CN105304505A - 混合晶圆级真空封装方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合晶圆级真空封装方法及结构，包括步骤：a）提供一衬底片，于所述衬底片中形成芯片封装腔；b）于所述衬底片的芯片封装腔中制作吸气剂薄膜；c）提供一包括基底及器件区域的已通过测试的待封装芯片；d）提供一真空设备，将所述待封装芯片及芯片封装腔对准后，进行抽真空、激活吸气剂及加热加压，通过键合结构键合所述衬底片及所述待封装芯片。本发明只对已通过测试的待封装芯片进行真空封装，降低了封装成本；直接在如红外滤波片的衬底片上制作芯片封装腔，将如红外探测器芯片等待封装芯片置于芯片封装腔上完成真空封装，提高了封装效率，减少了封装体积。

Description

混合晶圆级真空封装方法及结构

技术领域

本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种混合晶圆级真空封装方法及结构。

背景技术

红外探测技术是现代核心军事技术之一，具有探测距离远、抗干扰能力强、可全天候工作的优点。随着红外成像技术的发展与成熟，其在民用领域的应用也越来越广泛。

按照工作原理红外探测器可分为量子型和热型两大类。量子型红外探测器灵敏度高，一般需要致冷，价格较高。热型红外探测器灵敏度稍低，无需致冷，性价比较高。这种非致冷红外探测器按照信号读取方式，又可分为电读出和光读出两大类。以氧化钒、非晶硅为代表的电读出方式的红外探测器居于主流地位，已成功实现了商业化。光学读出方式的红外探测器无需复杂的读出电路，探测灵敏度高，制作难度相对较低，具有高性价比的潜质，目前已有产品进入市场。

为了实现高性能，非致冷红外探测器需要真空封装。传统的真空封装方法是采用金属管壳进行封装，一般包括金属管座和红外滤波片，这种真空封装方式效率稍低；晶圆级真空封装是在完成对整个圆片的真空封装后再切片，提高了封装效率，但由于探测器芯片成品率的原因，封装了一些性能差的芯片，浪费了部分价格昂贵的红外滤波片。

针对上述问题，本发明提出了一种用于非致冷红外探测器的混合晶圆级真空封装方法。所谓混合晶圆级真空封装，就是将已通过检测的探测器芯片置于制作好的芯片封装腔圆片中完成真空封装，一方面提高了封装效率，另一方面提高了红外滤光片的利用率，降低了封装成本。

本发明所提出的真空封装方法及结构除了适合非致冷红外探测器芯片外，同样也适合微机械陀螺芯片、加速度计芯片、谐振器芯片、场发射器件芯片、压力传感器芯片和光微机械器件芯片等需要真空封装的微机械传感器和执行器。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种混合晶圆级真空封装方法及结构，以提高器件的封装效率，降低封装难度和成本。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种混合晶圆级真空封装方法，包括以下步骤：

a)提供一衬底片，于所述衬底片中形成芯片封装腔；

b)于所述衬底片的芯片封装腔中制作吸气剂薄膜；

c)提供一包括基底及器件区域的已通过测试的待封装芯片；

d)提供一真空设备，将所述待封装芯片及芯片封装腔对准后，进行抽真空、激活吸气剂及加热加压，通过键合结构键合所述衬底片及所述待封装芯片。

作为本发明的混合晶圆级真空封装方法的一种优选方案，步骤a)还包括于所述衬底片中形成用于限制所述待封装芯片位置的限位槽的步骤，且所述限位槽位于所述芯片封装腔的外围区域。

作为本发明的混合晶圆级真空封装方法的一种优选方案，步骤a)中还包括于所述衬底片中形成真空缓冲腔的步骤，且所述真空缓冲腔位于所述芯片封装腔的外围区域。

作为本发明的混合晶圆级真空封装方法的一种优选方案，步骤a)还包括于所述衬底片中形成真空缓冲腔以及用于限制所述待封装芯片位置的限位槽的步骤，且所述真空缓冲腔位于所述芯片封装腔的外围区域，所述限位槽位于所述真空缓冲腔的外围区域。

进一步地，步骤a)还包括于所述真空缓冲腔中固定带状吸气剂的步骤。所述真空缓冲腔该腔体内可以放置、固定适量的带状吸气剂，也可以不放任何吸气剂。真空缓冲腔一方面能延缓芯片封装腔内真空度的下降，延长器件的使用寿命，另一方面还能提高封装的成品率。

作为本发明的混合晶圆级真空封装方法的一种优选方案，步骤c)还包括于所述待封装芯片的基底中形成用于待封装芯片引线的通孔结构，并于所述通孔结构中形成金属柱的步骤。

作为本发明的混合晶圆级真空封装方法的一种优选方案，所述待封装芯片的种类包括非致冷红外探测器芯片、微机械陀螺芯片、加速度计芯片、谐振器芯片、场发射器件芯片、压力传感器芯片和光微机械器件芯片。

作为本发明的混合晶圆级真空封装方法的一种优选方案，所述待封装芯片为非致冷红外探测器，所述衬底片为包括双抛硅片、锗片及硫化锌片的红外滤波片，且所述红外滤波片的芯片封装腔内及下表面均形成有红外增透膜。

