專(zhuān)利名稱：非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)及制作方法，屬于非致
冷紅外探測(cè)及微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著紅外探測(cè)技術(shù)在軍事和民用領(lǐng)域的地位日益提高，紅外探測(cè)器的應(yīng)用范圍 也在不斷增加。其中非致冷紅外探測(cè)器由于無(wú)需致冷、操作簡(jiǎn)單而備受關(guān)注，并且得到 迅速發(fā)展。非致冷紅外探測(cè)器包括兩部分， 一個(gè)是非致冷紅外敏感元件，另一個(gè)就是紅 外濾光鏡。目前制作的非致冷紅外探測(cè)器主要采用普通的后封工藝(J.Schieferdecker，
R.Quad， E. HolzenkSmpf、et' and M.Schulze， "Infrared thermopile sensors with high sensitivity and very low temperature coefficient, " Sens.Actuators A : Phys.vol.46-47， pp.422-427， 1995.)，即先將包含紅外敏感元件的圓片進(jìn)行劃片，然后將通過(guò)劃片得到的 包含紅外敏感元件的裸芯片置放在凸型金屬底座(通常為T(mén)O型)上，通過(guò)金絲球焊等方 法與管腳相連，最后通過(guò)將帶有濾光片的管帽焊接在底座上，完成非致冷紅外探測(cè)器的 整體制作及封裝。管帽與金屬底座的焊接共有下列幾種類(lèi)型粘封、儲(chǔ)能焊以及其它焊 接工藝。 這種傳統(tǒng)的非致冷紅外探測(cè)器的封裝方法存在以下問(wèn)題第一，由于要先將 圓片進(jìn)行劃片以得到裸芯片，而非致冷紅外探測(cè)器中的紅外敏感元件一般都是采用懸浮 結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行絕熱處理，因此劃片過(guò)程中懸浮微結(jié)構(gòu)非常容易被破壞，所以成品率很難提 高；第二，探測(cè)器的封裝由于是采用芯片級(jí)封裝，因此封裝效率低；第三，由于濾光 片是通過(guò)膠粘結(jié)在管帽上，管帽與底座焊接的方法來(lái)完成探測(cè)器的氣密性封裝，因此很 難獲得真空封裝。所以普通的非致冷紅外探測(cè)器的封裝結(jié)構(gòu)一般都只能通過(guò)充N(xiāo)2等 惰性氣體以減小封裝環(huán)境氣體熱對(duì)流，很難采用真空封裝以徹底消除封裝環(huán)境氣體熱對(duì)
流對(duì)探測(cè)器性能的影響，這就導(dǎo)致紅外探測(cè)器的性能無(wú)法得到很大的提高(R.Gooch， T.Schimert， W.McCardel， B.Ritchey， D.Gilmour and W.Koziarz，"Wafer-level vacuum packaging for MEMS， " J.Vac.Sci.Technol.A.voU7， pp.2295-2299， 1999.);第四，由于
金屬管殼成本一般都較高，因此普通封裝制作的非致冷紅外探測(cè)器成本也很難降低。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)非致冷紅外探測(cè)器的傳統(tǒng)封裝方法中存在的問(wèn)題，特別封裝后的紅外探測(cè) 器性能低、封裝效率低、封裝成本高、封裝工藝復(fù)雜及成品率低等缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了 一種非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)及制作方法。