CN216116380U - 一种基于mems工艺的非制冷红外探测器封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，在衬底上形成有有效元、衬底热短参考元和盲元，有效元通过第一支撑层、第二支撑层和密封层封装，第一支撑层支承于衬底上并且将有效元罩设于内，第一支撑层上设有多个第一释放孔，第二支撑层支承于第一支撑层上并且图形化为多个封闭盖，各封闭盖一一对应地将各第一释放孔盖合于内，封闭盖设有第二释放孔；密封层叠合于第二支撑层上并且闭合各第二释放孔。通过第一支撑层、第二支撑层和密封层配合，能将有效元独立地封装在可靠密封的真空微腔内，工艺简单，无需盖帽晶圆即能可靠地完成探测器的封装，极大地降低了非制冷红外探测器的封装成本和生产成本。
Description
技术领域
本实用新型属于红外探测器技术领域，具体涉及非制冷红外探测器的封装技术，尤其涉及一种基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构。
背景技术
红外探测器是将吸收的红外信号转变成电信号输出的器件，目前非制冷红外探测器主要采用的封装方式有金属封装方式、陶瓷封装方式和晶圆级封装方式。
金属封装方式和陶瓷封装方式的封装成本占整个探测器成本的90％，成本高昂且效率低下。晶圆级封装方式是将盖帽晶圆与在读出电路上加工好的红外焦平面晶圆进行键合，划片处理后得到单个晶圆级探测器芯片，工艺集成度较高，可以实现批量制造，但是其封装效果受键合工艺影响较大。
实用新型内容
本实用新型涉及一种基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本实用新型涉及一种基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，包括衬底，在所述衬底上形成有有效元、衬底热短参考元和盲元，所述有效元由第一封装单元封装，所述第一封装单元包括第一支撑组件和密封层，所述第一支撑组件包括第一支撑层和第二支撑层；
所述第一支撑层呈罩式结构，所述第一支撑层支承于所述衬底上并且将所述有效元罩设于内，所述第一支撑层的罩顶与所述有效元之间具有间距并且于该罩顶上开设有多个第一释放孔；
所述第二支撑层支承于所述第一支撑层上并且图形化为多个封闭盖，所述封闭盖与所述第一释放孔的数量相同并且一一对应配置，所述封闭盖将对应的第一释放孔盖合于内，所述封闭盖的盖顶与对应的第一释放孔之间具有间距并且于该盖顶上开设有第二释放孔；
所述密封层叠合于所述第二支撑层上并且闭合各所述第二释放孔。
作为实施方式之一，所述密封层采用红外增透膜。
作为实施方式之一，所述第二释放孔在水平面上的投影偏离于对应第一释放孔在该水平面上的投影。
作为实施方式之一，所述第一支撑层为非晶硅支撑层。
作为实施方式之一，所述衬底热短参考元以及所述盲元分别通过第二封装单元封装，所述第二封装单元包括封装帽，所述封装帽支承于所述衬底上并且将对应的模块罩设于内。
作为实施方式之一，所述封装帽为非晶硅封装层。
作为实施方式之一，所述衬底上还形成有光学参考元，所述光学参考元由第三封装单元封装。
作为实施方式之一，所述第三封装单元包括第二支撑组件，所述第二支撑组件的组成结构与所述第一支撑组件相同，其中，所述第二支撑组件的各第二释放孔通过封孔件封堵。
作为实施方式之一，所述封孔件为膜式封孔件并且采用非红外增透膜。
作为实施方式之一，所述有效元、所述光学参考元与所述衬底热短参考元位于所述盲元的同一侧，并且所述有效元、所述衬底热短参考元与所述光学参考元沿所述盲元的长度方向依次排列。
本实用新型至少具有如下有益效果：
本实用新型提供的非制冷红外探测器封装结构，通过第一支撑层、第二支撑层和密封层配合，在较好释放封装过程中所利用的牺牲层的同时，能将有效元独立地封装在可靠密封的真空微腔内，工艺简单，无需盖帽晶圆即能可靠地完成探测器的封装，极大地降低了非制冷红外探测器的封装成本和生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为封装前的器件晶圆MEMS布局俯视图；
图2为封装前的器件晶圆侧视图(其中省略了衬底热短参考元)；
图3-图11为本实用新型实施例提供的非制冷红外探测器封装结构的加工工艺流程图；其中，
图3为制备第二牺牲层的步骤图；
图4为制备第一支撑层的步骤图；
图5为刻蚀第一释放孔的步骤图；
图6为刻蚀第一释放孔后的俯视图；
图7为制备第三牺牲层的步骤图；
图8为制备第二支撑层的步骤图；
图9为刻蚀第二释放孔的步骤图；
