CN111092126A - 红外探测器及其形成方法、红外探测器封装结构及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及红外探测器及其形成方法,红外探测器封装结构及其形成方法,所述红外探测器包括:探测器,包括衬底,所述衬底具有相对的第一表面和第二表面,所述第一表面上形成有传感电路;基底,所述基底表面具有凹陷,所述凹陷的底面为曲面,所述凹陷位置与所述传感电路对应;所述探测器固定于所述基底表面,所述衬底的第二表面与所述凹陷的底面贴合,使得所述探测器的传感表面呈曲面。所述红外探测器成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及传感技术领域,尤其涉及一种红外探测器及其形成方法、红外探测器封装结构及其封装方法。
背景技术
红外成像技术广泛应用于军事、工业、农业、医疗、森林防火、环境保护等各领域,其核心部件是红外焦平面阵列(IRFPA)。根据工作原理分类可分为:制冷型红外探测器和非制冷红外探测器。
制冷型探测器主要利用窄禁带半导体光电效应将红外光信号转化为电信号,又称为光子探测器,通常工作在77K或更低温度下,这就需要笨重而又昂贵的制冷设备。此外,制作光子探测器所用的HgCdTe、InSb等材料价格昂贵、制备困难,且与CMOS工艺不兼容,所以光子型红外探测器的价格一直居高不下。
非制冷热型红外探测器通过红外探测单元吸收红外线,将红外能量转化为热能,热能引起探测器材料电学特性变化从而将红外能量转化为电信号,通过读出电路读取该信号并进行处理。非制冷型红外探测器也叫室温探测器,可在室温条件下工作而无需制冷,因此具有更易于便携等优点。非制冷红外探测器一般是热探测器,即通过探测红外辐射的热效应来工作。常用的红外热探测器包括热堆、热释电、以及微测辐射热计。
近年来,人们对曲面型探测器和成像***的兴趣和需求越来越大。曲面型探测器的尺寸和光学优势已在在国防、军事、天文和消费应用等方面得到证明。
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,通常采用金属或陶瓷管壳。主要工艺流程包括如下步骤:(1)硅晶圆上制备非制冷红外探测器的读出电路及敏感结构;(2)将上述制备好的晶圆切割成单个探测器芯片;(3)贴片、打线;(4)真空封盖。上述步骤(3)和(4)是针对单个芯片的。由于一个晶圆上可以切出上百个探测器芯片,因此,这种封装形式不仅效率低下而且成本高昂。目前,利用传统封装类型的非制冷红外探测器的封装成本占到了整个探测器成本的90%。非制冷红外探测器的成本居高不下,封装是个很重要的原因。因此,要实现非制冷红外探测器的大批量应用,必须降低非制冷红外探测器的成本,首先就必须降低封装的成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是,提供一种红外探测器及其形成方法,红外探测器封装结构及其封装方法,降低红外探测器的成本。
本发明的技术方案提供一种红外探测器,包括:探测器,包括衬底,所述衬底具有相对的第一表面和第二表面,所述第一表面上形成有传感电路;基底,所述基底表面具有凹陷,所述凹陷的底面为曲面,所述凹陷位置与所述传感电路对应;所述探测器固定于所述基底表面,所述衬底的第二表面与所述凹陷的底面贴合,使得所述探测器的传感表面呈曲面。
可选的,所述凹陷的底面为球面或非球面。
可选的,所述衬底的第二表面为减薄后表面。
可选的,所述探测器的衬底的第一表面上还形成有焊垫,所述焊垫通过连接电路与所述传感电路连接。
本发明的技术方案还提供一种红外探测器的形成方法,包括:提供基底,所述基底表面具有一凹陷,所述凹陷的底面为曲面;提供探测器,所述红外探测器包括衬底,所述衬底具有相对的第一表面和第二表面,所述第一表面上形成有传感电路;将所述探测器固定于所述基底表面,使得所述衬底的第二表面与所述凹陷的底面贴合。
