[發(fā)明專利]一種量子效應(yīng)光電探測(cè)器與讀出集成電路的封裝方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210310891.1
• 申請(qǐng)日: 2012-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN102832176A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭方敏;鄭厚植;張淑驊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/98
• 分類號(hào): H01L21/98;H05K3/34
• 代理公司: 上海藍(lán)迪專利事務(wù)所 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電路設(shè)計(jì)和光電集成技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種用于便攜式光譜儀的量子效應(yīng)光電探測(cè)陣列與讀出集成電路的封裝方法。

背景技術(shù)

化合物半導(dǎo)體量子效應(yīng)光電器件因高電子遷移率的材料特性，相比硅CCD、CMOS圖像傳感器具有更高靈敏度和響應(yīng)速度，材料器件結(jié)構(gòu)與光譜響應(yīng)精確可控，波長(zhǎng)應(yīng)用范圍從紫外到遠(yuǎn)紅外，甚至到達(dá)TH范圍，在氣象、天文、地球觀察、夜視、導(dǎo)航、飛機(jī)控制、早期預(yù)警系統(tǒng)等商業(yè)、工業(yè)和軍事領(lǐng)域有非常好的應(yīng)用前景。當(dāng)今食品安全、環(huán)境和生物監(jiān)測(cè)等大量民用光譜儀的需求正在不斷增長(zhǎng)。然而，超高靈敏度探測(cè)陣列是便攜式光譜儀大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。其中新研制的量子效應(yīng)探測(cè)陣列器件封裝就是其中的關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于紅外光電探測(cè)陣列由于襯底材料對(duì)紅外輻射的吸收系數(shù)較小，一般都采用減薄襯底結(jié)合倒焊技術(shù)把探測(cè)陣列與讀出電路面對(duì)面直接倒扣封裝，或者通過混合封裝方法把探測(cè)陣列與讀出電路并排且感光面朝上封裝在硅或?qū)毷葘?dǎo)熱系數(shù)較好的陶瓷基板上，該封裝成本高，而且對(duì)設(shè)備和技術(shù)的要求比較高。

現(xiàn)有量子效應(yīng)光電探測(cè)陣列的封裝技術(shù)對(duì)高靈敏度響應(yīng)波長(zhǎng)在400~1000nm范圍的新原理量子效應(yīng)光電探測(cè)陣列，尤其是新研發(fā)的具有高靈敏度的探測(cè)陣列，其襯底對(duì)近紫外、可見光和近紅外波段的輻射吸收很強(qiáng)，難以采用倒焊封裝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種量子效應(yīng)光電探測(cè)器與讀出集成電路的封裝方法，它采用300μm的薄基板作為讀出電路與探測(cè)器陣列的中間載體，通過金屬微孔連接讀出電路與探測(cè)器陣列，可實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)像素的量子效應(yīng)光電探測(cè)器與硅基讀出電路以較短的途徑有效互聯(lián)，有利線距與線寬的尺寸設(shè)計(jì)，有利縮短信號(hào)和電源/接地路徑，降低封裝噪聲，減少信號(hào)延遲和寄生參數(shù)引起的信號(hào)損失，可靠性好，工藝簡(jiǎn)單，加工方便，進(jìn)一步降低了封裝失效和制造成本，有利于推動(dòng)高靈敏度新原理光電探測(cè)器的廣泛應(yīng)用。?

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種量子效應(yīng)光電探測(cè)器與讀出集成電路的封裝方法，其特點(diǎn)是該方法采用POWRE?PCB或集成電路設(shè)計(jì)軟件在基板的正、反兩面進(jìn)行光電探測(cè)器陣列和讀出集成電路的引線設(shè)計(jì)和電路板制作，并通過基板上的金屬微孔將探測(cè)器陣列與讀出集成電路互聯(lián)，然后將其封裝在管殼內(nèi)，具體封裝工藝包括以下步驟：?

（一）、基板電路的制作

采用POWRE?PCB或集成電路設(shè)計(jì)軟件在基板的正、反兩面分別進(jìn)行引線設(shè)計(jì)和制作光電探測(cè)器陣列與讀出集成電路封裝面的互聯(lián)電路，所述基板為300~400μm厚度的PCB、硅或陶瓷板；?

（二）、金屬微孔的制作

在基板上采用刻蝕、微機(jī)械TSV或激光打孔工藝在基板上加工通孔和套孔，然后采用微電子工藝對(duì)通孔進(jìn)行金屬化加工成金屬互聯(lián)線；所述通孔的孔徑小于70μm；所述套孔為設(shè)置在封裝面電路兩旁的控制端套孔和引線套孔，其孔徑大于70μm；所述刻蝕為反應(yīng)離子或等離子的干法刻蝕、硅基各向異性腐蝕深孔的濕法刻蝕或上述干法和濕法相結(jié)合的刻蝕工藝；?

（三）、讀出集成電路的焊接

采用壓焊、倒焊或植球焊接工藝將讀出集成電路與基板對(duì)應(yīng)的封裝面互聯(lián)電路連接，然后在讀出集成電路兩側(cè)設(shè)置陶瓷支架以保護(hù)讀出集成電路，陶瓷支架與基板為粘接，其高度大于讀出集成電路的厚度；

（四）、光電探測(cè)器陣列的焊接

上述焊接讀出集成電路的基板設(shè)置在管座的殼內(nèi)，其未焊接器件的封裝面互聯(lián)電路朝上，將引線通過套孔與管座上的引線針套合后焊接固定，然后采用壓焊、倒焊或植球焊接工藝將光電探測(cè)器陣列與基板對(duì)應(yīng)的封裝面互聯(lián)電路連接，焊接完成后蓋上管座透光板。?

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有較低的電阻，降低了電感，減少了信號(hào)延遲和封裝寄生參數(shù)帶來(lái)的信號(hào)損失，抗干擾性能好，可靠性高，避免了封裝失效，進(jìn)一步降低噪聲和制造成本，有利于推動(dòng)高靈敏度光電探測(cè)器的廣泛應(yīng)用。?

具體實(shí)施方式??

下面以64×1像素的量子效應(yīng)光電探測(cè)器與硅基讀出集成電路封裝的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述：?

實(shí)施例1?

本發(fā)明采用集成電路設(shè)計(jì)軟件在基板的正、反兩面進(jìn)行光電探測(cè)器陣列和硅基讀出集成電路的引線設(shè)計(jì)和封裝面互聯(lián)電路制作，并通過基板上的金屬微孔將探測(cè)器陣列與硅基讀出集成電路互聯(lián)，然后將其封裝在管殼內(nèi)，具體封裝工藝包括以下步驟：?

（一）、基板電路的制作