作为本发明的混合晶圆级真空封装方法的一种优选方案，步骤c)所述的键合结构为复合金属层-焊料-复合金属层组成的叠层。

进一步地，所述复合金属层的种类包括Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au；所述焊料的种类包括AuSn、AgSn、InSn、PbSn、CuSn。

作为本发明的混合晶圆级真空封装方法的一种优选方案，所述吸气剂薄膜的成分包括锆合金及钛合金的一种或组合。

本发明还提供一种混合晶圆级真空封装结构，包括：

衬底片，其形成有芯片封装腔；

待封装芯片，其包括基底及器件区域，所述基底通过键合结构键合于所述衬底片；

吸气剂薄膜，固定于所述芯片封装腔内。

作为本发明的混合晶圆级真空封装结构的一种优选方案，所述衬底片中还形成用于限制所述待封装芯片位置的限位槽，且所述限位槽位于所述芯片封装腔的外围区域。

作为本发明的混合晶圆级真空封装结构的一种优选方案，所述衬底片中还形成有真空缓冲腔，且所述真空缓冲腔位于所述芯片封装腔的外围区域。

作为本发明的混合晶圆级真空封装结构的一种优选方案，所述衬底片中还形成有真空缓冲腔以及用于限制所述待封装芯片位置的限位槽，且所述真空缓冲腔位于所述芯片封装腔的外围区域，所述限位槽位于所述真空缓冲腔的外围区域。

进一步地，所述真空缓冲腔内固定有带状吸气剂。所述真空缓冲腔该腔体内可以放置、固定适量的带状吸气剂，也可以不放任何吸气剂。真空缓冲腔一方面能延缓芯片封装腔内真空度的下降，延长器件的使用寿命，另一方面还能提高封装的成品率。

作为本发明的混合晶圆级真空封装结构的一种优选方案，所述待封装芯片的基底中形成有用于待封装芯片引线的金属柱。

作为本发明的混合晶圆级真空封装结构的一种优选方案，所述待封装芯片的种类包括非致冷红外探测器芯片、微机械陀螺芯片、加速度计芯片、谐振器芯片、场发射器件芯片、压力传感器芯片和光微机械器件芯片。

作为本发明的混合晶圆级真空封装结构的一种优选方案，所述待封装芯片为非致冷红外探测器，所述衬底片为包括双抛硅片、锗片及硫化锌片的红外滤波片，且所述红外滤波片的芯片封装腔内及下表面均形成有红外增透膜。

作为本发明的混合晶圆级真空封装结构的一种优选方案，所述键合结构为复合金属层-焊料-复合金属层组成的叠层。

进一步地，所述复合金属层的种类包括Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au；所述焊料的种类包括AuSn、AgSn、InSn、PbSn、CuSn。

作为本发明的混合晶圆级真空封装结构的一种优选方案，所述吸气剂薄膜的成分包括锆合金及钛合金的一种或组合。

如上所述，本发明提供一种混合晶圆级真空封装方法及结构，所述封装方法包括步骤：a)提供一衬底片，于所述衬底片中形成芯片封装腔；b)于所述衬底片的芯片封装腔中制作吸气剂薄膜；c)提供一包括基底及器件区域的已通过测试的待封装芯片；d)提供一真空设备，将所述待封装芯片及芯片封装腔对准后，进行抽真空、激活吸气剂及加热加压，通过键合结构键合所述衬底片及所述待封装芯片。本发明只对已通过测试的待封装芯片进行真空封装，降低了封装成本；直接在如红外滤波片的衬底片上制作芯片封装腔，将如红外探测器芯片等待封装芯片置于芯片封装腔上完成真空封装，提高了封装效率，减少了封装体积。

附图说明

图1a～图1g显示为本发明的混合晶圆级真空封装方法实施例1中各步骤所呈现的结构示意图。

图2a～图2g显示为本发明的混合晶圆级真空封装方法实施例2中各步骤所呈现的结构示意图。

图3a～图3g显示为本发明的混合晶圆级真空封装方法实施例3中各步骤所呈现的结构示意图。

图4a～图4g显示为本发明的混合晶圆级真空封装方法实施例4中各步骤所呈现的结构示意图。

图5a～图5b显示为本发明的混合晶圆级真空封装方法实施例5中步骤5)及步骤6)所呈现的结构示意图。

图6a～图6b显示为本发明的混合晶圆级真空封装方法实施例5中步骤5)及步骤6)所呈现的结构示意图。

图7a～图7b显示为本发明的混合晶圆级真空封装方法实施例5中步骤5)及步骤6)所呈现的结构示意图。

图8a～图8b显示为本发明的混合晶圆级真空封装方法实施例5中步骤5)及步骤6)所呈现的结构示意图。

元件标号说明

红外滤波片(硅片或锗片或硫化锌片)1

芯片封装腔11

红外增透膜12

红外滤波片上复合金属环13

吸气剂薄膜14

真空缓冲腔15

限位槽16

电读出非致冷红外探测器芯片2

电读出非致冷红外探测器芯片敏感区21

金属柱22

芯片上复合金属环23

光读出非致冷红外探测器芯片3

光读出非致冷红外探测器芯片敏感区31

芯片上复合金属环33

低温焊料环4

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1a～图8b。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

