[發(fā)明專利]鍺窗及其制造方法以及氣密性盒體、紅外線傳感裝置

無效

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• 申請日: 2010-06-07
• 公開（公告）號: CN102269626A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設計）人: 方輝;雷述宇
• 申請（專利權）人: 北京廣微積電科技有限公司
• 主分類號: G01J5/02
• 分類號: G01J5/02;G01J5/04
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 闞梓瑄

技術領域

本發(fā)明涉及一種能夠用于紅外線傳感裝置等電子器件的鍺窗。

背景技術

紅外線傳感裝置通常由一個帶有鍺窗的氣密性盒體制成，其結構如圖1和圖2所示，包括具有開口的金屬殼體14，焊在金屬殼體14的開口上面并具有通孔的金屬蓋板12、焊在金屬蓋板12上并蓋住通孔的鍺窗1。鍺窗1、金屬蓋板12和金屬殼體14構成氣密性盒體，氣密性盒體內封裝有芯片13。鍺窗1即用作紅外透射窗，紅外透射窗還可以由硅、鍺、硒化鋅、藍寶石等材料制成。紅外輻射從外部透過鍺窗1，入射到封裝于金屬殼體14內的芯片13上。出于屏蔽電磁波干擾、提高傳感效率的目的，構成紅外輻射傳感器的氣密性盒體內部應為真空狀態(tài)，因此對氣密性盒體的氣密性要求極為苛刻。

金屬蓋板12和金屬殼體14通常均采用可伐(Kovar)合金材料，兩者之間的焊接強度很高，可以滿足氣密性要求。但Kovar合金材料的金屬蓋板12與鍺窗1之間的焊接不能直接進行，因為常用的焊料都不能充分地鋪展并潤濕到鍺窗1上。所以需要先對鍺窗1上與金屬蓋板12進行焊接的表面的邊緣部分進行金屬化處理，形成封閉的金屬化區(qū)域，然后再將焊料涂布在鍺窗1的金屬化區(qū)域上，之后再與Kovar材料的金屬蓋板12進行焊接。

如圖3所示，傳統(tǒng)的用于非致冷型紅外輻射傳感器的鍺窗1是邊長為13mm的有倒角的正方形薄片，圖3中鍺窗1外邊緣處邊長為為1mm的封閉方形框區(qū)域表示鍺窗1與金屬蓋板12焊接的區(qū)域，即須要金屬化的區(qū)域11。須要金屬化的區(qū)域11進行金屬化處理后的黏附性、浸潤性、縱向拉伸強度和橫向拉伸強度都會影響到焊接的質量，并最終影響氣密性盒體的氣密性和傳感器的靈敏度。

任何一種鍺窗金屬化的方案都需要解決下面幾個問題：

1.要保證焊料能在金屬化的區(qū)域的金屬化層上充分鋪展?jié)櫇瘢@是保證焊接質量的關鍵因素；

2.要保證在焊接過程中熔化的焊料不會完全消耗掉金屬化層而與鍺窗直接接觸，因此要求金屬化層的設計對焊料有一定的阻擋作用；

3.要保證金屬化層與鍺窗的粘附性，這樣可以確保器件在不同的環(huán)境下使用時，不會由于溫差過大導致金屬層從鍺窗上脫落或斷裂。

常用的焊料通常是錫(Sn)或者錫系列合金。大量的實驗和文獻都表明，錫或者錫系列合金在金(Au)和鈀(Pd)上可以充分潤濕。但僅僅用金和鈀是不能作為金屬層的，原因為：

1.金如果太薄，則在焊料熔化時會很容易被消耗掉。如果太厚，則會使得熔化后形成的金錫材料太脆，容易造成裂紋，導致漏氣甚至導致器件失效。

2.在所有的金屬中，鈀和錫的反應速率是最快的，也就最容易被消耗掉。因此，如果僅僅用鈀來做金屬層，就必須很厚才能達到目的，這樣又導致下一個問題。

3.金和鈀都屬于貴重金屬，鈀的價格約為金的三分之一。如果用很厚的鈀做金屬層，則成本太高。

從這幾點分析來看，可以用少量的金和鈀作為潤濕材料，但必須另選材料來實現金屬層對焊料的阻擋作用。

目前通常采用的對鍺窗1須要金屬化的區(qū)域11進行金屬化處理的方案一般是自鍺窗本體邊緣部分下表面起，按順序層積如下金屬，再經熱處理形成鍺窗1的金屬化層：

方案一：釩(V)、鎳(Ni)、金(Au)

方案二：鉻(Cr)、鎳(Ni)、金(Au)

方案三：鈀(Pd)、金(Au)

方案四：金(Au)

這四種方案中，層積在鍺窗1邊緣部分下表面的金屬化層與鍺窗1本體的黏附力不高，在采用鎳充當中間層時，出于焊接和對老化時間的要求，鎳層的厚度應大于1μm，如此厚度的鎳層很容易在受熱時由于熱應力的作用而出現龜裂，影響焊接效果和強度，在與金屬蓋板12進行焊接封裝后容易出現漏氣現象。第三種方案Pd層厚度太厚(厚度＞10μm)，第四種方案采用純金(厚度＞300nm)，成本太高。

此外，公開號為JP10170337(A)的發(fā)明專利公開了一種紅外線透射鍺窗，該鍺窗邊緣部分下表面經金屬化處理形成用于焊接的金屬化區(qū)域，該金屬化區(qū)域的結構為以鍺窗本體為基依次具有底層、中間層和抗氧化外層，其中底層和抗氧化外層為金層和鉑層中的至少一種，中間層為鎳層、鉑層和銅層中的至少一種。該紅外線透射鍺窗作為中間層的鎳層稍厚時該中間層便會產生細微但可視的裂紋，影響薄膜的機械性能，并在與金屬蓋板或直接與金屬殼體進行焊接封裝后容易產生細微漏孔，出現漏氣現象。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決現有的鍺窗金屬化層在封裝后容易漏氣、成本高的技術問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：