一种基于超声激光耦合作用机制的微连接系统

本发明涉及微连接，尤其涉及一种基于超声激光耦合作用机制的微连接系统。

背景技术：

1、近年来，采用激光为热源的微连接技术逐渐成熟，打破了高能量密度激光对ic芯片造成热损伤的刻板印象。由于激光能量高度集中，在合理调整工艺参数的情况下，能够实现对封装结构的选择性精密加热，并严格控制热影响区的大小。有效地避免了互连过程中热输入对热敏元件造成的损坏，从而提高了封装结构的可靠性。该工艺适用于对材料互连及元件封装具有高精度要求的场景。

2、然而，基于激光热源的瞬时性，极大地升/降温速率使得停止加热后的几秒钟内焊点便会冷却凝固，严重限制了冶金反应的进行，元素扩散及再结晶反应被迫中断，不利于形成均质、细化的金属间化合物组元，而微连接焊点内各金属间化合物组员的形成及演变是影响焊点强度及性能的决定性因素，单一的激光工艺机制使焊点力学性能无法得到保障，且无法保证封装的气密性。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，用以解决现有技术中，采用激光为热源的微连接技术无法保障微连接焊点力学性能，且无法保证封装的气密性的缺陷。

2、本发明提供一种基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，包括：基座、超声波振动装置、定位机构、施压机构和激光发生装置。

3、所述超声波振动装置设于所述基座，所述超声波振动装置包括振动部，所述振动部设有第一定位槽，所述第一定位槽用于固定待连接样品的下基底。

4、所述定位机构设于所述基座，所述定位机构包括定位台，所述定位台上设有第二定位槽，所述第二定位槽用于固定待连接样品的上盖板。

5、所述施压机构包括压块，所述压块用于伸入所述第二定位槽内对所述上盖板施加压力。

6、所述激光发生装置包括激光发射头，所述激光发射头用于将激光发射至所述第二定位槽内或所述第二定位槽周围的区域。

7、根据本发明提供的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，所述施压机构还包括压板，所述压块与所述压板连接，所述压板上设有用于透射激光的透射槽，所述压块位于所述透射槽的第一侧，所述激光发射头设于所述透射槽的第二侧，所述压块采用可透射激光的材料制成。

8、根据本发明提供的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，所述压块采用蓝宝石陶瓷制成。

9、根据本发明提供的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，所述施压机构还包括调压组件，所述调压组件包括两根调压螺杆和两个调压螺母，所述调压螺杆的一端与所述定位台连接，两个所述调压螺杆对称穿设于所述压板的两侧，所述调压螺母与所述调压螺杆一一对应螺纹配合。

10、根据本发明提供的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，所述施压机构还包括固定盖，所述固定盖与所述压板连接。

11、所述压板包括主体部和施压部，所述施压部与所述主体部连接，所述主体部设于所述压板与所述固定盖之间，所述施压部伸出至所述固定盖之外。

12、所述主体部的两侧与所述压板之间对称设有压力传感器。

13、根据本发明提供的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，所述定位台上设有第三定位槽，所述第三定位槽内设有激光透射定位片，所述第二定位槽设于所述激光透射定位片，所述激光透射定位片采用可透射激光的材料制成。

14、根据本发明提供的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，所述激光透射定位片采用蓝宝石陶瓷制成。

15、根据本发明提供的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，所述振动部的上、下端面均设有定位块，所述第一定位槽设于所述定位块上，所述定位块采用聚四氟乙烯材料制成。

16、根据本发明提供的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，所述定位机构还包括支撑板，所述支撑板设于所述基座，所述定位台设于所述支撑板，所述定位台为x/y/r三轴位移平台。

17、根据本发明提供的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，所述超声波振动装置还包括超声换能器、超声振动头、第一固定座、固定环、第二固定座、限位件和缓冲垫。

