CN106470938A - 用于制造包括气密密封的真空外壳和吸气剂的器件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制造具有容纳在气密密封的真空外壳中的微电子部件的器件的方法，所述方法包括：在所述外壳中形成吸气剂；排气并加热所述器件以便使容纳在所述外壳中的元件脱气；在所述排气之后，以无焊剂方式气密密封所述外壳。此外，形成所述器件的可能脱气到所述内部空间中的每种材料为矿物材料，所述吸气剂能够基本上仅捕获氢气而对氧气和/或氮气是惰性的，并且所述加热和所述密封在低于300℃的温度下进行。

Description

用于制造包括气密密封的真空外壳和吸气剂的器件的方法
技术领域
本发明涉及在高真空下气密密封微电子部件，例如基于用于红外成像或温度测量的微辐射热测定计的检测器的领域。
背景技术
对于某些应用，微电子部件必须在真空下操作以实现所需性能。这尤其适用于基于辐射热微桥的红外成像的非冷却检测器，以下称为“微辐射热测定计”。在所谓的“热”红外检测器的领域中，实际上已知使用能够在环境温度下操作的对红外线辐射敏感的元件的一维或二维阵列。
热红外检测器通常使用测温材料的电阻率根据其温度的变化，或者又称“测辐射热的”。检测器的单位敏感元件或“辐射热测定计”通常是膜的形式，每个包括一层测温材料，并且通过具有高热阻的支撑臂悬挂在通常由硅制成的基板上方。此类膜，统称为“视网膜”，特别地实施吸收入射辐射的功能，将所吸收辐射的能量转换成热能，以及将所生成热能转换成测温材料的电阻率变化的测温功能，这些功能可由一个或多个不同元件实施。此外，膜的支撑臂也是导电的并且连接到其测温层，并且用于顺序地寻址和偏置膜的测温元件的装置以及用于形成可用于视频格式的电信号的装置通常形成于具有悬浮于其上的膜的基板中。
例如，这种检测器描述于以下文献中：“Uncooled amorphous silicontechnology enhancement for 25μm pixel pitch achievement”；E.Mottin et al,Infrared Technology and Application XXVIII,SPIE,vol.4820E.(“非致冷非晶硅技术增强以实现25μm像素间距”；E.Mottin等人，国际光学工程学会，红外技术及应用XXVIII，4820E卷)。
为了使气体对流造成的热损耗(其将限制检测的质量)忽略不计，敏感视网膜通常在非常低的压力下集成在气密密封外壳或者外壳中。外壳设置有可透过所关注的辐射的窗口，所述辐射通常具有8微米与14微米之间的波长。作为变型，每个辐射热测定计集成在设置有这种窗口的气密密封微型外壳中。外壳中的压力水平通常被调整，使得对流造成的损耗小于通过支撑臂的热传导造成的损耗，从而确保精准的检测。为了实现这一点，外壳中的气体压力因此通常小于或等于10-2毫巴，并且优选地小于10-4毫巴。
然而，获得这种压力水平需要用于气密密封外壳的特定技术。此外，可观察到，在密封后，某些材料脱气到由外壳限定的内部空间或空腔中。因此，不管外壳内部的表面和元件脱气如何，都应确保在检测器寿命(通常为20年)期间在外壳中维持初始低压力水平。
参见图1的实例，辐射热检测器件的真空密封通常使用以下子组件：基座10，其包括形成为单一件的底部12和侧壁14；辐射热检测器16，其通常由集成在感测基板上的敏感视网膜形成；以及可透过红外辐射的盖18或“窗口”，其同时发挥机械保护基座10的气密封闭以及透过红外辐射的作用。最后，吸气剂(getter)20也容纳在外壳中以维持足够的真空度，而不管与外壳24的由基座10和窗口18限定的内部空间22连通的元件的脱气如何。
基座10通常主要由金属或陶瓷材料组装形成，并且还借助于连接器元件26形成检测器与外壳外部的电接口。部件16例如通过胶粘固定到外壳的底部，并且通过在现有技术中本身已知的布线30连接到在外壳24中为此目的而保留的连接区域28。
