CN112539846A - 非制冷红外探测器及其像素级封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种像素级封装结构，包括设于红外CMOS读出电路上的微腔，所述微腔包括供封装部件安置的第一层真空空间以及设于所述第一层真空空间上的第二层真空空间；所述第一层真空空间与所述第二层真空空间之间的腔壁上开设有第一排气孔，所述第二层真空空间远离所述第一层真空空间的一侧开设有两个第二排气孔，所述第一排气孔和两个所述第二排气孔连通。还提供一种非制冷红外探测器，还包括上述的像素级封装结构，所述微腔设于所述红外CMOS读出电路上。本发明的通过设置第一排气孔和两个第二排气孔，三个排气孔组合形成Y型结构，可极大地减小封孔的难度，从而提高整个8寸范围内填孔的均匀性，极大地提高了探测器性能整体的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及像素级封装技术领域，具体为一种非制冷红外探测器及其像素级封装结构。
背景技术
目前非制冷红外多采用封装技术可分为芯片级、晶圆级以及像素级等，其中芯片级封装技术按照封装外壳的不同又可分为金属管壳封装和陶瓷管壳封装。
金属管壳封装是最早开始采用的封装技术，技术已非常成熟。由于采用了金属管壳、TEC和吸气剂等成本较高的部件，导致金属管壳封装的成本一直居高不下，使其在低成本器件上的应用受到限制。
陶瓷管壳封装可显著减小封装后探测器的体积和重量，且从原材料成本和制造成本上都比传统的金属管壳封装大为降低，适合大批量电子元器件的生产。陶瓷管壳封装技术的发展得益于目前无TEC技术的发展，省去TEC可以减小对封装管壳体积的要求并降低成本，但远没有达到电子消费级别。晶圆级封装与陶瓷管壳封装技术相比，晶圆级封装技术的集成度更高，工艺步骤也有所简化，更适合大批量和低成本生产，但体积依旧很大，探测器的厚度及成本同样无法达到电子消费级的要求。像素级封装技术用传统的MEMS工艺对单个像元单独进行封装，这将颠覆目前的封装技术形态，简化了非制冷红外焦平面探测器后端封装的制造过程，使封装成本降低到极致。但随着像素级封装技术的成熟和实用化，非制冷红外焦平面探测器的成本还将大幅下降，探测器的体积和厚度可以做到极致，更贴近可见光级别，从而也能更加满足消费级应用市场的需求。
非制冷红外探测器需要封装在高真空的环境下，才能达到红外探测的目的。然而现有的像素级封装技术在对排气孔的封口有着不小的难度，因为像素级封装的难点在于如何在高真空的环境下将排气孔封死，以及如何保证封孔的均匀性及一致性，因为只有保证封孔的均匀性才能保证探测器响应率的一致性，封孔若不均匀将影响探测器的整体性能。另外，探测器会采用吸气剂来在真空空间中吸气，然而现有的吸气剂的安置位置各种各样，但却无法达到最佳的吸气效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非制冷红外探测器及其像素级封装结构，至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种像素级封装结构，包括设于红外CMOS读出电路上的微腔，所述微腔包括供封装部件安置的第一层真空空间以及设于所述第一层真空空间上的第二层真空空间；所述第一层真空空间与所述第二层真空空间之间的腔壁上开设有第一排气孔，所述第二层真空空间远离所述第一层真空空间的一侧开设有两个第二排气孔，所述第一排气孔和两个所述第二排气孔连通。
进一步，所述第二层真空空间有两个，两个所述第二层真空空间均设于所述第一层真空空间上。
进一步，两个所述第二层真空空间位于同一平面内内两个所述第二层真空空间对称布置。
进一步，所述第二层真空空间远离所述第一层真空空间的腔壁外覆盖有增透膜。
进一步，所述增透膜封堵两个所述第二排气孔。
进一步，还包括设于所述第一层真空空间内的吸气剂。
进一步，还包括设于所述红外CMOS读出电路上的连接层，所述吸气剂沉积在所述连接层的反射层上。
进一步，所述第一层真空空间内设有微测辐射热计。
进一步，在所述第一排气孔以及两个所述第二排气孔中，至少两个所述第二排气孔通过牺牲层工艺制得。
本发明实施例提供另一种技术方案：一种非制冷红外探测器，还包括上述的像素级封装结构，所述微腔设于所述红外CMOS读出电路上。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过设置第一排气孔和两个第二排气孔，三个排气孔组合形成Y型结构，可极大地减小封孔的难度，从而提高整个8寸范围内填孔的均匀性，极大地提高了探测器性能整体的均匀性。
2、在原有的金属反射上生长沉积排气孔，可以使吸气剂的面积最大化，从而可以最大化增加吸气效果，使微腔内的真空度变得更好，探测器的性能更加，使用寿命更长；另外，由于吸气剂的反射率可以与标准的反射镜材料Al相比，可以达到95％，因此在原有的金属反射上生长吸气剂既可以解决MEMS与CMOS的欧姆接触问题，又能完美地解决光的反射问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种像素级封装结构的示意图；
