[發(fā)明專利]一種晶圓級(jí)封裝的單片集成紅外溫度傳感器及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710538401.6
• 申請(qǐng)日: 2017-07-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109216534B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 費(fèi)躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海新微技術(shù)研發(fā)中心有限公司
• 主分類號(hào): H01L35/34
• 分類號(hào): H01L35/34;H01L35/32;G01J5/12
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N晶圓級(jí)封裝的單片集成紅外溫度傳感器及其制造方法，該傳感器，包括：襯底1；電路芯片2，其形成于所述襯底1的一個(gè)表面；刻蝕停止層5，其覆蓋所述電路芯片2；疊層結(jié)構(gòu)，其形成于所述刻蝕停止層5上，所述疊層結(jié)構(gòu)包括第一熱電偶條9、10，電隔離層11和第二熱電偶條14a；鈍化層18，其形成在所述第二熱電偶條14a的表面；紅外吸收層圖形20，其形成在所述鈍化層18的表面；空腔21，其至少形成在所述紅外吸收層圖形20下方；焊球29，其形成在所述第二電極7上。根據(jù)本申請(qǐng)，能夠?qū)崿F(xiàn)一種低成本、小型化、高便捷性的紅外溫度傳感器。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓級(jí)封裝的單片集成紅外溫度傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)

溫度探測(cè)一直以來(lái)是傳感器行業(yè)熱門的話題，其中紅外探測(cè)技術(shù)由其非接觸式測(cè)溫更受廣大設(shè)計(jì)、制造和使用者歡迎。熱電堆溫度傳感器作為紅外溫度傳感器的一種，以其制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、使用方便、無(wú)1/f噪聲等特點(diǎn)被廣泛研究。

熱電堆溫度傳感器的主要工作原理為塞貝克Seebeck效應(yīng)。該效應(yīng)可以簡(jiǎn)述為：兩種具有不同塞貝克系數(shù)α1、α2的材料一端相連一端開(kāi)路，若兩端存在溫度差ΔT＝T1-T2，則會(huì)在開(kāi)路端會(huì)產(chǎn)生一開(kāi)路電勢(shì)ΔV，即賽貝克效應(yīng)。該結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)熱電偶，若將N個(gè)熱電偶串聯(lián)起來(lái)就形成熱電堆，與單個(gè)熱電偶相比可以產(chǎn)生更大的熱電勢(shì)，即ΔV＝N*(α1-α2)*ΔT。

通常，紅外溫度傳感器制造完成后需要進(jìn)行真空或低壓氣體封裝，以減少空氣對(duì)傳感器紅外吸收層的熱對(duì)流干擾，提高傳感器的靈敏度和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的紅外溫度傳感器封裝形式大多為TO金屬管殼封裝，其封裝結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，其封裝方法是將紅外溫度傳感器放置并膠粘固定在封裝TO管座底部中心，并且，在TO管座的邊緣放置并膠粘固定一個(gè)測(cè)量傳感器本征溫度的熱敏電阻。將傳感器的兩個(gè)引腳和熱敏電阻通過(guò)金線連接，并與TO管座的引腳實(shí)現(xiàn)電連接。在TO管座上面通過(guò)儲(chǔ)能焊的方法，密封一個(gè)帶有紅外濾波片的TO金屬管帽，該紅外濾波片負(fù)責(zé)過(guò)濾各種不需要的光學(xué)波段。

應(yīng)該注意，上面對(duì)技術(shù)背景的介紹只是為了方便對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的說(shuō)明，并方便本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解而闡述的。不能僅僅因?yàn)檫@些方案在本申請(qǐng)的背景技術(shù)部分進(jìn)行了闡述而認(rèn)為上述技術(shù)方案為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的TO金屬管殼封裝方法中，每顆熱電堆紅外溫度傳感器配備一個(gè)TO封裝管殼使得在大批量生產(chǎn)過(guò)程中成本大大增加，并且封裝后得器件體積較大。此外，這種封裝的熱電堆紅外溫度傳感器僅僅是模擬輸出，需配合外部復(fù)雜的數(shù)字電路芯片進(jìn)行標(biāo)定和計(jì)算，這很大方面限制了這種傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。

本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N晶圓級(jí)封裝的單片集成紅外溫度傳感器的制造方法，通過(guò)微加工技術(shù)，且采用晶圓級(jí)封裝方法，使得紅外溫度傳感器直接和數(shù)字電路芯片形成單芯片集成，并且免除了TO管殼封裝的額外封裝步驟，大大降低了紅外溫度傳感器的制造成本和尺寸，拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域，方便用戶直接使用，從而可實(shí)現(xiàn)一種低成本、小型化、高便捷性的紅外溫度傳感器。

根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的一個(gè)方面，提供一種晶圓級(jí)封裝的單片集成紅外溫度傳感器的制造方法，包括：

在形成有電路芯片2的襯底1一個(gè)表面形成刻蝕停止層5，其中，所述電路芯片具有第一電極6和第二電極7，所述刻蝕停止層5覆蓋所述電路芯片2，且所述第一電極6和所述第二電極7從所述刻蝕停止層5露出；

在所述刻蝕停止層5的表面形成層疊的第一熱電偶條9、10，電隔離層11和第二熱電偶條14a，其中，所述第一熱電偶條9、10最靠近所述刻蝕停止層的表面，所述第二熱電偶條14a和所述電路芯片2的所述第一電極6電連接，并且，所述第一熱電偶條9、10和所述第二熱電偶條14a經(jīng)由所述電隔離層中的電連接接觸孔12，13互相連接，以形成熱電偶對(duì)30,31，所述熱電偶對(duì)具有熱端17和冷端16；

在所述第二熱電偶條14a的表面形成鈍化層18；