计VPA 100 (例如，属于在上面引用的国际专利申请N0.PCT/US2011/045600中描述并且根据其中所述的WLP技术生产的类型)的示例性实施例的生产中涉及的步骤和部件的部分侧视立面图。如图1A和1B中所示，WLP方法可以开始于提供由半导体(例如，硅)制造的两个晶片，所述晶片包括“盖”晶片102和“辐射热计”晶片104，例如使用光刻技术形成，从而分别包含相应的多个IR透明窗口 106和IR检测器(例如，微辐射热计阵列108)。
[0044]如图1A中所示，在一些实施例中，盖晶片102可以包括粘结到盖晶片102的、布置在窗口 106的相应窗口之下的多个“台地”110。每个台地110具有闭合边缘侧壁，其可以布置在盖晶片102的下表面的外周边和辐射热计晶片104的上表面的外周边之间从而限定盖晶片102和辐射热计晶片104之间的闭合腔112，所述闭合腔用于在其中封闭IR检测器阵列108中的相应阵列。在一些实施例中，窗口和辐射热计晶片102和104均可以带有密封环114 (例如，焊环)，其可以用于将台地110粘结到衬底102从而密封腔112，S卩，为抽空WLP VPA提供密封。
[0045]在一些实施例中，盖晶片102的窗口 106的上和/或下表面可以包括抗反射(AR)涂层116，从而防止入射在涂层表面上的红外光反射离开布置在其下的相应微辐射热计阵列108。例如如图1F中所示，在其它实施例中，“收气器”118可以形成于窗口 106的下表面上并且用于吸收在腔被密封之后保留在相应腔112中的气体分子。另外，在一些实施例中，红外检测器108可以包括布置在辐射热计晶片104的上表面上并且邻近窗口 106的相应外周边的电测试焊点120。测试焊点120可以联接到相应地联接到IR检测器108中的相应检测器的读出集成电路(R0IC)并且用于在它们被“分离”、即从粘结晶片对122分离之前以晶片级电气地测试红外检测器108。
[0046]如图1C和1D中所示，用于制造VPA 100的方法可以包括将盖晶片102与辐射热计晶片104精确地对准，用预定压缩力将两个晶片推压在一起，如图1D中的箭头124指示，并且然后在真空环境中加热晶片直到相应的焊环114熔化并且回流到彼此中从而将两个晶片联结成包含多个抽空VPA封装100的粘结晶片对122。如图1E中所示，盖晶片102的一部分可以例如通过锯切被去除以保留焊点120，从而在从晶片对122最后分离单独的封装100之前允许例如使用“探针板”执行单独的VPA封装100的晶片级电测试。如图1F中所示，可以通过辐射热计晶片104进行最后切割以从晶片对122分离单独的VPA封装100。
[0047]如上所述，制造IR检测器封装100 (如图1F中所示的示例性实施例)的主要考虑是在执行晶片粘结之前在最大可行程度上对部件(特别是辐射热计晶片104)进行脱气的要求。然而，常规1C和MEMS WLP方法和装置具有如本文中所述的不同要求，与一个或多个实施例的IR检测器封装形成对比，其需要最大化并且保持(例如，在变化的昼夜温度环境中持续至少10年的时间)WLP封装真空，同时在封装中使用的辐射热计和收气器的限制内工作。与这样的系统一起工作，对于一个或多个实施例，通过包括以下的一个或多个的WLP方法获得最好的结果:
[0048]1.“预烘烤”(即，在晶片粘结之前)一种或两种类型的晶片以尽可能对它们进行脱气；
[0049]2.以较低温度在晶片粘结系统内使用延长烘干时间来清洁窗口或“盖”和辐射热计晶片，但是不启动收气器；
[0050]3.在粘结之前将盖和辐射热计晶片夹紧在一起从而当典型地通过将其温度升高到高“收气器启动”温度“启动”收气器时防止收气器抽吸整个粘结室环境；以及
[0051]4.将晶片的温度斜升到焊接温度并且将晶片紧紧地夹紧在一起。
[0052]前述方法导致具有完整“响应性”(即，IR检测器的输入比输出增益)的大约60%至70%的常规非WLP VPA封装。如结合图2的图形所述，对于典型的VPA微辐射热计阵列封装，这指示大约1E-1托(1X10 1托)的内部压力，并且为了获得该响应性的水平，收气器已使用其吸附容量的大部分，尽管收气器容量的少量残余保留，其继续吸附封装中的气体并且由此增加检测器响应性持续不确定的一段时间。在真空密封之后例如通过加热“启动”收气器增强其吸收封装中的多数剩余气体的能力，导致大约1E-3托(1X103托)的内部压力。在前述“启动”之后，收气器具有吸附气体的一些残余容量，其可以用于保持所需的降低气体压力持续延长时间。
[0053]常规WLP方法和装置主要由常规1C和MEMS晶片粘结器的局限限制和驱动。主要限制是室真空，同时其它限制包括缺少辐射热计和盖晶片两者的独立加热和冷却。常规晶片粘结器能够在抽吸>24小时之后在没有产品时并且在室温下获得大约6E-7托的真空。在WLP粘结期间、在斜升到粘结温度期间的室压力在大约6E-6托(对于6英寸直径晶片)到大约5E-5托(对于8英寸直径晶片)的范围内。这些压力在活性收气器上生成每0.05到