可选的,所述凹陷的底面为球面或非球面。
可选的,对所述衬底的第二表面进行减薄,使得所述探测器具有预设厚度。
可选的,所述探测器的衬底的第一表面上还形成有焊垫,所述焊垫通过连接电路与所述传感电路连接。
本发明的技术方案还提供一种红外探测器封装结构,包括:上述任一项所述的红外探测器;封装盖板,所述封装盖板具有相对的第一表面和第二表面;所述封装盖板的第一表面朝向所述红外探测器的传感表面,且边缘通过焊接环焊接固定于所述红外探测器的传感表面,使得所述封装盖板与所述红外探测器之间形成真空腔体。
可选的,所述封装盖板的第一表面和/或第二表面上形成有红外增透膜。
可选的,所述封装盖板的第一表面上形成有吸气剂层。
可选的,所述焊接环与所述封装盖板之间以及所述焊接环与所述红外探测器的衬底的第一表面之间还形成有金属种子层。
可选的,所述封装结构为晶圆级封装结构,所述红外探测器形成于红外探测器晶圆上,所述封装盖板为晶圆级尺寸,与所述红外探测器晶圆的尺寸对应,所述红外探测器晶圆上形成有多个所述红外探测器。
本发明的技术方案还提供一种红外探测器的封装方法,包括:提供上述任一项所述的红外探测器;提供封装盖板,所述封装盖板具有相对的第一表面和第二表面;将所述封装盖板的第一表面的边缘通过焊接环固定于所述红外探测器的传感表面,使得所述封装盖板与所述红外探测器之间形成真空腔体。
可选的,在所述封装盖板的第一表面和/或第二表面上形成红外增透膜;在所述封装盖板的第一表面上形成吸气剂层。
可选的,将所述封装盖板的边缘通过焊接环固定于所述红外探测器的传感表面的方法包括:在所述封装盖板的边缘形成第一焊料层;在所述红外探测器的边缘形成第二焊料层,所述第一焊料层和所述第二焊料层位置对应;将所述红外探测器以及所述封装盖板真空环境下键合,通过焊接,使得所述第一焊料层与所述第二焊料层之间焊接固定形成封闭的焊接环。
可选的,所述第一焊料层包括连续的环状焊料材料层或者环状分布的若干分立的焊球;所述第二焊料层包括连续的环状焊料材料层层或环状分布的若干分立的焊球。
可选的,所述焊球的尺寸自红外探测器的边缘向内部逐渐增大,使得各个焊球的顶部位置齐平;所述焊料材料层具有平坦化表面。
可选的,所述封装方法为晶圆级封装方法,所述红外探测器形成于红外探测器晶圆上,所述封装盖板为晶圆级尺寸,与所述红外探测器晶圆的尺寸对应,所述红外探测器晶圆上形成有多个所述红外探测器。
可选的,还包括:将所述封装盖板固定于所述红外探测器晶圆上后,对所述封装盖板及所述红外探测器晶圆进行切割,形成具有单颗红外探测器的封装结构。
本发明的红外探测器的传感面为曲面,可以在保持高性能的同时,减少配套镜头所需镜片数量,大幅度减小镜头尺寸,有利于实现尺寸小型化。且传感器通过直接贴合于基底表面,形成曲面,有利于降低工艺成本,且适于进行晶圆级封装,从而降低封装成本。
本发明的红外探测器的封装结构紧凑,所述封装盖板无需制作深腔即可保证较好的封装真空度,可较好地降低封装成本,从而降低红外探测器制造成本。并且,所述曲面型红外探测器的封装结构可以通过晶圆级或芯片级封装方法形成,可以适用于不同良率的探测器,良率高的优选晶圆级封装,良率低的优选芯片级封装,可以降低封装成本,提高生产效率。
附图说明
图1A和图1B为本发明一具体实施方式的红外探测器的结构示意图;
图2A至图2C为本发明一具体实施方式的红外探测器的形成过程的结构示意图;
图3A至图3C为本发明一具体实施方式的红外探测器封装结构的结构示意图;
图4A至图6B为本发明一具体实施方式的红外探测器的封装过程的结构示意图;
图7A至图9B为本发明一具体实施方式的红外探测器的封装过程的结构示意图;
