透明襯底探測器芯片的封裝方法及其封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】提供了一種透明襯底紅外探測器芯片的封裝方法，該芯片包括透明襯底和位于透明襯底上的芯片敏感結(jié)構(gòu)，該方法包括：在透明襯底上生長第一中間物，第一中間物形成包圍芯片敏感結(jié)構(gòu)的第一圖案；在另一基底上與第一中間物相對應地生長第二中間物，該基底是對預定波段射線透過率高的材料；以及將第一中間物和第二中間物通過鍵合工藝實現(xiàn)對芯片敏感結(jié)構(gòu)的封裝。該方法得到的封裝結(jié)構(gòu)簡單，成本低，氣密性好，制作工藝簡單，適用于晶圓級封裝。
【專利說明】透明襯底探測器芯片的封裝方法及其封裝結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微細加工的【技術(shù)領域】，尤其涉及一種透明襯底探測器芯片的封裝。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外探測技術(shù)廣泛應用于預警、制導、夜視、跟蹤及空間技術(shù)、天文、醫(yī)學等領域，因此，人們對其的需求規(guī)模在不斷擴大。在這種需求規(guī)模的驅(qū)動下，紅外探測器的開發(fā)研制和工業(yè)生產(chǎn)都有了突飛猛進的發(fā)展。目前，已經(jīng)研發(fā)并投入使用的探測器包括:制冷光量子型探測器、量子阱紅外探測器、非制冷微測輻射熱計、熱釋電型電讀出紅外探測器、熱電堆型電讀出紅外探測器、二極管型電讀出紅外探測器。其中，紅外探測器中的芯片作為核心是研發(fā)的重點。隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的不斷發(fā)展,一種基于MEMS技術(shù)的光讀出熱-機械型紅外探測器的焦平面陣列(FPA)芯片已取得很大進展。
[0003]目前，用于紅外探測器的芯片具有靈活多樣的結(jié)構(gòu)，每一種芯片結(jié)構(gòu)都需要對應一種特定的封裝結(jié)構(gòu)和封裝工藝，因此，造成MEMS器件的封裝無法做成統(tǒng)一的標準制程，封裝效率低且成本高。
[0004]目前常用的封裝方式為法蘭式封裝，其中，法蘭封裝通常采用不銹鋼材料為主體封裝材料。在法蘭封裝中，通過法蘭將待封裝殼體等部件焊接，并將芯片封裝在內(nèi)。通過這種封裝方式得到的封裝結(jié)構(gòu)不緊湊，體積較大，且氣密性能有待提高。而紅外探測器正向著尺寸、重量及功率(SWAP)逐漸減小的方向發(fā)展。因此，需要設計一種更加緊湊的封裝結(jié)構(gòu)，達到體積小、重量輕、氣密性高等要求。
[0005]例如，光讀出熱-機械型紅外探測器的FPA芯片的工作要求為:該芯片的封裝結(jié)構(gòu)的其中一側(cè)紅外透過率高，另一側(cè)透過可見光用于光學讀出，且需要真空封裝。因此，在FPA芯片的封裝過程中，要保護FPA芯片不受機械損傷，并且能夠使某一波段的紅外透過率高，以相應提高光讀出熱-機械型紅外探測器的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、氣密性高的芯片的封裝方法及封裝結(jié)構(gòu)。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提供了一種透明襯底探測器芯片的封裝方法，其中該芯片包括透明襯底和位于透明襯底上的芯片敏感結(jié)構(gòu)，則該方法包括:
[0008]在透明襯底上生長第一中間物，第一中間物形成包圍芯片敏感結(jié)構(gòu)的第一圖案；
[0009]在基底上與第一中間物相對應地生長第二中間物，基底是對預定波段射線透過率聞的材料；以及
[0010]將第一中間物和第二中間物鍵合。
[0011]本發(fā)明的另一實施例提供了一種探測器的透明襯底芯片的封裝結(jié)構(gòu)，該芯片包括透明襯底和位于透明襯底上的芯片敏感結(jié)構(gòu)，其中，封裝結(jié)構(gòu)包括:[0012]該透明襯底；
