CN108313973A - 一种非制冷红外探测器的像素级封装结构及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非制冷红外探测器的像素级封装结构，包括读出电路以及位于读出电路的上表面的真空室阵列，真空室阵列包括多个由绝缘沟槽间隔的真空室，每个真空室内收纳有一个像素单元器件，构成像素级封装单元，所述真空室的内部侧壁覆有吸气剂，形成吸气侧壁，本发明将每个像素封装为独立的个体，相互之间不影响，利用侧壁大大增加了吸气剂的面积，以维持腔体内的真空度，延长器件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电工艺)技术领域，更具体地，涉及一种非制冷红外探测器的像素级封装结构。
背景技术
真空封装是MEMS技术的难题之一，真空密封性的好坏对MEMS器件的性能有重要的影响，甚至决定着器件能是否正常工作。由于键合材料和腔体材料残余气体的存在和释放，随着器件工作时间的推移，腔体内的真空度降低，缩短了器件的使用寿命。
对于非制冷红外探测器来说，传统的封装类型主要是芯片级封装或晶圆级封装，即利用半导体制造技术将整个探测器面阵封装在一个真空腔内，工艺过程比较简单，而且可以批量制造，但是该方法可靠性差，一旦真空失效整个探测器将无法正常工作。
现有技术CN 102956662A公开了一种红外焦平面探测器芯片真空密封封装结构，为提高晶圆级封装的真空度，于探测器芯片与封装壳体底部之间焊接吸气剂，但该方法只能实现吸气剂的底部设置，吸收残余气体的面积较小，不能长时间保持腔体内的真空度，且一旦真空失效，会影响晶圆级封装结构内的所有像素，导致整个探测器将无法正常工作。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种内部侧壁填有吸气剂的非制冷红外探测器的像素级封装结构及方法，其目的在于将非制冷红外探测器的每个像素分别进行真空封装，保证每个像素都可以独立、互不影响，且充分利用每个像素级封装结构的内壁设置吸气剂，依靠吸气剂来维持腔体内的真空度，使每个像素工作稳定、可靠，如此延长整个探测器的使用寿命。由此解决了非制冷红外探测器容易真空失效导致整体无法正常工作的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种非制冷红外探测器的封装结构，包括读出电路以及位于读出电路的上表面的真空室阵列，所述真空室阵列包括多个由绝缘沟槽间隔的真空室，每个所述真空室内收纳有一个像素单元器件，构成像素级封装单元，所述真空室的内部侧壁上设置有吸气剂构成的吸气侧壁，所述吸气侧壁可以大面积吸收真空室内的残余气体，在维持真空度的同时还坚固了真空室的侧壁结构，且侧壁的位置填吸气剂并不会影响像素对光源的吸收。
所述真空室的外部侧壁包括支撑外壳，所述支撑外壳具有导通真空室的内部的释放通道，所述释放通道的出口被增透膜覆盖。
所述真空室的顶部密封有增透膜，优选地，所述增透膜的下表面设置有吸气剂构成的吸气上壁，所述吸气上壁位于像素在增透膜上的垂直投影区以外的区域，该区域不影响像素吸收光源。
优选地，所述真空室的底部设置有由吸气剂构成的吸气下壁，可以进一步增大吸气剂对真空室内残余气体的吸收面积。
优选地，所述吸气侧壁分别与吸气上壁、吸气下壁相连，能最大程度的利用真空室的内表面填充吸气剂，使像素的工作寿命得到最大化的延长。
按照本发明的另一方面，提供了一种非制冷红外探测器的像素级封装结构的加工方法，包括如下步骤：
S1：在读出电路的上表面获得多个整齐排列的像素单元器件，并覆上牺牲层，向下刻蚀所述牺牲层获得分割像素的网格状的沟槽，所述刻蚀深入至牺牲层的底端；
S2：向沟槽中填充吸气剂，沿沟槽的中部向下刻蚀所述吸气剂，获得吸气剂槽以及吸气剂槽两边的吸气侧壁，所述刻蚀深入至吸气剂的底端；