需要说明的是，为了更好的解释本发明的方案，本发明的具体实施方式仅以基于吸气剂薄膜的非致冷红外探测器混合晶圆级真空封装方法及结构为例，当然，本发明对于其它类型的待封装芯片的封装也同样适用，所述待封装芯片的种类还包括微机械陀螺芯片、加速度计芯片、谐振器芯片、场发射器件芯片、压力传感器芯片和光微机械器件芯片等需要真空封装的微机械传感器和执行器。本领域技术人员可以根据待封装芯片类型的不同进行适应性的改变，但并不限定本发明的保护范围。

另外，本发明的衬底片为晶圆级的衬底片，但是为了方便说明，图1a-图8b中以两个芯片封装腔单元为例。

实施例1

本实施例提供一种混合晶圆级真空封装方法，包括以下步骤：

首先进行步骤a)，提供一衬底片，于所述衬底片中形成芯片封装腔；

然后进行步骤b)，于所述衬底片的芯片封装腔中制作吸气剂薄膜；

接着进行步骤c)，提供一包括基底及器件区域的已通过测试的待封装芯片；其中，在必要时，需在所述待封装芯片的基底中形成用于电引线的金属柱；

最后进行步骤d)，提供一真空设备，将所述待封装芯片及芯片封装腔对准后，进行抽真空、激活吸气剂及加热加压，通过键合结构键合所述衬底片及所述待封装芯片。

作为示例，在另外的实施例中，步骤a)还可以包括于所述衬底片中形成用于限制所述待封装芯片位置的限位槽的步骤，且所述限位槽位于所述芯片封装腔的外围区域。

作为示例，在另外的实施例中，步骤a)中还可以包括于所述衬底片中形成真空缓冲腔的步骤，且所述真空缓冲腔位于所述芯片封装腔的外围区域。

作为示例，在另外的实施例中，步骤a)还可以包括于所述衬底片中形成真空缓冲腔以及用于限制所述待封装芯片位置的限位槽的步骤，且所述真空缓冲腔位于所述芯片封装腔的外围区域，所述限位槽位于所述真空缓冲腔的外围区域。

对于上述形成有真空缓冲腔的实施例，所述真空缓冲腔该腔体内可以放置、固定适量的带状吸气剂，也可以不放任何吸气剂。真空缓冲腔一方面能延缓芯片封装腔内真空度的下降，延长器件的使用寿命，另一方面还能提高封装的成品率。

作为示例，步骤c)还包括于所述待封装芯片的基底中形成用于待封装芯片引线的通孔结构，并于所述通孔结构中形成金属柱的步骤。

作为示例，所述待封装芯片的种类包括非致冷红外探测器芯片、微机械陀螺芯片、加速度计芯片、谐振器芯片、场发射器件芯片、压力传感器芯片和光微机械器件芯片。在本实施例中，所述待封装芯片为非致冷红外探测器，所述衬底片为包括双抛硅片、锗片及硫化锌片的红外滤波片，且所述红外滤波片的芯片封装腔内及下表面均形成有红外增透膜。

作为示例，步骤c)所述的键合结构为复合金属层-焊料-复合金属层组成的叠层。进一步地，所述复合金属层的种类包括Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au；所述焊料的种类包括AuSn、AgSn、InSn、PbSn、CuSn。

其中，需要说明的是，用于密封焊接的复合金属层的形状应是闭合的环状结构，其大小、形状应由所需密封的结构来决定；用于固定芯片复合金属层的形状应是条状或片状或带开口的环状结构或其它非闭合结构，其大小、形状应由所需固定的芯片来决定；用于电连接的复合金属层应是离散的长方块、圆形块或其它非连续的形状，其大小和形状应与金属柱顶端面积相匹配。

另外，低温焊料的材料的选择一方面与复合金属层材料的选择相关，另一方面与工艺顺序相关，一般而言，在后续工艺中使用的焊料熔焊温度不高于前面工艺中所使用的焊料的熔焊温度；低温焊料可根据需要选择预成型的焊料，或选择直接在复合金属层上采用电镀、溅射或蒸发的方法制备焊料；低温焊料的形状应根据用途来选择：当被用于密封时应选择闭合的环状结构焊料，其大小、形状应与所需密封的结构上的复合金属层相匹配；当被用于固定芯片而非密封时，应选择带开口的环状结构、条状结构焊料、焊球或焊片，其大小、形状应与所需固定芯片上及固定处复合金属层相匹配；当被用于电连接时，应选择焊球或焊片，焊球或焊片的大小和形状应与金属柱顶端面积相匹配。

