相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)請(qǐng)求享有于2014年10月31日提交的美國專利申請(qǐng)第14/529410號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過參照而包含本文中。

背景。

本發(fā)明的實(shí)施例大體上涉及對(duì)溫度、濕度和/或大氣組分敏感的構(gòu)件的封裝。具體的實(shí)施例涉及適合用于氣密密封封裝的蓋，該封裝容納適合用于磁共振成像(“mri”)裝備和需要非磁性構(gòu)件的其它應(yīng)用中的敏感構(gòu)件，諸如微機(jī)電系統(tǒng)(“mems”)。

技術(shù)討論

mems是具有從大約20微米到大約1毫米(0.02至1.0mm)的范圍內(nèi)的其最大尺寸的器件。這些非常小的電氣機(jī)械在許多應(yīng)用中是有用的，例如：從噴墨打印機(jī)的墨盒噴射墨水以將文字放到頁面上；測量車輛或手持設(shè)備(諸如蜂窩電話或游戲控制器)的加速度；轉(zhuǎn)換空氣壓力波或表面振動(dòng)以記錄聲音；在纖維陣列之間切換光學(xué)信號(hào)；等等。

通常，mems可用于在小足跡或體積包絡(luò)內(nèi)可靠地提供高響應(yīng)(小時(shí)間常數(shù))的機(jī)電功能，諸如運(yùn)動(dòng)感測。因此，多年來期望利用mems用于mri系統(tǒng)內(nèi)的感測和控制。然而，必須在mri系統(tǒng)中提供“非磁性”(即，既不是鐵磁性也不是順磁性)的構(gòu)件。

一直以來，mems封裝依靠于鐵磁性和/或順磁性的材料。這樣的情況部分地是因?yàn)?，從非磁性材?例如陶瓷或塑料)制造的封裝理解為需要對(duì)封入封裝內(nèi)的mems有帶風(fēng)險(xiǎn)的熱損傷(例如，釬焊)和/或化學(xué)損傷(例如，揮發(fā)性或水分可滲透的粘合劑)的封閉方法。mems對(duì)它們的環(huán)境、顆粒或化學(xué)上是敏感的，且還對(duì)封裝處理?xiàng)l件敏感，因此需要控制條件和封裝環(huán)境的過程。實(shí)際上，mems代表在封裝中需要特別注意的“敏感”構(gòu)件的一個(gè)種類。該種類的其它組成物可包括壓電、順磁性和形狀記憶合金器件。

鑒于以上，期望在非磁性氣密封裝內(nèi)提供敏感構(gòu)件。提供此封裝的關(guān)鍵難題是設(shè)計(jì)將敏感構(gòu)件結(jié)合到開放的非磁性封裝腔中然后密封該封裝腔的方法，而不對(duì)敏感構(gòu)件引入熱和/或化學(xué)損傷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供用于密封氣密封裝的非磁性蓋。蓋包括鉬基底、濺射的粘合層、濺射的銅籽晶層和鍍敷的鈀焊料基層，以及附接在蓋的密封表面處的金/錫焊料預(yù)型件。

本發(fā)明的方面設(shè)置為根據(jù)如下方法產(chǎn)生用于密封非磁性氣密封裝的非磁性可接縫密封的蓋，該方法包括從鉬坯料形成蓋形基底；將包括一種或更多種材料(諸如：鈦、鉭或鉻)或基本上由該一種或更多種材料構(gòu)成的粘合層濺射到基底上；將銅籽晶層濺射到粘合層上；將鈀焊料基層電鍍到籽晶層上；和在蓋的密封表面處附接金/錫焊料預(yù)型件。

本發(fā)明的其它方面提供用于產(chǎn)生非磁性mems封裝的方法，該方法包括將mems器件結(jié)合在非磁性封裝本體內(nèi)，該磁性封裝本體包括由非磁性金屬密封環(huán)限定的密封邊緣，以及將非磁性蓋密封至封裝本體的密封邊緣，該非磁性蓋具有包括金/錫焊料預(yù)型件的密封表面，金/錫焊料預(yù)型件被密封至封裝本體的密封邊緣。

