專利名稱：一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子領(lǐng)域，特別涉及一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法。
背景技術(shù)：
紅外成像技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)傳感、圖象監(jiān)測、汽車工業(yè)、消防搜救、甚至軍事上的導(dǎo)航與夜視等領(lǐng)域。紅外焦平面探測器制作技術(shù)是熱成像實現(xiàn)技術(shù)的核心，而紅外焦平面陣列探測器芯片密封封裝技術(shù)是實現(xiàn)紅外探測器成像的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，紅外焦平面陣列探測器芯片需要在真空下的密封環(huán)境中工作，否則無法發(fā)揮其測輻射熱計的成像功 能。一般而言，紅外焦平面陣列探測器高真空封裝技術(shù)采用金屬殼體作為密封腔，其典型結(jié)構(gòu)如圖I所示，殼體2為一個開口的長方體腔體，其側(cè)壁上制作了陶瓷結(jié)構(gòu)件3，陶瓷結(jié)構(gòu)件3與殼體2之間經(jīng)過金屬陶瓷共燒工藝進(jìn)行了密封焊接，陶瓷結(jié)構(gòu)件3上制作了金屬焊盤31，金屬焊盤31與殼體2側(cè)壁外附著在陶瓷結(jié)構(gòu)件3上的金屬引線32是電連通的，這樣，紅外焦平面探測器芯片I經(jīng)過金絲4與外部形成電連通，實現(xiàn)信號通信與控制，紅外焦平面探測器芯片I貼裝在熱電制冷器(TEC) 5上，熱電制冷器(TEC) 5貼裝在殼體2底板上，熱電制冷器(TEC)5可以使紅外焦平面探測器芯片I在穩(wěn)定溫度條件下工作，光學(xué)窗口 6與殼體2之間密封焊接，這樣，紅外焦平面探測器芯片I就被密封在一個密閉環(huán)境中，外部光學(xué)信號通過光學(xué)窗口 6入射到紅外焦平面探測器芯片I,光學(xué)窗口 6與殼體2形成的密封腔體需要保持高真空狀態(tài)，在產(chǎn)品使用過程中，為了保證高真空長期壽命，需要在腔體內(nèi)安裝吸氣劑7來吸附腔體內(nèi)壁以及內(nèi)部元件釋放出來的氣體，吸氣劑7與安裝有紅外焦平面探測器芯片I的熱電制冷器5在一個平面內(nèi)，這樣就導(dǎo)致殼體2內(nèi)部腔體必須增大水平面方向的空間才可以容納下吸氣劑7與熱電制冷器5等眾多元件，這種封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部元件多，體積大，而隨著紅外熱成像技術(shù)的發(fā)展，市場要求紅外熱成像設(shè)備體積盡量小一些，尤其一些便攜式紅外熱成像設(shè)備，現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)無法滿足緊湊結(jié)構(gòu)的要求，而且這種封裝結(jié)構(gòu)元件多、功耗高、成本高昂和制作工藝?yán)щy。而且對于一些紅外焦平面探測器芯片，有些情況下，需要在與外界熱絕緣較好環(huán)境下工作，上述現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)難以滿足應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝結(jié)構(gòu)和封裝方法，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、小型化、成本低真空封裝。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案一方面如下一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝結(jié)構(gòu)，包括封裝殼體、吸氣劑、紅外焦平面探測器芯片、光學(xué)窗口，所述封裝殼體和所述光學(xué)窗口組成一個真空密封腔體，所述紅外焦平面探測器芯片和所述吸氣劑安裝在所述真空密封腔體內(nèi)，所述吸氣劑位于紅外焦平面探測器芯片與封裝殼體底部之間。