图10A至图11B为本发明一具体实施方式的红外探测器的封装过程的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的红外探测器及其形成方法、红外探测器封装结构及其方法的具体实施方式做详细说明。
请参考图1A至图1B为本发明一具体实施方式的红外探测器的结构示意图,其中,图1B为俯视示意图,图1A为沿图1B中割线AA’的剖面示意图。
所述红外探测器100包括:基底101,所述基底101表面具有一凹陷,所述凹陷的底面为曲面;探测器,包括衬底102,所述衬底具有相对的第一表面和第二表面,所述第一表面上形成有传感电路110;所述探测器固定于所述基底101表面,所述衬底102的第二表面与所述凹陷的底面贴合,使得所述探测器的传感表面呈曲面。
该具体实施方式中,所述基底101采用陶瓷基底。其他具体实施方式中,所述基底101还可以为其他合适的材料,在此不做限定。
所述衬底102可以为硅、锗硅等半导体材料层,还可以包括半导体材料层及位于所述半导体材料层表面的介质层。所述衬底102的第一表面用于承载传感电路110等结构,所述传感电路110包括红外传感单元及与传感单元连接的读出电路。所述读出电路通常为集成电路,用于处理红外传感器单元的输出信号,包括对红外传感器单元输出的信号进行读出、校准等。
该具体实施方式中,所述衬底102的第一表面上还具有焊盘108,位于所述衬底102的边缘。所述传感电路110通过连接电路109与焊盘108连接,用于将信号通过焊盘108输出。所述连接电路109形成与所述衬底102表面。在其他具体实施方式中,所述衬底102表面形成有介质层,所述连接电路109形成于所述介质层内。
所述衬底102为减薄后的衬底,所述衬底102的第二表面为减薄后的表面,通过机械研磨减薄和化学机械抛光(CMP)对所述衬底102的第二表面进行减薄,将所述衬底102减薄至指定厚度,例如80微米~120微米,较佳的约为100 微米,从而使得所述衬底102具有较好的柔韧性和足够的强度,在封装过程中,当衬底102发生形变时,不会导致传感电路110受损。
所述基底101对应所述衬底102上的传感电路110区域具有一凹陷,所述凹陷的底面为曲面,较佳的为球面,所述球面的曲率半径为设定值,较佳的,可以为35-50毫米。在其他具体实施方式中,所述凹陷底面也可以为非球面。所述衬底102通过粘合剂粘合于所述基底101表面,使得所述衬底102发生弯曲,形成传感表面为曲面的曲面型红外探测器,所述传感表面即为所述传感电路110所在的表面。所述粘合剂可以为银浆、硅胶或者环氧树脂等材料。
请参考图2A~图2C,本发明的具体实施方式还提供上述红外探测器100 的形成方法。
请参考图2A,提供基底101,所述基底101表面具有一凹陷,所述凹陷的底面为曲面。优选的,所述凹陷的底面为球面或非球面。所述基底101上可以形成有多个凹陷,以分别对应于多个探测器。
请参考图2B,提供探测器,所述探测器包括衬底102a,所述衬底102a具有相对的第一表面201和第二表面202,所述第一表面201上形成有传感电路 110。所述探测器的衬底102a的第一表面201上还形成有焊垫108,所述焊垫 108通过连接电路109与所述传感电110连接。所述衬底102a包括未经减薄的半导体衬底。
请参考图2C,对所述衬底102的第二表面202进行减薄,使得所述探测器具有预设厚度。所述预设厚度可以为80微米~120微米,较佳的,可以为100 微米。进行减薄时,可以在所述衬底102的第一表面201上形成保护层(图中未示出)进行保护,然后对第二表面202减薄,并通过化学机械抛光(CMP),使得减薄后的衬底102获得光滑平整的减薄后的第二表面202。所述保护层用于保护所述焊盘108、连接电路109以及传感电路110,厚度在0.5~50μm,将衬底102减薄后,再去除指定区域的保护层,以便后续进行封装。
