壳11的边缘相抵触，实现了将mems芯片6固定在管壳11上。47.在本实施例中，进一步地，压紧块4面向mems芯片6的一侧固设有凸起部13，凸起部13与mems芯片6的第一表面接触直至mems芯片6的第二表面与管壳11的内壁相抵触。凸起部13与mems芯片6的尺寸相匹配，能够对其起到固定的作用，解决了打线过程中mems芯片6容易晃动的问题。48.在本实施例中，进一步地，环形缺口2的截面形状为楔形，通过将环形缺口2的截面形状设置为楔形，便于工装基板1迅速对准方形槽15的位置。49.在本实施例中，进一步地，弹性件8设置为具有弹性形变的弹簧或弹片，通过设置弹性件8与压紧块4、定位柱7之间的相互配合能够实现对mems芯片6压紧固定，由于mems芯片6尺寸小巧精密，同时也避免了工装刚性压紧固定可能对mems芯片6表面压紧过度容易损坏芯片问题的出现。50.在本实施例中，进一步地，紧固螺钉10外设有外螺纹，定位柱7内缘设有与外螺纹相配合的内螺纹，外螺纹与内螺纹相互配合能够实现紧固螺钉与定位柱之间的快速拆装，便于零部件的更换。51.在本实施例中，进一步地，一字槽3两侧均开设有圆孔14，圆孔14内穿设有轴销，压紧块4面向mems芯片6的一侧开设有定位槽15，定位槽15与轴销相互配合。定位槽15与轴销相互配合能够限制压紧块4水平方向晃动，从而避免了压紧块4回复到初始位置时容易左右晃动的问题，进一步提高了压紧块4压紧固定mems芯片6时的稳定性能。52.在本实施例中，进一步地，定位柱7与紧固螺钉10之间套设有环形连接件16。环形连接件16的设置能够使得同组缓冲机构5中的两个定位柱7的端部是稳定的，解决了容易出现晃动稳定性不高的问题。53.工作时，首先将管壳11放置到位，管壳11开设有方形槽12，方形槽12中部放置有mems芯片6，与悬空打线工装外部相连的升降机构带动悬空打线工装轻轻向下移动，将悬空打线工装放置于管壳11正上方，使得环形缺口2正对管壳11边缘，由于工装基板1的环形缺口2位置处对称开设有一字槽3，一字槽3容置有压紧块4，压紧块4在缓冲机构5的带动下相对于工装基板1竖直方向微微向上移动，具体而言，缓冲机构5包括两个中空的定位柱7、弹性件8和连接块9，定位柱7贯穿工装基板1，连接块9固定连接定位柱7的一端，定位柱7的另一端螺纹安装有紧固螺钉10，当凸起部13的端面与mems芯片6的表面相抵触之后，随着工装基板1的继续下压，由于定位柱7固定穿设于工装基板1上，且弹性件8的一端与连接块9相连，弹性件8的另一端与压紧块4固定连接，此时压紧块4两端受力向上移动压缩弹性件8，弹性件8被压缩，也即工装基板1相对于压紧块4位置下降，直至移动到环形缺口2与管壳11的边缘相抵触，实现了将mems芯片6固定在管壳11上，接下来对mems芯片6进行打线过程，完成打线后将悬空打线工装抬起移走，随着工装基板1向上移动，弹性件8伸长缓慢回复到自然伸长的初始状态，弹性件8带动压紧块4向下移动，通过设置一字槽3有效限制了压紧块4前后移动的空间，由于一字槽3两侧均开设有圆孔14，圆孔14内穿设有轴销，压紧块4面向mems芯片6的一侧开设有定位槽15，定位槽15与轴销相互配合能够限制压紧块4水平方向晃动，从而避免了压紧块4回复到初始位置时容易左右晃动的问题，进一步提高了压紧块4压紧固定mems芯片6时的稳定性能，如图6和图7所示，此时mems芯片6通过金属线与管壳11连接，mems芯片6由于受到金属线表面张力向上抬起，此时mems芯片6与管壳11底部内壁之间产生空隙呈现悬空状，接下来对mems芯片6与金属线连接处所在表面进行填胶灌封处理，实现了杨氏模量为零的悬空打线过程，克服了外部应力对mems芯片6的不利影响，确保了mems全温环境下的参数稳定。悬空打线工装外接有升降机构，升降机构外接有plc控制器或其他具有类似功能的控制器，控制器设定好需要升降的固定参数满足mems芯片尺寸小加工精度高的要求，升降机构通过悬空打线工装两侧的安装孔与之连接，悬空打线工装两端同步升降能够有效确保悬空打线工装上升或者下降的稳定性，避免了左右摇摆的情况。54.由于定位柱7的另一端螺纹连接有紧固螺钉10，且定位柱7与紧固螺钉10之间套设有环形连接件16，该结构设计使得同组缓冲机构5中的两个定位柱7的端部是稳定的，解决了容易出现晃动稳定性不高的问题。此外，当需要对紧固螺钉10进行更换时，仅通过反向旋拧紧固螺钉10就可以实现轻松将其从定位柱7拆下，便于紧固螺钉10以及环形连接件16的及时更换与维护。管壳设置为陶瓷管壳，陶瓷具有较高的绝缘性能和优异的高频特性，其线性膨胀系数与电子元器件非常接近，化学性能稳定且热导率高。55.由于mems器件中使用的材料之间的热失配，芯片贴装固化过程所需的温度变化将导致微机械结构中出现不希望的应力和变形。应力和变形对封装元件的性能产生不利影响。胶水的特性受到固化条件、点胶量以及硬度因素的综合影响，在本实施例中，胶水涂覆于mems芯片的表面，涂覆厚度刚好覆盖mems芯片与金属线连接处的焊点，金属线可以为金线或者铜线，对于传统未涂覆有防护胶的mems芯片而言其平均加速度g值为12，经过涂覆防护胶之后的mems芯片的平均加速度g值能达到600，防护胶选用硬度值为14500pa·s的绝缘硅橡胶，固化条件为150℃，固化时间1个小时，该固化条件下得到的防护层能够有效提高金属线与mems芯片6之间连接强度。56.在对mems芯片完成防护胶涂覆步骤以后，对mems进行封盖步骤处理，封盖步骤在真空炉中进行，封盖过程同时对管壳的内腔进行抽真空操作，封盖与管壳接触部分的结构留有缝隙。57.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。