[發(fā)明專利]晶圓級(jí)封裝紅外探測(cè)器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410321574.9
• 申請(qǐng)日: 2014-07-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104157719A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟如男;錢良山;姜利軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大立科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/101
• 分類號(hào): H01L31/101;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 上海翼勝專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31218
• 代理人: 孫佳胤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及紅外熱成像領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓級(jí)封裝紅外探測(cè)器及其制備方法。?

背景技術(shù)

紅外成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、森林防火、環(huán)境保護(hù)等各領(lǐng)域，其核心部件是紅外焦平面陣列（IRFPA）。根據(jù)工作原理分類可分為：制冷型紅外探測(cè)器和非制冷紅外探測(cè)器。制冷型探測(cè)器主要利用窄禁帶半導(dǎo)體光電效應(yīng)將紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，又稱為光子探測(cè)器，通常工作在77K或更低溫度下，這就需要笨重而又昂貴的制冷設(shè)備。此外，制作光子探測(cè)器所用的HgCdTe?、InSb?等材料價(jià)格昂貴、制備困難，且與CMOS?工藝不兼容，所以光子型紅外探測(cè)器的價(jià)格一直居高不下。?

非制冷熱型紅外探測(cè)器通過(guò)紅外探測(cè)單元吸收紅外線，將紅外能量轉(zhuǎn)化為熱能，熱能引起探測(cè)器材料電學(xué)特性變化從而將紅外能量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)讀出電路讀取該信號(hào)并進(jìn)行處理。非制冷型紅外探測(cè)器也叫室溫探測(cè)器，可在室溫條件下工作而無(wú)需制冷，因此具有更易于便攜等優(yōu)點(diǎn)。非制冷紅外探測(cè)器一般是熱探測(cè)器，即通過(guò)探測(cè)紅外輻射的熱效應(yīng)來(lái)工作。常用的紅外熱探測(cè)器包括熱堆、熱釋電、以及微測(cè)輻射熱計(jì)。?

對(duì)于非制冷紅外探測(cè)器來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的封裝類型主要是芯片級(jí)封裝，通常采用金屬或陶瓷管殼。主要工藝流程包括如下步驟：(1)?硅晶圓上制備非制冷紅外探測(cè)器的讀出電路及敏感結(jié)構(gòu)；(2)?將上述制備好的晶圓切割成單個(gè)探測(cè)器芯片；(3)?貼片、打線；(4)?真空封蓋。上述步驟(3)?和(4)?是針對(duì)單個(gè)芯片的。由于一個(gè)晶圓上可以切出上百個(gè)探測(cè)器芯片，因此，這種封裝形式不僅效率低下而且成本高昂。目前，利用傳統(tǒng)封裝類型的非制冷紅外探測(cè)器的封裝成本占到了整個(gè)探測(cè)器成本的90％。非制冷紅外探測(cè)器的成本居高不下，封裝是個(gè)很重要的原因。因此，要實(shí)現(xiàn)非制冷紅外探測(cè)器的大批量應(yīng)用，必須降低非制冷紅外探測(cè)器的成本，首先就必須降低封裝的成本。只有實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)封裝才能大幅度降低封裝成本。?

晶圓級(jí)真空封裝主要是晶圓制造過(guò)程中制作封裝所需要的焊料，然后在對(duì)晶圓進(jìn)行切割前完成兩片或多片晶圓的鍵合封裝，這樣做的好處是可以大大減小封裝后的器件尺寸，滿足目前在移動(dòng)設(shè)備中對(duì)小型化芯片的需求。同時(shí)無(wú)需使用金屬或陶瓷管殼，能有效地降低器件的成本。?

早期研究的非制冷紅外探測(cè)器晶圓級(jí)封裝多數(shù)是先在封蓋晶圓上表面沉積抗反射膜，然后對(duì)封蓋晶圓進(jìn)行刻蝕形成腔體，通過(guò)特定工藝將封蓋晶圓與探測(cè)器晶圓鍵合到一起，在這種封裝方法中封蓋晶圓只能起到窗口作用，對(duì)于紅外探測(cè)器所需要的透鏡仍需另行封裝。此外這種封裝方法只是在封裝晶圓外表面做抗反射處理，通常抗反射性能不高。因此，早期紅外探測(cè)器的晶圓級(jí)封裝并不能很好地降低探測(cè)器成本，同時(shí)探測(cè)器性能也會(huì)受到影響。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種晶圓級(jí)封裝紅外探測(cè)器及其制備方法。?

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種晶圓級(jí)封裝紅外探測(cè)器，包括聚光基板和探測(cè)器基板，所述聚光基板與所述探測(cè)器基板通過(guò)一焊料層連接，所述聚光基板允許紅外光穿過(guò)并將紅外光匯聚在探測(cè)器基板上。?

進(jìn)一步，所述聚光基板朝向和/或背向所述探測(cè)器基板的表面覆蓋有抗反射膜。?

進(jìn)一步，所述抗反射膜為用于窄帶增透的單層抗反射膜或者為用于寬帶增透的多層膜系。?

進(jìn)一步，所述聚光基板朝向所述探測(cè)器基板的表面設(shè)置有微結(jié)構(gòu)，所述微結(jié)構(gòu)用于提高所述聚光基板的紅外光抗反射性能。?

進(jìn)一步，所述微結(jié)構(gòu)表面設(shè)置有抗反射膜。?

進(jìn)一步，所述聚光基板為凸透鏡基板。?

進(jìn)一步，所述探測(cè)器基板包括讀出電路、橋墩、橋腿和橋面，所述讀出電路設(shè)置于所述探測(cè)器基板內(nèi)部，所述橋墩設(shè)置在所述探測(cè)器基板表面且與所述讀出電路電連接，所述橋腿設(shè)置在所述橋墩上且與所述橋面連接，使得所述橋面懸浮在所述探測(cè)器基板表面，在所述探測(cè)器基板的表面與所述橋面相對(duì)的部分設(shè)置有紅外抗反射膜，所述紅外抗反射膜與所述橋面形成紅外共振腔。?

本發(fā)明還提供一種晶圓級(jí)封裝紅外探測(cè)器的制備方法，包括如下步驟：提供一第一基板和一探測(cè)器基板，所述探測(cè)器基板含有紅外探測(cè)元件；在所述第一基板的一表面制作聚光結(jié)構(gòu)，以形成聚光基板，用以將紅外光匯聚；在所述第一基板的另一表面制作焊環(huán)；在所述探測(cè)器基板含有紅外探測(cè)元件的表面制作焊環(huán)；以所述第一基板的焊環(huán)及所述探測(cè)器基板的焊環(huán)為中間層，將所述第一基板和探測(cè)器基板鍵合，所述第一基板允許紅外光穿過(guò)并將紅外光匯聚在探測(cè)器基板上。?