然后,请参考图1A,将图2C中所示的探测器固定于所述基底101表面,使得所述衬底102的第二表面与所述凹陷的底面贴合。具体的,在所述基底101 表面涂覆粘合剂,将探测器压合到所述基底100上,通过所述粘合剂将所述衬底100的第二表面粘合于所述基底101表面,使得所述衬底102发生弯曲,形成传感表面为曲面的曲面型红外探测器100,所述传感表面即为所述传感电路 110所在的表面。所述粘合剂可以为银浆、硅胶或者环氧树脂等材料。
在其他具体实施方式中,所述基底101可以具有晶圆级尺寸,所述探测器的衬底102可以为晶圆,所述衬底102上可以形成有多个传感电路110,构成具有多个探测器的探测器晶圆。所述基底101上对应于所述多个探测器具有多个凹陷。将晶圆级的探测器晶圆与基底101粘合,形成具有多个曲面型红外探测器的红外探测器晶圆。图1A和图1B中,仅示出了单个红外探测器结构。
所述红外探测器的传感面为曲面,可以在保持高性能的同时,减少配套镜头所需镜片数量,大幅度减小镜头尺寸,有利于实现尺寸小型化。
本发明的具体实施方式还提供一种上述红外探测器的封装结构及其封装方法。
请参考图3A至图3C,为本发明一具体实施方式的红外探测器的封装结构的结构示意图。图3C为俯视示意图(未示出所述封装盖板103及其第二表面上的红外增透膜105),图3A为沿图3C中割线BB’的剖面示意图,图3B为沿图3C中割线CC’的剖面示意图。
所述探测器的封装结构包括:红外探测器100;封装盖板103,所述封装盖板103具有相对的第一表面和第二表面;所述封装盖板103的第一表面朝向所述红外探测器100的传感表面,且边缘通过焊接环300焊接固定于所述红外探测器100的传感表面,使得所述封装盖板103与所述红外探测器100之间形成真空腔体。
所述封装盖板103可以为硅、锗硅等半导体材料,具有较好的红外透过效果和一定的机械强度。所述封装盖板103的第一表面上沉积有吸气剂层104;所述吸气剂层104的材料可以是具有活性表面的金属,比如钒(V)、镐(Zr)、钛(Ti)等,吸气剂层104的材料还可以是其他通用的非蒸散型吸气剂材料。在一个具体的实施方式中,吸气剂层104的材料可以优先选择具有良好反射的材料,尤其是能够反射80%以上8~14μm红外辐射的材料。
所述封装盖板103的第一表面和第二表面的对应于红外探测器100的形成有红外传感单元的区域上沉积有一层红外增透膜105,所述红外增透膜105的材料对红外光线透明,具体的,所述红外增透膜105的材料包括硫化锌、硅、锗或非晶硅锗等。在其他具体时候实施方式中,也可以仅在所述封装盖板103 的第一表面或第二表面中任意一侧形成有红外增透膜。
所述焊接环300为密闭环形,位置所述红外探测器100的衬底102表面的焊盘108与传感电路110之间,环绕所述传感电路110设置。
所述焊接环300包括位于所述封装盖板103的第一表面上的第一焊料层 106以及位于所述红外探测器100的衬底102表面的第二焊料层107,所述第一子焊料层106和所述第二焊料层107之间通过焊接形成共晶键合固定连接。所述封装盖板103上的第一焊料层106和所述吸气剂104位于所述封装盖板 103的同一侧表面。
在该具体实施方式中,所述第二焊料层107的厚度自所述红外探测器100 的边缘向内侧逐渐增大,用于填补所述曲面型的传感表面的凹陷的高度差,使得所述第二焊料层107表面高度一致,所述第一焊料层106的表面平坦,使得所述第一焊料层106能够与所述第二焊料层107之间形成良好的键合界面。
在其他具体实施方式中,所述第二焊料层107的厚度均匀,与所述衬底102 表面的凹陷具有相同曲率,所述第一焊料层106的厚度自边缘向内侧逐渐增大,以填补所述曲面型的传感表面的凹陷的高度差,使得所述第一焊料层106表面能够与所述第二焊料层107表面贴合,形成良好的键合界面。