窗口18直接地或间接地借助于中间部分组装在基座10上，该组件通过无焊剂焊接(fluxless soldering)形成，其具有限制刚刚描述的子组件在将窗口密封到基座期间脱气的操作条件。如本身已知的，无焊剂焊接需要在用于这些部分的气密接合的表面的水平处在窗口18和基座10上存在未氧化的金属层。因此，金属层通常由一层或多层形成，至少其最后一层由贵金属诸如金，或更少情况下，由铂制成。能够通过借助于机械作用的原子扩散或者更普遍地通过加热直到金属密封件至少部分地熔化而将金属元件结合在一起的无焊剂焊接本身是已知的，因此将不再详细描述。如本身已知的，为了例如通过熔接或焊接在金属元件之间获得良好的连接，优选地，元件在其表面处不被氧化。为了实现这一点，使用脱氧材料或焊剂来移除氧化物层，或者金属元件是不可氧化的。
吸气剂20通常由对于可能由外壳的空腔22的所有内表面放出(脱气)的主要气体分子具有强亲和力的材料制成。吸气剂经选择尤其用于吸收H2、N2、O2、H2O以及挥发性碳化合物(称为有机物)，例如CH4。众所周知，用于吸气剂的典型材料是基于元素Zr、Ti、Co、Fe或Ba的合金。吸气剂20通常以固定到空腔22内部的烧结块的形式或者以借助于蒸镀或阴极溅射技术沉积在带、板或矿物基板上的一个或多个薄层的形式出现，所述吸气剂在将部件16组装在外壳24中时集成在空腔22中。
如本身已知的，在这种类型的应用中使用的吸气剂需要被活化以能够吸收先前指示的气体，该活化包括借助于在真空中进行的适合热循环使吸气剂表面具有反应性。厚度在一微米至几微米范围内的薄膜形式的吸气剂20通常需要在比烧结的吸气剂低得多的温度下的热活化。因此，一旦外壳已被密封，已知的薄膜吸气剂就可通过仅在350℃至400℃范围内的温度下加热刚刚描述的器件来活化。
烧结的吸气剂需要大约800℃或更高的温度，使得在此温度下对密闭外壳的一般加热将导致不可修复的损坏。烧结的吸气剂的活化因此通过焦耳效应借助于为此目的提供的电连接进行，这样能够基本上仅加热吸气剂。然而这种吸气剂的活化诱发能够损坏辐射热测定计的强辐射。此外，薄膜吸气剂通常是优选的，因为其不需要可从外壳外部进入的电连接。这种特性简化了结构，从而简化了制造过程，并因此降低了外壳的成本。实际上，由于将在活化期间施加以产生必要高温的高强度，跨过外壳基座的连接可能引起紧密度问题并且造成显著设计局限。
然而，薄膜吸气剂对一般器件制造方法是一种约束，因为在活化温度高时吸气剂效率更好，但是活化温度按照规定保持在较低范围内。实际上，通常在整个器件上形成的此特定热活化步骤总是限定电子部件在其制造周期期间经受的最大温度点。换句话讲，部件以及器件的通常所有部分的完整设计实际上直接取决于所使用的薄膜吸气剂的特性。
发明内容
本发明旨在通过提供一种制造器件的方法来解决上述过度加热的问题，所述器件包括容纳在气密外壳中的微电子部件，在所述气密外壳中借助于不需要限制性热处理的吸气剂来维持低压。
为了实现这一点，本发明旨在一种制造器件的方法，所述器件包括容纳在由限定气密密封真空内部空间的壁形成的外壳中的微电子部件，所述方法包括：
-形成能够在所述内部空间中捕获气体的薄膜形式的吸气剂；
-从所述内部空间排气；
-在所述排气期间，加热所述器件以便使容纳在所述内部空间中的元件脱气；以及
-在所述排气之后，以无焊剂方式气密密封所述外壳。
根据本发明：
-所述器件的可能脱气到内部空间中的每个组成部分为矿物材料；
-吸气剂能够基本上仅捕获氢气而对氧气和/或氮气是惰性的；并且
-对器件的加热以及对外壳的密封在低于300℃的温度下，尤其在100℃至200℃的范围内的温度下进行。
“薄膜”意指由一层或多层形成的总厚度小于2微米的元件，其每个层优选地具有0.1微米至1微米范围内的厚度。
“矿物”材料意指金属、陶瓷或无机半导体材料或所述材料彼此之间的任何组合、组件、合金、分散体，优选地为无孔形式。在该情形下，属于有机化学物质(即基于碳)的所有材料都被认为是非矿物的，但是特别地，与或不与另一种矿物材料组合，或者用或不用另一种矿物材料分散，或者在或不在另一种矿物材料中分散的纯的或合金的碳形式除外。具体地讲，包含在粘合剂中的包含或不包含有机溶剂的碳聚合物被认为是非矿物材料。
换句话讲，通常认为在密封的高真空部件的情况下，在部件的寿命周期期间应被吸气剂吸收的气体主要是氮气、氢气、水蒸汽，以及稍微扩展到碳化合物，具体地讲CO、CO2和CH4。自动以可变量考虑的此类气体的存在需要使用对所有气体具有足够反应性的吸气剂。这是为什么吸气剂材料通常由锆或钛制成或者包含锆或钛，钛能够捕获各种各样的气体。