本發(fā)明提出的低溫真空封裝結(jié) 構(gòu)主要包括兩部分1)從正面釋放制作的懸浮紅外敏感元件的硅基底傳感器芯片；2)具 有凹腔結(jié)構(gòu)的低摻雜硅基底紅外濾光片蓋板。其中所述的硅基底傳感器芯片由具有正面 腐蝕制作的空腔結(jié)構(gòu)的硅襯底和懸浮在空腔上方的紅外敏感元件組成。所述的紅外濾光 片蓋板則為一個(gè)典型的三明治結(jié)構(gòu)，具體包括三部分l)背面具有凹腔結(jié)構(gòu)的輕摻雜硅片基底；2)位于蓋板背面的光學(xué)膜和焊料層；3)位于蓋板正面的光學(xué)薄膜和視場(chǎng)范圍限 制層。濾光片蓋板通過(guò)真空?qǐng)A片對(duì)準(zhǔn)鍵合固定在硅基底傳感器芯片上方，硅基底傳感器 芯片的空腔與濾光片蓋板上的空腔組成一個(gè)真空腔室，而紅外敏感元件則正好位于此真 空腔室之中。 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的 (1)首先通過(guò)微細(xì)加工工藝在硅襯底上完成紅外敏感元件結(jié)構(gòu)的制作。此外根據(jù) 鍵合焊料層的選擇，也可在器件圓片上制作一層焊料層。 (2)通過(guò)涂膠光刻及腐蝕的方法硅片正面制作腐蝕開(kāi)口，形成紅外敏感元件釋 放的通道，然后使用干法或濕法腐蝕的方法腐蝕開(kāi)口正面腐蝕硅襯底，形成懸浮薄膜結(jié) 構(gòu)，釋放紅外敏感元件。 (3)通過(guò)氧化、涂膠光刻、氧化硅腐蝕、硅腐蝕等方法在另外一輕摻雜的硅襯底 的背面制作出凹腔結(jié)構(gòu)。 (4)在步驟(3)制作的硅襯底正面和背面沉積光學(xué)薄膜，以實(shí)現(xiàn)紅探測(cè)器外波長(zhǎng)過(guò) 濾選擇功能。 (5)在步驟(4)制作的硅襯底的背面沉積一層焊料層，并通過(guò)涂膠光刻或絲網(wǎng)印刷 的方法對(duì)焊料層進(jìn)行圖形化處理。 (6)將包含紅外敏感元件的器件圓片與包含紅外濾光薄膜的蓋板圓片在真空氛圍 下進(jìn)行圓片級(jí)低溫對(duì)準(zhǔn)鍵合。 (7)在鍵合好后的圓片正面沉積一層紅外反射金屬層。通過(guò)涂膠光刻及金屬腐蝕 在沉積的金屬層上制作出圖形，實(shí)現(xiàn)紅外探測(cè)器視線范圍控制功能。 (8)采用劃片機(jī)對(duì)步驟(7)的所述鍵合圓片進(jìn)行一個(gè)方向上的劃片，通過(guò)劃片的方 法將紅外探測(cè)器芯片焊盤(pán)上的劃片槽劃開(kāi)。 (9)采用劃片機(jī)對(duì)步驟(8)中所述鍵合圓片進(jìn)行橫軸和縱軸方向上的劃片，將圓片
上的紅外探測(cè)器單元進(jìn)行分離，同時(shí)將紅外探測(cè)器芯片焊盤(pán)上的頂層硅去除。 (10)將劃片后得到的單個(gè)紅外探測(cè)器芯片固定于一基板上，并通過(guò)打線的方法
與基板進(jìn)行電連接。 (11)芯片周邊涂上一層封膠以保護(hù)金屬導(dǎo)線。
由此可見(jiàn)，本發(fā)明提供的非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)的特征是
(1)其結(jié)構(gòu)包括1) 一包含懸浮紅外敏感元件的硅基底傳感器芯片；2) —包含凹腔 結(jié)構(gòu)硅基底紅外濾光片蓋板；3)包含凹腔結(jié)構(gòu)紅外濾光片蓋板通過(guò)真空?qǐng)A片對(duì)準(zhǔn)鍵合固 定在硅基底傳感器芯片上，兩者組成一個(gè)完整的非致冷紅外探測(cè)器；
