CN102115023B - 用于mems芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，包括下夹板、垫圈、衬板、压块和上夹板。下夹板为中空的圆筒形，上端开口，下端具有底面，且在该底面上开有腐蚀窗口；垫圈为圆型环或矩形环，位于下夹板的底面与待腐蚀芯片之间；衬板形状与待腐蚀芯片相同，位于待腐蚀芯片之上并通过黏附层与待腐蚀芯片粘接，尺寸大于待腐蚀芯片且其外径与下夹板的内径相同；压块为圆柱形或四棱柱，位于衬板之上；上夹板为顶部带帽状结构的圆柱体，其纵截面为T字形，圆柱的柱体部分外径与下夹板的内径相同，且该柱体部分的底面压在压块的上表面。利用本发明，彻底解决了现有夹具容易出现的硅片破碎问题和正面漏液问题，可以实现完美的具有正面保护的背面腐蚀工艺。
Description
技术领域
本发明涉及微电子加工工艺技术领域，尤其涉及一种用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构。
背景技术
微电子机械系统(MEMS)是在集成电路工艺的基础上发展起来多学科交叉的新型学科，涉及微电子学、机械学、自动控制学、材料科学等多种工程技术和学科。完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等组成的一体化微型器件系统，其目的是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，完成大尺寸机电系统所不能完成的任务，嵌入大尺寸系统中可大幅度提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。
由于需要将控制或信号读出电路与传感单元集成在一个芯片上，当制作某些需要通过化学腐蚀实现传感器结构的芯片时常常会遇到芯片的背面需要被腐蚀而芯片的正面拥有惧怕腐蚀液的电路结构或传感材料如多晶硅等。
为了解决这种问题，人们想到了制作各种保护夹具以达到保护正面的同时腐蚀芯片背面结构的目的。而之前的各种夹具都存在着如果夹的过紧芯片容易破裂，而如果夹的太松又会出现液体渗漏的问题。这种问题给这类需要背面腐蚀的芯片制作造成了很大的困扰，并限制了这类芯片的发展与应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出了一种用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，以彻底解决现有夹具容易出现的硅片破碎问题和正面漏液问题。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，该结构包括下夹板1、垫圈2、衬板3、压块4和上夹板5，其中：
下夹板1为中空的圆筒形，内径大于待腐蚀芯片的直径，上端开口，下端具有底面，且在该底面上开有腐蚀窗口，该腐蚀窗口的面积小于待腐蚀芯片的面积且大于待腐蚀芯片上需要被腐蚀区域的面积；
垫圈2为圆型环或矩形环，位于下夹板1的底面与待腐蚀芯片之间，其外径小于待腐蚀芯片，内径大于待腐蚀芯片上需要被腐蚀区域；
衬板3形状与待腐蚀芯片相同，位于待腐蚀芯片之上并通过黏附层与待腐蚀芯片粘接，尺寸大于待腐蚀芯片且其外径与下夹板1的内径相同；在腐蚀过程中待腐蚀芯片将与衬板粘接，通过高强度衬板的约束作用保护芯片免于破碎；
压块4为圆柱形或四棱柱，位于衬板3之上，其截面尺寸与衬板3相当，高度等于上夹板5与下夹板1螺纹拧紧后的间隙；
上夹板5为顶部带帽状结构的圆柱体，其纵截面为T字形，圆柱的柱体部分外径与下夹板1的内径相同，且该柱体部分的底面压在压块4的上表面。
上述方案中，所述下夹板1采用聚四氟材料制作而成，其内表面上具有与上夹板5外表面对应的螺纹。
上述方案中，所述垫圈2采用耐腐蚀柔软橡胶材料氟橡胶或氯橡胶制作而成。
上述方案中，所述衬板3采用石英、玻璃、碳化硅、蓝宝石或钢材等高强度材料制作而成。
上述方案中，所述压块4采用聚四氟材料制作而成。
上述方案中，所述上夹板5采用聚四氟材料制作而成，上夹板5的柱体部分具有与下夹板1内螺纹相对应的外螺纹，其顶部的帽状结构为圆盘形，其尺寸大于下夹板1的外径。
(三)有益效果
本发明提供的这种用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，其中的高强度衬板通过与芯片的粘接，可以将芯片在夹具加紧过程中所承受的应变约束在其最大可承受应变之内，从而保证芯片在承受夹具压力的情况下不会碎裂，彻底解决了现有夹具容易出现的硅片破碎问题和正面漏液问题，可以实现完美的具有正面保护的背面腐蚀工艺。
附图说明
图1-1是本发明提供的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构中下夹板的结构示意图；
图1-2是本发明提供的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构中下夹板的剖面图；
图2是本发明提供的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构中垫圈的结构示意图；
图3是本发明提供的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构中衬板的结构示意图；
图4是本发明提供的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构中压块的结构示意图；
图5-1是本发明提供的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构中上夹板的结构示意图；
