本發(fā)明涉及紅外探測器領(lǐng)域，尤其涉及一種吸氣劑可電激活的紅外探測器結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、隨著近年來科技不斷的進(jìn)步以及社會不斷的發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)(mems)得到了極大的發(fā)展，相應(yīng)的，mems傳感器也得到了極大的發(fā)展，其已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于汽車、安防、物醫(yī)學(xué)、電力、智慧樓宇、森林防火、智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。

2、隨著紅外探測技術(shù)的不斷發(fā)展，晶圓級封裝(wafer?level?package，簡稱為wlp)逐漸成為最重要的封裝形式。由于晶圓級封裝探測器的敏感像元需要工作在高真空狀態(tài)下，需要吸氣劑在探測器封裝過程中去除器件內(nèi)部的空氣，實現(xiàn)并維持高真空封裝狀態(tài)，使得器件能夠保持長時間穩(wěn)定工作。

3、在探測器的晶圓級封裝中，一般利用非蒸散型薄膜吸氣劑作為吸氣材料。薄膜吸氣劑通常采用半導(dǎo)體沉積工藝制作在晶圓級封裝的封裝蓋板上。對于紅外探測器而言，封裝蓋板上大部分區(qū)域是對應(yīng)微橋陣列的紅外增透窗口，可供吸氣劑占用的面積非常有限。而真空環(huán)境又需要足夠的吸氣劑面積才能維持腔體內(nèi)部的真空度，所以如何在不影響紅外窗口尺寸的情況下，盡可能增大吸氣劑的面積，是當(dāng)前晶圓級封裝需要解決的問題。

4、另外，薄膜吸氣劑通常需要在較高溫度條件下激活，溫度越高，激活效果越好。在紅外探測器的真空封裝中，吸氣劑的激活條件需要與mems器件兼容，為避免激活溫度過高破壞探測器微橋陣列和電路結(jié)構(gòu)，研究人員積極尋找新型激活方法，以來降低激活溫度并最大限度減少對其他器件的影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種吸氣劑可電激活的紅外探測器結(jié)構(gòu)及其制造方法，其能夠在不影響紅外窗口尺寸的情況下提供足夠的吸氣劑的面積，且吸氣劑層的高溫激活不影響探測器芯片上的微橋陣列區(qū)域。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種吸氣劑可電激活的紅外探測器結(jié)構(gòu)，包括：探測器芯片晶圓，包括：襯底、設(shè)置在所述襯底表面的微橋陣列、設(shè)置在所述襯底表面且環(huán)繞所述微橋陣列的第一密封環(huán)、設(shè)置在所述襯底表面且位于所述第一密封環(huán)與所述微橋陣列之間的電連接墊；封蓋，鍵合在所述探測器芯片晶圓上，所述封蓋包括：深腔、設(shè)置在深腔側(cè)墻頂面的第二密封環(huán)、設(shè)置在所述深腔底面的窗口、位于所述第二密封環(huán)與所述窗口之間的凸起、覆蓋所述凸起表面的金屬層、覆蓋所述金屬層部分表面的吸氣劑層；其中，所述第二密封環(huán)通過第一焊接層與所述第一密封環(huán)焊接，所述凸起頂面的未被所述吸氣劑層覆蓋的所述金屬層通過第二焊接層與所述電連接墊焊接，所述電連接墊用于使所述金屬層通電以激活所述吸氣劑層，所述窗口與所述微橋陣列對應(yīng)。

3、在一實施例中，所述電連接墊的頂面高于所述第一密封環(huán)的頂面。

4、在一實施例中，位于所述凸起頂面的未被所述吸氣劑層覆蓋的金屬層的表面與所述第二密封環(huán)的頂面平齊。

5、在一實施例中，所述封蓋包括多個所述凸起，所述金屬層還覆蓋相鄰的所述凸起之間的深腔底面。

6、在一實施例中，在與所述電連接墊焊接的金屬層所在的所述凸起與所述窗口之間具有至少一覆蓋有所述金屬層以及所述吸氣劑層的所述凸起。

7、在一實施例中，所述探測器芯片晶圓包括至少兩個電連接墊，所述至少兩個電連接墊分別與所述金屬層的不同區(qū)域電連接，以使電流能夠流經(jīng)所述金屬層被所述吸氣劑層所覆蓋的全部區(qū)域。