本發(fā)明的還有其它方面提供用于密封氣密封裝的金屬非磁性蓋，該蓋包括鉬基底、物理氣相沉積的粘合層、銅籽晶層、鈀焊料基層和附接在蓋的密封表面處的金/錫焊料預(yù)型件。

附圖說明

參考附圖閱讀非限制性實(shí)施例的以下描述將更好地理解本發(fā)明，下面在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的非磁性蓋的透視性部分截面圖。

圖2是非磁性封裝本體的頂視圖。

圖3a至圖3c是手套式操作箱的透視圖和容納在手套式操作箱中的定位器和接縫密封器的細(xì)節(jié)圖。

圖4是附接于圖2的非磁性封裝本體的本發(fā)明的實(shí)施例的部分截面圖。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)參考，其示例在附圖中示出。在任何可能之處，在不重復(fù)描述的情況下，貫穿附圖使用的相同的參考符號(hào)指相同或相似的部分。盡管本發(fā)明的示例性實(shí)施例是關(guān)于其在mri系統(tǒng)中的使用而描述，但本發(fā)明的實(shí)施例可適用于在可從非磁性封裝受益的任何裝置中使用。

如本文中所使用，用語“基本上”、“大體上”和“大約”指示相對(duì)于適合用于實(shí)現(xiàn)構(gòu)件或組件的功能性目的的理想期望條件在能夠適度地實(shí)現(xiàn)的制造和組裝公差內(nèi)的條件。

大體上參照?qǐng)D1至圖4，在示例性實(shí)施例中，提供了如圖1中所示的接縫可密封的非磁性蓋100以用于密封如圖2中所示的非磁性mems封裝本體200。通過使用如圖3a中所示的配置在干燥空氣手套式操作箱310內(nèi)的接縫密封器300將蓋100密封到非磁性mems封裝本體200上。接縫密封器300從其電極302逐漸地對(duì)蓋表面100且對(duì)封裝本體200的帶圖案的金屬密封環(huán)250施加電流，從而將帶有金/錫密封預(yù)型件150的蓋與金屬密封環(huán)250局部重熔在一起。接縫密封過程的完成產(chǎn)生了在圖3c中的透視地示出且示為圖4中的部分截面示意圖的氣密的非磁性mems封裝400。

如在本文中使用的，“氣密”意思是在保持在至少60psi的氦下兩小時(shí)之后，使用氦精密泄漏測試器(例如，alcatel^tmasm180型)獲得3x10^-8mbarrl/s或更小的氦泄漏速率，且在fc-40的125c溶液中未示出氣泡，或同等的測試結(jié)果。

現(xiàn)在參照?qǐng)D1，蓋100包括成形為蓋的鉬基底110。例如，基底110可被沖壓或切割成平坦形狀，或者其可被沖壓或拉制成凹入或階梯狀形狀?；诪橹辽俅蠹s5密耳(0.005英寸)厚，通常大約10密耳厚，但可以更厚。大體上，通過將干燥空氣在封裝400內(nèi)維持在大氣壓力下(甚至是在降壓空氣貨運(yùn)期間)而沒有基底的持久變形的期望來設(shè)定對(duì)于基底110的最小厚度。鉬基底還合乎需要地提供有助于接縫密封過程的熱阻和電阻。

蓋100還在鉬基底110上包括粘合層120，該粘合層120為至少大約500埃厚且可達(dá)到大約2000埃厚。粘合層可由鈦或由類似的與鉬相容的金屬(諸如鉭或鉻)濺射到基底110上。在某些實(shí)施例中，物理氣相沉積(pvd)的等同方法可代替濺射來使用。pvd過程包括陰極弧、電子束、阻性蒸發(fā)(resistiveevaporative)、脈沖激光、和磁性濺射沉積技術(shù)。在某些實(shí)施例中，主要因?yàn)殡婂兓蚧瘜W(xué)氣相沉積(cvd)中的化學(xué)難度，涂布方法為磁性濺射。已發(fā)現(xiàn)濺射的粘合層更一致，且提供比鍍敷或cvd粘合層更好的粘合，且濺射系統(tǒng)提供反向?yàn)R射(backsputter)能力以進(jìn)一步改善粘合。相信與電化學(xué)或cvd技術(shù)相比，其它pvd技術(shù)同樣適合。粘合層120被濺射到基底的相對(duì)的寬表面上，且濺射得至少足夠厚使得濺射區(qū)域的邊緣會(huì)合以覆蓋基底的邊緣；因此，粘合層的最小可接受厚度將根據(jù)基底的厚度而變化。粘合層120一般不比從兩個(gè)寬表面覆蓋基底的邊緣所需的厚太多。