(2)所述的硅基底傳感器芯片的空腔與濾光片蓋板上的空腔組成一個(gè)真空腔室， 而紅外敏感元件則正好位于此真空腔室之中； (3)所述的焊料層為Au-Au、 Au-非晶硅Si、 Au-Sn中的一種；或者為低溫玻璃 漿料或聚合物；所述硅片的輕摻雜濃度為1 X 101Q 1 X 1015cm3。 (4)在紅外探測(cè)器芯片的正面沉積一層圖形化金屬薄膜用于限制非紅外探測(cè)器的 視線范圍。 本發(fā)明提供的非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)的制作方法特征在于利用 圓片級(jí)低溫對(duì)準(zhǔn)鍵合技術(shù)將包含紅外敏感元件的硅襯底圓片與包含紅外濾光薄膜的硅襯底圓片進(jìn)行低溫真空鍵合，實(shí)現(xiàn)探測(cè)器紅外濾光片與探測(cè)器的紅外敏感元件制作工藝的 集成，其特征在于 (1)焊料層選擇Au-Au、 Au-非晶硅Si或Au-Sn，則紅外敏感元件釋放之前將焊 料層在器件圓片上制備好；紅外敏感元件的釋放是通過(guò)圓片級(jí)的硅微加工技術(shù)進(jìn)行釋放 的； (2)在探測(cè)器芯片劃片前，先通過(guò)劃片的方法將紅外探測(cè)器芯片焊盤(pán)上的劃片槽 劃開(kāi)，劃片應(yīng)該在焊盤(pán)劃片槽處進(jìn)行，并且劃片只需在一個(gè)方向上進(jìn)行，劃片厚度應(yīng)控 制在濾光片蓋板硅片的厚度；在通過(guò)劃片的方法將紅外探測(cè)器芯片焊盤(pán)上的劃片槽劃開(kāi) 后，再通過(guò)劃片的方法將圓片上的紅外探測(cè)器單元進(jìn)行分離，并同時(shí)將紅外探測(cè)器焊盤(pán) 上的蓋板硅片去除；此時(shí)劃片應(yīng)該分別在橫軸方向和縱軸方向上進(jìn)行，劃片厚度為鍵合 片的厚度；劃片后得到的單個(gè)探測(cè)器芯片直接固定在一基板上，通過(guò)打線的方法與基板 進(jìn)行電連接，所述的基板可為印刷電路板、陶瓷基板或封裝管殼；
(3)芯片周邊封膠為環(huán)氧膠或硅膠；低溫真空鍵合封裝溫度為300 500°C 。
與傳統(tǒng)的非致冷紅外探測(cè)器的封裝方法相比，本發(fā)明由于采用圓片級(jí)封裝將濾 光片與紅外敏感元件進(jìn)行封裝組合，可以大大提高器件封裝效率，封裝后器件的體積也 可以大大減小，并且封裝后器件可以通過(guò)貼片的方式與外圍電路連接，不需要采用金屬 管殼，封裝成本亦可大大降低。同時(shí)，由于在芯片分割前，進(jìn)行了封裝，這就保護(hù)了器 件的紅外敏感元件不受后續(xù)工藝的影響，提高了器件的成品率。此外，由于紅外敏感元 件是封裝在一真空腔體之中，封裝環(huán)境氣體熱對(duì)流對(duì)探測(cè)器的影響可以完全消除，探測(cè) 器的性能可以獲得很大的提高。


圖1 圖11為實(shí)施例1所述器件的具體工藝流程 圖1為制作紅外敏感元件芯片的結(jié)構(gòu)層； 圖2為對(duì)焊料層進(jìn)行圖形化處理； 圖3為釋放紅外敏感元件； 圖4為由輕摻雜的硅片制作出凹腔結(jié)構(gòu)； 圖5硅片的正面和背面沉積光學(xué)薄膜； 圖6沉積焊料層并進(jìn)行圖形化處理； 圖7為圖3包含紅外敏感元件的硅襯底圓片和圖形化處理的焊料層進(jìn)行鍵合； 圖8為限制探測(cè)器視場(chǎng)范圍的制作； 圖9為去除紅外探測(cè)器焊盤(pán)處的蓋板硅片； 圖10為將紅外探測(cè)器安裝固定于基板或管座上； 圖11涂上封膠保護(hù)金屬引線； 圖12是探測(cè)器圓片劃片的示意圖。 圖中 ll絕熱結(jié)構(gòu)層；12芯片焊盤(pán)；13輕摻雜的硅襯底；14光學(xué)薄膜；15紅外反射 金屬層；16焊料層；17紅外敏感元件的硅襯底；19紅外吸收層；20絕緣層；21紅外敏