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)進(jìn)一步，所述封裝殼體底部中間設(shè)有兩個金屬臺，所述兩個金屬臺與封裝殼體外部設(shè)有的金屬針腳電連通，所述兩個金屬臺分別與所述吸氣劑兩端焊接，所述封裝殼體腔內(nèi)四角處設(shè)有四個小平臺，所述紅外焦平面探測器芯片四個角部安裝于所述四個小平臺上，所述紅外焦平面探測器芯片上的金屬焊盤通過金絲與封裝殼體上的金屬焊盤電連接，所述封裝殼體上的金屬焊盤與金屬針腳電連通，所述光學(xué)窗口邊緣與封裝殼體內(nèi)側(cè)的臺階型焊接區(qū)域密封連接。進(jìn)一步，所述封裝殼體主體材料為陶瓷。進(jìn)一步，所述吸氣劑為電激活式吸氣劑，可以通電激活吸氣劑，以保持其對腔體內(nèi)部殘余氣體的吸附作用，保證密封腔體環(huán)境長期穩(wěn)定，尤其是保持真空環(huán)境的真空度。進(jìn)一步，所述紅外焦平面探測器芯片四個角部與四個小平臺通過低放氣率的膠粘接或者合金焊料焊接，所述光學(xué)窗口邊緣與封裝殼體內(nèi)側(cè)臺階型焊接區(qū)域通過密封粘接材料密封粘接或合金焊料焊接?！?br> 進(jìn)一步，所述紅外焦平面探測器芯片周邊與封裝殼體的四個內(nèi)壁留有縫隙，紅外焦平面探測器芯片懸空固定于封裝殼體中，與外界形成一個良好的熱絕緣結(jié)構(gòu)，保證了密封腔體內(nèi)紅外焦平面探測器芯片上部空間與下部空間連通，使吸氣劑的真空保持能力在整個密封腔體內(nèi)有效。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案另一方面如下一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝方法，其特征在于包括，步驟一將紅外焦平面探測器芯片和吸氣劑安裝在封裝殼體的腔體內(nèi)，并使吸氣劑位于紅外焦平面探測器芯片與封裝殼體底部之間；步驟二 將光學(xué)窗口與封裝殼體密封連接形成一個真空密封腔體。進(jìn)一步，所述一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝方法，其特征在于還包括制備封裝殼體，使所述封裝殼體包括封裝殼體底部中間的兩個金屬臺、封裝殼體腔內(nèi)四角處的四個小平臺、封裝殼體內(nèi)側(cè)的金屬焊盤、封裝殼體內(nèi)側(cè)臺階型焊接區(qū)域和封裝殼體外部的金屬針腳，封裝殼體內(nèi)側(cè)的金屬焊盤與金屬針腳電連通。進(jìn)一步，所述步驟一具體包括將吸氣劑兩端焊接在所述兩個金屬臺上；將紅外焦平面探測器芯片四個角部通過低放氣率的膠粘接或者合金焊料焊接在所述四個小平臺上，通過金絲使紅外焦平面探測器芯片上的金屬焊盤與封裝殼體內(nèi)側(cè)的金屬焊盤電連接。進(jìn)一步，所述吸氣劑使用電激活式吸氣劑。進(jìn)一步，所述紅外焦平面探測器芯片周邊與封裝殼體的四個內(nèi)壁留有縫隙。進(jìn)一步，所述步驟二具體為，將光學(xué)窗口與封裝殼體內(nèi)側(cè)臺階型焊接區(qū)域通過密封粘接材料密封粘接或合金焊料焊接形成一個真空密封腔體。進(jìn)一步,所述封裝殼體主體材料使用陶瓷。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明極大地縮小密封腔體內(nèi)部空間，將紅外焦平面探測器芯片與吸氣劑由傳統(tǒng)的平行安裝方式改變?yōu)榇怪卑惭b方式，減小了封裝結(jié)構(gòu)的體積，實現(xiàn)了便攜式熱成像應(yīng)用對紅外焦平面探測器封裝結(jié)構(gòu)小型化要求，而且，這種封裝結(jié)構(gòu)還為紅外焦平面探測器芯片提供了簡潔而有效的熱絕緣結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)其熱絕緣工作模式。本發(fā)明還顯著簡化了紅外焦平面陣列探測器芯片的封裝結(jié)構(gòu)，降低了封裝成本。


圖I為現(xiàn)有的紅外焦平面探測器芯片密封封裝典型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有的紅外焦平面探測器芯片密封封裝典型結(jié)構(gòu)爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明紅外焦平面探測器芯片密封封裝結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明紅外焦平面探測器芯片密封封裝結(jié)構(gòu)爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明封裝殼體結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下A、封裝殼體，B、紅外焦平面探測器芯片，C、光學(xué)窗口，D、吸氣劑，E、金絲。