现在，此类金属在其表面处自然地“钝化”，即，覆盖有几乎不可渗透和/或几乎不反应的层，具体地讲氧化物或氮化物层。因为吸气剂在最后集成于外壳中之前是单独制造的，所以在形成吸气剂之后这种通过氧气或氮气的钝化在实际中不可避免。因此，吸气剂表面的原位再活化是必要的，以移除表面层并因此使吸气剂有活性，所述活化在高真空和高于300℃的温度下获得。
然而，本发明人已观察到，由于特定的设计和组装技术和预防措施，可在密封期间和器件寿命期间控制气密密封外壳中除了氢气之外的气体的分压。实际上，在高真空加热之后，矿物材料通常对于除了氢气之外的气体具有足够低的脱气速率，从而在本发明的情形中考虑的压力范围内将被忽略。
更具体地讲，在密封的高真空外壳中由发明人获得的除氢气之外的分压的总和为大约10-5毫巴，并且在密封外壳之后随时间仅可忽略地变化，这种情况在多个器件上能重现。然而，本发明人已经注意到，氢气的分压高度波动，并且一旦外壳被紧密密封，能够随时间变化。发明人因此观察到，与外壳真空密封的现有技术相反，使用仅对氢气有反应性的吸气剂能够通过采取特别简单的特定预防措施达到所需的压力水平和稳定性，通常为大约10-4毫巴。
这些特定预防措施尤其包括：仅对于与空腔相关的所有表面使用下述材料：一旦外壳已被密封，所述材料就基本上不脱气(除了可能的氢气外)；以及在密封外壳之前通过适度加热器件实施脱气步骤以便使空腔的内表面免于可能的污染物，诸如O2、H2O、N2、Ar和大多数有机性质或来源的分子，即包含与氢、氮、氧化学连接的碳(例如CO、CO2、烃(例如：CH4))，或者卤素，例如氟或氯。通常，可能脱气到内部空腔中的所有材料是矿物材料，优选地为无孔的，并且如果它们包含碳，则后者是其固体形式的一种或多种。
因此，在密闭外壳中确保非常少量的大气和有机气体，并且其中压力不稳定性的主要来源由仅针对氢气的吸气剂抑制。现在，本发明人还观察到，关于将捕获的气体类型具有较少约束使得可能使用在其表面处不钝化的吸气剂材料，换句话讲，该材料不在其表面处形成氧化物和/或氮化物层，具体地讲钯。没有通过氧和/或氮(例如，存在于大气中的气态氧气和氮气)的钝化，尤其在外壳制造期间经受的压力和温度条件下(确切地，10-5巴至1.5巴的范围内的压力以及0℃至300℃的范围内的温度)，避免了通过加热来活化的需要。由于器件不再需要经受高于300℃的温度，其最敏感的元件(具体地讲，微电子部件及其辐射热视网膜)的性能更不可能由于热而劣化，而这是使用易碎或/和热不稳定结构或材料的关键问题。
无焊剂密封可例如借助于无焊剂焊接、阳极键合、通过金属扩散的键合或分子键合来进行。
根据实施方案：
-气密密封外壳的形成包括形成下部壁和上盖(具体地讲，在红外检测器的情形中的可透过红外辐射的窗口)；
-吸气剂的形成包括在盖上形成金属氢吸气剂材料层；
-将盖放置在下部壁上，其中所述吸气剂层的仅第一部分搁置在下部壁上；
-形成吸气剂，其中所述吸气剂层的至少第二部分不搁置在下部壁上；并且
-施加机械接触动作，即下部壁与盖之间的压迫和/或摩擦作用力，和/或加热吸气剂层的所述第一部分以在没有焊剂输入的情况下形成气密金属密封，即，将在盖与下部壁之间在没有焊剂的情况下进行密封。
更具体地讲，所述吸气剂层的第一部分和第二部分形成单个连续图案或者多个不连续图案，即，呈至少两个单独部分。换句话讲，这至少两个部分是相邻或分开的。
换句话讲，氢吸气剂由金属层形成或包括金属层，所述金属层沉积在气密密封外壳的至少一个壁上并且至少部分地暴露于外壳的内部大气。更具体地讲，这个层形成在外壳窗口上。作为变型，例如，盖包括支承在基板上的壁，通常所述基板具有形成于其上的微电子部件，所述盖具有U形横截面，并且金属层形成于基板上。这个层有利地包括在单次操作中形成的两个部分，第一部分集成在外壳的无焊剂焊接的组装接合部中，而第二部分与外壳的内部直接相互作用并因此形成吸气剂的部分。焊接方法在形成根据本发明的组件时以无焊剂方式实施以避免在空腔中存在(即使是痕量的)焊接焊剂的一种或多种成分，该存在将不能够实现目标真空水平。这个层可有利地用作无焊剂焊接界面材料以密封外壳。因此，最终真空的质量所必需的氢吸气剂的至少一部分的形成以及借助于单个制造步骤进行的气密组件密封的至少一部分的形成能够简化器件的设计并且限制其制造成本，特别是窗口的制造成本。更具体地讲，根据现有技术，尤其是由于使用的材料不同，借助于单独的层独立地一方面获得利用贵金属用于无焊剂焊接的窗口的金属化，另一方面获得吸气剂功能。本发明的实施例减少了制造步骤的数量，从而降低了制造成本。
