专利名称：红外传感器封装结构及其封装方法
技术领域：
本发明属于半导体制造领域技术，尤其涉及一种红外传感器封装结构及其封装方法。
背景技术：
随着半导体技术的发展，红外传感器的制造技术日益进步。红外传感器作为一种典型的传感器，目前已经被广泛应用于现代科技、国防以及工农业领域。现有的红外传感器封装一般是分离式独立封装，其封装工艺复杂，成本较高，且封装完成后的封装结构体积较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种红外传感器封装方法，其封装工艺简单。本发明的目的还在于提供一种红外传感器封装结构。为实现上述发明目的之一，本发明提供一种红外传感器封装方法，该方法包括以下步骤
提供一基板，所述基板包括上表面以及与上表面相背的下表面，在所述基板的上表面制作多个环形的第一金属凸块；
提供一金属基板，将所述金属基板制作成与所述多个第一金属凸块形状对应的多个环形金属层；
提供多个红外传感器芯片，其上包括传感区域，在所述多个红外传感器芯片的传感区域之外上分别制作与所述环形金属层形状对应的第二金属凸块；
将所述多个第一金属凸块与所述多个环形金属层分别键合形成多个具有收容腔的金属上盖；
将所述多个金属上盖的多个环形金属层分别与所述多个第二金属凸块键合。作为本发明的进一步改进，所述方法还包括
在所述基板下表面形成光学薄膜。作为本发明的进一步改进，在所述“将所述多个第一金属凸块与所述多个金属层分别键合形成多个具有收容腔的金属上盖”步骤后，还包括
在所述多个收容腔的内壁上形成吸气剂。作为本发明的进一步改进，所述方法还包括通过半导体致冷器将所述红外传感器芯片与外接电路板连接。作为本发明的进一步改进，所述方法还包括对所述红外传感器芯片上与传感区域相背的一侧表面进行减薄，暴露出与所述红外传感芯片的焊垫电性连接的金属柱。为实现上述另一发明目的，本发明提供一种红外传感器封装结构，所述封装结构包括
具有收容腔的金属上盖，所述金属上盖包括基板和环形金属层，所述基板包括上表面以及与上表面相背的下表面，所述上表面设置有环形的第一金属凸块，所述环形金属层的形状与所述第一金属凸块相对应，且所述第一金属凸块与所述环形金属层键合；
红外传感器芯片，其上包括传感区域，以及设置于所述传感区域外围的与所述环形金属层形状对应的第二金属凸块，所述环形金属层与所述第二金属凸块键合。作为本发明的进一步改进，所述下表面上设有光学薄膜。
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作为本发明的进一步改进，所述金属上盖的收容腔内壁设有吸气剂。作为本发明的进一步改进，所述红外传感器芯片上与传感区域相背的一侧表面设有半导体致冷器。作为本发明的进一步改进，所述红外传感器芯片内还设置有多个金属柱，该金属柱一端电性连接位于传感区域一侧的焊垫，另一端则暴露在与传感区域相背的一侧。与现有技术相比，本发明红外传感器封装采用了晶圆级封装方法，其工艺简单，且完成后的封装结构尺寸较小。
图I是本发明一实施方式红外传感器封装结构的结构示意 图2是本发明一实施方式红外传感器封装结构中基板的结构示意 图3是本发明一实施方式红外传感器封装结构中基板上沉积有金属的结构示意 图4是本发明一实施方式红外传感器封装结构中基板上制作有第一金属凸块的结构示意 图5是在图4所示的结构中的基板下表面制作光学薄膜的结构示意 图6是本发明一实施方式红外传感器封装结构中环形金属层的结构示意 图7是本发明一实施方式红外传感器封装结构中金属上盖的结构示意 图8是本发明一实施方式红外传感器封装结构中红外传感器芯片上制作有第二金属凸块的结构示意 图9图I所示的结构与外接电路板进行连接的结构示意 图10是本发明又一实施方式红外传感器封装结构与外接电路板进行连接的结构示意
图11是本发明红外传感器封装方法一实施方式的流程图。
具体实施例方式以下将结合附图所示的具体实施方式
对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。本发明所提及的上表面、下表面并不带有空间位置上的绝对关系，而仅仅是为了描述的方便。参图I所示，介绍本发明红外传感器封装结构的一具体实施方式