在粘合層120上，蓋具有銅籽晶層130，該銅籽晶層130被濺射到至少大約1000埃厚。已發(fā)現(xiàn)銅在其與鈦/鉭/鉻粘合層的相容性方面且在其對(duì)于電鍍鈀的接受性方面適合用于籽晶層130。籽晶層130不是直接濺射到鉬上的，因?yàn)橐寻l(fā)現(xiàn)粘合層120極大地增強(qiáng)籽晶層130至基底110的附接。在一些實(shí)施例中，籽晶層130可為大約2000埃厚，且在某些實(shí)施例中，籽晶層可為差不多大約6000埃厚。較厚的籽晶層幫助緩沖來自隨后的電鍍步驟的反蝕，且?guī)椭采w基底的邊緣且允許在沒有額外的鍍敷步驟的情況下容易地將鈀鍍敷到銅上。另一方面，增大的厚度增加成本和重量，且高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的銅的過大厚度可關(guān)于將蓋接縫密封以封閉mems封裝的隨后的步驟引起問題。

在籽晶層130外，蓋100包括大約1至2μm厚的鈀焊料基層140，其中，該厚度再次選擇成確?；?10的邊緣被覆蓋。鈀焊料基層140通常電鍍到銅籽晶層130上。因此，鈀焊料基層140將覆蓋蓋100的所有表面，以便減輕銅籽晶層的變暗。在其它實(shí)施例中，焊料基層140可濺射到蓋100的僅一個(gè)表面(密封表面104)上。然而，焊料基層到蓋100的邊緣上的保形性有助于增強(qiáng)焊料預(yù)型件的密封作用，如下面進(jìn)一步論述的那樣。在某些實(shí)施例中，金觸擊層145可電鍍?cè)谧丫?40與焊料基層130之間，以便增強(qiáng)焊料基層至籽晶層的附接。

在蓋100的密封表面104上，在其邊緣附近，金/錫焊料預(yù)型件150然后例如通過定位焊附接至焊料基層140?？偟膩碚f，蓋100的材料和各種層厚度選擇成以便蓋具有足夠高以使電流集中用于焊料預(yù)型件150的點(diǎn)縫密封的體電阻率，而非焊接蓋自身。因此，本發(fā)明的蓋100允許不強(qiáng)加蓋或蓋附接到的結(jié)構(gòu)的整體加熱的低功率接縫密封過程。因此，可能將該蓋用于mems封裝的氣密密封，而沒有對(duì)封裝內(nèi)的mems器件造成熱損傷的風(fēng)險(xiǎn)。蓋100還可包括在鈀焊料基層140與焊料預(yù)型件150之間的金閃光層160。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2和圖4，適合用于由蓋100封閉的mems封裝本體200的示例包括壁201，壁201的頂上是大體上平坦的金屬密封環(huán)250。密封環(huán)250因而限定封裝本體的密封邊緣。壁201包圍腔204。在腔204內(nèi)，mem(微機(jī)電)器件210結(jié)合至封裝本體200。

再次參照?qǐng)D3，定位和接縫密封的步驟是在手套式操作箱310內(nèi)完成的，手套式操作箱310在干燥條件(小于大約-40℃的露點(diǎn)，0%的相對(duì)濕度，小于大約10000ppm的水蒸汽)下維持清潔的空氣。在定位期間，將蓋100置于封裝本體200上，且將兩個(gè)構(gòu)件一起放置到手套式操作箱內(nèi)的定位焊機(jī)320中。定位焊機(jī)320用于將蓋100輕輕向下壓且在一個(gè)或兩個(gè)位置處將帶有金/錫焊料預(yù)型件150的蓋定位到金屬密封環(huán)250上。在定位之前，蓋100和封裝本體200可被o2灰化/清潔且然后利用cda(清潔干燥空氣，如下面論述的那樣)吹掃且在真空爐330中加熱，真空爐330與手套式操作箱310連接且通向手套式操作箱310。為了接縫密封，在手套式操作箱內(nèi)將封裝本體200轉(zhuǎn)移到接縫密封器300的可旋轉(zhuǎn)臺(tái)304上。

