CN101752456B - 红外焦平面探测器封装窗口的制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种红外焦平面探测器封装窗口的制作工艺，它包括在基片上用掩膜方法制备出图形结构；用蒸发方法在基片上沉积出铆定层、阻隔层和一层薄Au作为保护层；然后去除掩膜，在Au保护层上再电镀出2.4μm厚的金层。本发明的红外焦平面探测器窗口的制作工艺由于将蒸发沉积法镀Au和电镀法镀Au结合使用，电镀法的优点可以弥补蒸发方法的缺点，对于提高红外焦平面探测器的封装质量，降低成本与能耗具有重大意义。

Description

红外焦平面探测器封装窗口的制作工艺

技术领域

本发明涉及光电技术，特别涉及一种红外焦平面探测器封装窗口的制作工艺。

背景技术

红外焦平面探测技术的发展对器件封装与红外薄膜滤光片提出了更高的要求。新一代封装技术将红外薄膜滤光片与红外窗口集成在一起，红外薄膜滤光片直接镀制在红外窗口上，再在窗口四周金属化，最后将红外窗口与红外焦平面阵列焊接成红外焦平面探测器。

目前，红外窗口制作工艺中通常采用蒸发方法实现金属化。该方法首先在Si或Ge基片上蒸发沉积一层金属Cr或Ti作为铆定层，然后在铆定层上再蒸发沉积一层金属Ni、Pd或Pt作为阻隔层，再在阻隔层上沉积一层金属Au作为焊接层。蒸发方法的优点在于金层厚度易于控制，工艺过程简单，对环境的污染小。

但是，蒸发方法镀Au存在以下几个缺点：

1、镀Au无选择性。蒸发时Au均匀沉积在表面，不需焊接的区域也会沉积Au层，该方法对Au的浪费严重，Au的使用效率很低。因此蒸发方法镀Au成本很高。

2、Au层的牢固性能差。蒸发方法沉积的Au层为柱状结构，Au层的内应力大，造成Au层的牢固性差。

3、蒸发方法所需设备庞大，价格昂贵，能耗高。

电镀法镀Au历史悠久，工艺成熟，设备简单。此外，可以实现选择性高速镀Au，电镀Au层牢固性、可焊性好。因此，电镀Au可以有效降低生产成本，提高Au的使用效率和Au层的质量，降低生产能耗。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种将蒸发沉积法镀Au和电镀法镀Au结合使用的红外焦平面探测器窗口的制作工艺。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种红外焦平面探测器封装窗口的制作工艺，包括以下步骤：

A、以Si或Ge晶圆作为基片，利用掩膜方法制备出需要的图形结构；

B、采用蒸发方法在基片上沉积一层Cr或Ti作为铆定层，然后在铆定层上再沉积一层Ni、Pd或Pt作为阻隔层；

C、利用蒸发方法在阻隔层上沉积一层Au作为保护层；

D、利用去掩膜液去除掩膜；

E、将基片装入夹具，用超声波在洗涤液中清洗基片表面后烘干；

F、在基片上焊接电极引线或用鳄鱼夹作为电极夹住基片；

G、将装有基片的夹具浸入配制好的电镀液中，设定电流对基片镀金；

H、电镀好后取出夹具，放入超声波中，用去离子水及清水漂洗，去除表面残留的镀液；

I、去掉电极引线或鳄鱼夹。

所述的电镀液为含氰碱性电镀液或含氰中性电镀液或无氰电镀液。

所述的含氰碱性电镀液的配方及工艺参数为：

配方：氰化金钾10.5～14.5g/L，氰化钾85～95g/L，磷酸氢二钾13～18g/L；

电镀工艺参数：

pH值：7.5～9.8，

温度：室温，

阴极电流密度：0.5～1A/cm²，

阳极：金板或铂钛网。

所述的含氰中性电镀液的配方及工艺参数为：

配方：氰化金钾3.5～9.8g/L，磷酸氢二钾20～35g/L；

电镀工艺参数：

pH值：6.2～7.6，

温度：40～45℃，

阴极电流密度：0.3～0.4A/cm²，

阳极：金板或铂钛网。

所述的无氰电镀液的配方及工艺参数为：

配方：氯化金22～38g/L，亚硫酸钠120～150g/L，柠檬酸铵70～90g/L，乙二胺四乙酸50～70g/L；

电镀工艺参数：

pH值：6.5～7.5，

温度：室温，

阴极电流密度：0.15～0.35A/cm²，

阳极：金板，

电镀速率：1～3nm/s。

所述的沉积在阻隔层上作为保护层的Au层的厚度为50～100nm。

本发明的红外焦平面探测器窗口的制作工艺由于将蒸发沉积法镀Au和电镀法镀Au结合使用，电镀法的优点可以弥补蒸发方法的缺点，对于提高红外焦平面探测器的封装质量，降低成本与能耗具有重大意义。并具有以下优点和特点：

1、电镀Au的表面光亮细致，呈鲜艳的金黄色。电镀后的红外窗口经过高低温试验、真空高温冲击试验和附着力试验后性能良好，没有发现膜层脱落现象，光谱测试良好。

2、焊接试验表明，电镀方法制备的红外窗口与红外探测器结合牢固，没有漏气现象。

3、一系列测试表明，电镀方法制备的红外窗口性能良好，完全满足红外探测器的焊接要求。该方法可以取代现有的蒸发方法制备金属化区的Au膜，能够明显降低生产成本，提高生产效率。

