[發明專利]熱電堆探測器與信號處理電路封裝結構

有效

• 申請號: 201310091770.7
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN103172014A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 孟如男;秦毅恒;王瑋冰
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81B7/02;G01J5/20
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本發明涉及一種微電子封裝技術，尤其是一種熱電堆型紅外探測器及其信號處理電路的集成技術。

背景技術

紅外探測器是紅外系統中最關鍵的元件之一。熱電堆型紅外探測器是較早發展的一種非制冷型紅外探測器。其工作原理基于賽貝克效應，即兩種不同電導體或半導體材料溫度差異導致兩種材料之間產生電壓差。由于熱電堆紅外探測器具有體積小，可以室溫下工作，寬譜紅外輻射響應，能夠檢測恒定輻射量，并且制備成本低等優勢，在安全監視、醫學治療、生命探測等方面有廣泛應用。

早期的熱電偶都采用金屬細絲制成，如銅—康銅（Cu—Constantan），而后發現半導體材料有更高的熱電系數，所以大力發展半導體熱電偶作為微弱熱輻射檢測。近年來隨著硅微機電（MEMS）加工技術普及，發展出具備低熱容與高熱絕緣特性的高性能熱電堆結構，例如用多晶硅與鋁作為熱電堆材料，制造出高品質低成本且與傳統CMOS工藝兼容的熱電堆探測器。

目前，熱電堆結構普遍采用薄膜結構，以起到良好的隔熱效果。為了避免因切割所造成的良品率低，目前制造業者通常先切割晶片，再釋放懸浮結構，然后將元件一個一個封裝。如此會增加釋放懸浮結構的繁復，并導致成本大幅度提高。另一方面，紅外探測器與其信號處理電路間的集成仍采用傳統方式，即將紅外探測器與信號處理電路粘貼于承載基板上，采用引線鍵和方式形成電連接，采用金屬外殼為封裝上蓋，然后制作一紅外透射窗于其上。此類集成器件體積大，無法采用晶圓級封裝，金屬封裝材料與工藝及紅外透射窗費用占據了紅外探測器成本相當大的比例。

發明內容

本發明的目的是克服現有熱電堆型紅外探測器及其信號處理電路集成技術的不足，提供一種體積小、成本低，適用于晶圓級封裝的熱電堆探測器與信號處理電路封裝結構。

本發明采用的技術方案是：一種熱電堆探測器與信號處理電路封裝結構，包括紅外探測器、信號處理電路，紅外探測器的正面面向信號處理電路，紅外探測器倒扣疊加在信號處理電路的上方，紅外探測器正面的第一導電凸點與信號處理電路上相應位置處的第二導電凸點接觸連接；從而使紅外探測器與信號處理電路實現電連接。

所述紅外探測器包括第一襯底，位于第一襯底中的空腔結構、第一襯底正面的懸浮膜、位于懸浮膜中的熱電堆結構，所述熱電堆結構的一端為熱端，另一端為冷端；與熱電堆結構電連接的引線電極突出于懸浮膜，第一導電凸點設置在引線電極上。

所述信號處理電路包括第二襯底，位于第二襯底上的電路層，信號輸入電極和信號輸出電極設置在電路層上并和電路層電連接；第二導電凸點設置在信號輸入電極上；信號輸入電極、第二導電凸點在信號處理電路表面上的位置與引線電極、第一導電凸點在紅外探測器正面上的位置相對應。

作為一種更完整的封裝結構，將疊加在一起的紅外探測器和信號處理電路安裝固定于一承載基板上，在承載基板上設置導電引腳，所述信號輸出電極通過打線連接所述導電引腳；利用保護膠形成的保護結構設置在所述紅外探測器和信號處理電路的四周。

作為另一種更完整的封裝結構，在所述信號處理電路中設置硅穿孔，并且在硅穿孔中填充導電材料，在所述信號處理電路的底面對應于表面上的信號輸出電極位置設置焊接部，硅穿孔中的導電材料連接所述信號輸出電極和所述焊接部。

所述紅外探測器正面的第一導電凸點與信號處理電路上相應位置處的第二導電凸點接觸電連接，其連接方式為回流焊、導電膠粘結、熱壓焊、表面活化鍵合、冷壓焊中的一種。

分析上述封裝結構，本發明的原理在于，將紅外探測器的背面正對紅外輻射源（圖1中的附圖標記3），由于紅外探測器的襯底通常都是硅基材料，利用硅基材料能透射紅外輻射的特性，避免了使用傳統封裝技術中的紅外透射窗。在紅外探測器正面的引線電極上生長第一導電凸點，配合一定制的信號處理電路，在信號處理電路的信號輸入電極上生長第二導電凸點，通過焊接或者其它結合技術，將所述第一導電凸點和第二導電凸點連接，連接方式可通過回流焊、導電膠粘結、熱壓焊、表面活化鍵合、冷壓焊等技術實現。如此形成的核心封裝結構可減小信號傳輸距離，相應減小信號線間的寄生電容、寄生電阻和寄生電感，提高器件性能。初級集成完成后，隨后可以再對核心封裝結構進行外圍的封裝，以完成系統級封裝。

本發明的優點：利用硅基材料能透射紅外輻射的特性，避免使用傳統封裝技術中的紅外透射窗，有效降低成本。利用倒裝連接技術減小紅外探測器與信號處理電路間引線距離，減小寄生效應，提高性能。將紅外探測器與信號處理電路堆疊集成，有效減小體積。初級集成相關技術都可在晶圓級完成，適用于大批量生產制造。

附圖說明