[0013]生長在所述透明襯底上的第一中間物，所述第一中間物形成包圍所述芯片敏感結(jié)構(gòu)的第一圖案；
[0014]與所述透明襯底相對的基底，所述基底是對預定波段射線透過率高的材料；以及
[0015]生長在所述基底上的與所述第一中間物相對應的第二中間物；
[0016]其中，所述第二中間物與所述第一中間物是鍵合的。
[0017]本發(fā)明的實施例提供的封裝方法和封裝結(jié)構(gòu)具有如下特點:
[0018]1、利用芯片的透明襯底作為封裝結(jié)構(gòu)的一側(cè)以用于光學讀出，因此封裝結(jié)構(gòu)簡單緊湊且體積小，并且由于透明襯底直接作為封裝結(jié)構(gòu)的一部分而沒有在透明襯底外附加任何其他結(jié)構(gòu)，控溫環(huán)可直接作用于透明襯底上，因此封裝后的探測器芯片更易控溫；
[0019]2、此封裝工藝屬低溫工藝，因此對芯片敏感結(jié)構(gòu)的影響??；
[0020]3、第一中間物和第二中間物之間的鍵合工藝在真空環(huán)境下進行，因此，所制得的紅外探測器具有較好的氣密性；
[0021]4、由于該封裝可以應用于晶圓級芯片，因此提高了芯片的封裝效率；
[0022]5、該封裝方法不包括焊接步驟，封裝工藝簡單；以及
[0023]5、由于該封裝結(jié)構(gòu)將紅外探測器芯片的透明襯底直接作為封裝結(jié)構(gòu)的一部分，使得其成本相對于現(xiàn)有技術(shù)低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]通過結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的以上和其它目的、特點和優(yōu)點將變得清楚。在各附圖中，相同或類似的附圖標記表示相同或者類似的結(jié)構(gòu)或步驟。
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的透明襯底光讀出熱-機械型紅外探測器的FPA芯片的封裝結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0026]圖2 (a)是根據(jù)本發(fā)明實施例的透明襯底光讀出熱-機械型紅外探測器的FPA芯片的晶圓級的不意圖；
[0027]圖2 (b)是根據(jù)本發(fā)明實施例的對應圖2 Ca)進行封裝的鍺玻璃示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明實施例的透明襯底光讀出熱-機械型紅外探測器的FPA芯片的封裝方法的示意圖；以及
[0029]圖4 (a)至圖4 (C)是根據(jù)本發(fā)明實施例的透明襯底光讀出熱-機械型紅外探測器的FPA芯片的封裝方法中產(chǎn)生的各中間結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實施方式】
[0030]為詳細說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。
[0031]在下面的描述中闡述了很多細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但本發(fā)明還可以采用不同于在此描述的方式來實施。
[0032]此外，在描述本發(fā)明的實施例時，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且示意圖只是示例，其不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0033]下面，以透明襯底光讀出熱-機械型紅外探測器的FPA芯片的封裝為例來詳細描述本發(fā)明實施例的封裝方法和封裝結(jié)構(gòu)。