所述第二焊料层107与所述衬底102表面之间、所述第一焊料层106与所述封装盖板103之间,还形成有金属化种子层,以利于在所述封装盖板103表面形成所述第一焊料层106,以及有利于在所述衬底102表面形成所述第二焊料层107,提高所述焊接环300与所述封装盖板103、衬底102表面之间的结合性。
该具体实施方式中,所述封装盖板103和所述曲面型探测器100是以划片后的单个芯片进行封装,即进行芯片级封装结构;在其他具体实施方式中也可以以晶圆的形式进行键合,即为晶圆级真空封装结构,将红外探测器晶圆与晶圆级的封装盖板形成封装结构,封装盖板与所述红外探测器晶圆的尺寸对应,具有多个凹陷,以对应多个红外探测器,通过对晶圆级封装结构进行切割,就可以获得单颗芯片级的封装结构。
所述红外探测器的封装结构的结构紧凑,所述封装盖板无需制作深腔即可保证较好的封装真空度,可较好地降低封装成本,从而降低红外探测器制造成本。并且,所述曲面型红外探测器的封装结构可以通过晶圆级或芯片级封装方法形成,可以适用于不同良率的探测器,良率高的优选晶圆级封装,良率低的优选芯片级封装,可以降低封装成本,提高生产效率。
本发明的具体实施方式还提供一种红外探测器的封装方法。
请参考图4A至图6B,为本发明一个具体实施方式的红外探测器的封装过程的结构示意图。
请参考图4A至图4B,提供如图1A所示的红外探测器,在所述红外探测器100的传感表面形成第二焊料层107。所述第二焊料层107位于焊盘108和传感电路110之间的衬底102表面,为环形,围绕所述传感电路110设置。图4A和图4B分别是沿BB’和CC’方向的剖面示意图。可以通过沉积工艺结合刻蚀工艺,形成所述第二焊料层107,该具体实施方式中,所述第二焊料层107 的厚度均匀,具有弧形表面。在形成所述第二焊料层107之前,还可以在所述衬底102表面形成金属化种子层,在所述金属化种子层表面形成所述第二焊料层107。
请参考图5A至图5B,提供封装盖板103,所述封装盖板103具有相对的第一表面701和第二表面702;在所述封装盖板103的表面形成红外增透膜105,以及在所述第一表面701上形成第一焊料106a和106b。该具体实施方式中,还包括在所述第一表面701上形成吸气剂层104。在真空环境下加热所述封装盖板103以激活所述吸气剂层104。
具体的,在所述封装盖板103的第一表面701上与红外探测器的传感区域对应的位置处沉积红外增透膜105,以及在所述封装盖板103的第二表面上沉积红外增透膜105。所述红外增透膜105的材料包括硫化锌、硅、锗或非晶硅锗等。在其他具体实施方式中,也可以仅在第一表面701或第二表面702上形成红外增透膜105。
形成所述红外增透膜105后,在所述第一表面701上的对应区域沉积金属化种子层(图中未示出),在所述金属化种子层表面沉积形成第一焊料层106a 和焊球106b。可以通过沉积和刻蚀工艺形成连续的环状第一焊料层106a,再在所述第一焊料层106a表面通过植球工艺形成包括多个分立的环状分布的焊球106b。在所述金属化种子层边缘植较小的焊球,从边缘往中部植逐步增大的焊球106b,以达到封装时可以填补所述曲面第二焊料层107表面的曲面高度差的目的。
在其他具体实施方式中,所述第一焊料层也可以仅包括焊球,通过植球工艺直接在封装盖板103表面或第二金属化种子层表面形成焊球,作为第一焊料层。
请参考图6A和图6B,将所述封装盖板103和所述弧形红外探测器在真空下键合,完成真空封装,在所述封装盖板103与所述红外探测器之间形成真空腔体600。通过回流焊,使得焊球106b与所述第一焊料层106a融为一体,形成第一焊料层106。