根据实施例，吸气剂包括由钯或铂，或者其混合物或合金制成的氢捕获材料。钯或铂能够同时形成氢吸气剂和对钝化(尤其由氧和氮引起)不敏感的表面，能够实施无焊剂焊接。
根据实施例，吸气剂包括厚度在100纳米至1微米的范围内的钯或铂层。
根据实施例，内部空间中的气体压力低于10-4毫巴，并且电子部件是辐射热检测器。
本发明还涉及基本上仅捕获氢气以维持其中容纳有电子部件的气密密封外壳中压力水平的吸气剂的用途。有利地，吸气剂包含钯或铂以捕获氢气。
本发明还旨在一种器件，该器件包括：
-气密密封真空外壳，其由限定内部空间的壁形成；
-容纳在外壳中的微电子部件；以及
-容纳在内部空间中的吸气剂，
其中器件的可能脱气到内部空间中的每个组成部分为矿物材料，并且其中吸气剂仅捕获氢气并且有利地包含钯或铂以捕获氢气。
根据实施例，外壳包括借助于金属密封层气密密封到基座上的窗口，并且吸气剂包括金属吸气剂材料层，布局为：其中密封层和吸气剂材料层由一层相同的金属材料形成。具体地，金属密封层和金属吸气剂层相邻。
附图说明
通过结合附图阅读仅作为示例提供的以下描述，将更好地理解本发明，其中相同的附图标记表示相同或相似的元件，其中：
-图1是上文已描述的现有技术辐射热检测器件的简化横截面视图；
-图2是根据本发明的辐射热检测器外壳窗口的内部空间的相对表面的简化视图；以及
-图3是包括封装在微型外壳中的部件的器件的简化横截面视图。
具体实施方式
在下文中，描述了制造包括微电子部件和氢吸气剂的气密密封外壳的方法的实例。这些实例基于现有技术中公知的方法来修改，以实施本发明。
A)第一实施例：通过排气管从外壳排气来密封外壳
根据现有技术的方法，通过可透过所关注辐射的窗口(对于红外应用通常由硅或锗制成)封闭的气密密封外壳由穿过外壳的壁的管(称为“排气管”)排气，从而能够从外壳的内部空间排气。外壳通常由金属材料制成，或者使用于壁、底部和盖的金属以及用于在壁中形成的电通路的玻璃和/或陶瓷结合在一起，从而一旦排气管已被机械密封就形成气密封闭的封装件。更具体地讲，窗口置于外壳的侧壁上并且通过焊接附接到所述侧壁。出于此目的，将一层金属焊接材料沉积在外壳的窗口和/或侧壁上，之后施加热和/或机械作用以使焊接材料的原子扩散/迁移和/或使材料至少部分熔融，并因此获得窗口和侧壁的气密接合部。
为了实现所需真空水平，随后将组件加热到100℃至200℃范围内的温度，以便在通过排气管对所述空间进行动态排气的同时使外壳的内表面脱气。排气步骤根据以下因素通常持续几小时到几天：所需真空水平、外壳尺寸、排气管，以及外壳中填充元件或各种气体源(例如有机性质的化合物，诸如粘合剂或聚合物)的存在。在排气步骤结束时，借助于液压夹具压垮并切割通常由铜制成的排气管。此步骤通常称为“夹断”。随后在附加步骤期间对布置在密封外壳内部的吸气剂进行活化。根据此现有技术，吸气剂通常是烧结的吸气剂，其需要在高温下(通常至少800℃)通过焦耳效应电活化，以便仅加热吸气剂本身。
根据本发明，烧结的吸气剂用仅用于氢气且无需活化的吸气剂替换，所述吸气剂沉积在气密密封的封装件的一个部件上，例如，在外壳的基座、一个侧壁上，或者在与内部空间相关的窗口表面上，或者还在窗口的不干扰布置在外壳中的辐射热视网膜检测的部分上。吸气剂包括能够通过物理吸附吸收氢气的贵金属层作为吸气剂材料，所述贵金属层具有100纳米到1微米范围内的厚度。该层例如沉积在金属带或“吸气剂带”上，根据已知技术预先点焊接或熔接在外壳内部的金属化区域上。根据本发明在将吸气剂材料沉积在带上时不需要保护旨在用于吸气剂带的焊接或熔接组装的部分，这是因为一旦吸气剂材料已沉积所述带就不会钝化。带制造顺序因此被简化并且不那么昂贵。
有利地，氢吸气剂材料还选择为具有随后实施无焊剂焊接所必需的质量，这尤其适用于为贵金属的钯。因此，还使用该材料来密封窗口，这能够减少制造步骤的数量。更具体地讲，在一个且相同的沉积步骤中，焊接材料层和氢吸气剂材料层形成在窗口上、在保留的光学透明区域外部，其中焊接层的厚度与吸气剂层的厚度可不同或相同。根据此变型，所述沉积因此包括：