。在本实施方式中，该封装结构金属上盖10、以及红外传感器芯片30。其中，该金属上盖10包括基板11和环形金属层16。参图2、图3、图4、图5所示，基板11包括上表面Ila以及与上表面Ila相背的下表面lib,基板11的上表面Ila设置有环形的第一金属凸块121。基板11的材质可以选自硅、锗或者其它只允许红外线穿过的材质。基板11的下表面Ilb覆盖有光学薄膜13，在本实施方式中，该光学薄膜13可采用红外线滤光片，其可以降低红外线的反射率，提高穿透率。参图6、图7所示，环形金属层16的形状与第一金属凸块121相对应，基板11通过第一金属凸块121和该环形金属层16键合共同定义具有收容腔15的金属上盖10。在本实施方式中，收容腔15内壁上沉积有吸气剂14，用于吸收封装完成后，红外传感器芯片30上的红外传感区域31释放的少量的非真空气体。参图8所示，红外传感器芯片30包括传感区域31以及与传感区域31电性连接的焊垫32。红外传感器芯片30的传感区域31之外上制作有与环形金属层16形状对应的第二金属凸块33,金属上盖通过环形金属层16与该第二金属凸块33键合。即是该第二金属凸块33实质上是环绕传感区域31设置，在本实施方式中，第二金属凸块33位于传感区域31及焊垫32之间的位置，并且红外传感器芯片30上的传感区域31位于收容腔15内。参图9所示，作为本发明一实施方式，红外传感器芯片30上与传感区域31相背的一侧表面设有半导体致冷器40，红外传感器芯片30通过该半导体致冷器40与外接电路板50连接。该半导体致冷器40用于红外传感器封装结构的温度控制，以确保红外传感器芯片30的正常工作。在本实施方式中，焊垫32与外接电路板50之间通过打线60的方式进行连接，以实现本发明的红外传感器封装结构与外接电路板50的电性连接。参图10所示，本发明红外传感器封装结构的另一实施方式。与上述实施方式不同的是，在本实施方式中，红外传感器芯片30内还设置有多个金属柱34,该金属柱34 —端电性连接位于传感区域一侧的焊垫32，另一端则暴露在与传感区域31相背的一侧，且其上连接有金属球35，红外传感器封装结构通过该金属球35与外接电路板50电性连接。此实施例封装结构尺寸相比较前一实施例的封装结构更微型化。参图11,介绍本发明红外传感器封装方法的一实施方式。SI、提供一基板11,其包括上表面Ila以及与上表面Ila相背的下表面lib。基板11的材质可以选自硅、锗或者其它只允许红外线穿过的材质。在该基板11的上表面Ila采用物理气相沉积方式沉积一层金属12,再通过光刻、电镀、蚀刻，形成多个环形的第一金属凸块121。应当理解的是，这里所说的“环形”不仅仅包括圆形、椭圆环形，也可以是例如包括矩形环、甚至是任意封闭的多边形环等。S2、在基板11的下表面形成光学薄膜13，用以降低红外线的反射率，提高穿透率。S3、提供一金属基板，通过光刻、蚀刻该金属基板以制得与上述多个第一金属凸块121形状对应的多个环形金属层16。此时,该多个环形金属层16仍位于同一金属基板上。S4、将基板11通过多个第一金属凸块121分别与多个环形金属层16通过共晶键合工艺进行键合。此时，多个第一金属凸块121、多个环形金属层16、以及基板11共同形成了多个金属上盖10，该金属上盖10内具有一收容腔15。接着，在收容腔15内壁上通过化 学气相沉积的方式沉积一层吸气剂14。S5、提供多个红外传感器芯片30，该红外传感器芯片30上都包括传感区域31以及与传感区域31电性连接的焊垫32。在该红外传感器芯片30上通过物理气相沉积、光刻、蚀刻分别形成包围所述传感区域，且与环形金属层16形状对应的第二金属凸块33。在形成第二金属凸块后，红外传感芯片30上传感区域31微机械结构再释放，具体操作方式先用一层胶把红外传感器芯片的传感区域31覆盖，待第二金属凸块形成完毕，再去除覆盖在传感区域表面上的胶，最后传感区域微机械结构释放。S6、通过共晶键合工艺分别将多个红外传感器芯片30上的第二金属凸块33与金属上盖的环形金属层16键合，如此，红外传感器芯片30上的传感区域31被封装进收容腔15内。当本发明的红外传感器芯片30完成封装后，需要切割基板11，以得到多个独立的封装完成的红外传感器封装结构。值得一提的是若所述红外传感器芯片内未设有金属柱34，则可通过打线方式，将所述红外传感器芯片上的焊垫与外接电路板电性连接；若所述红外传感器芯片内设有金属柱34，则需要对所述红外传感器芯片上与传感区域相背的一侧表面进行减薄，暴露出与所述红外传感芯片的焊垫电性连接的金属柱后，再通过金属球35电性连接所述外接电路 板。并且，应当理解的是，虽然在上述本发明红外传感器芯片30封装方法的实施方式中，按照SI、S2…的顺序进行了描述，但是，并不代表所描述的各步骤之间具有绝对的前后顺序的关系，本领域的普通技术人员可以根据上述说明书披露的发明内容，对具体实施方式