8、在一實施例中，所述探測器芯片晶圓還包括設(shè)置在所述襯底表面的導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)通過位于所述襯底內(nèi)的電路與所述電連接墊連接，所述導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)能夠作為所述電連接結(jié)構(gòu)對外連接的端口。

9、在一實施例中，所述凸起為梯形柱狀構(gòu)型。

10、本發(fā)明實施例還提供一種吸氣劑可電激活的紅外探測器結(jié)構(gòu)的制造方法，所述制造方法包括如下步驟：提供探測器芯片晶圓，所述探測器芯片晶圓包括：襯底、設(shè)置在所述襯底表面的微橋陣列、設(shè)置在所述襯底表面且環(huán)繞所述微橋陣列的第一密封環(huán)、設(shè)置在所述襯底表面且位于所述第一密封環(huán)與所述微橋陣列之間的電連接墊；提供封蓋，所述封蓋包括：深腔、設(shè)置在深腔側(cè)墻頂面的第二密封環(huán)、設(shè)置在所述深腔底面的窗口、位于所述第二密封環(huán)與所述窗口之間的凸起、覆蓋所述凸起表面的金屬層、覆蓋所述金屬層部分表面的吸氣劑層；將所述探測器芯片晶圓與所述封蓋鍵合，所述第二密封環(huán)通過第一焊接層與所述第一密封環(huán)焊接，所述凸起頂面的未被所述吸氣劑層覆蓋的所述金屬層通過第二焊接層與所述電連接墊焊接，所述電連接墊用于使所述金屬層通電，所述窗口與所述微橋陣列對應(yīng)。

11、在一實施例中，將所述探測器芯片晶圓與所述封蓋鍵合的步驟中，或者將所述探測器芯片晶圓與所述封蓋鍵合的步驟之后，向所述電連接墊通電，以使所述金屬層通電進(jìn)而激活所述吸氣劑層。

12、在一實施例中，提供探測器芯片晶圓的步驟具體包括：在所述襯底表面形成所述微橋陣列；在所述襯底表面形成所述第一密封環(huán)以及所述電連接墊。

13、在一實施例中，提供封蓋的步驟具體包括：刻蝕封蓋基體，形成所述深腔以及所述凸起；沉積金屬材料層并圖形化，以在所述深腔側(cè)墻頂面形成所述第二密封環(huán)以及在所述凸起表面形成所述金屬層；形成所述吸氣劑層。

14、在一實施例中，將所述探測器芯片晶圓與所述封蓋鍵合的步驟具體包括：在所述第二密封環(huán)以及所述凸起頂面的未被所述吸氣劑層覆蓋的所述金屬層的表面覆蓋焊料層，和/或在所述第一密封環(huán)以及所述電連接墊的表面覆蓋焊料層；將所述封蓋倒扣在所述探測器芯片晶圓上，并執(zhí)行鍵合工藝。