作为示例，所述吸气剂薄膜的成分包括锆合金及钛合金的一种或组合，如Zr-V-Fe-Al、Ti-Mo等。

本实施例还提供一种混合晶圆级真空封装结构，包括：

衬底片，其形成有芯片封装腔；

待封装芯片，其包括基底及器件区域，所述基底通过键合结构键合于所述衬底片；

吸气剂薄膜，固定于所述芯片封装腔内。

作为示例，在另外的实施例中，所述衬底片中还形成用于限制所述待封装芯片位置的限位槽，且所述限位槽位于所述芯片封装腔的外围区域。

作为示例，在另外的实施例中，所述衬底片中还形成有真空缓冲腔，且所述真空缓冲腔位于所述芯片封装腔的外围区域。

作为示例，在另外的实施例中，所述衬底片中还形成有真空缓冲腔以及用于限制所述待封装芯片位置的限位槽，且所述真空缓冲腔位于所述芯片封装腔的外围区域，所述限位槽位于所述真空缓冲腔的外围区域。

进一步地，所述真空缓冲腔内固定有带状吸气剂。

对于上述形成有真空缓冲腔的实施例，所述真空缓冲腔该腔体内可以放置、固定适量的带状吸气剂，也可以不放任何吸气剂。真空缓冲腔一方面能延缓芯片封装腔内真空度的下降，延长器件的使用寿命，另一方面还能提高封装的成品率。

作为示例，所述待封装芯片的种类包括非致冷红外探测器芯片、微机械陀螺芯片、加速度计芯片、谐振器芯片、场发射器件芯片、压力传感器芯片和光微机械器件芯片。在本实施例中，所述待封装芯片为非致冷红外探测器，所述衬底片为包括双抛硅片、锗片及硫化锌片的红外滤波片，且所述红外滤波片的芯片封装腔内及下表面均形成有红外增透膜。

作为示例，所述键合结构为复合金属层-焊料-复合金属层组成的叠层。进一步地，所述复合金属层的种类包括Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au；所述焊料的种类包括AuSn、AgSn、InSn、PbSn、CuSn。

其中，需要说明的是，用于密封焊接的复合金属层的形状应是闭合的环状结构，其大小、形状应由所需密封的结构来决定；用于固定芯片复合金属层的形状应是条状或片状或带开口的环状结构或其它非闭合结构，其大小、形状应由所需固定的芯片来决定；用于电连接的复合金属层应是离散的长方块、圆形块或其它非连续的形状，其大小和形状应与金属柱顶端面积相匹配。

另外，低温焊料的材料的选择一方面与复合金属层材料的选择相关，另一方面与工艺顺序相关，一般而言，在后续工艺中使用的焊料熔焊温度不高于前面工艺中所使用的焊料的熔焊温度；低温焊料可根据需要选择预成型的焊料，或选择直接在复合金属层上采用电镀、溅射或蒸发的方法制备焊料；低温焊料的形状应根据用途来选择：当被用于密封时应选择闭合的环状结构焊料，其大小、形状应与所需密封的结构上的复合金属层相匹配；当被用于固定芯片而非密封时，应选择带开口的环状结构、条状结构焊料、焊球或焊片，其大小、形状应与所需固定芯片上及固定处复合金属层相匹配；当被用于电连接时，应选择焊球或焊片，焊球或焊片的大小和形状应与金属柱顶端面积相匹配。

作为示例，所述吸气剂薄膜的成分包括锆合金及钛合金的一种或组合，如Zr-V-Fe-Al、Ti-Mo等。

如图1a～图1g所示，具体地，本实施例包括以下步骤：

如图1a所示，首先进行步骤1)，在红外滤波片1(双抛硅片或锗片或硫化锌片)，采用腐蚀、刻蚀或激光等加工手段，在红外滤波片1的表面制作出芯片封装腔11；

如图1b所示，然后进行步骤2)，在芯片封装腔11的底部及红外滤波片1的下表面制作出红外增透膜；

如图1c所示，接着进行步骤3)，在芯片封装腔11的周围制作复合金属环13，复合金属环可选择Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au，但不限于上述材料；复合金属环可以是圆形，也可以是长方形、正方形，但不限于上述形状；该复合金属环的形状、大小和待封装的红外探测器芯片上的复合金属环23相匹配；

如图1d所示，然后进行步骤4)，在芯片封装腔11的底部制作吸气剂薄膜14；

如图1e所示，接着进行步骤5)，在待封装的电读出红外探测器芯片2上制作贯穿探测器芯片的金属柱22，并使之与红外探测器敏感区实现电互联，这些金属柱用于引出红外探测器的电信号；

如图1f所示，接着进行步骤6)，在待封装的电读出红外探测器芯片2上制作复合金属环23，复合金属环23可选择Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au，但不限于上述材料；复合金属环23可以是圆形，也可以是长方形、正方形，但不限于上述形状；该复合金属环的形状、大小和芯片封装腔周围的复合金属环13相匹配；

如图1g所示，最后进行步骤7)，将已通过测试的电读出非致冷红外探测器芯片2和红外滤光片1对准后放入在真空室中(此时红外滤波片1和电读出非致冷红外探测器芯片2不接触或不紧密接触)，抽真空、烘烤出气、激活吸气剂14，然后加热加压(此时红外滤波片1和电读出非致冷红外探测器芯片2紧密接触)，通过低温焊料4焊料键合完成真空封装。