图10为释放各牺牲层的步骤图；
图11为密封各第二释放孔后的封装结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
如图11，本实用新型实施例提供一种基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，包括衬底5，在所述衬底5上形成有有效元1、衬底热短参考元3和盲元4，所述有效元1由第一封装单元封装，所述第一封装单元包括第一支撑组件和密封层83，所述第一支撑组件包括第一支撑层81和第二支撑层82；所述第一支撑层81呈罩式结构，所述第一支撑层81支承于所述衬底5上并且将所述有效元1罩设于内，所述第一支撑层81的罩顶与所述有效元1之间具有间距并且于该罩顶上开设有多个第一释放孔811；所述第二支撑层82支承于所述第一支撑层81上并且图形化为多个封闭盖，所述封闭盖与所述第一释放孔811的数量相同并且一一对应配置，所述封闭盖将对应的第一释放孔811盖合于内，所述封闭盖的盖顶与对应的第一释放孔811之间具有间距并且于该盖顶上开设有第二释放孔；所述密封层83叠合于所述第二支撑层82上并且闭合各所述第二释放孔。
衬底5以及在衬底5上形成有效元1、衬底热短参考元3和盲元4均为本领域常规结构，此处不作赘述。
上述第一支撑层81的形成方式大致为：如图1-图6，在有效元1的第一牺牲层6上制备第二牺牲层7，再在该第二牺牲层7上形成上述的第一支撑层81；当第一牺牲层6和第二牺牲层7被释放后，即能在第一支撑层81的罩顶与有效元1之间形成间距。在其中一个实施例中，上述第一支撑层81为非晶硅支撑层，其可采用镀膜工艺在上述第二牺牲层7上沉积形成；采用非晶硅作为支撑层，在保证良好支撑封装效果的同时，能保持探测器的响应率和灵敏度。
上述第二支撑层82的形成方式大致为：如图7-图9，在第一支撑层81上制备第三牺牲层9，并对该第三牺牲层9进行图形化，再在该第三牺牲层9上形成上述的第二支撑层82；当第三牺牲层9被释放后，即能在封闭盖的盖顶与第一支撑层81之间形成间距。在其中一个实施例中，上述第二支撑层82采用薄膜沉积技术制备，其也可采用非晶硅薄膜或其它红外增透膜。可以理解地，通过上述第三牺牲层9的图形化可完成第二支撑层82的上述图像化，即对第一支撑层81上的第三牺牲层9进行刻槽，当第二支撑层82沉积时，可在未被刻蚀掉的第三牺牲层9上形成上述的多个封闭盖，在被刻蚀掉的槽区，该第二支撑层82的材料相应地沉积附着在第一支撑层81上。
如图10，通过上述第二释放孔与第一释放孔811组合，可形成一个微通道，便于各牺牲层的释放。
在其中一个实施例中，第一释放孔811的排布方式与有效元1的各像素单元11的排布方式相同，一般地，有效元1的各像素单元11呈阵列排布，则各第一释放孔811也在第一支撑层81上阵列设置，第一释放孔811的数量与有效元1的像素单元11数量相同并且一一对应设置，例如第一释放孔811位于对应的像素单元11的正上方。
进一步优选地，如图9-图11，第二释放孔优选为与对应的第一释放孔811错位，也即所述第二释放孔在水平面上的投影偏离于对应第一释放孔811在该水平面上的投影；基于该设计，可提高密封层83对第二释放孔的密封效果，也即能有效地提高上述第一封装单元的真空密封状态。
优选地，上述密封层83采用红外增透膜，能保持探测器的响应率和灵敏度，例如采用AR(Anti-Reflection)膜。该密封层83无需进行图形化。
进一步优化上述封装结构，所述衬底热短参考元3以及所述盲元4分别通过第二封装单元封装，所述第二封装单元包括封装帽，所述封装帽支承于所述衬底5上并且将对应的模块罩设于内。其中，优选地，上述衬底热短参考元3与盲元4的封装与上述有效元1的封装同期进行，具体地，在有效元1上制备第二牺牲层7时，该第二牺牲层7一并在衬底热短参考元3和盲元4上形成，按照模块区域对该第二牺牲层7进行图形化，在第二牺牲层7制备第一支撑层81时，该第一支撑层81一并在衬底热短参考元3和盲元4上形成从而构成上述的封装帽；也即，上述的封装帽与上述第一支撑层81的结构相同，其优选为采用非晶硅封装层；进一步地，制备上述第三牺牲层9和第二支撑层82时，将衬底热短参考元3和盲元4上的第三牺牲层9全部刻蚀掉，以及将衬底热短参考元3和盲元4上的第二支撑层82全部刻蚀掉。
进一步地，如图1-图11，所述衬底5上还形成有光学参考元2；光学参考元2在衬底5上的设置也为本领域常规结构，在可选的实施例中，如图1，所述有效元1、所述光学参考元2与所述衬底热短参考元3位于所述盲元4的同一侧，并且所述有效元1、所述衬底热短参考元3与所述光学参考元2沿所述盲元4的长度方向依次排列。