15、本發(fā)明實施例提供的紅外探測器結(jié)構(gòu)中，所述吸氣劑層設(shè)置在所述封蓋深腔底部的所述凸起的表面，在所述吸氣劑層在所述深腔底部的投影面積一定的情況下大大增加了所述吸氣劑層的表面積，以在不影響紅外窗口尺寸的情況下提供足夠的吸氣劑的面積，提升了吸氣劑的吸氣能力，改善探測器的真空封裝效果；并且，本發(fā)明實施例提供的探測器利用電連接墊使金屬層通電，金屬層在電流的作用下發(fā)熱，能夠加熱覆蓋在金屬層表面的吸氣劑層，進(jìn)而實現(xiàn)了吸氣劑層的高溫激活，且不影響探測器芯片上微橋陣列區(qū)域，從而避免了傳統(tǒng)探測器晶圓級封裝時，需要對封蓋和下方的探測器芯片晶圓同時進(jìn)行高溫加熱，維持整個封裝環(huán)境的高溫狀態(tài)才能激活吸氣劑的情況，不會因激活溫度過高破壞探測器的熱敏像元材料的性能，大大提高了探測器熱敏像元材料的性能，提高了探測器的可靠性。另外，本發(fā)明吸氣劑層采用電激活，若封裝及后期使用過程中發(fā)現(xiàn)吸氣劑性能下降，可以二次激活，改善探測器真空腔內(nèi)部的真空度。

技術(shù)特征：

1.一種吸氣劑可電激活的紅外探測器結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外探測器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電連接墊的頂面高于所述第一密封環(huán)的頂面。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紅外探測器結(jié)構(gòu)，其特征在于，位于所述凸起頂面的未被所述吸氣劑層覆蓋的金屬層的表面與所述第二密封環(huán)的頂面平齊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外探測器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封蓋包括多個所述凸起，所述金屬層還覆蓋相鄰的所述凸起之間的深腔底面。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紅外探測器結(jié)構(gòu)，其特征在于，在與所述電連接墊焊接的金屬層所在的所述凸起與所述窗口之間具有至少一覆蓋有所述金屬層以及所述吸氣劑層的所述凸起。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外探測器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述探測器芯片晶圓包括至少兩個電連接墊，所述至少兩個電連接墊分別與所述金屬層的不同區(qū)域電連接，以使電流能夠流經(jīng)所述金屬層被所述吸氣劑層所覆蓋的全部區(qū)域。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外探測器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述探測器芯片晶圓還包括設(shè)置在所述襯底表面的導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)通過位于所述襯底內(nèi)的電路與所述電連接墊連接，所述導(dǎo)電連接結(jié)構(gòu)能夠作為所述電連接結(jié)構(gòu)對外連接的端口。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外探測器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凸起為梯形柱狀構(gòu)型。

9.一種吸氣劑可電激活的紅外探測器結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于，將所述探測器芯片晶圓與所述封蓋鍵合的步驟中，或者將所述探測器芯片晶圓與所述封蓋鍵合的步驟之后，向所述電連接墊通電，以使所述金屬層通電進(jìn)而激活所述吸氣劑層。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于，提供探測器芯片晶圓的步驟具體包括：

12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于，提供封蓋的步驟具體包括：刻蝕封蓋基體，形成所述深腔以及所述凸起；

13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于，將所述探測器芯片晶圓與所述封蓋鍵合的步驟具體包括；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種吸氣劑可電激活的紅外探測器結(jié)構(gòu)及其制造方法，紅外探測器結(jié)構(gòu)包括探測器芯片晶圓以及封蓋，探測器芯片晶圓包括電連接墊，封蓋鍵合在探測器芯片晶圓上，封蓋包括深腔、位于深腔底部的凸起、覆蓋凸起表面的金屬層、覆蓋金屬層部分表面的吸氣劑層。本發(fā)明吸氣劑層設(shè)置在封蓋深腔底部的凸起的表面，大大增加了吸氣劑層的表面積，以在不影響紅外窗口尺寸的情況下提供足夠的吸氣劑的面積，提升了吸氣劑的吸氣能力；并且，本發(fā)明利用電連接墊使金屬層通電，能夠加熱覆蓋在金屬層表面的吸氣劑層，進(jìn)而實現(xiàn)了吸氣劑層的高溫激活，且不影響探測器芯片上微橋陣列區(qū)域，大大提高了探測器熱敏像元材料的性能，且吸氣劑層可二次激活，改善探測器的真空度。

技術(shù)研發(fā)人員：錢良山,范延軍,馬志剛,姜驥,吳高軍,姜利軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大立科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/2