实施例2

如图2a～图2g所示，本实施例提供一种混合晶圆级真空封装方法，其基本步骤如实施例1，其中，本实施例的封装方法与实施例1的主要区别在于：在实施例1的步骤1)中除了要制作出芯片封装腔11外，还要在芯片封装腔11周围制作出真空缓冲腔15，用以延长器件的使用寿命。

具体地，本实施例包括以下步骤：

如图2a所示，首先进行步骤1)，在红外滤波片1(双抛硅片或锗片或硫化锌片)，采用腐蚀、刻蚀或激光等加工手段，在红外滤波片1的表面制作出芯片封装腔11和真空缓冲腔15；在后续的工艺过程中(在最后的真空封装步骤中)，所述真空缓冲腔15该腔体内可以放置、固定适量的吸气剂，也可以不放任何吸气剂。真空缓冲腔15一方面能延缓芯片封装腔11内真空度的下降，延长器件的使用寿命，另一方面还能提高封装的成品率；

如图2b所示，然后进行步骤2)，在芯片封装腔11的底部及红外滤波片1的下表面制作出红外增透膜12；

如图2c所示，然后进行步骤3)，在真空缓冲腔15的两边制作两个复合金属环13，复合金属环可选择Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au，但不限于上述材料；复合金属环可以是圆形，也可以是长方形、正方形，但不限于上述形状；这两个复合金属环的形状、大小和待封装的红外探测器芯片上的复合金属环相23匹配；

如图2d所示，然后进行步骤4)，在芯片封装腔11的底部制作吸气剂薄膜14；

如图2e所示，然后进行步骤5)，在待封装的电读出红外探测器芯片2上制作贯穿探测器芯片的金属柱22，并使之与红外探测器敏感区实现电互联，这些金属柱用于引出红外探测器的电信号；

如图2f所示，然后进行步骤6)，在待封装的电读出红外探测器芯片2上制作复合金属环23，复合金属环23可选择Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au，但不限于上述材料；复合金属环23可以是圆形，也可以是长方形、正方形，但不限于上述形状；该复合金属环23的形状、大小和真空缓冲腔15两边的两个复合金属环13相匹配；

如图2g所示，最后进行步骤7)，实现真空封装：将已通过测试的电读出非致冷红外探测器芯片2和红外滤光片1对准后放入在真空室中(此时红外滤波片1和电读出非致冷红外探测器芯片2不接触或不紧密接触)，抽真空、烘烤出气、激活吸气剂14，然后加热加压(此时红外滤波片1和电读出非致冷红外探测器芯片2紧密接触)，通过低温焊料4焊料键合完成真空封装。

如图2g所示，本实施例还提供一种混合晶圆级真空封装结构，其基本结构如实施例1，其中，本实施例的封装结构与实施例1的主要区别在于：所述红外滤波片1中除了具有芯片封装腔11外，还具有位于芯片封装腔11外围区域的真空缓冲腔15，所述真空缓冲腔可以延长器件的使用寿命。

实施例3

如图3a～图3g所示，本实施例提供一种混合晶圆级真空封装方法，其基本步骤如实施例1，其中，本实施例的封装方法与实施例1的主要区别在于：在实施例1的步骤1)中除了要在所述红外滤波片1中制作出芯片封装腔11外，还要制作出用于限制芯片位置的限位槽16。

具体地，本实施例包括以下步骤：

如图3a所示，首先进行步骤1)，在红外滤波片1(双抛硅片或锗片或硫化锌片)，采用腐蚀、刻蚀或激光等加工手段，在红外滤波片1的表面制作出芯片封装腔11和限位槽16；

如图3b所示，然后进行步骤2)，在芯片封装腔11的底部及红外滤波片1的下表面制作出红外增透膜12；

如图3c所示，然后进行步骤3)，在芯片封装腔11的周围制作复合金属环13，复合金属环可选择Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au，但不限于上述材料；复合金属环可以是圆形，也可以是长方形、正方形，但不限于上述形状；该复合金属环的形状、大小和待封装的红外探测器芯片上的复合金属环23相匹配；

如图3d所示，然后进行步骤4)，在芯片封装腔11的底部制作吸气剂薄膜14；

如图3e所示，然后进行步骤5)，在待封装的电读出红外探测器芯片2上制作贯穿探测器芯片的金属柱22，并实现与红外探测器的电互联，这些金属柱用于引出电信号；

如图3f所示，然后进行步骤6)，在待封装的电读出红外探测器芯片2上制作复合金属环23，复合金属环23可选择Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au，但不限于上述材料；复合金属环23可以是圆形，也可以是长方形、正方形，但不限于上述形状；该复合金属环23的形状、大小和芯片封装腔周围的复合金属环13相匹配；

如图3g所示，最后进行步骤7)，将已通过测试的电读出非致冷红外探测器芯片2和红外滤光片1对准后放入在真空室中(此时红外滤波片1和电读出非致冷红外探测器芯片2不接触或不紧密接触)，抽真空、烘烤出气、激活吸气剂14，然后加热加压(此时红外滤波片1和电读出非致冷红外探测器芯片2紧密接触)，通过低温焊料4焊料键合完成真空封装。