具体实施方式

本发明红外焦平面探测器封装窗口的制作工艺是，首先以4英寸或其它规格的Si或Ge晶圆作为基片，利用掩膜方法制备出需要的图形结构；然后采用蒸发方法在基片上沉积一层Cr或Ti作为铆定层，再在铆定层上用蒸发方法沉积一层Ni、Pd或Pt作为阻隔层，再在阻隔层上用蒸发方法沉积一层50～100nm厚的Au作为保护层以及作为采用电镀方法镀金的打底层。接着利用去掩膜液去除掩膜，将基片装入夹具，用超声波在洗涤液中清洗基片表面后烘干。然后在基片上焊接电极引线或用鳄鱼夹作为电极夹住基片，将装有基片的夹具浸入配制好的电镀液中，打开电源开关，设定电流对基片镀金，当达到设定好的时间后，关闭电源，迅速取出夹具，放入超声波中，用去离子水及清水漂洗，去除表面残留的镀液。最后去掉电极引线或鳄鱼夹，即得到产品。

对于电镀速率以及电镀Au厚度的控制，可采用以下措施：

电镀速率的控制：相同电镀时间条件下，控制镀液浓度与电流强度，得到不同厚度的Au膜。利用台阶膜厚仪测量Au膜厚度，从而计算标定出不同镀液浓度与电流强度下Au膜的电镀速率。

厚度控制的控制：在一定的镀液浓度与电流强度下，利用事先标定的电镀速率，控制电镀时间，得到需要的Au膜厚度。

本发明红外焦平面探测器封装窗口的制作工艺中采用的电镀液，可以为含氰碱性电镀液或含氰中性电镀液或无氰电镀液。以下是分别采用三种电镀液进行电镀的实施例。

实施例1：

采用含氰碱性电镀液的配方，配制了10L含氰碱性电镀液，放入一片10mm×10mm的待镀片。控制电镀液的pH值为8.3，温度为室温，电流密度为0.6A/cm²，时间25分钟，阳极采用金板。电镀后测量Au层厚度为2.38μm。真空中320℃高温冲击30min后，利用3M高温胶带撕拉法测试了电镀层的牢固性，结果良好。

实施例2：

采用含氰中性电镀液的配方，配制了10L含氰中性电镀液，放入一片10mm×10mm的待镀片。控制电镀液的pH值为6.6，温度为42℃，电流密度为0.3A/cm²，时间45分钟，阳极采用金板。电镀后测量Au层厚度为2.48μm。真空中320℃高温冲击30min后，利用3M高温胶带撕拉法测试了电镀层的牢固性，结果良好。

实施例3：

采用无氰电镀液的配方，配制了10L无氰电镀液，放入一片10mm×10mm的待镀片。控制电镀液的pH值6.6，温度为28℃，电流密度为0.3A/cm²，时间35分钟，阳极采用金板。电镀后测量Au层厚度为2.52μm。真空中320℃高温冲击30min后，利用3M高温胶带撕拉法测试了电镀层的牢固性，结果良好。

Claims (5)

1.一种红外焦平面探测器封装窗口的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：

A、以Si或Ge晶圆作为基片，利用掩膜方法制备出需要的图形结构；

B、采用蒸发方法在基片上沉积一层Cr或Ti作为铆定层，然后在铆定层上再沉积一层Ni、Pd或Pt作为阻隔层；

C、利用蒸发方法在阻隔层上沉积一层薄Au作为保护层；

D、利用去掩膜液去除掩膜；

E、将基片装入夹具，用超声波在洗涤液中清洗基片表面后烘干；

F、在基片上焊接电极引线或用鳄鱼夹作为电极夹住基片；

G、将装有基片的夹具浸入配制好的电镀液中，设定电流对基片镀金；

H、电镀好后取出夹具，放入超声波中，用去离子水及清水漂洗，去除表面残留的镀液；

I、去掉电极引线或鳄鱼夹；

所述的沉积在阻隔层上作为保护层的Au层的厚度为50～100nm。

2.如权利要求1所述的红外焦平面探测器封装窗口的制作工艺，其特征在于：所述的电镀液为含氰碱性电镀液或含氰中性电镀液或无氰电镀液。

3.如权利要求2所述的红外焦平面探测器封装窗口的制作工艺，其特征在于，所述的含氰碱性电镀液的配方及工艺参数为：

配方：氰化金钾10.5～14.5g/L，氰化钾85～95g/L，磷酸氢二钾13～18g/L；

电镀工艺参数：

pH值：7.5～9.5，

温度：室温，

阴极电流密度：0.5～1A/cm²，

阳极：金板或铂钛网。

4.如权利要求2所述的红外焦平面探测器封装窗口的制作工艺，其特征在于：所述的含氰中性电镀液的配方及工艺参数为：

配方：氰化金钾3.5～9.8g/L，磷酸氢二钾20～35g/L；

电镀工艺参数：

pH值：6.2～7.6，

温度：40～45℃，

阴极电流密度：0.3～0.4A/cm²，

阳极：金板或铂钛网。

5.如权利要求2所述的红外焦平面探测器封装窗口的制作工艺，其特征在于：所述的无氰电镀液的配方及工艺参数为：

配方：氯化金22～38g/L，亚硫酸钠120～150g/L，柠檬酸铵70～90g/L，乙二胺四乙酸50～70g/L；

电镀工艺参数：

pH值：6.5～7.5，

温度：室温，

阴极电流密度：0.15～0.35A/cm²，

阳极：金板。