[0034]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的透明襯底光讀出熱-機械型紅外探測器的FPA芯片的封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0035]如圖1所示，該FPA芯片包括透明襯底I和位于該透明襯底I之上的芯片敏感結(jié)構(gòu)5。參考圖1，該封裝結(jié)構(gòu)包括:該透明襯底1、在透明襯底I的配置有芯片敏感結(jié)構(gòu)5的表面上生長的第一中間物3、與透明襯底I相對設置的基底2，以及在基底2上相對第一中間物3的一側(cè)上生長的與第一中間物3相對應的第二中間物4。其中，第二中間物4與第一中間物3是鍵合的，并且，透明襯底1、第一中間物3、第二中間物4和基底2所包圍的空間是真空的。
[0036]在本實施例中，基底2的材料是鍺玻璃。在可替選的實施例中，基底2的材料可以是硅玻璃等對8-14 μ m紅外波段射線透過率較高的材料，以降低基底2對紅外線的吸收率。第一中間物3選自以下各項中的一種或幾種:金、錫、銦、銅、鋁、銀、鎳、紫外固化膠，且第一中間物3的厚度在0.1 μ m-1000 μ m之間，包括端點值。第二中間物4選自以下各項中的一種或幾種:金、錫、銦、銅、鋁、銀、鎳、紫外固化膠，且第二中間物4的厚度在0.1μπι-1000μπι之間，包括端點值。透明襯底I的材料可以是玻璃片、石英片、藍寶石等透明材料，以用于可見光讀出。
[0037]圖2 (a)是根據(jù)本發(fā)明實施例的透明襯底光讀出熱-機械型紅外探測器的FPA芯片的晶圓級的不意圖。
[0038]如圖2 (a)所示，為了示例，本實施例中的晶圓級FPA芯片包括四個FPA芯片，其中每一個FPA芯片上包括有芯片敏感結(jié)構(gòu)5。在實際應用中，根據(jù)FPA芯片尺寸，晶圓上可以有更多或更少的FPA芯片。參考圖2(a)，第一中間物3在透明襯底I上形成包圍芯片敏感結(jié)構(gòu)5的第一圖案，且高度大于芯片敏感結(jié)構(gòu)5的高度。在一個可替選的實施例中，第一中間物3的高度小于芯片敏感結(jié)構(gòu)5的高度，但其與第二中間物4鍵合后的高度大于芯片敏感結(jié)構(gòu)5的高度。
[0039]如圖2 (a)所示，第一中間物3在透明襯底I上形成的第一圖案為矩形圖案，該矩形圖案包括四個矩形子圖案，且每個子圖案分別包圍四個FPA芯片中的每一個FPA芯片。在一個可替選的實施例中，第一圖案可以是任意形狀，并且包圍每一個FPA芯片的子圖案可以相同也可以不同?？商孢x地，第一中間物3可以根據(jù)每個FPA芯片的形狀形成包圍該每個FPA芯片的形狀。
[0040]圖2 (b)是根據(jù)本發(fā)明實施例的對應圖2 Ca)進行封裝的鍺玻璃示意圖。如圖2(b)所示，中間物4在鍺玻璃上形成第二圖案，該第二圖案與圖2 ( a )中所示的第一圖案相對應，以便中間物4與中間物3鍵合以形成真空空間。例如，如果圖2 (a)中示出的第一圖案為矩形，則圖2 (b)中示出的第二圖案為相應的矩形。
[0041]為了更清楚地理解上述封裝結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的實施例還提供了對應于上述封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法。圖3是本發(fā)明實施例的透明襯底光讀出熱-機械型紅外探測器的FPA芯片的封裝方法的示意圖，其包括如下步驟Sll，S12和S13。
[0042]在步驟Sll中，在該FPA芯片的透明襯底I的配置有芯片敏感結(jié)構(gòu)5的表面上生長第一中間物3，該第一中間物3形成包圍芯片敏感結(jié)構(gòu)5的第一圖案，得到如圖4 Ca)所示的結(jié)構(gòu)。[0043]本實施例中，該FPA芯片可以是包括四個FPA芯片的晶圓級FPA芯片，其中每一個FPA芯片上都包括有芯片敏感結(jié)構(gòu)5。在實際應用中，根據(jù)FPA芯片尺寸，晶圓上可以有更多或更少的FPA芯片。本實施例中，第一圖案的高度可以大于芯片敏感結(jié)構(gòu)5的高度。