感元件；22紅外敏感元件的空腔部；23濾光片蓋板的凹腔；24正面腐蝕開(kāi)口 ； 25金屬引線；26基板或管座；27基板或管座上的引腳區(qū)；29焊盤(pán)劃片槽；30探測(cè)器芯片在縱 軸方向上的劃片槽；31探測(cè)器芯片在橫軸方向上的劃片槽；32封膠。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
實(shí)施例1 紅外敏感元件和濾光片蓋板鍵合的焊料層選用TiW/Au。在紅外敏感元件圓片和 濾光片蓋板圓片上都沉積了一層TiW/Au焊料層，通過(guò)光刻及腐蝕的方法對(duì)器件圓片和濾 光片圓片上的焊料層進(jìn)行圖形化。主要工藝步驟包括 (l)在拋光的單晶硅片上，通過(guò)熱氧化、LPCVD沉積多晶硅、PECVD沉積Si02 及SkNp金屬濺射、涂膠光刻及腐蝕等工藝制備隔熱薄膜ll，芯片焊盤(pán)12，紅外吸收薄 膜19，絕緣薄膜20及紅外敏感元件21，完成紅外敏感元件的結(jié)構(gòu)層。見(jiàn)圖l。
(2)在步驟(1)中的硅片上沉積一層TiW/Au作為器件圓片上的焊料層，并通過(guò)涂 膠光刻及化學(xué)腐蝕的方法對(duì)TiW/Au焊料層進(jìn)行圖形化處理。圖形化好后的金層作為敏感 元件圓片上的焊料層，定義出包含紅外敏感元件的硅襯底圓片上的鍵合區(qū)域。見(jiàn)圖2。
(3)通過(guò)涂膠光刻及腐蝕的方法在步驟(2)中的硅片正面制作腐蝕開(kāi)口，形成紅外 敏感元件釋放的通道。然后通過(guò)干法或濕法腐蝕的方法從腐蝕開(kāi)口正面腐蝕硅襯底，形 成懸浮膜結(jié)構(gòu)，釋放紅外敏感元件。見(jiàn)圖3。 (4)通過(guò)氧化、涂膠光刻、氧化硅腐蝕、硅腐蝕等方法在另外一輕摻雜的硅片的 背面制作出凹腔結(jié)構(gòu)。見(jiàn)圖4。 (5)在步驟(4)中的硅片正面和背面沉積光學(xué)薄膜。見(jiàn)圖5。 (6)在步驟(5)中的硅片的背面沉積一層TiW/Au作為濾光片圓片上的焊料層，并
通過(guò)涂膠光刻及化學(xué)腐蝕的方法對(duì)TiW/Au焊料層進(jìn)行圖形化處理。圖形化好后的金層
作為蓋板圓片上的焊料層，定義出濾光片蓋板圓片上的鍵合區(qū)域。見(jiàn)圖6。 (7)將步驟(3)中的包含紅外敏感元件的硅襯底圓片與步驟(6)中的濾光片蓋板硅
襯底圓片在真空氛圍下進(jìn)行金-金低溫對(duì)準(zhǔn)鍵合，鍵合溫度范圍為300 50(TC。見(jiàn)圖7。 (8)在步驟(7)的鍵合硅片正面沉積一層金屬鋁，通過(guò)涂膠光刻及鋁腐蝕的方法對(duì) 鋁層進(jìn)行圖形化，以限制探測(cè)器的視場(chǎng)范圍。見(jiàn)圖8。 (9)將步驟(8)中的鍵合圓片通過(guò)劃片機(jī)在紅外探測(cè)器芯片焊盤(pán)上的焊盤(pán)劃片槽處 進(jìn)行劃片，將焊盤(pán)劃片槽劃開(kāi)，劃片厚度控制為濾光片蓋板硅片的厚度。如圖12所示， 在縱軸方向沿劃片槽29將劃片槽劃開(kāi)即可。 (10)將步驟(9)中的鍵合圓片通過(guò)劃片機(jī)在橫軸和縱軸方向上進(jìn)行劃片，劃片厚 度控制為鍵合圓片的厚度。通過(guò)劃片的方法將圓片上的紅外探測(cè)器單元進(jìn)行分離，得到 紅外濾光片與紅外敏感元件集成的紅外探測(cè)器芯片，同時(shí)將紅外探測(cè)器焊盤(pán)處的蓋板硅 片去除，得到的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖9。如圖12所示，沿劃片槽30和31將鍵合圓片劃透即可。
(11)將探測(cè)器芯片安裝固定于一基板或管座，并通過(guò)打線的方法將探測(cè)器與基 板或管座進(jìn)行電連接。見(jiàn)圖10。 (12)芯片周邊涂上一層封膠以保護(hù)金屬導(dǎo)線。見(jiàn)圖ll。