上述光学参考元2由第三封装单元封装。该光学参考元2的封装与上述有效元1的封装优选为同期进行，以提高封装效率。在其中一个实施例中，如图3-图11，所述第三封装单元包括第二支撑组件，所述第二支撑组件的组成结构与所述第一支撑组件相同，所述第二支撑组件的各第二释放孔通过封孔件84封堵。其中，在有效元1上制备第二牺牲层7时，该第二牺牲层7一并在光学参考元2形成，按照模块区域对该第二牺牲层7进行图形化，在第二牺牲层7制备第一支撑层81时，该第一支撑层81一并在光学参考元2上形成；因此能根据衬底5上的功能模块而各自独立地封装，各功能模块分别封装在各自独立的真空微腔内，但不会降低封装效率。上述封孔件84优选为采用膜式封孔件84并且采用非红外增透膜；其可在光学参考元2的第二支撑层82上设置非红外增透膜并进行图形化以形成多个上述的封孔件84。
本实施例提供的非制冷红外探测器封装结构，通过第一支撑层81、第二支撑层82和密封层83配合，在较好释放封装过程中所利用的牺牲层的同时，能将有效元1独立地封装在可靠密封的真空微腔内，工艺简单，无需盖帽晶圆即能可靠地完成探测器的封装，极大地降低了非制冷红外探测器的封装成本和生产成本。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，包括衬底，在所述衬底上形成有有效元、衬底热短参考元和盲元，其特征在于：所述有效元由第一封装单元封装，所述第一封装单元包括第一支撑组件和密封层，所述第一支撑组件包括第一支撑层和第二支撑层；
所述第一支撑层呈罩式结构，所述第一支撑层支承于所述衬底上并且将所述有效元罩设于内，所述第一支撑层的罩顶与所述有效元之间具有间距并且于该罩顶上开设有多个第一释放孔；
所述第二支撑层支承于所述第一支撑层上并且图形化为多个封闭盖，所述封闭盖与所述第一释放孔的数量相同并且一一对应配置，所述封闭盖将对应的第一释放孔盖合于内，所述封闭盖的盖顶与对应的第一释放孔之间具有间距并且于该盖顶上开设有第二释放孔；
所述密封层叠合于所述第二支撑层上并且闭合各所述第二释放孔。
2.如权利要求1所述的基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，其特征在于：所述密封层采用红外增透膜。
3.如权利要求1所述的基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，其特征在于：所述第二释放孔在水平面上的投影偏离于对应第一释放孔在该水平面上的投影。
4.如权利要求1所述的基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，其特征在于：所述第一支撑层为非晶硅支撑层。
5.如权利要求1所述的基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，其特征在于：所述衬底热短参考元以及所述盲元分别通过第二封装单元封装，所述第二封装单元包括封装帽，所述封装帽支承于所述衬底上并且将对应的模块罩设于内。
6.如权利要求5所述的基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，其特征在于：所述封装帽为非晶硅封装层。
7.如权利要求1所述的基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，其特征在于：所述衬底上还形成有光学参考元，所述光学参考元由第三封装单元封装。
8.如权利要求7所述的基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，其特征在于：所述第三封装单元包括第二支撑组件，所述第二支撑组件的组成结构与所述第一支撑组件相同，其中，所述第二支撑组件的各第二释放孔通过封孔件封堵。
9.如权利要求8所述的基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，其特征在于：所述封孔件为膜式封孔件并且采用非红外增透膜。
10.如权利要求7所述的基于MEMS工艺的非制冷红外探测器封装结构，其特征在于：所述有效元、所述光学参考元与所述衬底热短参考元位于所述盲元的同一侧，并且所述有效元、所述衬底热短参考元与所述光学参考元沿所述盲元的长度方向依次排列。
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