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖I和圖2所示，現(xiàn)有紅外焦平面陣列探測器高真空封裝技術(shù)采用金屬殼體作為密封腔體，殼體2為一個開口的長方體腔體，其側(cè)壁上制作了陶瓷結(jié)構(gòu)件3，陶瓷結(jié)構(gòu)件3與殼體2之間經(jīng)過金屬陶瓷共燒工藝進(jìn)行了密封焊接，陶瓷結(jié)構(gòu)件3上制作了金屬焊盤31，金屬焊盤31與殼體2側(cè)壁外附著在陶瓷結(jié)構(gòu)件3上的金屬引線32是電連通的，這樣，紅外焦平面探測器芯片I經(jīng)過金絲4與外部形成電連通，實現(xiàn)信號通信與控制，紅外焦平面探測器芯片I貼裝在熱電制冷器(TEC) 5上，熱電制冷器(TEC) 5貼裝在殼體2底板上，熱電制冷器(TEC)5可以使紅外焦平面探測器芯片I在穩(wěn)定溫度條件下工作，光學(xué)窗口 6與殼體2之間密封焊接，這樣，紅外焦平面探測器芯片I就被密封在一個密閉環(huán)境中，外部光學(xué)信號通過光學(xué)窗口 6入射到紅外焦平面探測器芯片1，光學(xué)窗口 6與殼體2形成的密封腔體需要保持高真空狀態(tài)，在產(chǎn)品使用過程中，為了保證高真空長期壽命，需要在腔體內(nèi)安裝吸氣劑7來吸附腔體內(nèi)壁以及內(nèi)部元件釋放出來的氣體，吸氣劑7與安裝有紅外焦平面探測器芯片I的熱電制冷器5在一個平面內(nèi)。如圖3、圖4和圖5所示，封裝殼體A和光學(xué)窗口 C形成一個封閉腔體，將紅外焦平面探測器芯片B密封在一個真空環(huán)境中，封裝殼體A主體材料一般為陶瓷，封裝殼體A底部中間設(shè)有兩個金屬臺A2，電激活式吸氣劑D焊接在封裝殼體A內(nèi)部底部的兩個金屬臺A2，這兩個金屬臺A2與封裝殼體A外部的金屬針腳A5也是電連通的，這樣，通過外部的金屬針腳A5，就可以通電激活吸氣劑D，以保持對腔體內(nèi)部殘余氣體的吸附作用，保證密封腔體環(huán)境長期穩(wěn)定，尤其是真空環(huán)境時的真空度保持，封裝殼體A腔內(nèi)四角設(shè)有四個小平臺Al，紅外焦平面探測器芯片B四個角部安裝于封裝殼體A的四個小平臺Al上，可以通過低放氣率的膠或者合金焊料來粘接，這樣紅外焦平面探測器芯片就懸空固定于封裝殼體A中，與外界形成一個良好的熱絕緣結(jié)構(gòu)，紅外焦平面探測器芯片B上的金屬焊盤BI通過金絲E與封裝殼體A上的焊盤A3形成電連接，而封裝殼體A上的焊盤A3與其外部的金屬針腳A5之間是內(nèi)部電導(dǎo)通的，從而實現(xiàn)紅外焦平面探測器芯片B與外部電路的電連接，光學(xué)窗口 C通過密封粘接材料或合金焊料焊接在封裝殼體A上的臺階型焊接區(qū)域A4形成密封結(jié)構(gòu)，紅外焦平面探測器芯片B的中間部分為像元陣列，可以通過紅外光學(xué)窗口 C，接收外部場景的輻射，以獲得外部熱圖象，封裝殼體A的內(nèi)壁稍大于紅外焦平面探測器芯片B，這樣在紅外焦平面探測器芯片B周邊與封裝殼體A的四個內(nèi)壁形成一些縫隙，這樣既最大限度地節(jié)省了封裝殼體A內(nèi)部的空間，縮小整個封裝結(jié)構(gòu)的體積，也保證了密封結(jié)構(gòu)內(nèi)紅外焦平面探測器芯片B上部空間與下部空間連同，使吸氣劑D的真空保持能力在整個密封腔體內(nèi)有效。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于包括，封裝殼體、吸氣齊 、紅外焦平面探測器芯片、光學(xué)窗口，所述封裝殼體和所述光學(xué)窗口組成一個真空密封腔體，所述紅外焦平面探測器芯片和所述吸氣劑安裝在所述真空密封腔體內(nèi)，所述吸氣劑位于紅外焦平面探測器芯片與封裝殼體底部之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝殼體底部中間設(shè)有兩個金屬臺，所述兩個金屬臺與封裝殼體外部設(shè)有的金屬針腳電連通，所述兩個金屬臺分別與所述吸氣劑兩端焊接，所述封裝殼體腔內(nèi)四角處設(shè)有四個平臺，所述紅外焦平面探測器芯片四個角部安裝于所述四個平臺上，所述紅外焦平面探測器芯片上的金屬焊盤通過金絲與封裝殼體上的金屬焊盤電連接，所述封裝殼體上的金屬焊盤與金屬針腳電連通，所述光學(xué)窗口邊緣與封裝殼體內(nèi)側(cè)的臺階型焊接區(qū)域密封連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝殼體主體材料為陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述吸氣劑為電激活式吸氣劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述紅外焦平面探測器芯片四個角部與四個平臺通過低放氣率的膠粘接或者合金焊料焊接，所述光學(xué)窗口邊緣與封裝殼體內(nèi)側(cè)臺階型焊接區(qū)域通過密封粘接材料密封粘接或合金焊料焊接。