[0044]第一圖案可以包括包圍每個FPA芯片的子圖案，并且每一個子圖案可以相同也可以不同。第一圖案可以是任意形狀，如矩形。優(yōu)選地，第一中間物3可以根據(jù)每個FPA芯片的形狀形成包圍該每個FPA芯片的形狀。
[0045]該FPA芯片的透明襯底I可以是玻璃片、石英片、藍寶石等透明材料，以用于光學讀出。在一個實施例中，該第一中間物3的材料可以是金屬材料，如金、錫、銦、銅、鋁、銀、鎳，也可以是紫外固化膠。第一中間物3的生長方式可以是蒸發(fā)、濺射、電鍍。第一中間物3的厚度優(yōu)選地在0.1 μ m-1000 μ m之間，包括端點值。
[0046]在步驟S12中，在基底2上與第一中間物3相對應地生長第二中間物4，得到如圖4 (b)所示的結(jié)構(gòu)。在一個可替選的實施例中，第一中間物3的高度小于芯片敏感結(jié)構(gòu)5的高度，但其與第二中間物4鍵合后的高度大于芯片敏感結(jié)構(gòu)5的高度。
[0047]在本實施例中，基底2的材料是鍺玻璃?？商孢x地，基底2可以是硅玻璃等紅外透過率較高的材料，以降低基底2對紅外線的吸收率，以便進行紅外探測。在一個實施例中，第二中間物4的材料選自以下各項中的一種或幾種:金、錫、銦、銅、鋁、銀、鎳、紫外固化膠。第二中間物4的生長方式可以是蒸發(fā)、濺射、電鍍。第二中間物4的厚度優(yōu)選在
0.1 μ m-1000 μ m之間，包括端點值。第一中間物3和第二中間物4的材料可以相同，也可不同。
[0048]在步驟S13中，將第一中間物3和第二中間物4進行鍵合。將第一中間物3和第二中間物4的位置相對應，即，使得第一中間物3與第二中間物4具有對應的接觸面，以便第一中間物3與第二中間物4鍵合后能形成密封的結(jié)構(gòu)，如圖4 (c)所示，芯片敏感結(jié)構(gòu)5被封裝在由透明襯底1、第一中間物3、基底2以及第二中間物4形成的密封空間中。
[0049]該鍵合可以在真空環(huán)境下進行。根據(jù)第一中間物3和第二中間物4的材料，鍵合方法可以選用熱壓鍵合、共晶鍵合等本領域公知方法。
[0050]應當注意，以下步驟僅是示意性的，并且可以不以所示的順序執(zhí)行各步驟，或者可以同時執(zhí)行某些步驟。例如，步驟SI可以和步驟S2同時執(zhí)行。
[0051]如上，圖4 (a)至圖4 (C)示出了封裝過程中產(chǎn)生的各中間結(jié)構(gòu)，并最終形成如圖1所示的封裝結(jié)構(gòu)。該封裝結(jié)構(gòu)包括:該FPA芯片的透明襯底1、形成在該的透明襯底I上的配置有芯片敏感結(jié)構(gòu)5的表面上的第一中間物3、與透明襯底相對設置的基底2、形成在基底2上相對第一中間物3的一側(cè)上的與第一中間物3相對應的第二中間物4，其中，第一中間物3與第二中間物4是鍵合的。
[0052]本發(fā)明的實施例提供了一種具有透明襯底的光讀出熱-機械型紅外探測器芯片的封裝方法和封裝結(jié)構(gòu)，其具有如下特點:
[0053]1、利用芯片的透明襯底作為封裝結(jié)構(gòu)的一側(cè)以用于光學讀出，因此封裝結(jié)構(gòu)簡單緊湊且體積小，并且由于透明襯底直接作為封裝結(jié)構(gòu)的一部分而沒有在透明襯底外附加其他結(jié)構(gòu)，控溫環(huán)可直接作用于透明襯底上，因此封裝后的探測器芯片更易控溫；
[0054]2、此封裝工藝屬低溫工藝，因此對芯片敏感結(jié)構(gòu)的影響??；
[0055]3、第一中間物和第二中間物之間的鍵合工藝在真空環(huán)境下進行，因此，所制得的紅外探測器具有較好的氣密性；
[0056]4、由于該封裝可以應用于晶圓級芯片，因此提高了芯片的封裝效率；
[0057]5、該封裝方法不包括焊接步驟，封裝工藝簡單；以及
[0058]6、由于該封裝結(jié)構(gòu)將紅外探測器芯片的透明襯底直接作為封裝結(jié)構(gòu)的一部分，使得其成本相對于現(xiàn)有技術(shù)低。
