专利名称：一种量子效应光电探测器与读出集成电路的封装方法
技术领域：
本发明涉及电路设计和光电集成技术领域，具体地说是ー种用于便携式光谱仪的量子效应光电探测阵列与读出集成电路的封装方法。
背景技术：
化合物半导体量子效应光电器件因高电子迁移率的材料特性，相比硅(XD、CMOS图像传感器具有更高灵敏度和响应速度，材料器件结构与光谱响应精确可控，波长应用范围从紫外到远红外，甚至到达TH范围，在气象、天文、地球观察、夜视、导航、飞机控制、早期预警系统等商业、エ业和军事领域有非常好的应用前景。当今食品安全、环境和生物监测等大量民用光谱仪的需求正在不断增长。然而，超高灵敏度探测阵列是便携式光谱仪大規模应用的瓶颈。其中新研制的量子效应探测阵列器件封装就是其中的关键技木。对于红外光电探测阵列由于衬底材料对红外辐射的吸收系数较小，一般都采用减薄衬底结合倒焊技术 把探测阵列与读出电路面对面直接倒扣封装，或者通过混合封装方法把探测阵列与读出电路并排且感光面朝上封装在硅或宝石片等导热系数较好的陶瓷基板上，该封装成本高，而且对设备和技术的要求比较高。现有量子效应光电探测阵列的封装技术对高灵敏度响应波长在40(Tl000nm范围的新原理量子效应光电探测阵列，尤其是新研发的具有高灵敏度的探测阵列，其衬底对近紫外、可见光和近红外波段的辐射吸收很强，难以采用倒焊封装。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的ー种量子效应光电探测器与读出集成电路的封装方法，它采用300 μ m的薄基板作为读出电路与探测器阵列的中间载体，通过金属微孔连接读出电路与探测器阵列，可实现百万像素的量子效应光电探测器与硅基读出电路以较短的途径有效互联，有利线距与线宽的尺寸设计，有利缩短信号和电源/接地路径，降低封装噪声，減少信号延迟和寄生參数引起的信号损失，可靠性好，エ艺简单，加工方便，进ー步降低了封装失效和制造成本，有利于推动高灵敏度新原理光电探测器的广泛应用。本发明的目的是这样实现的ー种量子效应光电探测器与读出集成电路的封装方法，其特点是该方法采用POWRE PCB或集成电路设计软件在基板的正、反两面进行光电探测器阵列和读出集成电路的引线设计和电路板制作，并通过基板上的金属微孔将探测器阵列与读出集成电路互联，然后将其封装在管壳内，具体封装エ艺包括以下步骤
(一)、基板电路的制作
采用POWRE PCB或集成电路设计软件在基板的正、反两面分别进行引线设计和制作光电探测器阵列与读出集成电路封装面的互联电路，所述基板为30(Γ400μπι厚度的PCB、硅或陶瓷板；
(ニ)、金属微孔的制作在基板上采用刻蚀、微机械TSV或激光打孔エ艺在基板上加工通孔和套孔，然后采用微电子エ艺对通孔进行金属化加工成金属互联线；所述通孔的孔径小于70 μ m;所述套孔为设置在封装面电路两旁的控制端套孔和引线套孔，其孔径大于70 μ m ;所述刻蚀为反应离子或等离子的干法刻蚀、硅基各向异性腐蚀深孔的湿法刻蚀或上述干法和湿法相结合的刻蚀エ艺；
(三)、读出集成电路的焊接
采用压焊、倒焊或植球焊接エ艺将读出集成电路与基板对应的封装面互联电路连接，然后在读出集成电路两侧设置陶瓷支架以保护读出集成电路，陶瓷支架与基板为粘接，其高度大于读出集成电路的厚度；
(四)、光电探测器阵列的焊接
上述焊接读出集成电路的基板设置在管座的壳内，其未焊接器件的封装面互联电路朝上，将引线通过套孔与管座上的引线针套合后焊接固定，然后采用压焊、倒焊或植球焊接エ 艺将光电探测器阵列与基板对应的封装面互联电路连接，焊接完成后盖上管座透光板。本发明与现有技术相比具有较低的电阻，降低了电感，減少了信号延迟和封装寄生參数带来的信号损失，抗干扰性能好，可靠性高，避免了封装失效，进一歩降低噪声和制造成本，有利于推动高灵敏度光电探测器的广泛应用。
具体实施例方式
下面以64X1像素的量子效应光电探测器与硅基读出集成电路封装的实施例，对本发明做进ー步的阐述
实施例I
本发明采用集成电路设计软件在基板的正、反两面进行光电探测器阵列和硅基读出集成电路的引线设计和封装面互联电路制作，并通过基板上的金属微孔将探测器阵列与硅基读出集成电路互联，然后将其封装在管壳内，具体封装エ艺包括以下步骤
(一)、基板电路的制作