请参考图7A至图9B,为本发明另一具体实施方式对的和红外探测器的封装过程的结构示意图。
请参考图7A和图7B,在该具体实施方式中,在所述衬底102表面形成第二焊料层117a和焊球117b,所述第二焊料层117a厚度均为表面为曲面,再在所述第二焊料层117a表面通过植球工艺形成焊球117b。在形成第二焊料层 117a之前,可以形成金属化种子层,使得所述第二焊料层117a形成与所述金属化种子层表面。可以在金属化种子层边缘植较小的焊球117b,从边缘往中部植逐步增大的焊球,以达到所述填补所述探测器传感表面不同位置处的高度差,使得各个焊球117b的顶部高度一致,且高出所述探测器的边缘最高处。
所述焊球117b的直径在5~2000μm范围内均可实现,可以很好的完成曲面型探测器的焊料制作。
请参考图8A至8B,该具体实施方式中,在封装盖板103的第一表面上形成第一焊料层116,所述第一焊料层116层为连续材料层,具有平坦表面。可以通过对沉积的第一焊料116表面进行CMP,使其具有平坦表面。
请参考图9A至图9B,将所述封装盖板103和所述弧形红外探测器在真空下键合,完成真空封装,在所述封装盖板103与所述红外探测器之间形成真空腔体900。通过回流焊,使得焊球117b与所述第二焊料层117a融为一体,形成第二焊料层117。所述第二焊料层117的厚度自边缘向中部逐渐增厚,使得所述第二焊料层117表面的一致,能够与表面平坦的第一焊料层116之间形成良好的键合界面。
请参考图10A至图11B,为本发明另一具体实施方式的红外探测器的封装过程的结构示意图。
请参考图10A和图10B,在红外探测器的衬底102表面形成第二焊料层 127,所述第二焊料层127具有平坦表面,且高于所述红外探测器的边缘高度。
所述第二焊料层127可以通过电镀焊料的方式沉积高度高于所述衬底102 上的曲面凹坑的焊料,然后通过化学机械抛光(CMP)处理,以使得所述第二焊料层127具有光滑的上表面,并填平所述凹陷,使得所述第二焊料层127表面各处的高度一致。
请参考图11A和图11B,将图10A和图10B所示的红外探测器与图8A,图8B所示的封装盖板103完成真空封装,形成真空腔体1100。
上述具体实施方式,以芯片级封装方法为例,单颗红外探测器与相应尺寸的封装盖板之间完成封装,形成单颗红外探测器封装结构,适于芯片良率较低的探测器晶圆,可以提高封装良率,降低封装成本。
在其他具体实施方式中,也可以采用晶圆级封装方法,所述红外探测器形成于红外探测器晶圆上,所述封装盖板为晶圆级尺寸,与所述红外探测器晶圆的尺寸对应,所述红外探测器晶圆上形成有多个所述红外探测器,采用上述方法,将红外探测器晶圆与晶圆级尺寸的封装盖板进行真空封装。将所述封装盖板固定于所述红外探测器晶圆上后,对所述封装盖板及所述红外探测器晶圆进行切割,形成具有单颗红外探测器的封装结构。晶圆级真空封装的成本低、产能大,能够进一步降低封装成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (20)
1.一种红外探测器,其特征在于,包括:
探测器,包括衬底,所述衬底具有相对的第一表面和第二表面,所述第一表面上形成有传感电路;
基底,所述基底表面具有凹陷,所述凹陷的底面为曲面,所述凹陷位置与所述传感电路对应;
所述探测器固定于所述基底表面,所述衬底的第二表面与所述凹陷的底面贴合,使得所述探测器的传感表面呈曲面。
2.根据权利要求1所述的红外探测器,其特征在于,所述凹陷的底面为球面或非球面。
3.根据权利要求1所述的红外探测器,其特征在于,所述衬底的第二表面为减薄后表面。
4.根据权利要求1所述的红外探测器,其特征在于,所述探测器的衬底的第一表面上还形成有焊垫,所述焊垫通过连接电路与所述传感电路连接。
5.一种红外探测器的形成方法,其特征在于,包括:
提供基底,所述基底表面具有一凹陷,所述凹陷的底面为曲面;
提供探测器,所述红外探测器包括衬底,所述衬底具有相对的第一表面和第二表面,所述第一表面上形成有传感电路;
将所述探测器固定于所述基底表面,使得所述衬底的第二表面与所述凹陷的底面贴合。
6.根据权利要求5所述的形成方法,其特征在于,所述凹陷的底面为球面或非球面。
7.根据权利要求5所述的形成方法,其特征在于,对所述衬底的第二表面进行减薄,使得所述探测器具有预设厚度。
8.根据权利要求5所述的形成方法,其特征在于,所述探测器的衬底的第一表面上还形成有焊垫,所述焊垫通过连接电路与所述传感电路连接。
9.一种红外探测器封装结构,其特征在于,包括:
如权利要求1至4中任一项所述的红外探测器;
封装盖板,所述封装盖板具有相对的第一表面和第二表面;
所述封装盖板的第一表面朝向所述红外探测器的传感表面,且边缘通过焊接环焊接固定于所述红外探测器的传感表面,使得所述封装盖板与所述红外探测器之间形成真空腔体。
10.根据权利要求9所述封装结构,其特征在于,包括:所述封装盖板的第一表面和/或第二表面上形成有红外增透膜。
11.根据权利要求9所述封装结构,其特征在于,所述封装盖板的第一表面上形成有吸气剂层。
12.根据权利要求9所述封装结构,其特征在于,所述焊接环与所述封装盖板之间以及所述焊接环与所述红外探测器的衬底的第一表面之间还形成有金属种子层。
13.根据权利要求9所述封装结构,其特征在于,所述封装结构为晶圆级封装结构,所述红外探测器形成于红外探测器晶圆上,所述封装盖板为晶圆级尺寸,与所述红外探测器晶圆的尺寸对应,所述红外探测器晶圆上形成有多个所述红外探测器。
14.一种红外探测器的封装方法,其特征在于,包括:
提供如权利要求1至4中任一项所述的红外探测器;
提供封装盖板,所述封装盖板具有相对的第一表面和第二表面;
将所述封装盖板的第一表面的边缘通过焊接环固定于所述红外探测器的传感表面,使得所述封装盖板与所述红外探测器之间形成真空腔体。
15.根据权利要求14所述的封装方法,其特征在于,包括:在所述封装盖板的第一表面和/或第二表面上形成红外增透膜;在所述封装盖板的第一表面上形成吸气剂层。
16.根据权利要求14所述的封装方法,其特征在于,将所述封装盖板的边缘通过焊接环固定于所述红外探测器的传感表面的方法包括:在所述封装盖板的边缘形成第一焊料层;在所述红外探测器的边缘形成第二焊料层,所述第一焊料层和所述第二焊料层位置对应;将所述红外探测器以及所述封装盖板真空环境下键合,通过焊接,使得所述第一焊料层与所述第二焊料层之间焊接固定形成封闭的焊接环。
17.根据权利要求16所述的封装方法,其特征在于,所述第一焊料层包括连续的环状焊料材料层或者环状分布的若干分立的焊球;所述第二焊料层包括连续的环状焊料材料层层或环状分布的若干分立的焊球。
18.根据权利要求17所述的封装方法,其特征在于,所述焊球的尺寸自红外探测器的边缘向内部逐渐增大,使得各个焊球的顶部位置齐平;所述焊料材料层具有平坦化表面。
19.根据权利要求14所述的封装方法,其特征在于,所述封装方法为晶圆级封装方法,所述红外探测器形成于红外探测器晶圆上,所述封装盖板为晶圆级尺寸,与所述红外探测器晶圆的尺寸对应,所述红外探测器晶圆上形成有多个所述红外探测器。
20.根据权利要求19所述的封装方法,其特征在于,还包括:将所述封装盖板固定于所述红外探测器晶圆上后,对所述封装盖板及所述红外探测器晶圆进行切割,形成具有单颗红外探测器的封装结构。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112151660A (zh) * | 2020-10-27 | 2020-12-29 | 佛山市国星光电股份有限公司 | 发光器件 |