-第一部分，其优选地位于窗口的最末端处，旨在用于将所述窗口无焊剂焊接在外壳的所述侧壁上，如果有必要的话，可能具有已知中间支撑件；以及
-第二部分，其优选地在窗口的内周边处与第一部分相邻或分开，一旦窗口已密封，第二部分将保持与外壳的内部空间直接联系并且旨在发挥吸气剂的作用。
有利地，形成至少两层的叠堆以增加吸气剂和/或焊接材料的机械阻力。沉积具体地包括：沉积至少第一结合层，其具有改进所述金属叠堆与具有形成于其上的叠堆的表面之间的机械内聚的功能；以及沉积至少第二层，其形成氢吸气剂材料。因此，第一钛或铬结合层沉积在所述表面(其对应于根据先前论述模式的吸气剂带或窗口)上，之后第二层吸气剂/焊接材料沉积在所述结合层上。所沉积材料的厚度范围对于结合层(通常为钛或铬)为30nm至300nm，而对于吸气剂/焊接材料(具体地讲，钯或铂)为100nm至1μm。
参见图2的窗口的内部空腔相对表面的视图，窗口18的置于外壳内壁上的表面32包括：金属化区域34，其形成在窗口的边缘上，即，安装并密封在外壳侧壁上的窗口部分；以及形成在所述部分的外部(例如呈带形式)的氢吸气剂区域36，区域34和区域36在同一沉积步骤期间沉积在表面32上。这种沉积可有利地但并非必须地在多个窗口的集体制造期间实施，即在从具有较大表面积的窗口基板“分离”或切割成单元元件之前实施，所述窗口基板通常是标准微电子格式(具有100mm、150mm、200mm或更大直径的盘)。有利地，在金属区域34、36的沉积期间，通过掩蔽保护用于将红外辐射传输到外壳内部的检测元件的中心部分38。有利地，为了避免对金属叠堆的蚀刻操作，例如，根据所谓的“剥离(lift-off)”或“荫罩”技术将这个层的各部分限定在一起。
因此，以这种方式组装的部件在通过例如先前描述的排气管排气–脱气的常规步骤之后具有所需的初始真空质量和稳定性的特性。
优选地，吸气剂/焊接材料为钯。此贵金属实际上具有：
-通过物理吸附对氢气进行吸收的化学特性。此金属可实际上吸收大量氢气，如文献Vacuum properties of palladium thin film coatings,C.Benvenuti et al.,Vacuum73(2004)139–144](钯薄膜涂层的真空性质，C.Benvenuti等人，《真空》，第73卷，2004年，第139–144页)中所示；以及
-适合无焊剂焊接的化学特性，这是因为其为与大气接触不可氧化且不可氮化的金属，换句话讲，其在与存在于大气中的氧气和氮气接触时不钝化。
本发明提供的氢吸气剂具有不需要活化的特殊性质，这是因为钯在暴露于大气时不会通过表面氧化或氮化而钝化。通过物理吸附抽吸氢气在任何时刻都有效并且可逆。在夹断之前在真空中脱气的步骤能够进一步使由此金属捕获的氢气在其存在于大气期间脱气。因此，根据本发明的方法有效维持真空外壳中的低氢气压力，而不需要当前使用的吸气剂的高温热活化或电活化特性。
为了获得低于10-2毫巴并优选地低于10-4毫巴的所需真空水平，由外壳形成的空腔不包含有机性质或来源的部件，例如聚合物或粘合剂，相对于所需的真空水平，其始终并非常持久地脱除大量水蒸汽和挥发性碳化合物。容纳在外壳中的电子部件或芯片，即，支撑敏感检测结构和这些特有结构例如微辐射热测定计的集成电路，有利地借助于金属通过无焊剂焊接固定。因此，可能脱气到外壳中的所有元件的优选成分是无机的，尤其为矿物性质的，优选地为无孔的，诸如通常且已知地而非限制地为，矿物半导体(Si、Ge等)、金属、诸如氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)的致密陶瓷，或者纯的或化学结合的各种形式的碳(例如以碳化物的形式)，以及这些材料彼此之间为任何比例的所有关联物、组件、合金、分散体。
B)第二实施例：根据集体密封各个部分的方法通过从外壳排气来密封外壳
有关对微电子部件(尤其是微辐射热成像部件)进行气密密封的另一现有技术，提供不使用排气管即可在外壳的空腔中获得真空的整体密封。根据例如文献FR 2874691，可在达到足够温度的真空烘箱中持续适于所需真空水平的持续时间集体组装分立部件。
如就根据本发明的通过排气管排气的外壳而言，真空空腔基本上不含有机材料(聚合物、粘合剂)，所述有机材料会造成过度脱气以致实施本发明的时间过长。