實(shí)施例2 紅外敏感元件和濾光片蓋板鍵合的焊料層選用玻璃漿料。紅外敏感元件圓片上 沒(méi)有沉積焊料層，只在濾光片蓋板圓片上都沉積了一層玻璃漿料焊料層，通過(guò)絲網(wǎng)印刷 的方法對(duì)焊料層進(jìn)行圖形化。主要工藝步驟包括 (l)在拋光的單晶硅片上，通過(guò)熱氧化、LPCVD沉積多晶硅、PECVD沉積SiC^ 及SisN4、金屬濺射、涂膠光刻及腐蝕等工藝完成紅外敏感元件的結(jié)構(gòu)層。
(2)通過(guò)涂膠光刻及腐蝕的方法硅片正面制作腐蝕開(kāi)口，形成紅外敏感元件釋 放的通道，然后使用干法或濕法腐蝕的方法腐蝕開(kāi)口正面腐蝕硅襯底，形成懸浮薄膜結(jié) 構(gòu)，釋放紅外敏感元件。 (3)通過(guò)氧化、涂膠光刻、氧化硅腐蝕、硅腐蝕等方法在另外一低摻雜的硅片上 制作出凹腔結(jié)構(gòu)。 (4)在步驟(3)中的硅片的正面和背面沉積光學(xué)薄膜。 (5)在步驟(4)中的硅片的背面通過(guò)絲網(wǎng)印刷的方法涂覆上一層圖形化的玻璃漿 料，形成蓋板上的焊料層。然后對(duì)玻璃漿料進(jìn)行燒結(jié)處理。 (6)將步驟(2)中的包含紅外敏感元件的硅襯底圓片與步驟(5)中的濾光蓋板硅襯 底圓片在真空氛圍下進(jìn)行玻璃漿料低溫圓片對(duì)準(zhǔn)鍵合，鍵合溫度范圍為300 500°C。
(7)在步驟(6)的鍵合硅片的正面沉積一層金屬鋁，通過(guò)涂膠光刻及鋁腐蝕的方法 對(duì)鋁層進(jìn)行圖形化，以限制探測(cè)器的視場(chǎng)范圍。 (8)將步驟(7)中的鍵合圓片通過(guò)劃片機(jī)在紅外探測(cè)器芯片焊盤(pán)上的焊盤(pán)劃片槽處 進(jìn)行劃片，將焊盤(pán)劃片槽劃開(kāi)，劃片厚度控制為濾光片蓋板硅片的厚度。如圖12所示， 在縱軸方向沿劃片槽29將劃片槽劃開(kāi)即可。 (9)將步驟(8)中的鍵合圓片通過(guò)劃片機(jī)在橫軸和縱軸方向上進(jìn)行劃片，劃片厚度 控制為鍵合圓片的厚度。通過(guò)劃片的方法將圓片上的紅外探測(cè)器單元進(jìn)行分離，得到紅 外濾光鏡與紅外敏感元件集成的紅外探測(cè)器芯片，同時(shí)將紅外探測(cè)器焊盤(pán)處的蓋板硅片 去除，得到的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖10。如圖12所示，沿劃片槽30和31將鍵合圓片劃透即可。
(10)將探測(cè)器芯片安裝固定于一基板或管座，并通過(guò)打線的方法將探測(cè)器與基 板或管座進(jìn)行電連接。 (11)芯片周邊涂上一層封膠以保護(hù)金屬導(dǎo)線。
實(shí)施例3 紅外敏感元件圓片的焊料層選用TiW/Au，濾光片蓋板圓片的焊料層選用Sn。 在紅外敏感元件圓片上沉積一層TiW/Au焊料層，在濾光片蓋板圓片上沉積一層Sn焊料 層，通過(guò)光刻及腐蝕的方法對(duì)器件圓片和濾光片圓片上的焊料層進(jìn)行圖形化。
其具體實(shí)施步驟部分與實(shí)施例1相同，主要區(qū)別在于第一，將實(shí)施例1步驟 (6)修改為在蓋板鍵合面沉積一層TiW/Au種子層，然后涂膠光刻得到鍵合面圖形，再在 此鍵合面電鍍沉積一層金屬錫(Sn)，最后將光刻膠與非圖形區(qū)域的種子層去除。第二， 將實(shí)施例1步驟(7)中的金-金鍵合修改為金-錫鍵合，其余部分不變。其它步驟與實(shí)施 例1中的相應(yīng)步驟相同。
權(quán)利要求