0.16秒一个单层的分子层淀积速度。因此，这指示当收气器被加热到其启动温度时封装中的收气器应当被保护以免于室压力气体负荷。如果不这样保护它，则它可以在加热期间由于吸附来自粘结室的环境气体而变为饱和。
[0054]保护启动收气器免于室的气体负荷意味着在它们的相应温度从除气烘烤温度斜升到焊接温度之前盖晶片应当抵靠辐射热计晶片紧紧地夹紧。在一个示例性实施例中，两个晶片的烘烤温度可以对于盖晶片和对于辐射热计晶片是不同的，并且在一些实施例中，可以保持低于收气器启动温度。收气器启动温度的例子可以高于两个晶片的烘烤温度，和/或高于大约200摄氏度。如果如上所述焊环用于联结两个晶片，则焊接温度可以在收气器启动温度范围内。应当注意在该温度期间释放的所有气体俘获在封装内。该“气体负荷”必须由收气器有效地吸附以获得适合于最大(即，?100% )辐射热计响应性的真空。
[0055]关于晶片温度控制，常规晶片粘结器不具有冷却上晶片夹头的能力。这产生的限制在于不能将辐射热计晶片加热到高于盖晶片的温度的高得多的温度。通过将辐射热计晶片保持在热的下晶片夹头上并且将盖晶片保持在较冷的上晶片夹头上获得的超过该温度差的尝试可以导致盖晶片由从辐射热计晶片辐射的热显著地加热。不具有冷却自身的能力的上晶片夹头不能保持较低温度并且因此不能产生辐射热计和盖晶片之间的大温度差。
[0056]能够生产没有收气器的IR VPA封装并且然后测试它的响应性从而提供俘获在封装的内部的气体的测量。用残余气体分析(RGA)进行的穿刺测试可以提供俘获气体的另一测量，然而穿刺测试结果通常仅仅提供单数据点。下面的表中列出的压力从对多个IR检测器封装进行的响应性测试计算，其中测试的器件的数量在表中列出。封装中的压力从图2的测量响应性对比压力的图形获得，所述图形是包含IR检测器敏感性对比封装内部压力的计算和测量值的绘图。
[0057]具有与在将它们夹紧在一起之前能够独立地加热盖和辐射热计晶片关联的许多益处。例如，这样的过程可以允许减小所需的收气器表面面积。这又允许减小窗口尺寸，否则窗口尺寸将扩大以适应收气器，并且因此允许总体封装(VPA)尺寸的进一步减小。这样的过程也可以允许使用焊料和密封环金属化，其可以例如通过在焊料回流期间至少部分地允许这样的脱气进入室并且由此不进入密封的封装而比目前使用的那些过程更多地脱气。这允许使用淀积较便宜并且更适合于高批量生产的金属和/或材料(例如，溅射和电镀工艺材料)。这样的过程也可以有助于例如改善过程变化的稳健性，和/或提供过程时间减少。
[0058]关于收气器，基于气体负荷数据，合理的是假设收气器吸附所需的气体负荷大于它的表面吸附容量。考虑到前述内容，允许在收气器容量基本不受损的情况下密封WLP IR检测器封装的过程可以产生更稳健的、长寿命的WLP IR封装。前述内容提供通过在将它们的温度斜升到焊接温度之前在粘结室中将盖和辐射热计晶片夹紧在一起提供的优点的第一级量化。
[0059]另外，当收气器表面已俘获足够的数量的气体的分子层时发生收气器表面饱和使得对于穿透已经附着到收气器的层的厚度的新气体分子的收气器表面吸引不能增加收气器表面上的俘获气体分子的净数量。难以容易地量化多少分子层等于收气器的表面饱和，原因是这取决于特定收气器表面形状、收气器表面内的电导率等。然而，饱和需要多个分子层，并且在表面饱和时的分子层的数量明显超过一。
[0060]在1E-6托的压力下，大约每秒一个气体分子层撞击收气器表面。在1E-7托的压力下，这变化为大约10秒每个分子层。在1E-8托下，这变化为大约100秒每层，并且在1E-9托下，变化为大约1，000秒。在1E-10托下，它变化为大约10，000秒每层。因此，在1E-9托到1E-10托的粘结室压力之间，在典型收气器上淀积一个分子层耗时16分钟到166分钟之间。这意味着在这些真空水平下，收气器可以是活性的并且暴露于粘结室环境持续延长时间，它的残余吸附容量减小很少。
[0061]考虑到前述内容，有利的WLP过程应当在收气器吸附最少的俘获气体的情况下密封WLP封装。收气器将由此保持它的总吸附容量的大部分。俘获气体量应当是可用收气器容量的小部分。收气器容量应当足以吸附俘获气体从而产生?100%辐射热计响应性，并且它应当具有这样做的容量，对于不同类型的窗口和辐射热计晶片可以发生气体负荷的变化。因此，有利的晶片粘结器应当能够在晶片斜升到焊接温度期间获得最低可能压力。
[0062]另外，分别用于保持和操作(例如，经由一个或多个静电夹子(ESC))上和下(即，盖和辐射热计)晶片的两个“晶片夹头”的每一个应当配备有加热和冷却它们的相应晶片的能力。
[0063]此外，晶片粘结器应当能够在用于指定期望应用的每个晶片的相应理想温度下烘干辐射热计和盖晶片。然后它应当将晶片斜升到接近焊接温度，同时它们被分离和抽吸。真空应当保持在足够高的水平以导致小收气器容量损失。然后它应当将晶片夹紧在一起，将它们升高到最后焊接温度以实现密封，并且然后快速地冷却它们而不会不利地影响焊料微观结构。
[0064]根据前述考虑，用于VPA IR检测器封装的WLP生产的装置的一个有利实施例包括以下特征:
[0065]1.用于将晶片粘结室抽吸到超高真空(UHV)水平的一个或多