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述紅外焦平面探測器芯片周邊與封裝殼體的四個內(nèi)壁留有縫隙。
7.—種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝方法，其特征在于包括， 步驟一將紅外焦平面探測器芯片和吸氣劑安裝在封裝殼體的腔體內(nèi)，并使吸氣劑位于紅外焦平面探測器芯片與封裝殼體底部之間； 步驟二 將光學(xué)窗口與封裝殼體密封連接形成一個真空密封腔體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝方法，其特征在于還包括制備封裝殼體，使所述封裝殼體包括封裝殼體底部中間的兩個金屬臺、封裝殼體腔內(nèi)四角處的四個平臺、封裝殼體內(nèi)側(cè)的金屬焊盤、封裝殼體內(nèi)側(cè)臺階型焊接區(qū)域和封裝殼體外部的金屬針腳，封裝殼體內(nèi)側(cè)的金屬焊盤與金屬針腳電連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝方法，其特征在于，所述步驟一具體包括， 將吸氣劑兩端焊接在所述兩個金屬臺上； 將紅外焦平面探測器芯片四個角部通過低放氣率的膠粘接或者合金焊料焊接在所述四個平臺上，通過金絲使紅外焦平面探測器芯片上的金屬焊盤與封裝殼體內(nèi)側(cè)的金屬焊盤電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或9所述一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝方法，其特征在于，所述吸氣劑使用電激活式吸氣劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求7或9所述一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝方法，其特征在于，所述紅外焦平面探測器芯片周邊與封裝殼體的四個內(nèi)壁留有縫隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝方法，其特征在于，所述步驟二具體為，將光學(xué)窗口與封裝殼體內(nèi)側(cè)臺階型焊接區(qū)域通過密封粘接材料密封粘接或合金焊料焊接形成一個真空密封腔體。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝方法，其特征在于，所述封裝殼體主體材料使用陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，具體方法包括兩個步驟，步驟一將紅外焦平面探測器芯片和吸氣劑安裝在封裝殼體的腔體內(nèi)，并使吸氣劑位于紅外焦平面探測器芯片與封裝殼體底部之間；步驟二將光學(xué)窗口與封裝殼體密封連接形成一個真空密封腔體。本發(fā)明顯著縮小了紅外焦平面探測器芯片真空密封封裝結(jié)構(gòu)體積，將紅外焦平面探測器芯片與吸氣劑由傳統(tǒng)的平行安裝方式改變?yōu)榇怪卑惭b方式，實現(xiàn)了便攜式熱成像應(yīng)用對紅外焦平面探測器封裝結(jié)構(gòu)小型化要求，而且，這種封裝結(jié)構(gòu)還為紅外焦平面探測器芯片提供了簡潔而有效的熱絕緣結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)其熱絕緣工作模式，而且該密封封裝結(jié)構(gòu)簡潔，成本低廉。
文檔編號H01L27/146GK102956662SQ20121047873
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者熊筆鋒, 馬宏, 王宏臣, 江斌 申請人:煙臺睿創(chuàng)微納技術(shù)有限公司