微电子部件具体地通过无焊剂焊接固定在与可透过红外辐射的窗口相对的外壳中。就吸气剂和/或通过焊接密封窗口而言，在集体密封情形中的优选成分与前述实施例中的那些成分类似。具体地讲，吸气剂在空腔的壁上沉积成薄膜。在本发明的情形中使用的外壳除了用于在所谓高真空中密封气密密封外壳的那些现有技术之外不需要其他特殊技术。
因此，外壳通常是金属的或陶瓷的，并且包括用于接受焊接的金属化区域，通过安装电子部件并随后安装窗口，覆盖贵金属层(诸如金)来，来允许实现无焊剂焊接，从而组装部件并随后组装窗口。
部件在固定到外壳的表面上包括贵金属层，所述贵金属层根据优选地与外壳脱气和密封循环分开的热循环以无焊剂方式焊接在外壳内部，这尤其能够在密封之前形成部件与外壳通路之间的导线连接。
用于组装的焊接材料优选地以金属预成型件的形式和适于组装需要的几何形状引入，所述金属预成型件具有由所需熔融温度限定的组成。因此，例如，部件可借助于Au 80重量％-Sn 20重量％类型的常规焊料固定到外壳，所述常规焊料具有280℃的熔融温度，所述熔融温度与选择SAC 305型(锡-银-铜合金)的第二常规预成型件相容，所述第二常规预成型件可在大约240℃下熔化，用于焊接根据本发明的外壳的窗口与基座之间的密封。进一步选择这些预成型件的厚度，使得足以补偿彼此相对放置的子组件的表面非均匀度。尤其选择介于20μm和150μm之间的预成型件厚度来实现这一目的。
所使用的窗口通常具有与带排气管的第一实施例的情形中所提供的制造相同的制造，即单独制造，但有利地是，由大幅面基板集体制造，在可透过辐射的表面上形成局部光学处理功能并且在保持不透明的表面的至少一部分上形成吸气剂之后，切割成单个窗口。
随后在相同高真空热循环中执行脱气和密封，以达到部件中所需的最终压力。外壳的不同元件(尤其是窗口)优选地在密封窗口之前例如根据文献FR 0409055中描述的方法在高真空烘箱中提前脱气。然而，根据本发明，在普通吸气剂通常所需的温度下使支撑吸气剂的元件脱气/活化在这里并没有用，因为不需要活化由对钝化不敏感的材料制成的氢吸气剂。
在集体密封的外壳的情况下，本发明的替代实施例是使用如前所述的吸气剂带形式的吸气剂元件。这种带也是根据本发明的原理通过在矿物支撑件(通常由金属或陶瓷制成)上沉积氢吸气剂材料层(具体为钯层)制造而成的，并且在最终将窗口密封到外壳壁的循环之前(例如，在固定微电子部件步骤的同时)或期间，这种带通过无焊剂焊接集成在气密密封壳体中。在这种情况下，窗口可以是根据现有技术的窗口，也可以是根据本发明的窗口，其中本发明的窗口上的吸气剂材料还有如前所述的焊接界面材料的作用。
C)第三实例：根据所谓的“晶圆级封装”方法进行集体密封
本发明还适用于根据所谓的“晶圆级封装”技术在基板规模上密封部件(尤其为辐射热部件)。
根据现有技术(以图3的简化横截面视图示出为参考)，通过焊接、热压或真空熔融将第一透明基板40(称为“窗口晶圆”或“盖晶圆”，其上形成有空腔42)与第二基板44(称为“芯片晶圆”，其支撑多个微电子芯片46，每个例如在其表面处包括敏感视网膜)组装在一起，每个空腔42覆盖一个芯片46。这些集体形成的部件还在每个空腔42中包括吸气剂50以获得高真空，以便确保其最大性能。
确保“晶圆级封装”型部件的组装紧密度的焊接界面的性质通常不同于单独形成的部件的性质：与在单独外壳上独立形成的组件相比，盖晶圆和芯片晶圆的表面条件和表面均匀度实际能够显著减少所用的焊料量。
因此，所需的焊料厚度小能够将金属焊料层直接沉积到盖晶圆或/和芯片晶圆上。沉积方法通常是电解方法和/或物理方法，例如通过阴极溅射或蒸镀进行。为了形成焊料金属化，一种技术是首先通过物理过程(溅射或蒸镀)以非常薄的层将晶种层52沉积到保留给密封界面的表面上，所述密封界面由结合层和贵金属层形成。贵金属能够避免金属表面在空气中钝化，以确保电解生长的第二步骤中界面和暴露表面的覆盖的质量，目的在于在暴露表面上以较大厚度局部选择性沉积实际焊接材料54。选择性沉积能够限制贵金属(如金，一种焊接材料的常见组分)的消耗。
通常，结合层由钛或铬制成并且具有30nm至300nm范围内的厚度，焊接材料层(例如由金制成)具有100nm至500nm范围内的厚度。这些层借助于“剥离”或“荫罩”技术通过蚀刻或通过掩蔽来限定。电解层例如由金以1微米至5微米范围内的厚度、随后由锡以1微米至5微米范围内的厚度制成。在通过真空热压进行密封的过程中，金和锡扩散到彼此之中，随后部分熔融形成至少部分共熔的合金。