中的工艺步骤进行调整，此种仍应当属于本发明的保护范围之内。本发明通过上述封装方法，可先对基板11进行处理后，形成多个位于同一基板上的金属上盖10，再将多个红外传感器芯片30分别封装于金属上盖10中对应的收容腔15内，以完成晶圆级封装，最后切割成多个独立的红外传感器封装结构。该方法由于采用了晶圆级的封装方法，其工艺简单，并且相对封装尺寸较小，产品的封装成本较低。应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种红外传感器封装方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 提供一基板，所述基板包括上表面以及与上表面相背的下表面，在所述基板的上表面制作多个环形的第一金属凸块； 提供一金属基板，将所述金属基板制作成与所述多个第一金属凸块形状对应的多个环形金属层； 提供多个红外传感器芯片，其上包括传感区域，在所述多个红外传感器芯片的传感区域之外上分别制作与所述环形金属层形状对应的第二金属凸块； 将所述多个第一金属凸块与所述多个环形金属层分别键合形成多个具有收容腔的金属上盖； 将所述多个金属上盖的多个环形金属层分别与所述多个第二金属凸块键合。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 在所述基板下表面形成光学薄膜。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，在所述“将所述多个第一金属凸块与所述多个金属层分别键合形成多个具有收容腔的金属上盖”步骤后，还包括 在所述多个收容腔的内壁上形成吸气剂。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过半导体致冷器将所述红外传感器芯片与外接电路板连接。
5.根据权利要求I或4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述红外传感器芯片上与传感区域相背的一侧表面进行减薄，暴露出与所述红外传感芯片的焊垫电性连接的金属柱。
6.一种红外传感器封装结构，其特征在于，所述封装结构包括 具有收容腔的金属上盖，所述金属上盖包括基板和环形金属层，所述基板包括上表面以及与上表面相背的下表面，所述上表面设置有环形的第一金属凸块，所述环形金属层的形状与所述第一金属凸块相对应，且所述第一金属凸块与所述环形金属层键合； 红外传感器芯片，其上包括传感区域，以及设置于所述传感区域外围的与所述环形金属层形状对应的第二金属凸块，所述环形金属层与所述第二金属凸块键合。
7.根据权利要求6所述的红外传感器封装结构，其特征在于，所述下表面上设有光学薄膜。
8.根据权利要求6所述的红外传感器封装结构，其特征在于，所述金属上盖的收容腔内壁设有吸气剂。
9.根据权利要求6所述的红外传感器封装结构，其特征在于，所述红外传感器芯片上与传感区域相背的一侧表面设有半导体致冷器。
10.根据权利要求6所述的红外传感器封装结构，其特征在于，所述红外传感器芯片内还设置有多个金属柱，该金属柱一端电性连接位于传感区域一侧的焊垫，另一端则暴露在与传感区域相背的一侧。
全文摘要
本发明揭示了一种红外传感器封装结构及其封装方法，其中该方法包括步骤提供一基板，并在该基板的上表面制作多个环形的第一金属凸块；提供一金属基板，将其制作成与所述多个第一金属凸块形状对应的多个环形金属层；提供多个红外传感器芯片，其上包括传感区域，在该多个红外传感器芯片的传感区域之外上分别制作与环形金属层形状对应的第二金属凸块；随后将多个第一金属凸块与所述多个环形金属层分别键合形成多个具有收容腔的金属上盖；最后将该多个金属上盖的多个环形金属层分别与多个第二金属凸块键合。本发明红外传感器封装采用了晶圆级封装方法，其工艺简单，且完成后的封装结构尺寸较小。
文档编号H01L27/146GK102723345SQ201210175900
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者俞国庆, 喻琼, 王蔚 申请人:苏州晶方半导体科技股份有限公司