[發明專利]具有微封裝的電磁輻射檢測器和使用這種檢測器檢測電磁輻射的器件

有效

• 申請號: 200980131700.1
• 申請日: 2009-10-06
• 公開（公告）號: CN102124311A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 米歇爾·維蘭
• 申請（專利權）人: ULIS股份公司
• 主分類號: G01J5/20
• 分類號: G01J5/20;H01L31/0203
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李春暉;李德山

技術領域

本發明涉及檢測電磁輻射、具體地涉及成像和熱高溫測定的領域。具體而言，本發明涉及一種包括單位熱檢測器陣列的用于檢測紅外線輻射的器件。

背景技術

在用于紅外線成像或者溫度記錄(高溫測定)的檢測器領域中，已知使用以陣列形式配置并且能夠工作于環境溫度的如下器件，這些器件利用材料或者適當材料的組件的在約300K溫度下(即非冷卻)的物理單位變化。在最廣泛使用的測輻射熱檢測器的具體情況下，這一物理單位為電阻率。可以利用其它電學單位如介電常數、極化和甚至非電學單位如差熱膨脹、折射率等。這些檢測器一般稱為熱檢測器，這與僅恰當工作于極低溫度的(光導或者光電)量子檢測器形成對比。

這樣的非冷卻檢測器在它準備好工作的狀態下通常通過組裝以下元件來獲得：

-襯底，包括對靈敏元件(單位輻射熱測定器)進行尋址并且基于各元件來形成電信號的矩陣裝置。這一襯底慣稱為讀出集成電路(ROIC)。襯底的表面載有靈敏結構的矩陣組件，每個靈敏結構實質上由極精細的窄臂來懸置的膜形成；

-通常高度耗盡的密封封閉罩(或者封裝)，該罩具有受照面，該面具有對待檢測的輻射透明的窗口和為器件的外部管腳設計的電連接。“真空”用來確保在襯底與靈敏元件之間的高度隔熱。對于確保檢測器極度靈敏極為重要的熱阻由懸臂的形狀和制造它們的材料所限定。

設置有靈敏元件的襯底通過焊接(bonding)或者釬接(brazing)來與窗口相對地配置在封裝內的腔中，并且襯底的電連接通過線焊來單獨地裝配在封裝的內部輸入/輸出上。該封裝還包括：

-電或者熱激活的捕獲器(getter)元件，被設計成在部件已被耗盡和密封封閉之后，在其整個工作壽命期間維持部件內的充分的部分真空；

-熱電冷卻器(TEC)，能夠控制襯底的溫度并且通過焊接或者釬接插入在封裝的殼與襯底之間。使用該模塊意圖消除當使用檢測器時溫度變化對焦平面的影響；目前只有最昂貴的部件配備有這樣的模塊。

為了使用該檢測器來獲得場景，通過適當光學器件將場景投射到單位檢測器陣列上，并且經由讀出電路向每個單位檢測器或者向這些檢測器的每行施加鐘控的電激勵來獲得模擬和/或數字視頻型電信號，該信號代表每個所述單位檢測器達到的溫度并且用來形成例如，所觀測場景的熱圖像。

目前通常使用晶片級封裝(WLP)技術，通過組裝由兩個不同襯底形成的兩個部分來制作與上文描述相比相對簡單的部件。文獻WO?95/17014描述了一種這種類型的實物和制作方法。因此首先獲得包含薄膜捕獲器的減壓罩，該罩由兩個襯底部件和外圍密封珠界定。襯底中的一個包括讀出電路和靈敏元件，另一襯底提供窗口。

這一類技術的主要著眼于如下事實：可以通過使用相對有限數目的部分和操作來同時獲得大量密封封閉部件，因此節省成本。在原理上，通過在例如使用印刷電路板(PCB)技術并且具有標準金屬軌而且也可以包括鄰近電子電路的基座上集成單個組件來在第二階段中獲得在通過機械切割兩個襯底來單體化之后與部件的外部環境對接。

然而制造減壓罩的整個過程(包括由于必須露出形成在讀出電路的襯底上的罩以外的電輸入/輸出連接而不能同時對兩個襯底進行的最終切割)仍然相對復雜。使用兩個不同襯底也使得有必要運用各襯底特有的多種技術以便獲得其運轉所必須的各種特性。例如對于提供窗口的襯底，必須形成與各靈敏陣列相向的高度平坦腔，并且必須在高度平坦腔中沉積局部化的抗反射層。另外，兩個襯底必須具有為了將襯底釬接在一起而提供的多層金屬化物。盡管可以掌握所有這些技術，但它們需要多項昂貴設備。此外必須掌握在釬接大面積襯底使得共同地密封所有最終部件時涉及到的技術，而這會造成在待接合的兩個表面的平坦性和幾何質量方面的特定約束。最后，當極度脆弱的靈敏元件暴露于讀出電路襯底的表面上時完成這些操作，而就結構的完整性和粒子污染風險而言，這會使得操作尤其難以處理。

雖然這些技術無疑地代表了在工業制造方面的進步，但它們卻仍然相對復雜和昂貴。

在文獻FR?2?822?541中描述了一種部分地克服這些限制的方法。該文獻描述了如下實物，該實物包括通過使用通用的微電子技術來形成與各檢測部位相向的微腔，因此使制作工藝適于應用以便實現功能性的低壓。根據在所述文獻中公開的信息，不再需要第二襯底，并且除WLP技術的固有困難，限制了操作的數量并避免了采用較多類型的技術的需要。另外，結構的脆弱性和在制作期間的粒子污染風險(即相關聯的產量降低或者用于防止產量降低的必備預防的成本)可以視為實際上為零。