在本发明的情形中，至少一个基板(盖晶圆或芯片晶圆)上晶种层的金被替换为钯，将所述钯沉积在第一基板的较大表面区域上，以形成两个相邻或分开的区域。第一区域旨在形成或界接与第二基板的金属化部相对的焊料接合部以及每个空腔内部的第二相对区域，所述第二相对区域在密封之后保持暴露(即，与空腔的大气直接相互作用)，其旨在形成吸气剂50。
紧密密封当然按照前述实施例所描述的那样实施，即通过对脱气进行排气并且随后进行无焊剂密封，具体地讲，在高真空的相同热循环中进行脱气和密封，以达到部件中所需的最终压力。
在优选在同样支撑吸气剂的基板上形成焊料层的情形中，为了避免焊料层电解沉积到第二区域上，优选地是在电解操作之前通过由光刻法限定的抗蚀剂来掩蔽第二区域。因此，未被电沉积物覆盖的区域在组件中用作氢吸气剂，而不需要借助于根据现有技术必要的特定附加步骤来引入这种吸气剂功能。因此，大幅节省时间、装置和成本得以实现。
D)第四实例：根据微包封技术或“像素级封装”在晶圆上进行单片密封
在被称为“像素级封装”或“微封装”的气密密封的情形中，辐射热视网膜的每个像素或像素组被封装在单独的气密外壳(或“微胶囊”)中，所述外壳借助于通过在芯片基板上直接沉积微电子类型而获得的单片层(monolithic layers)集体形成。各个实施例的细节例如由文献US 6753 526提供。根据这种现有技术，为了达到并维持所需真空水平，通过在由此限定的每个气密空腔中局部沉积钛来形成薄膜吸气剂。在使用如上所述的吸气剂的情况下，在技术组装敏感微结构及其空腔的过程中所使用的溶剂、树脂和各种侵蚀性方法(尤其是氧化)会改变吸气剂表面，或甚至至少部分地抑制其气体分子捕获性能。这有可能导致在密封微胶囊之后需要在相对高的温度下进行热活化以使其性能再生。
在本发明的情形中，这种吸气剂用氢吸气剂取代，所述氢吸气剂优选地由至少两层形成：
●一方面为结合层，其具有实现氢吸气剂材料与基板(具有形成在其上的吸气剂)之间的机械内聚力的功能，以及
●另一方面为贵金属层(尤其为钯层)，其能够通过物理吸附吸附氢气。
紧密密封当然按照前述实施例所描述的那样实施，即通过对排气进行排气并且随后进行无焊剂密封，具体地讲，在高真空的相同热循环中实施脱气和密封，以达到部件中所需的最终压力。
除了对大气钝化不敏感这些性质之外，贵金属的优点在于对用于构造微结构及其空腔的常规溶剂和树脂具有抗性，而其表面不会改变。因此，这种金属不需要特定活化，并且按照前述实施例那样操作。
本发明因此具有若干优点。
本发明能够在同一步骤过程中沉积氢吸气剂并且进行为了无焊剂焊接的金属化，这能够节约完成吸气剂沉积和结构化过程的成本和时间。因此，本发明提供的成本收益非常明显。
此外，当前用于在二次真空下进行密封的基于钛或基于锆的吸气剂必需将部件加热至高达300℃以上的温度，或者甚至更有效地，至少高达350℃。微电子部件在这种温度下所经受的热预算或范围可影响集成在外壳中的最敏感部件(典型地，为后续实例中的微辐射热测定计)的物理特性，并且因此影响其性能或甚至其功能。本发明提供的组装方法以及吸气剂能够在比现有技术所施加的温度低的温度下密封精密部件，因为事实情况是，最高温度由用于无焊剂焊接的合金的熔融温度而不是由吸气剂的必要活化来施加。目前，对于与无焊剂焊接相容的常规合金，外壳密封温度范围通常为150℃(富铟合金)至250℃(富锡合金)，比常规吸气剂活化温度低得多。因此，施加到脆弱部件的最高温度显著降低，这使得可更加自由地使用比现有技术所需抗性更小的敏感结构，而在制造之后正常使用部件不需要这种高抗性水平。由于本发明，生产敏感结构是可能的，而没有其他复杂性。
钯(由于其价格合理且特性有利而优选提供)可被替换为更昂贵的铂，如前文所述。
窗口焊接温度受所选金属焊料合金的限制，而不再像现有技术中通常使用的组件那样受吸气剂活化温度的限制。在实施过程中，根据组件所需的特性，熔融温度在156℃(纯铟)至280℃(Au 80-Sn 20)范围内的焊料将是优选的。