附图标记中：1-微腔；2-第一层真空空间；20-第一排气孔；3-第二层真空空间；30-第二排气孔；4-增透膜；5-吸气剂；6-连接层；7-微测辐射热计；8-红外CMOS读出电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供一种像素级封装结构，包括设于红外CMOS读出电路8上的微腔1，所述微腔1包括供封装部件安置的第一层真空空间2以及设于所述第一层真空空间2上的第二层真空空间3；所述第一层真空空间2与所述第二层真空空间3之间的腔壁上开设有第一排气孔20，所述第二层真空空间3远离所述第一层真空空间2的一侧开设有两个第二排气孔30，所述第一排气孔20和两个所述第二排气孔30连通。在本实施例中，通过设置第一排气孔20和两个第二排气孔30，三个排气孔组合形成Y型结构，可极大地减小封孔的难度，从而提高整个8寸范围内填孔的均匀性，极大地提高了探测器性能整体的均匀性。具体地，本微腔1是内饰真空腔，其具有两层空间，为了便于描述按照从低到高的方向将它们分别定义为第一层真空空间2和第二层真空空间3，第一层真空空间2和第二层真空空间3之间开孔，将两个空间贯通，将其定义为第一排气孔20，然后再在第二层真空空间3上开两个孔，将其定义为第二排气孔30，如此，两个第二排气孔30加上一个第一排气孔20整体形状组合起来可以看成是一个Y型结构，该结构便于增透膜4的填孔，降低了填孔工艺的难度。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，所述第二层真空空间3有两个，两个所述第二层真空空间3均设于所述第一层真空空间2上。在本实施例中，第二层真空空间3有并列的两个，二者均在第一层真空空间2上方，且位于同一平面内且对称布置。在另外的一个第二层真空空间3中也有两个所述第二排气孔30，也有一个第一排气孔20与第一层真空空间2连通。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，所述第二层真空空间3远离所述第一层真空空间2的腔壁外覆盖有增透膜4。所述增透膜4封堵两个所述第二排气孔30。在本实施例中，采用增透膜4封堵填孔，增透膜4沉积时真空度小于1e-3mbar。在封孔同时通过高温(≥280℃)完成吸气剂5激活。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，本结构还包括设于所述第一层真空空间2内的吸气剂5。在本实施例中，封装结构中可以采用吸气剂5来吸气。优选的，本结构还包括设于所述红外CMOS读出电路8上的连接层6，所述吸气剂5沉积在所述连接层6的反射层上。在本实施例中，在原有的金属反射上生长沉积排气孔，可以使吸气剂5的面积最大化，从而可以最大化增加吸气效果，使微腔1内的真空度变得更好，探测器的性能更加，使用寿命更长；另外，由于吸气剂5的反射率可以与标准的反射镜材料Al(铝)相比，可以达到95％，因此在原有的金属反射上生长吸气剂5既可以解决MEMS与CMOS的欧姆接触问题，又能完美地解决光的反射问题。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，所述第一层真空空间2内设有微测辐射热计7(bolometer)。在本实施例中，设此微测辐射热计7可以感应腔室内辐射的红外线，利用红外线的物理性质来进行测量。
作为本发明实施例的优化方案，请参阅图1，在所述第一排气孔20以及两个所述第二排气孔30中，至少两个所述第二排气孔30通过牺牲层工艺制得。在本实施例中，排气孔是通过牺牲层工艺制得的，Y型排气孔结构有利于微腔1中牺牲层的释放。
本发明实施例提供一种非制冷红外探测器，包括红外CMOS读出电路8以及上述的像素级封装结构，所述微腔1设于所述红外CMOS读出电路8上。在本实施例中，将上述的封装结构用在非制冷红外探测器中，可以提升探测器的整体性能，且利用像素封装可以把非制冷红外sensor做到和可见光一个级别，可以使红外民用市场更加宽广。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种像素级封装结构，包括设于红外CMOS读出电路上的微腔，其特征在于：所述微腔包括供封装部件安置的第一层真空空间以及设于所述第一层真空空间上的第二层真空空间；所述第一层真空空间与所述第二层真空空间之间的腔壁上开设有第一排气孔，所述第二层真空空间远离所述第一层真空空间的一侧开设有两个第二排气孔，所述第一排气孔和两个所述第二排气孔连通。
2.如权利要求1所述的像素级封装结构，其特征在于：所述第二层真空空间有两个，两个所述第二层真空空间均设于所述第一层真空空间上。
3.如权利要求2所述的像素级封装结构，其特征在于：两个所述第二层真空空间位于同一平面内内两个所述第二层真空空间对称布置。
4.如权利要求1所述的像素级封装结构，其特征在于：所述第二层真空空间远离所述第一层真空空间的腔壁外覆盖有增透膜。
5.如权利要求4所述的像素级封装结构，其特征在于：所述增透膜封堵两个所述第二排气孔。
6.如权利要求1所述的像素级封装结构，其特征在于：还包括设于所述第一层真空空间内的吸气剂。
7.如权利要求6所述的像素级封装结构，其特征在于：还包括设于所述红外CMOS读出电路上的连接层，所述吸气剂沉积在所述连接层的反射层上。
8.如权利要求1所述的像素级封装结构，其特征在于：所述第一层真空空间内设有微测辐射热计。
9.如权利要求1所述的像素级封装结构，其特征在于：在所述第一排气孔以及两个所述第二排气孔中，至少两个所述第二排气孔通过牺牲层工艺制得。
10.一种非制冷红外探测器，包括红外CMOS读出电路，其特征在于：还包括如权利要求1-9任一所述的像素级封装结构，所述微腔设于所述红外CMOS读出电路上。
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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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