S3：向吸气剂槽中填充支撑材料，沿所述沟槽的中部向下刻蚀所述支撑材料，获得绝缘沟槽以及绝缘沟槽两边的支撑结构；
S4：在所述支撑结构内部形成连通牺牲层与支撑结构顶部的释放通道，于所述牺牲层与吸气侧壁的上表面生长增透膜，由所述释放通道去除所述牺牲层，并进一步生长增透膜覆盖所述释放通道的顶部，获得像素级封装结构。
优选地，在所述读出电路的上表面获得多个整齐排列的像素单元器件之前还包括：在读出电路的上表面生长吸气剂，形成吸气下壁。
优选地，在所述生长增透膜之前还包括：在所述牺牲层的上表面的像素垂直投影区以外的区域刻蚀浅槽，向浅槽中填充吸气剂，获得吸气上壁。
优选地，所述去除牺牲层的方法为热释放。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本申请实现了在封装结构的侧壁上使用吸气剂，相比现有技术增加了吸气剂的面积，同时节约封装空间，并能进一步坚固真空室的侧壁结构，使像素更加稳定地工作；且本申请将每个像素独立真空封装，相比晶圆级封装增加了封装结构的内表面积尤其是侧壁面积，进一步扩增了吸气剂的填充区域，有效提高真空度，延长探测器的使用寿命。
2、于真空室的顶部像素投影区以外的区域设置吸气上壁，在不影响像素吸收光源的情况下进一步提高了真空室的真空度，延长了像素的工作寿命。
3、在真空室的侧壁、顶部、底部中多处使用吸气剂，充分利用真空室的内壁使吸气剂吸收的残余气体达到最大化，在节省封装空间的同时提高了探测器工作的稳定性和可靠性。
4、于真空室的侧壁设置释放通道，用于排出真空室内的杂质，而探测器工作的时候用增透膜覆盖该释放通道，保证封装结构内的真空密封状态。
附图说明
图1是实施例1中S3得到的产物结构；
图2是实施例1中去除牺牲层前的像素级封装结构；
图3是实施例1中的像素级封装结构；
图4是实施例2中S3得到的产物结构；
图5是实施例2中去除牺牲层前的像素级封装结构；
图6是实施例2中的像素级封装结构；
图7是实施例2中的像素级封装单元；
图8是实施例2中的整齐排列的多个像素级封装单元；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-读出电路，2-像素单元器件，3-牺牲层，4-1-吸气侧壁，4-2-吸气上壁，4-3-吸气下壁，5-支撑结构，6-绝缘沟槽，7-增透膜，A-实施例1的像素级封装结构，B-实施例2的像素级封装结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
如图3所示，一种像素级封装结构A，包括读出电路1以及位于读出电路1的上表面的真空室阵列，所述真空室阵列包括多个由绝缘沟槽6间隔的真空室，每个所述真空室内收纳有一个像素单元器件2，构成像素级封装单元，所述真空室的内部侧壁上设置有吸气剂构成的吸气侧壁4-1。获得所述像素级封装结构A的方法：
S1：在读出电路1的上表面获得多个整齐排列的像素单元器件2，并覆上牺牲层3，向下刻蚀所述牺牲层3获得分割像素的网格状的沟槽，所述刻蚀深入至牺牲层3的底端；
S2：向沟槽中填充吸气剂，沿沟槽的中部刻蚀所述吸气剂，获得吸气剂槽以及吸气剂槽两边的吸气侧壁4-1，所述刻蚀深入至吸气剂的底端；
S3：向吸气剂槽中填充支撑材料，沿所述沟槽的中部向下刻蚀所述支撑材料，获得绝缘沟槽6以及绝缘沟槽6两边的支撑结构5，如图1所示；
S4：在所述支撑结构5内部形成连通牺牲层3与支撑结构5顶部的释放通道，于所述牺牲层3与吸气侧壁4-1的上表面生长如图2所示的增透膜7，由所述释放通道去除所述牺牲层3，并进一步生长增透膜7覆盖所述释放通道的顶部，形成如图3所示的像素级封装结构A。
实施例2
如图4所示，一种像素级封装结构B，包括读出电路1以及位于读出电路1的上表面的真空室阵列，所述真空室阵列包括多个由绝缘沟槽6间隔的真空室，每个所述真空室内收纳有一个像素单元器件2，构成像素级封装单元，所述真空室的内部侧壁上设置有吸气剂构成的吸气侧壁4-1，所述真空室的顶部位于像素的垂直投影区以外的区域设置有吸气上壁4-2，所述真空室的底部设置有吸气剂构成的吸气下壁4-3。获得所述像素级封装结构B的方法：
