一种红外成像芯片真空封装结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体光电子技术领域，特别是一种红外成像芯片真空封装结构。
【背景技术】
[0002]红外成像技术越来越广泛地应用于工业传感、图象监测、汽车工业、消防搜救、甚至军事上的导航与夜视等领域。红外焦平面探测器制作技术是热成像实现技术的核心，而红外焦平面阵列探测器芯片密封封装技术是实现红外探测器成像的关键环节，红外焦平面阵列探测器芯片需要在真空下的密封环境中工作，否则无法发挥其测辐射热计的成像功能。一般而言，红外焦平面阵列探测器高真空封装技术采用金属壳体作为密封腔。
[0003]真空封装对于红外焦平面阵列(infrared focal plane array，I R FPA)芯片是必不可少的。IRFPA需要封装来保护内部脆弱的微结构免于外界水汽、灰尘等造成的损坏；更重要的是需要真空环境来确保芯片的正常工作。迄今为止，已有多种针对电读出I RFPA的真空封装方案，可以分为芯片级封装、圆片级封装和像素级封装。芯片级真空封装是研发最早且目前仍被广泛使用的一种真空封装方法，但是其封装效率比较低。圆片级真空封装提高了封装效率，但该方法对I RFPA芯片的成品率要求较高，否则，将会封装相当比例的废片，从而浪费昂贵的红外滤波片。由CEA-LETI研发的，其创新之处是在圆片上用半导体薄膜对像素进行真空封装；然而，方案中使用薄膜作为封装盖板，比较脆弱，难以有效保护内部脆弱的像素结构；且没有光读出红外焦平面阵列芯片所需的可见光窗口。
[0004]现有的这种封装结构内部元件多，体积大，而随着红外热成像技术的发展，市场要求红外热成像设备体积尽量小一些，尤其一些便携式红外热成像设备，现有封装结构无法满足紧凑结构的要求，而且这种封装结构元件多、功耗高、成本高昂和制作工艺困难。而且对于一些红外焦平面探测器芯片，有些情况下，需要在与外界热绝缘较好环境下工作，上述现有封装结构难以满足应用要求。
[0005]如何解决现有技术的不足以成为现有半导体光电子技术领域亟需解决的重要难题之一。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种红外成像芯片真空封装结构，本发明可以选择性增透波长8?14 μπι的红外辐射，有效地保护内部的像素结构，封闭性能好。
[0007]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
根据本发明提出的一种红外成像芯片真空封装结构，包括红外窗口、红外成像芯片、两个垫片、吸气剂、可见光窗口；其中，垫片键合在可见光窗口的上表面，形成用于真空封装的腔体，所述红外成像芯片和吸气剂设置在腔体内，吸气剂位于红外成像芯片与可见光窗口的上表面之间，红外窗口键合到腔体上，形成真空密封腔体。
[0008]作为本发明所述的一种红外成像芯片真空封装结构进一步优化方案，所述垫片为娃垫片。
[0009]作为本发明所述的一种红外成像芯片真空封装结构进一步优化方案，所述可见光窗口的材质为玻璃。
[0010]作为本发明所述的一种红外成像芯片真空封装结构进一步优化方案，所述红外成像芯片是通过焊料键合在可见光窗口的上表面。
[0011]作为本发明所述的一种红外成像芯片真空封装结构进一步优化方案，所述吸气剂为电激活式吸气剂。
[0012]作为本发明所述的一种红外成像芯片真空封装结构进一步优化方案，所述红外窗口的材质为娃片。
[0013]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
(1)本发明可以选择性增透波长8?14μπι的红外辐射，有效地保护内部脆弱的芯片结构，封闭性能好；
(2)该真空封装结构的空气漏率低；
(3)本发明封装结构简单、功耗低且成本低。
【附图说明】
[0014]图1是本发明结构示意图。