已经描述了实施无焊剂焊接来将窗口密封到外壳的基座上的实施例。作为变型，实施阳极键合(一种通过金属扩散的键合)或分子键合来密封外壳，所述结合层形成吸气剂的一部分参与或不参与无焊剂密封。
类似地，已经描述了薄金属层形式的吸气剂，例如其具有小于1微米的厚度，当所述层用于密封外壳时，这种实施例是特别优选的。作为变型，吸气剂可包括厚度较大的氢吸气剂材料层，无论所述层形成吸气剂的部分是否参与无焊剂密封。例如，吸气剂材料层可具有几微米的厚度。
类似地，已经描述了本发明用于辐射热检测器包封以供进行红外检测(例如，在LWIR范围内)的优选应用。当然，本发明适用于需要这种包封的任何类型的微电子部件，尤其是微电子机械系统(MEMS)或微光电子机械系统(MOEMS)。

Claims (12)

1.一种制造包括微电子部件(16；46)的器件的方法，所述微电子部件容纳在外壳(24；40,44)中，所述外壳由限定气密密封的真空内部空间(22；42)的壁形成，所述方法包括：
-形成能够捕获在所述内部空间中的气体的薄膜形式的吸气剂(36；50)；
-从所述内部空间(22；42)排气；
-在所述排气期间，加热所述器件以便使容纳在所述内部空间(22；42)中的元件脱气；并且
-在所述排气之后，以无焊剂方式气密密封所述外壳(24；40,44)；
其特征在于：
-所述器件的可能脱气到所述内部空间(22；42)中的每个组成部分为矿物材料；
-所述吸气剂(36；50)能够基本上仅捕获氢气而对氧气和/或氮气是惰性的；并且
-加热所述器件以及密封所述外壳在低于300℃的温度下进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
-形成所述外壳(24)包括形成下部壁(10)和上盖(18)；
-形成所述吸气剂包括在所述盖(18)上形成氢吸气剂材料的金属层(36)；
-将所述盖(18)放置在所述下部壁(10)上，其中所述金属吸气剂材料层(34,36)的仅第一部分(34)搁置在所述下部壁(10)上；
-形成所述吸气剂，其中所述吸气剂层的至少一个第二部分(36)不搁置在所述下部壁(10)上；并且
-施加机械作用并且/或者加热所述金属吸气剂材料层的所述第一部分(34)，以在所述盖(18)与所述下部壁(10)之间形成气密金属密封。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属吸气剂材料层的所述第一部分(34)和所述至少一个第二部分(36)是相邻的或分开的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述吸气剂包含由钯或铂制成的氢吸气剂材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述吸气剂包含厚度在100纳米至1微米范围内的钯层或铂层。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述内部空间(22；24)中的气体压力小于10-4毫巴，并且所述电子部件(16；46)为辐射热检测器。
7.一种基本上仅捕获氢气以维持其中容纳有电子部件的气密密封外壳中的压力水平的吸气剂的用途。
8.根据权利要求7所述的用途，其中所述吸气剂包含钯或铂以捕获氢气。
9.一种器件，其包括：
-由限定气密密封的真空内部空间(22；42)的壁形成的外壳(24；40,44)；
-容纳在所述外壳(24；40,44)中的微电子部件(16；46)；以及
-容纳在所述内部空间(22；42)中的吸气剂(36；50)；
其特征在于：
-所述器件的可能脱气到所述内部空间(22；42)中的每个组成部分为矿物材料；并且
-所述吸气剂(36；50)仅捕获氢气。
10.根据权利要求9所述的器件，其特征在于，所述吸气剂(36；50)包含钯或铂以捕获氢气。
11.根据权利要求9或10所述的器件，其特征在于，所述微电子部件(46)包括悬挂在基板上方的至少一个辐射热膜。
12.根据权利要求9、10或11所述的器件，所述器件包括窗口和吸气剂，所述窗口借助于金属密封层气密密封在基座上，所述吸气剂包括金属吸气剂材料层，其特征在于，所述密封层和所述吸气剂材料层由一层相同的金属材料形成。
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