根据光电探测器阵列引线和硅基读出集成电路引线采用集成电路设计软件在基板的正、反两面进行引线设计并分别制作光电探测器阵列与硅基读出集成电路封装面的互联电路，所述基板为400 μ m的PCB板。(ニ)、金属微孔的制作
根据PCB基板正、反两封装面的互联电路采用激光打孔エ艺在PCB基板上加工64个直径小于70 μ m的通孔以及16个控制端套孔和28个与管壳引线可以套合的引线套孔；所述控制端套孔和引线套孔设置在封装面的互联电路两旁，其孔径大于70 μ m ;然后采用PCBエ艺对通孔进行金属化加工成金属互联线；金属互联线使光电探测器阵列与硅基读出集成电路互联，増加了引线线宽的尺寸设计容量，有利线距与线宽尺寸的増加，可进ー步降低封装噪声，同时400 μ m的薄基板作为读出电路与探测器阵列的中间载体，硅基读出集成电路通过金属微孔与光电探测器阵列连接，可以降低器件与电路的引线距离，提高产品的可靠性。(三)、硅基读出集成电路的焊接
采用压焊将硅基读出集成电路与PCB基板对应的封装面互联电路连接，然后在硅基读出集成电路两侧设置陶瓷支架以保护读出电路，陶瓷支架与PCB基板为粘接，其高度大于读出集成电路的厚度。
(四)、探测器阵列的焊接
上述焊接读出集成电路的基板面朝下设置在管座的壳内，其未焊接器件的封装面互联电路朝上，将引线通过套孔与管座上的引线针套合后焊接固定，然后采用压焊、倒焊或植球焊接エ艺将光电探测器阵列与基板对应的封装面互联电路连接，焊接完成后盖上管座透光板。本发明用于量子效应新型探測器焦平面阵列，通过薄基板上的金属微孔把读出集成电路与光电探测器阵列互联，读出电路与探测器间的薄基板使得信号和电源/接地路径变短，获得了较低的电阻，降低了电感，減少了信号延迟和封装寄生參数带来的信号损失，同时提高了封装可靠性，降低了封装成本。
以上只是对本发明作进ー步的说明，并非用以限制本专利的实施应用，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。
权利要求
1.ー种量子效应光电探测器与读出集成电路的封装方法，其特征在于该方法采用POffRE PCB或集成电路设计软件在基板的正、反两面进行光电探测器阵列和读出集成电路的引线设计以及电路板制作，并通过基板上的金属微孔将光电探测器阵列与读出集成电路互联，然后将其封装在管壳内，具体封装エ艺包括以下步骤(一)、基板电路的制作采用POWRE PCB或集成电路设计软件在基板的正、反两面分别进行引线设计和制作光电探测器阵列与读出集成电路封装面的互联电路，所述基板为30(Γ400μπι厚度的PCB、硅或陶瓷板；(ニ)、金属微孔的制作在基板上采用刻蚀、微机械TSV或激光打孔エ艺在基板上加工通孔和套孔，然后采用微电子エ艺对通孔进行金属化加工成金属互联线；所述通孔的孔径小于70 μ m;所述套孔为设置在封装面电路两旁的控制端套孔和引线套孔，其孔径大于70 μ m;所述刻蚀为反应离子或等离子的干法刻蚀、硅基各向异性腐蚀深孔的湿法刻蚀或上述干法和湿法相结合的刻蚀エ艺；(三)、读出集成电路的焊接采用压焊、倒焊或植球焊接エ艺将读出集成电路与基板对应的封装面互联电路连接，然后在读出集成电路两侧设置陶瓷支架以保护读出集成电路，陶瓷支架与基板为粘接，其高度大于读出集成电路的厚度；(四)、光电探测器阵列的焊接上述焊接读出集成电路的基板设置在管座的壳内，其未焊接器件的封装面互联电路朝上，将引线通过套孔与管座上的引线针套合后焊接固定，然后采用压焊、倒焊或植球焊接エ艺将光电探测器阵列与基板对应的封装面互联电路连接，焊接完成后盖上管座透光板。
全文摘要
发明公开了一种量子效应光电探测器与读出集成电路的封装方法，其特点是该方法采用POWREPCB或集成电路设计软件在基板的正、反两面进行光电探测器阵列和读出集成电路的引线设计和电路板制作，并通过基板上的金属微孔将探测器阵列与读出集成电路互联，然后将其封装在管壳内。本发明与现有技术相比具有较低的电阻，降低了电感，减少了信号延迟和封装寄生参数带来的信号损失，抗干扰性能好，可靠性高，进一步降低噪声和制造成本，有利于推动高灵敏度新原理光电探测器在的广泛应用。
文档编号H05K3/34GK102832176SQ20121031089
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日
发明者郭方敏, 郑厚植, 张淑骅 申请人:华东师范大学