图5-2是本发明提供的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构中上夹板的剖面图；
图6-1至图6-4是本发明提供的对待腐蚀芯片进行腐蚀的工艺示意图，其中，图6-1显示了待腐蚀芯片的结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构包括下夹板1、垫圈2、衬板3、压块4以及上夹板5。其中，下夹板1为中空的圆筒形，内径大于待腐蚀芯片的直径，上端开口，下端具有底面，且在该底面上开有腐蚀窗口，该腐蚀窗口的面积小于待腐蚀芯片的面积且大于待腐蚀芯片上需要被腐蚀区域的面积。垫圈2为圆型环或矩形环，位于下夹板1的底面与待腐蚀芯片之间，其外径小于待腐蚀芯片，内径大于待腐蚀芯片上需要被腐蚀区域。衬板3形状与待腐蚀芯片相同，位于待腐蚀芯片之上，尺寸大于待腐蚀芯片且其外径与下夹板1的内径相同，在腐蚀过程中待腐蚀芯片将与衬板粘接，通过高强度衬板的约束作用保护芯片免于破碎。压块4为圆柱形或四棱柱，位于衬板3之上，其截面尺寸与衬板3相当，高度相当于上夹板5与下夹板1螺纹拧紧后的间隙。上夹板5为顶部带帽状结构的圆柱体，其纵截面为T字形，圆柱的柱体部分外径与下夹板1的内径相同，且该柱体部分的底面压在压块4的上表面。
下面结合附图对各组成部分进一步详细说明。
下夹板1为聚四氟材料做成，其为中空的圆筒形，内径大于待腐蚀芯片。其底面上开有腐蚀窗口1-1，窗口1-1的尺寸小于待腐蚀芯片6并大于待腐蚀芯片6上需要被腐蚀的区域面积6-1。下夹板1的内径上具有与上夹板相对应的螺纹1-2，如图1-1和1-2所示。
垫圈2为氟橡胶或氯橡胶等耐腐蚀柔软橡胶材料，其通常为圆型或矩形，且尺寸小于待腐蚀芯片6但大于待腐蚀区域6-1面积，如图2所示。
衬板3通常采用硬度较高的材料如石英、玻璃、碳化硅、蓝宝石或钢材等，其形状与待腐蚀芯片6相同，尺寸略大于待腐蚀芯片6且与下夹板1的内径相同，如图3所示。
压块4为聚四氟材料，为圆柱形或四棱柱，其截面尺寸与衬板3相当，高度等于上夹板5与下夹板1螺纹拧紧后的间隙，如图4所示。
上夹板5为聚四氟材料，其为顶部带帽的圆柱体，其纵截面为T字形，圆柱的柱体部分尺寸与下夹板1的内径相同，并具有与下夹板内螺纹1-2相对应的外螺纹5-1。其顶部的帽状结构为圆盘形，其尺寸略大于下夹板的外径，如图5-1和5-2所示。
本发明提供的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，其使用方法步骤如下：
1)将待腐蚀芯片6的正面使用蜡、光刻胶、油脂或其他化合物与衬板3粘接，如图6-1。
2)将垫圈2放入到下夹板1的底部，再将粘接有衬板3的待腐蚀芯片6的腐蚀面(背面)向下放入到垫圈2上，如图6-2。
3)把压块4放在衬板3上方，如图6-3。
4)将上夹板5与下夹板1通过螺纹拧紧，从而实现待腐蚀芯片6背面的腐蚀区域6-1被腐蚀而正面受到保护的效果，如图6-4。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，其特征在于，该结构包括下夹板(1)、垫圈(2)、衬板(3)、压块(4)和上夹板(5)，其中：
下夹板(1)为中空的圆筒形，内径大于待腐蚀芯片的直径，上端开口，下端具有底面，且在该底面上开有腐蚀窗口，该腐蚀窗口的面积小于待腐蚀芯片的面积且大于待腐蚀芯片上需要被腐蚀区域的面积；
垫圈(2)为圆型环或矩形环，位于下夹板(1)的底面与待腐蚀芯片之间，其外径小于待腐蚀芯片，内径大于待腐蚀芯片上需要被腐蚀区域；
衬板(3)形状与待腐蚀芯片相同，位于待腐蚀芯片之上并通过黏附层与待腐蚀芯片粘接，尺寸大于待腐蚀芯片且其外径与下夹板(1)的内径相同，且衬板(3)采用高强度材料制成；
压块(4)为圆柱形或四棱柱，位于衬板(3)之上，其截面尺寸与衬板(3)相当，高度等于上夹板(5)与下夹板(1)螺纹拧紧后的间隙；
上夹板(5)为顶部带帽状结构的圆柱体，其纵截面为T字形，圆柱的柱体部分外径与下夹板(1)的内径相同，且该柱体部分的底面压在压块(4)的上表面。
2.根据权利要求1所述的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，其特征在于，所述下夹板(1)采用聚四氟材料制作而成，其内表面上具有与上夹板(5)外表面对应的螺纹。
3.根据权利要求1所述的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，其特征在于，所述垫圈(2)采用耐腐蚀柔软橡胶材料制作而成。
4.根据权利要求3所述的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，其特征在于，所述耐腐蚀柔软橡胶材料是氟橡胶或氯橡胶。
5.根据权利要求1所述的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，其特征在于，所述高强度材料是石英、玻璃、碳化硅、蓝宝石或钢材。
6.根据权利要求1所述的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，其特征在于，所述黏附层采用蜡、光刻胶或油脂。
7.根据权利要求1所述的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，其特征在于，所述压块(4)采用聚四氟材料制作而成。
8.根据权利要求1所述的用于MEMS芯片背面湿法化学腐蚀正面保护的夹具结构，其特征在于，所述上夹板(5)采用聚四氟材料制作而成，上夹板(5)的柱体部分具有与下夹板(1)内螺纹相对应的外螺纹，其顶部的帽状结构为圆盘形，其尺寸大于下夹板(1)的外径。
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