一種非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于其結(jié)構(gòu)包括1)一包含懸浮紅外敏感元件的硅基底傳感器芯片；2)一包含凹腔結(jié)構(gòu)硅基底紅外濾光片蓋板；3)包含凹腔結(jié)構(gòu)紅外濾光片蓋板通過(guò)真空?qǐng)A片對(duì)準(zhǔn)鍵合固定在硅基底傳感器芯片上，兩者組成一個(gè)完整的非致冷紅外探測(cè)器。
2. 按權(quán)利要求1所述的非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的硅 基底傳感器芯片是由具有正面腐蝕制作的空腔結(jié)構(gòu)的硅襯底的和懸浮在空腔上方的紅外 敏感元件組成。
3. 按權(quán)利要求1所述的非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的紅 外濾光片蓋板為三明治結(jié)構(gòu)，即l)背面具有凹腔結(jié)構(gòu)的輕摻雜硅片基底；2)位于蓋板背 面的光學(xué)膜和焊料層；3)位于蓋板正面的光學(xué)薄膜和視場(chǎng)范圍限制層。
4. 按權(quán)利要求1、 2或3所述的非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于 硅基底傳感器芯片的空腔與濾光片蓋板上的空腔組成一個(gè)真空腔室，而紅外敏感元件則 正好位于此真空腔室之中。
5. 按權(quán)利要求3所述的非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于a) 所述的焊料層為Au-Au、 Au-非晶硅Si、 Au-Sn中的一種；或者為低溫玻璃漿料或 聚合物；b) 所述硅片的輕摻雜濃度為1 X 101Q 1 X 1015cm—3。
6. 按權(quán)利要求1或3所述的非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于在紅 外探測(cè)器芯片的正面沉積一層圖形化金屬薄膜用于限制非紅外探測(cè)器的視線范圍。
7. 制作如權(quán)利要求1、 2、 3或5所述的非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)的方 法，其特征在于利用圓片級(jí)低溫對(duì)準(zhǔn)鍵合技術(shù)將包含紅外敏感元件的硅襯底圓片與包含 紅外濾光薄膜的硅襯底圓片進(jìn)行低溫真空鍵合，實(shí)現(xiàn)探測(cè)器紅外濾光片與探測(cè)器的紅外 敏感元件制作工藝的集成，包括以下步驟(a) 首先通過(guò)微細(xì)加工工藝在硅襯底上完成紅外敏感元件結(jié)構(gòu)的制作；(b) 通過(guò)涂膠光刻及腐蝕的方法硅片正面制作腐蝕開(kāi)口，形成紅外敏感元件釋放的通 道，然后使用干法或濕法腐蝕的方法腐蝕開(kāi)口正面腐蝕硅襯底，形成懸浮薄膜結(jié)構(gòu)，釋 放紅外敏感元件；(c) 通過(guò)氧化、涂膠光刻、氧化硅腐蝕、硅腐蝕等方法在另外一輕摻雜的硅襯底的背 面制作出凹腔結(jié)構(gòu)；(d) 在步驟(c)制作的硅襯底正面和背面沉積光學(xué)薄膜，以實(shí)現(xiàn)紅探測(cè)器外波長(zhǎng)過(guò)濾選 擇功能；(e) 在步驟(d)制作的硅襯底的背面沉積一層焊料層，并通過(guò)涂膠光刻或絲網(wǎng)印刷的方 法對(duì)焊料層進(jìn)行圖形化處理；(f) 將包含紅外敏感元件的器件圓片與包含紅外濾光薄膜的蓋板圓片在真空氛圍下進(jìn) 行圓片級(jí)低溫對(duì)準(zhǔn)鍵合；(g) 在鍵合好后的圓片正面沉積一層紅外反射金屬層；通過(guò)涂膠光刻及金屬腐蝕在沉 積的金屬層上制作出圖形，實(shí)現(xiàn)紅外探測(cè)器視線范圍控制功能；(h) 