如图3g所示，本实施例还提供一种混合晶圆级真空封装结构，其基本结构如实施例1，其中，本实施例的封装结构与实施例1的主要区别在于：所述红外滤波片1中除了具有芯片封装腔11外，还具有用于限制芯片位置的限位槽16。

实施例4

如图4a～图4g所示，本实施例提供一种混合晶圆级真空封装方法，其基本步骤如实施例1，其中，本实施例的封装方法与实施例1的主要区别在于：在实施例1的步骤1)中除了要在所述红外滤波片1中制作出芯片封装腔11外，还要制作出用于限制芯片位置的限位槽16以及围绕芯片封装腔11的真空缓冲腔15。

具体地，本实施例包括以下步骤：

如图4a所示，首先进行步骤1)，在红外滤波片1(双抛硅片或锗片或硫化锌片)，采用腐蚀、刻蚀或激光等加工手段，在红外滤波片1的表面制作出芯片封装腔11、真空缓冲腔15、限位槽16；在后续的工艺过程中(在最后的真空封装步骤中)，所述真空缓冲腔15该腔体内可以放置、固定适量的吸气剂，也可以不放任何吸气剂。真空缓冲腔15一方面能延缓芯片封装腔11内真空度的下降，延长器件的使用寿命，另一方面还能提高封装的成品率；

如图4b所示，然后进行步骤2)，在芯片封装腔11的底部及红外滤波片1的下表面制作出红外增透膜12；

如图4c所示，然后进行步骤3)，在真空缓冲腔15的两边制作两个复合金属环13，复合金属环可选择Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au，但不限于上述材料；复合金属环可以是圆形，也可以是长方形、正方形，但不限于上述形状；这两个复合金属环的形状、大小和待封装的红外探测器芯片上的复合金属环23相匹配；

如图4d所示，然后进行步骤4)，在芯片封装腔11的底部制作吸气剂薄膜14；

如图4e所示，然后进行步骤5)，在待封装的电读出红外探测器芯片2上制作贯穿探测器芯片的金属柱22，并实现与红外探测器的电互联，这些金属柱用于引出电信号；

如图4f所示，然后进行步骤6)，在待封装的电读出红外探测器芯片2上制作复合金属环23，复合金属环23可选择Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au，但不限于上述材料；复合金属环23可以是圆形，也可以是长方形、正方形，但不限于上述形状；该复合金属环23的形状、大小和真空缓冲腔15两边的复合金属环13相匹配；

如图4g所示，然后进行步骤7)，实现真空封装：将已通过测试的电读出非致冷红外探测器芯片2和红外滤光片1对准后放入在真空室中(此时红外滤波片1和电读出非致冷红外探测器芯片2不接触或不紧密接触)，抽真空、烘烤出气、激活吸气剂14，然后加热加压(此时红外滤波片1和电读出非致冷红外探测器芯片2紧密接触)，通过低温焊料4焊料键合完成真空封装。

如图4g所示，本实施例还提供一种混合晶圆级真空封装结构，其基本结构如实施例1，其中，本实施例的封装结构与实施例1的主要区别在于：所述红外滤波片1中除了具有芯片封装腔11外，还具有用于限制芯片位置的限位槽16以及围绕芯片封装腔11的真空缓冲腔15。

实施例5

如图5a～图5b所示，本实施例提供一种混合晶圆级真空封装方法，其基本步骤1)～步骤4)如实施例1，其中，所述红外探测器为光读出红外探测器，本实施例不需要在光读出红外探测器芯片3制作金属柱，具体地，本实施例包括以下步骤：

步骤1)～步骤4)如实施例1；接着进行如下步骤：

如图5a所示进行步骤5)，在待封装的光读出红外探测器芯片3上制作复合金属环33，复合金属环可选择Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au，但不限于上述材料；复合金属环可以是圆形，也可以是长方形、正方形，但不限于上述形状；该复合金属环的形状、大小和芯片封装腔周围的复合金属环13相匹配；

如图5b所示进行步骤6)，将已通过测试的光读出非致冷红外探测器芯片3和红外滤光片1对准后放入在真空室中(此时红外滤波片1和光读出非致冷红外探测器芯片3不接触或不紧密接触)，抽真空、烘烤出气、激活吸气剂14，然后加热加压(此时红外滤波片1和光读出非致冷红外探测器芯片3紧密接触)，通过低温焊料4焊料键合完成真空封装。

如图5b所示，本实施例还提供一种混合晶圆级真空封装结构，其基本结构如实施例1，其中，本实施例的封装结构与实施例1的主要区别在于：所述红外探测器为光读出红外探测器，本实施例不需要在光读出红外探测器芯片3制作金属柱。

实施例6

如图6a～图6b所示，本实施例提供一种混合晶圆级真空封装方法，其基本步骤1)～步骤4)如实施例2，其中，所述红外探测器为光读出红外探测器，本实施例不需要在光读出红外探测器芯片3制作金属柱，具体地，本实施例包括以下步骤：