然后操作接縫密封器300以使臺(tái)304與蓋和本體一起旋轉(zhuǎn)，同時(shí)縮回和伸出電極302，以便沿蓋100的邊緣102移動(dòng)電極接頭，使得預(yù)型件150和密封環(huán)250被逐漸地局部加熱和焊接，以在焊料基層和相對(duì)的密封環(huán)之間形成氣密焊接填角。在這點(diǎn)上，有益的是使基底110的邊緣由焊料基層140和從屬層120、130完全覆蓋，以便形成一致的填角450，如圖4中所示(需要更新圖以示出填角在蓋的側(cè)邊緣上延伸)。此外，使蓋和封裝本體在僅一個(gè)位置(電極302將在此開始接縫密封過程)處定位到一起是有益的。

根據(jù)本發(fā)明的方面，接縫密封(其為局部加熱過程)能夠代替釬焊(其眾所周知用于密封焊料預(yù)型件)來使用。盡管釬焊對(duì)于密封封裝(諸如本發(fā)明的封裝400)是常規(guī)的，但結(jié)果是在釬焊期間獲得的普遍的高溫可使意在封閉在氣密mems封裝物品內(nèi)的mems器件損傷和變形。然而，為了執(zhí)行接縫密封，需要蓋100必須能夠允許局部加熱。許多非磁性金屬使得非常難以僅在局部區(qū)域中提供加熱，因?yàn)榇朔N金屬趨向于為高導(dǎo)熱和/或高導(dǎo)電的。因此，蓋100的材料和層厚度被仔細(xì)地選擇，以便使其熱和電特性最佳化以用于接縫密封，接縫密封使用電阻焊來局部地加熱且熔化預(yù)型件150。

如上文描述的過程導(dǎo)致氣密且非磁性的mems封裝400，其能夠用于各種應(yīng)用中，包括在mri封殼內(nèi)。因?yàn)榇髿鈮毫ο碌母稍锟諝獗徊东@在封裝400內(nèi)，所以其也能夠用在以前未考慮過mems的其它環(huán)境中。

本發(fā)明的實(shí)施例因此提供用于密封氣密封裝的非磁性蓋。蓋包括鉬基底、濺射沉積的粘合層、銅籽晶層和鈀焊料基層，以及附接在蓋的密封表面處的金/錫焊料預(yù)型件。粘合層可為濺射的?？稍跒R射粘合層之前將基底反向?yàn)R射、化學(xué)蝕刻和/或機(jī)械蝕刻。焊料基層可為至少大約1000埃(1微米)厚。在一些實(shí)施例中，焊料基層可為不大于大約2微米(2μm)厚。蓋還可在焊料基層上包括達(dá)到大約1000埃至2μm厚的電鍍金涂層。蓋可在附接金/錫預(yù)型件之前被真空烘烤。例如，蓋可被真空烘烤以在鈀焊料基層中實(shí)現(xiàn)小于大約6ppm的h濃度，從而減少可用于從焊料基層擴(kuò)散到待由蓋密封的封裝中的h。蓋可在其外側(cè)邊緣處具有為大約30密耳的角部半徑。粘合層可為至少大約500埃厚。粘合層可為大約2000埃厚。籽晶層可為至少大約1000埃厚，或者大約2000埃厚。在一些實(shí)施例中，籽晶層可不大于大約6000埃厚。在一些實(shí)施例中，粘合層可包括一種或更多種材料，諸如：鈦、鉭或鉻。例如，粘合層可包括鈦，或者可基本上由鈦構(gòu)成。粘合層、籽晶層和焊料基層可至少覆蓋基底的密封表面和限界該密封表面的基底的邊緣。在一些實(shí)施例中，粘合層、籽晶層和焊料基層一致地覆蓋基底。