CN112151659A (zh) * | 2020-10-27 | 2020-12-29 | 佛山市国星光电股份有限公司 | 红外发光器件及其制造方法 |
CN114203744A (zh) * | 2022-02-15 | 2022-03-18 | 武汉高芯科技有限公司 | 一种吸气剂悬空的非制冷红外探测器及其制作方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010168262A (ja) * | 2008-03-31 | 2010-08-05 | Asahi Glass Co Ltd | 板状光学ガラス及び板状光学ガラスの端面処理方法 |
CN202549843U (zh) * | 2011-04-26 | 2012-11-21 | 格科微电子(上海)有限公司 | 凹面cmos图像传感器、凹面cmos图像传感元件及摄像头 |
CN104112753A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-10-22 | 浙江大立科技股份有限公司 | 红外探测器、红外成像***及其制备方法 |
CN207038541U (zh) * | 2017-07-30 | 2018-02-23 | 北京蓝木科技有限公司 | 一种高响应的石墨烯‑二硫化钼柔性光电传感器及光电检测设备 |
CN110444628A (zh) * | 2018-05-04 | 2019-11-12 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 红外探测器及其制作方法 |
-
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010168262A (ja) * | 2008-03-31 | 2010-08-05 | Asahi Glass Co Ltd | 板状光学ガラス及び板状光学ガラスの端面処理方法 |
CN202549843U (zh) * | 2011-04-26 | 2012-11-21 | 格科微电子(上海)有限公司 | 凹面cmos图像传感器、凹面cmos图像传感元件及摄像头 |
CN104112753A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-10-22 | 浙江大立科技股份有限公司 | 红外探测器、红外成像***及其制备方法 |
CN207038541U (zh) * | 2017-07-30 | 2018-02-23 | 北京蓝木科技有限公司 | 一种高响应的石墨烯‑二硫化钼柔性光电传感器及光电检测设备 |
CN110444628A (zh) * | 2018-05-04 | 2019-11-12 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 红外探测器及其制作方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112151660A (zh) * | 2020-10-27 | 2020-12-29 | 佛山市国星光电股份有限公司 | 发光器件 |
CN112151659A (zh) * | 2020-10-27 | 2020-12-29 | 佛山市国星光电股份有限公司 | 红外发光器件及其制造方法 |
CN114203744A (zh) * | 2022-02-15 | 2022-03-18 | 武汉高芯科技有限公司 | 一种吸气剂悬空的非制冷红外探测器及其制作方法 |
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