[0059]以上所述為本發(fā)明的實施例，不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。任何本領域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。例如，可以選擇對其他特定波段(除紅外波段)透射率高的材料作為基底，來進行其他對應類型探測器芯片的封裝。本發(fā)明的保護范圍以后附的權(quán)利要求為準。
【權(quán)利要求】
1.一種透明襯底探測器芯片的封裝方法，所述芯片包括透明襯底和位于所述透明襯底上的芯片敏感結(jié)構(gòu)，其中，所述方法包括: 在所述透明襯底上生長第一中間物，所述第一中間物形成包圍所述芯片敏感結(jié)構(gòu)的第一圖案； 在基底上與所述第一中間物相對應地生長第二中間物，所述基底是對預定波段射線透過率高的材料；以及 將所述第一中間物和所述第二中間物鍵合。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述鍵合是在真空條件下進行的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述基底是對8-14μm紅外波段射線透過率高的材料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述基底是蒸鍍有紅外增透膜的鍺片或硅片。
5.如權(quán)利要求1-3的任一項所述的方法，其中，所述第一中間物選自以下各項中的一種或幾種:金、錫、銦、銅、鋁、銀、鎳、紫外固化膠，且所述第一中間物的厚度在.0.1μ---1000μm?之間，包括端點值。
6.如權(quán)利要求1-3的任一項所述的方法，其中，所述第二中間物選自以下各項中的一種或幾種:金、錫、銦、銅、鋁、銀、鎳、紫外固化膠，且所述第二中間物的厚度在.0.1μ---1000μπ?之間，包括端點值。
7.—種透明襯底探測器芯片的封裝結(jié)構(gòu)，所述芯片包括透明襯底和位于所述透明襯底上的芯片敏感結(jié)構(gòu)，其中，所述封裝結(jié)構(gòu)包括: 所述透明襯底； 生長在所述透明襯底上的第一中間物，所述第一中間物形成包圍所述芯片敏感結(jié)構(gòu)的第一圖案； 與所述透明襯底相對的基底，所述基底是對預定波段射線透過率高的材料；以及 生長在所述基底上的與所述第一中間物相對應的第二中間物； 其中，所述第二中間物與所述第一中間物是鍵合的。
8.如權(quán)利要求7所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述透明襯底、所述基底、所述第一中間物和所述第二中間物包圍的空間是真空的。
9.如權(quán)利要求8所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述基底是對8-14μ m紅外波段射線透過率高的材料。
10.如權(quán)利要求9所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述基底是蒸鍍有紅外增透膜的鍺片或硅片。
11.如權(quán)利要求7-10的任一項所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述第一中間物選自以下各項中的一種或幾種:金、錫、銦、銅、鋁、銀、鎳、紫外固化膠，且所述第一中間物的厚度在0.1μ---1000μm之間，包括端點值。
12.如權(quán)利要求7-10的任一項所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述第二中間物選自以下各項中的一種或幾種:金、錫、銦、銅、鋁、銀、鎳、紫外固化膠，且所述第二中間物的厚度在.0.1μ---1000μm之間，包括端點值。
【文檔編號】G01J5/04GK103663356SQ201210326171
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月5日
【發(fā)明者】劉瑞文, 焦斌斌, 陳大鵬, 葉甜春 申請人:中國科學院微電子研究所