本發(fā)明的方面設(shè)置為根據(jù)如下方法產(chǎn)生用于密封非磁性氣密封裝的非磁性可接縫密封的蓋，該方法包括由鉬坯料形成蓋形基底；將包括一種或更多種材料(諸如：鈦、鉭或鉻)或基本上由該一種或更多種材料構(gòu)成的粘合層物理氣相沉積(例如，濺射)到基底上；將銅籽晶層物理氣相沉積(例如，濺射)到粘合層上；將鈀焊料基層電鍍到籽晶層上；和在蓋的密封表面處附接金/錫焊料預(yù)型件。該方法還可包括在濺射粘合層之前將基底反向?yàn)R射、化學(xué)蝕刻或機(jī)械蝕刻中的至少一者。該方法還可包括在附接金/錫焊料預(yù)型件之前真空烘烤蓋，例如，真空烘烤至焊料基層中的小于大約6ppm的h濃度。粘合層可基本上由鈦構(gòu)成。

本發(fā)明的其它方面提供用于產(chǎn)生非磁性氣密封裝的方法，該方法包括將敏感構(gòu)件結(jié)合在由非磁性壁限定的內(nèi)部腔內(nèi)，該磁性壁具有由非磁性金屬密封環(huán)限定的密封邊緣，以及將非磁性蓋密封到該密封邊緣，其具有包括金/錫焊料預(yù)型件的密封表面，該金/錫焊料預(yù)型件被密封至該密封邊緣。蓋可包括鉬基底、包括諸如鈦、鉭或鉻的材料的物理氣相沉積的粘合層、銅籽晶層和/或鈀焊料基層。

本發(fā)明的還有其它方面提供用于密封氣密封裝的金屬非磁性蓋，該蓋包括鉬基底、物理氣相沉積的粘合層、銅籽晶層、鈀焊料基層和附接在蓋的密封表面處的金/錫焊料預(yù)型件。

應(yīng)理解的是，以上的描述意圖為說明性且非限制性的。例如，上述實(shí)施例(和/或其方面)可以與彼此結(jié)合地使用。此外，可作出許多修改以使具體的情形或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)而不脫離其范疇。雖然在本文中描述的材料的尺寸和類型意圖限定本發(fā)明的參數(shù)，但是它們決非限制性的并且為示例性實(shí)施例。在閱讀上面的描述之后，許多其它實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。本發(fā)明的范圍因此應(yīng)當(dāng)參照所附權(quán)利要求連同這種權(quán)利要求授權(quán)的等同物的全部范圍一起來確定。在所附權(quán)利要求中，用語“包括”和“在其中”用作相應(yīng)用語“包含”和“其中”的通俗易懂的等同物。而且，在下列權(quán)利要求中，諸如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“底部”、“頂部”等的用語僅僅用作標(biāo)記，并且不意圖對(duì)它們的對(duì)象強(qiáng)加數(shù)字或位置要求。此外，下列權(quán)利要求的限制不書寫成裝置加功能格式，并且不意圖基于35u.s.c.§112第六段解釋，除非且直至這種權(quán)利要求限制清楚地使用短語“用于……的裝置”，之后跟隨沒有進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)的功能陳述。

該書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明可申請(qǐng)專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員想到的其它示例。如果這些其它示例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)差異的等同結(jié)構(gòu)元件，則意在使這些其它示例處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

如本文中使用的，以單數(shù)敘述且前綴詞語“一”或“一個(gè)”的元件或步驟應(yīng)當(dāng)理解為不排除多個(gè)元件或步驟，除非明確地陳述這種排除。此外，對(duì)本發(fā)明的“一個(gè)實(shí)施例”的引用不意圖解釋為排除也包含所述特征的額外實(shí)施例的存在。而且，除非相反明確地陳述，否則“包含”、“包括”或“具有”帶特定特性的一個(gè)元件或多個(gè)元件的實(shí)施例可包括沒有該特性的額外的此類元件。

因?yàn)樵诋a(chǎn)生蓋的上述物品和方法中可作出某些改變，而不脫離本文中涉及的發(fā)明的精神和范圍，故意圖使上面的描述或附圖中顯示的所有主題應(yīng)當(dāng)僅被解釋為本文中說明的發(fā)明構(gòu)思的示例，并且不應(yīng)被認(rèn)為是限制本發(fā)明。