专利名称：低温红外探测器的环氧胶封装方法及专用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及低温红外探测器的封装工艺，具体是指一种用低温环氧胶封装低温红外探测器的方法及实现该方法所需的专用装置。该方法可对探测器实现无气孔粘接非接触式均匀施压封装。
背景技术：
高灵敏的红外焦平面探测器是一种工作在低温(77K)状态下的探测器。为使探测器制冷到要求的低温，通常采用高真空隔热的方法，把探测器封装在高真空杜瓦内。器件封装一般采用各种低温环氧胶粘接，操作是在大气压下进行的。这种操作方法存在二个问题一是不能有效除气，由于大气压下操作的环氧胶内存在微气孔，当环氧胶出现某种裂缝或其它因素导致微气孔破裂时，微气孔就成了破坏杜瓦真空度的“气源”；二是当用环氧胶将红外焦平面器件芯片与基座粘结时，由于芯片表面较娇嫩，不容许对芯片表面直接接触施压。这种操作的后果是环氧胶层比较厚或厚薄不均匀，导致环氧胶的导热性能比较差和热传导下降，影响探测器的快速制冷。
发明内容
基于上述器件封装上存在的问题，本发明的目的是提出一种用低温环氧胶对探测器实现非接触式均匀施压的封装方法及实现该方法所需的专用装置。
本发明的封装方法如下首先，把焦平面探测器芯片与需粘结的基座作常规操作，即在基座上滴上低温环氧胶，把探测器芯片安放到预定位置。这时，在探测器芯片与基座表面之间形成一层环氧胶层。然后把探测器芯片与基座置于真空腔内的样品台上，盖上密封盖后抽真空，在显微测试仪15下，调整抽气针阀5开启度，通过观察窗3观察气泡溢出情况，防止大量气泡溢出导致器件芯片位置移动，直到针阀5完全打开，真空度抽至10-3τ，并维持时间30分钟以上；然后缓慢打开进气针阀7，在不低于5分钟时间内，从0-1大气压上升速度充入大气，由于大气气压的作用，在焦平面探测器芯片表面产生均匀的压力，即对探测器芯片表面进行了非接触式均匀施压，压强控制在1-2，施压时间为20-30分钟，施压力的大小可以通过压强控制。由于压力作用，探测器芯片与基座之间的环氧胶层被挤压，形成一较薄的环氧胶层。同时，由于是均匀施压，所以环氧胶薄层也是均匀的。然后，在施压状态下对样品加热，加热时间2小时以上，温度低于60℃，使环氧胶快速固化，完成探测器芯片与基座的粘结。
所述的专用装置包括显微测试仪15和真空腔，真空腔由腔体1和带观察窗3的密封盖2组成。腔体侧壁置有与真空机组连接的抽气管道4，抽气管道上带有抽气针阀5；与抽气管道相对的腔体侧壁上置有与气体瓶连接的进气管道6，进气管道上带有进气针阀7和压力表8；腔体内置有样品台9，样品台内置有对样品10加热的电加热元件11，样品台上置有测样品温度的测温元件12，腔体侧壁下部置有电加热元件与外接电源连接的穿墙接线柱13，腔体侧壁上部置有测温元件与外部测温仪表连接的穿墙接线柱14。显微测试仪15位于观察窗3的上面。
本发明有如下优点1.对各类要求真空密封的环氧胶作除气处理，有利于真空封装的探测器保持长期真空，减少放气源。
2.由于去除了环氧胶中的残留气泡，提高了胶的热导率，有利于用环氧胶封装的焦平面器件与冷媒的热平衡。
3.对探测器芯片的均匀施压，使胶层均匀，避免接触式施压对探测器芯片造成可能的破坏。
4.环氧胶层的厚薄可以通过真空腔内气压控制。
5.以此方法可以使环氧胶层很薄，因此增加了热传导率，使探测器可以快速降温。
图1为本发明方法所需的专用装置的结构示意图。
具体实施例方式