S1：在读出电路1的上表面生长吸气下壁4-3，于吸气下壁4-3的上表面获得多个整齐排列的像素单元器件2，并覆上牺牲层3，向下刻蚀所述牺牲层3获得分割每个像素的沟槽，所述向下刻蚀深入至牺牲层3的底端；
S2：向沟槽中填充吸气剂，沿沟槽的中部刻蚀所述吸气剂，获得吸气剂槽以及吸气剂槽两边的吸气侧壁4-1，所述刻蚀深入至吸气剂的底端；
S3：向吸气剂槽中填充支撑材料，沿所述沟槽的中部向下刻蚀所述支撑材料，获得绝缘沟槽6以及绝缘沟槽6两边的支撑结构5；
S4：在所述支撑结构5内部形成连通牺牲层3与支撑结构5顶部的释放通道，在所述牺牲层3的上表面的像素垂直投影区以外的区域刻蚀浅槽，向浅槽中填充吸气剂，获得如图4所示的吸气上壁4-2，于所述吸气上壁4-2的上表面生长如图5所示的增透膜7，由所述释放通道去除所述牺牲层3，并进一步生长增透膜7覆盖所述释放通道的顶部，形成如图6所示的像素级封装结构B。
图7为像素级封装单元。
图8为整齐排列的多个像素级封装单元，每相邻两个像素级封装单元由绝缘沟槽6间隔，每个像素级封装单元包括吸气侧壁4-1、吸气上壁4-2、吸气下壁4-3，所述吸气侧壁4-1分别与吸气上壁4-2、吸气下壁4-3相连。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种像素级封装结构，包括读出电路以及位于读出电路的上表面的真空室阵列，所述真空室阵列包括多个由绝缘沟槽划分的真空室，每个所述真空室内收纳有一个像素单元器件，构成像素级封装单元，其特征在于，所述真空室的内部侧壁上覆有吸气剂，所述吸气剂构成吸气侧壁。
2.一种如1所述的像素级封装结构，其特征在于，所述真空室的顶部密封有增透膜，所述增透膜的下表面设置有吸气剂构成的吸气上壁，所述吸气上壁与像素在增透膜上的垂直投影区不重合。
3.一种如2所述的像素级封装结构，其特征在于，所述真空室的底部设置有吸气剂构成的吸气下壁。
4.一种如3所述的像素级封装结构，其特征在于，所述吸气侧壁分别与吸气上壁、吸气下壁相连。
5.一种如1～4任意一项所述的像素级封装结构，其特征在于，所述真空室的外部侧壁包括具有释放通道的支撑外壳，所述释放通道的第一出口连通真空室内部，第二出口位于支撑外壳的顶部，并由所述增透膜覆盖。
6.一种像素级封装结构的加工方法，包括如下步骤：
S1：在读出电路的上表面获得多个整齐排列的像素单元器件，并覆上牺牲层，刻蚀所述牺牲层，获得分割像素的网格状的沟槽，所述刻蚀深入至牺牲层的底端；
S2：向所述沟槽中填充吸气剂，沿沟槽的中部刻蚀所述吸气剂，获得吸气剂槽以及吸气剂槽两边的吸气侧壁，所述刻蚀深入至吸气剂的底端；
S3：向吸气剂槽中填充支撑材料，沿所述沟槽的中部向下刻蚀所述支撑材料，获得绝缘沟槽以及绝缘沟槽两边的支撑结构；
S4：在所述支撑结构内部形成连接牺牲层与支撑结构顶部的释放通道，于所述牺牲层与吸气侧壁的上表面生长增透膜，从所述释放通道去除所述牺牲层，堵塞所述释放通道，获得像素级封装结构。
7.如权利要求6所述的加工方法，其特征在于，步骤S1中在读出电路的上表面获得多个整齐排列的像素单元器件之前还包括：在读出电路的上表面生长吸气剂，形成吸气下壁。
8.如权利要求6所述的加工方法，其特征在于，步骤S1中在所述牺牲层与吸气侧壁的上表面生长增透膜之前还包括：在所述牺牲层的上表面的像素垂直投影区以外的区域刻蚀浅槽，于浅槽中填充吸气剂，获得吸气上壁。
9.如权利要求6～8中任意一项所述的加工方法，其特征在于，所述去除牺牲层的方法为热释放。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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