步骤1)～步骤4)如实施例2；接着进行如下步骤：

如图6a所示进行步骤5)，在待封装的光读出红外探测器芯片3上制作复合金属环33，复合金属环可选择Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au，但不限于上述材料；复合金属环可以是圆形，也可以是长方形、正方形，但不限于上述形状；该复合金属环的形状、大小和真空缓冲腔两边的复合金属环13相匹配；

如图6b所示进行步骤6)，实现真空封装：将已通过测试的光读出非致冷红外探测器芯片3和红外滤光片1对准后放入在真空室中(此时红外滤波片1和光读出非致冷红外探测器芯片3不接触或不紧密接触)，抽真空、烘烤出气、激活吸气剂14，然后加热加压(此时红外滤波片1和光读出非致冷红外探测器芯片3紧密接触)，通过低温焊料4焊料键合完成真空封装。

如图6b所示，本实施例还提供一种混合晶圆级真空封装结构，其基本结构如实施例2，其中，本实施例的封装结构与实施例2的主要区别在于：所述红外探测器为光读出红外探测器，本实施例不需要在光读出红外探测器芯片3制作金属柱。

实施例7

如图7a～图7b所示，本实施例提供一种混合晶圆级真空封装方法，其基本步骤1)～步骤4)如实施例3，其中，所述红外探测器为光读出红外探测器，本实施例不需要在光读出红外探测器芯片3制作金属柱，具体地，本实施例包括以下步骤：

步骤1)～步骤4)如实施例3；接着进行如下步骤：

如图7a所示进行步骤5)，在待封装的光读出红外探测器芯片3上制作复合金属环33，复合金属环可选择Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au，但不限于上述材料；复合金属环可以是圆形，也可以是长方形、正方形，但不限于上述形状；该复合金属环的形状、大小和封装腔周围的复合金属环13相匹配；

如图7b所示进行步骤6)，将已通过测试的光读出非致冷红外探测器芯片3和红外滤光片1对准后放入在真空室中(此时红外滤波片1和光读出非致冷红外探测器芯片3不接触或不紧密接触)，抽真空、烘烤出气、激活吸气剂14，然后加热加压(此时红外滤波片1和光读出非致冷红外探测器芯片3紧密接触)，通过低温焊料4焊料键合完成真空封装。

如图7b所示，本实施例还提供一种混合晶圆级真空封装结构，其基本结构如实施例3，其中，本实施例的封装结构与实施例3的主要区别在于：所述红外探测器为光读出红外探测器，本实施例不需要在光读出红外探测器芯片3制作金属柱。

实施例8

如图8a～图8b所示，本实施例提供一种混合晶圆级真空封装方法，其基本步骤1)～步骤4)如实施例4，其中，所述红外探测器为光读出红外探测器，本实施例不需要在光读出红外探测器芯片3制作金属柱，具体地，本实施例包括以下步骤：

步骤1)～步骤4)如实施例4；接着进行如下步骤：

如图8a所示进行步骤5)，在待封装的光读出红外探测器芯片2上制作复合金属环，复合金属环可选择Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au，但不限于上述材料；复合金属环可以是圆形，也可以是长方形、正方形，但不限于上述形状；该复合金属环的形状、大小和真空缓冲腔15两边的复合金属环13相匹配；

如图8b所示进行步骤6)，实现真空封装：将已通过测试的光读出非致冷红外探测器芯片3和红外滤光片1对准后放入在真空室中(此时红外滤波片1和光读出非致冷红外探测器芯片3不接触或不紧密接触)，抽真空、烘烤出气、激活吸气剂14，然后加热加压(此时红外滤波片1和光读出非致冷红外探测器芯片3紧密接触)，通过低温焊料4焊料键合完成真空封装。

如图8b所示，本实施例还提供一种混合晶圆级真空封装结构，其基本结构如实施例4，其中，本实施例的封装结构与实施例4的主要区别在于：所述红外探测器为光读出红外探测器，本实施例不需要在光读出红外探测器芯片3制作金属柱。

如上所述，本发明提供一种混合晶圆级真空封装方法及结构，所述封装方法包括步骤：a)提供一衬底片，于所述衬底片中形成芯片封装腔；b)于所述衬底片的芯片封装腔中制作吸气剂薄膜；c)提供一包括基底及器件区域的已通过测试的待封装芯片；d)提供一真空设备，将所述待封装芯片及芯片封装腔对准后，进行抽真空、激活吸气剂及加热加压，通过键合结构键合所述衬底片及所述待封装芯片。本发明只对已通过测试的待封装芯片进行真空封装，降低了封装成本；直接在如红外滤波片的衬底片上制作芯片封装腔，将如红外探测器芯片等待封装芯片置于芯片封装腔上完成真空封装，提高了封装效率，减少了封装体积。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (22)