采用劃片機(jī)對(duì)步驟(g)的所述鍵合圓片進(jìn)行一個(gè)方向上的劃片，通過(guò)劃片的方法將紅外探測(cè)器芯片焊盤(pán)上的劃片槽劃開(kāi)；(i)采用劃片機(jī)對(duì)步驟(h)中所述鍵合圓片進(jìn)行橫軸和縱軸方向上的劃片，將圓片上的紅外探測(cè)器單元進(jìn)行分離，同時(shí)將紅外探測(cè)器芯片焊盤(pán)上的頂層硅去除；CD將劃片后得到的單個(gè)紅外探測(cè)器芯片固定于一基板上，并通過(guò)打線的方法與基板進(jìn)行電連接；(k)芯片周邊涂上一層封膠以保護(hù)金屬導(dǎo)線。
8. 按權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于a)焊料層選擇Au-Au、 Au-非晶硅Si或Au-Sn，則紅外敏感元件釋放之前將焊料層制備在器件圓片上；b)紅外敏感元件的釋放是通過(guò)圓片級(jí)的硅微加工技術(shù)進(jìn)行釋放的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝的制作方法，其特征在于(a) 在探測(cè)器芯片劃片前，先通過(guò)劃片的方法將紅外探測(cè)器芯片焊盤(pán)上的劃片槽劃開(kāi)，劃片應(yīng)該在焊盤(pán)劃片槽處進(jìn)行，并且劃片只需在一個(gè)方向上進(jìn)行，劃片厚度應(yīng)控制在濾光片蓋板硅片的厚度；(b) 在通過(guò)劃片的方法將紅外探測(cè)器芯片焊盤(pán)上的劃片槽劃開(kāi)后，再通過(guò)劃片的方法將圓片上的紅外探測(cè)器單元進(jìn)行分離，并同時(shí)將紅外探測(cè)器焊盤(pán)上的蓋板硅片去除；此時(shí)劃片應(yīng)該分別在橫軸方向和縱軸方向上進(jìn)行，劃片厚度為鍵合片的厚度；(c) 劃片后得到的單個(gè)探測(cè)器芯片直接固定在一基板上，通過(guò)打線的方法與基板進(jìn)行電連接，所述的基板可為印刷電路板、陶瓷基板或封裝管殼。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝的制作方法，其特征在于a) 芯片周邊涂的封膠為環(huán)氧膠或硅膠；b) 低溫真空鍵合封裝溫度為300 500°C 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非致冷紅外探測(cè)器的低溫真空封裝結(jié)構(gòu)及制作方法，其特征在于所述低溫真空封裝的結(jié)構(gòu)包括1)一包含懸浮紅外敏感元件的硅基底傳感器芯片；2)一包含凹腔結(jié)構(gòu)硅基底紅外濾光片蓋板；3)包含凹腔結(jié)構(gòu)紅外濾光片蓋板通過(guò)真空?qǐng)A片對(duì)準(zhǔn)鍵合固定在硅基底傳感器芯片上，兩者組成一個(gè)完整的非致冷紅外探測(cè)器。本發(fā)明的制作是利用圓片級(jí)低溫對(duì)準(zhǔn)鍵合技術(shù)將包含紅外敏感元件的硅襯底圓片與包含紅外濾光薄膜的硅襯底圓片進(jìn)行低溫真空鍵合，實(shí)現(xiàn)了探測(cè)器紅外濾光片與探測(cè)器的紅外敏感元件制作工藝的集成。不僅可以保護(hù)紅外敏感元件免受外界的污染和破壞，還通過(guò)圓片對(duì)準(zhǔn)鍵合對(duì)紅外探測(cè)器的紅外敏感元件進(jìn)行真空封裝，提高了紅外探測(cè)器的性能。
文檔編號(hào)B81C1/00GK101691200SQ20091019679
公開(kāi)日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者徐德輝, 熊斌, 王躍林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所