[0015]图中的附图标记解释为:1-红外窗口，2-红外成像芯片，3-垫片，4-吸气剂，5-可见光窗口。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示，一种红外成像芯片真空封装结构，包括红外窗口 1、红外成像芯片2、两个垫片3、吸气剂4、可见光窗口 5 ;其中，垫片键合在可见光窗口的上表面，形成用于真空封装的腔体，所述红外成像芯片和吸气剂设置在腔体内，吸气剂位于红外成像芯片与可见光窗口的上表面之间，红外窗口键合到腔体上，形成真空密封腔体。
[0017]所述垫片为硅垫片。
[0018]所述可见光窗口的材质为玻璃。
[0019]所述红外成像芯片是通过焊料键合在可见光窗口的上表面。
[0020]所述吸气剂为电激活式吸气剂。
[0021]所述红外窗口的材质为硅片。
[0022]硅垫片和可见光窗口通过阳极键合形成用来放置芯片的封装腔体；红外窗口不仅对波长8?14 μπι的红外辐射进行选择性增透，而且用来作为封装盖板，可以较好地保护内部脆弱的芯片结构。
[0023]真空封装结构制作流程为:
1)使用湿法腐蚀工艺制作硅垫片；
2)硅垫片和可见光窗口阳极键合，形成封装腔体；
3)在封装腔体上制作Au并图形化，形成Au粘附层；
4)将芯片焊料键合到封装腔体内； 5)使用普通硅片作为红外窗口，在上面溅射Au并图形化，形成粘附层；
6)红外窗口在真空环境下焊料键合到封装腔体片上，完成真空封装。
[0024]硅垫片和可见光窗口(玻璃)通过阳极键合形成封装腔体，用于放置芯片；红外窗口不仅选择性增透8?14 μm波段的红外辐射，且作为封装盖板；封装腔体和红外窗口在真空室内通过焊料键合完成真空封装。该封装结构通过了气密检测，并测试得到了 200°C电烙铁热像图。该真空封装后的红外成像芯片可以对180°C的电烙铁清晰成像，表明了该真空封装方法是有效的。
[0025]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能为此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种红外成像芯片真空封装结构，其特征在于，包括红外窗口、红外成像芯片、两个垫片、吸气剂、可见光窗口 ；其中，垫片键合在可见光窗口的上表面，形成用于真空封装的腔体，所述红外成像芯片和吸气剂设置在腔体内，吸气剂位于红外成像芯片与可见光窗口的上表面之间，红外窗口键合到腔体上，形成真空密封腔体。2.根据权利要求1所述的一种红外成像芯片真空封装结构，其特征在于，所述垫片为娃垫片。3.根据权利要求1所述的一种红外成像芯片真空封装结构，其特征在于，所述可见光窗口的材质为玻璃。4.根据权利要求1所述的一种红外成像芯片真空封装结构，其特征在于，所述红外成像芯片是通过焊料键合在可见光窗口的上表面。5.根据权利要求1所述的一种红外成像芯片真空封装结构，其特征在于，所述吸气剂为电激活式吸气剂。6.根据权利要求1所述的一种红外成像芯片真空封装结构，其特征在于，所述红外窗口的材质为娃片。
【专利摘要】本发明公开了一种红外成像芯片真空封装结构，包括红外窗口、红外成像芯片、两个垫片、吸气剂、可见光窗口；其中，垫片键合在可见光窗口的上表面，形成用于真空封装的腔体，所述红外成像芯片和吸气剂设置在腔体内，吸气剂位于红外成像芯片与可见光窗口的上表面之间，红外窗口键合到腔体上，形成真空密封腔体。本发明可以选择性增透波长8～14μm的红外辐射，有效地保护内部脆弱的芯片结构，封闭性能好；该真空封装结构的空气漏率低；本发明封装结构简单、功耗低且成本低。
【IPC分类】H01L31/0203
【公开号】CN105244384
【申请号】CN201510534150
【发明人】尤为
【申请人】无锡伊佩克科技有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年8月27日