1.一种混合晶圆级真空封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)提供一衬底片，于所述衬底片中形成芯片封装腔；

b)于所述衬底片的芯片封装腔中制作吸气剂薄膜；

c)提供一包括基底及器件区域的已通过测试的待封装芯片；

d)提供一真空设备，将所述待封装芯片及芯片封装腔对准后，进行抽真空、激活吸气剂及加热加压，通过键合结构键合所述衬底片及所述待封装芯片。

2.根据权利要求1所述的混合晶圆级真空封装方法，其特征在于：步骤a)还包括于所述衬底片中形成用于限制所述待封装芯片位置的限位槽的步骤，且所述限位槽位于所述芯片封装腔的外围区域。

3.根据权利要求1所述的混合晶圆级真空封装方法，其特征在于：步骤a)中还包括于所述衬底片中形成真空缓冲腔的步骤，且所述真空缓冲腔位于所述芯片封装腔的外围区域。

4.根据权利要求1所述的混合晶圆级真空封装方法，其特征在于：步骤a)还包括于所述衬底片中形成真空缓冲腔以及用于限制所述待封装芯片位置的限位槽的步骤，且所述真空缓冲腔位于所述芯片封装腔的外围区域，所述限位槽位于所述真空缓冲腔的外围区域。

5.根据权利要求3或4所述的混合晶圆级真空封装方法，其特征在于：步骤a)还包括于所述真空缓冲腔中固定带状吸气剂的步骤。

6.根据权利要求1所述的混合晶圆级真空封装方法，其特征在于：步骤c)还包括于所述待封装芯片的基底中形成用于待封装芯片引线的通孔结构，并于所述通孔结构中形成金属柱的步骤。

7.根据权利要求1所述的混合晶圆级真空封装方法，其特征在于：所述待封装芯片的种类包括非致冷红外探测器芯片、微机械陀螺芯片、加速度计芯片、谐振器芯片、场发射器件芯片、压力传感器芯片和光微机械器件芯片。

8.根据权利要求1所述的混合晶圆级真空封装方法，其特征在于：所述待封装芯片为非致冷红外探测器，所述衬底片为包括双抛硅片、锗片及硫化锌片的红外滤波片，且所述红外滤波片的芯片封装腔内及下表面均形成有红外增透膜。

9.根据权利要求1所述的混合晶圆级真空封装方法，其特征在于：步骤c)所述的键合结构为复合金属层-焊料-复合金属层组成的叠层。

10.根据权利要求9所述的混合晶圆级真空封装方法，其特征在于：所述复合金属层的种类包括Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au；所述焊料的种类包括AuSn、AgSn、InSn、PbSn、CuSn。

11.根据权利要求1所述的混合晶圆级真空封装方法，其特征在于：所述吸气剂薄膜的成分包括锆合金及钛合金的一种或组合。

12.一种混合晶圆级真空封装结构，其特征在于，包括：

衬底片，其形成有芯片封装腔；

待封装芯片，其包括基底及器件区域，所述基底通过键合结构键合于所述衬底片；

吸气剂薄膜，固定于所述芯片封装腔内。

13.根据权利要求12所述的混合晶圆级真空封装结构，其特征在于：所述衬底片中还形成用于限制所述待封装芯片位置的限位槽，且所述限位槽位于所述芯片封装腔的外围区域。

14.根据权利要求12所述的混合晶圆级真空封装结构，其特征在于：所述衬底片中还形成有真空缓冲腔，且所述真空缓冲腔位于所述芯片封装腔的外围区域。

15.根据权利要求12所述的混合晶圆级真空封装结构，其特征在于：所述衬底片中还形成有真空缓冲腔以及用于限制所述待封装芯片位置的限位槽，且所述真空缓冲腔位于所述芯片封装腔的外围区域，所述限位槽位于所述真空缓冲腔的外围区域。

16.根据权利要求14或15所述的混合晶圆级真空封装结构，其特征在于：所述真空缓冲腔内固定有带状吸气剂。

17.根据权利要求12所述的混合晶圆级真空封装结构，其特征在于：所述待封装芯片的基底中形成有用于待封装芯片引线的金属柱。

18.根据权利要求12所述的混合晶圆级真空封装结构，其特征在于：所述待封装芯片的种类包括非致冷红外探测器芯片、微机械陀螺芯片、加速度计芯片、谐振器芯片、场发射器件芯片、压力传感器芯片和光微机械器件芯片。

19.根据权利要求12所述的混合晶圆级真空封装结构，其特征在于：所述待封装芯片为非致冷红外探测器，所述衬底片为包括双抛硅片、锗片及硫化锌片的红外滤波片，且所述红外滤波片的芯片封装腔内及下表面均形成有红外增透膜。

20.根据权利要求12所述的混合晶圆级真空封装结构，其特征在于：所述键合结构为复合金属层-焊料-复合金属层组成的叠层。

21.根据权利要求20所述的混合晶圆级真空封装结构，其特征在于：所述复合金属层的种类包括Cr/Au、Cr/Cu、Cr/Ni/Au、Ti/Ni/Au、Ti/W/Ni/Au；所述焊料的种类包括AuSn、AgSn、InSn、PbSn、CuSn。

22.根据权利要求12所述的混合晶圆级真空封装结构，其特征在于：所述吸气剂薄膜的成分包括锆合金及钛合金的一种或组合。