首先把焦平面探测器芯片与需粘结的基座作常规操作，即，把环氧胶均匀涂在基座粘结面上，再把焦平面器件芯片轻放在预定粘结位置，再将其放在测量仪上，微调探测器芯片位置，使探测器芯片位置精确到位。这时，在探测器芯片与基座表面之间形成一层环氧胶层。然后把探测器芯片与基座整体作为样品10置于如图1所示的真空腔内，并把样品10用夹具固定在样品台9上，盖上密封盖2。将抽气管道4与真空机组连接，开启真空泵。此时进气针阀7与抽气针阀5都处于关闭状态。然后缓慢打开抽气针阀5，控制排气速度，必须缓慢进行。否则由于急速抽气，大量气泡溢出会导致器件芯片位置的移动。在显微测试仪15下，通过观察窗3进行观察，观察气泡溢出情况，调整针阀开启度，直到完全打开。继续抽气使真空度达到10-3τ。并保持真空状态，时间30分钟以上，使环氧胶层内的气泡逐渐排出。由于气泡排出，在探测器与基座表面之间形成不完整的环氧胶层。继续在真空状态下，由于环氧胶表面张力的作用，环氧胶在粘结面内缓慢自然流动，逐渐充满由于气泡排出留下的空隙，在探测器与基座表面之间重新形成均匀的环氧胶层。此时在探测器下面已形成一层没有气孔、均匀的环氧胶层。关闭抽气针阀5，缓慢开启进气针阀7，随着腔内逐渐失去真空，由于气压的压力作用，在焦平面探测器芯片表面均匀地施加压力，即对探测器芯片进行非接触式均匀施压，施压力的大小可以通过压强控制。由于压力作用，探测器与基座之间的环氧胶层被挤压，形成一较薄的环氧胶层。进一步，可以通过进气管道6连接压缩钢瓶，通过进气针阀7加压，增大压强，使施加到探测器芯片表面的力增加，均匀施压的力可以通过压强与粘结器件面积计算得到。再次观察，确认位置准确。然后，通过电加热元件对样品平台9加热，通过测温元件对样品测温，温度控制在低于60℃温度，固化时间2小时以上，关闭加热电源，打开真空腔上密封盖2，取出样品10，完成整个过程。
权利要求
1.一种低温红外探测器的环氧胶封装方法，其特征在于具体步骤如下首先，把焦平面探测器芯片与需粘结的基座作常规操作，即在基座上滴上低温环氧胶，把探测器芯片安放到预定位置；这时，在探测器芯片与基座表面之间形成一层环氧胶层，然后把探测器芯片与基座作为样品(10)置于真空腔内的样品台(9)上，盖上密封盖(2)后抽真空，在显微测试仪(15)下，调整抽气针阀(5)的开启度，通过观察窗(3)观察气泡溢出情况，防止大量气泡溢出导致器件芯片位置移动，直到针阀(5)完全打开，真空度抽至10-3τ，并维持时间30分钟以上；然后打开进气针阀(7)，在不低于5分钟时间内，以0-1大气压上升速度充入大气，压强控制在1-2，施压时间为20-30分钟，然后，在施压状态下对样品加热，加热时间2小时以上，温度低于60℃，使环氧胶快速固化，完成探测器芯片与基座的粘结。
2.实现权利要求1所述的一种低温红外探测器的环氧胶封装方法中的专用装置，包括显微测试仪(15)和真空腔，真空腔由腔体(1)和带观察窗(3)的密封盖(2)组成；腔体侧壁置有与真空机组连接的抽气管道(4)，抽气管道上带有抽气针阀(5)；与抽气管道相对的腔体侧壁上置有与气体瓶连接的进气管道(6)，进气管道上带有进气针阀(7)和压力表(8)；腔体内置有样品台(9)，样品台内置有对样品(10)加热的电加热元件(11)，样品台上置有测样品温度的测温元件(12)，腔体侧壁下部置有电加热元件与外接电源连接的穿墙接线柱(13)，腔体侧壁上部置有测温元件与外部测温仪表连接的穿墙接线柱(14)；显微测试仪(15)位于观察窗(3)的上面。
全文摘要
本发明公开了一种低温红外探测器的环氧胶封装方法及专用装置，该方法包括把需封装的低温红外探测器置于专用的腔体内，利用对腔体抽真空排出器件内环氧胶层的气泡，对腔体充气实现对器件非接触式均匀施压的封装方法。该方法所需的专用装置包括真空腔体和显微测试仪。本发明的优点是对各类要求真空密封的环氧胶作除气处理，有利于真空封装的探测器保持长期真空，减少放气源；由于去除了环氧胶中的残留气泡，提高了胶的热导率，有利于用环氧胶封装的焦平面器件与冷媒的热平衡。
文档编号H01L21/02GK1851938SQ200610025158
公开日2006年10月25日 申请日期2006年3月28日 优先权日2006年3月28日
发明者张勤耀, 吴云 申请人:中国科学院上海技术物理研究所