18、所述第一固定座与所述基座刚性连接，所述第一固定座上设有安装槽，所述固定环设于所述安装槽内并与所述第一固定座之间形成限位卡槽，所述超声换能器的外壁沿周向形成有限位凸缘，所述限位凸缘与所述限位卡槽卡接配合，所述超声振动头与所述超声换能器连接，所述振动部设于所述超声振动头的端部。

19、所述第二固定座设于所述基座，所述第二固定座上设有限位槽，所述限位件设于所述限位槽内，所述缓冲垫设于所述限位件的内壁，所述超声振动头的外壁柔性抵接于所述缓冲垫。

20、本发明提供的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，通过设置超声波振动装置、定位机构、施压机构和激光发生装置，待连接样品的下基底和上盖板连接时，将下基底置于第一定位槽内，使其设有气密性封装材料（如瞬态液相微连接材料、玻璃熔块、环氧树脂等）的一侧朝上，将上盖板置于第二定位槽内，使其设有气密性封装材料的一侧朝下，通过压块对上盖板施加压力，同时超声波振动装置和激光发生装置按照设定参数运行，对下基底和上盖板的位置施加激光和超声波振动，使下基底和上盖板之间形成力学性能较好且具有气密性的微连接结构，解决了现有技术中，采用激光为热源的微连接技术无法保障微连接焊点力学性能，且无法保证封装的气密性的缺陷。

21、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，其特征在于，所述施压机构还包括压板，所述压块与所述压板连接，所述压板上设有用于透射激光的透射槽，所述压块位于所述透射槽的第一侧，所述激光发射头设于所述透射槽的第二侧，所述压块采用可透射激光的材料制成。

3.根据权利要求2所述的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，其特征在于，所述压块采用蓝宝石陶瓷制成。

4.根据权利要求2所述的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，其特征在于，所述施压机构还包括调压组件，所述调压组件包括两根调压螺杆和两个调压螺母，所述调压螺杆的一端与所述定位台连接，两个所述调压螺杆对称穿设于所述压板的两侧，所述调压螺母与所述调压螺杆一一对应螺纹配合。

5.根据权利要求4所述的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，其特征在于，所述施压机构还包括固定盖，所述固定盖与所述压板连接；

6.根据权利要求1所述的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，其特征在于，所述定位台上设有第三定位槽，所述第三定位槽内设有激光透射定位片，所述第二定位槽设于所述激光透射定位片，所述激光透射定位片采用可透射激光的材料制成。

7.根据权利要求6所述的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，其特征在于，所述激光透射定位片采用蓝宝石陶瓷制成。

8.根据权利要求1所述的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，其特征在于，所述振动部的上、下端面均设有定位块，所述第一定位槽设于所述定位块上，所述定位块采用聚四氟乙烯材料制成。

9.根据权利要求1至8任一项所述的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，其特征在于，所述定位机构还包括支撑板，所述支撑板设于所述基座，所述定位台设于所述支撑板，所述定位台为x/y/r三轴位移平台。

10.根据权利要求1至8任一项所述的基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，其特征在于，所述超声波振动装置还包括超声换能器、超声振动头、第一固定座、固定环、第二固定座、限位件和缓冲垫；

技术总结本发明涉及微连接技术领域，提供一种基于超声激光耦合作用机制的微连接系统，包括：基座、超声波振动装置、定位机构、施压机构和激光发生装置；超声波振动装置设于基座，超声波振动装置包括振动部，振动部设有第一定位槽，第一定位槽用于固定待连接样品的下基底；定位机构设于基座，定位机构包括定位台，定位台上设有第二定位槽，第二定位槽用于固定待连接样品的上盖板。施压机构包括压块，压块用于伸入第二定位槽内对上盖板施加压力；激光发生装置包括激光发射头，激光发射头用于将激光发射至第二定位槽内或第二定位槽周围的区域。本发明解决了现有技术中，采用激光为热源的微连接技术无法保障微连接焊点力学性能，无法保证封装的气密性的缺陷。技术研发人员：霍永隽,宋佳麒,张刚,赵修臣,李红,石素君受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2