CN108231955A - 一种ZnO纳米线紫外探测器在N2氛围下的封装方法 - Google Patents
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Abstract
一种ZnO纳米线紫外探测器在N2氛围下的封装方法，涉及紫外探测技术领域与封装领域。具体地说是利用集成电路一级封装中的金属封装，针对ZnO纳米线紫外探测器在N2氛围下的封装，采用固定的带窗口的金属管底座和管帽，同时利用储能焊工艺及修饰液，保证ZnO纳米线紫外探测器的高增益特性和封装后器件整体的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及紫外探测技术领域与封装领域，具体涉及一种ZnO纳米线紫外探测器在N2氛围下的封装方法。
背景技术
紫外光电探测器是一种探测紫外光辐照的光电器件，且广泛应用于航空航天、环境监测、通讯、汽车电子、石油勘探等领域。随着科技的发展，材料性能不断提升，结构强度也不断提高，对其长期在极端环境应用的可靠性、稳定性要求愈来愈高。基于ZnO的紫外探测器有很多优势，如背景噪声小、高响应性、内部增益高、容易制作等。关于ZnO纳米线紫外探测器的高性能已有大量的研究报道，但是这些器件制作完成后投入到实际应用各种涉及到的高稳定性却鲜有人报道，由于紫外探测器的可靠性及稳定性则体现在纳米线的表面特性的稳定，因此如何维持紫外探测器的表面特性稳定是ZnO纳米紫外探测器真正步入实用化的关键问题。
IC产业中，已经形成的IC设计、IC制造和IC封装、测试方面，构成了IC产业的三大支柱，随着电子系统的小型化和高性能化，电子封装对系统的影响变得和芯片设计制造方面一样重要。由于半导体器件和电路的许多参数以及器件稳定性、可靠性都是直接与半导体表面态密切相关，微电子封装可以为芯片提供牢固可靠的机械支撑，并能适应各种工作环境和条件的变化，且微电子封装不但直接影响着器件本身的电性能、热性能、光性能和机械性能，影响其可靠性和成本，还在很大程度上决定着电子整机系统的小型化、可靠性和成本。
制作完成后的紫外探测器，曝露在空气中，由于氧气的表面吸附和成键以及水汽，纳米线的表面特性易于受到影响，而器件特性很大程度上决定了纳米线的表面特性，因此必须通过封装将探测器与外部环境隔离。目前，常规的方法是表面钝化和有机旋涂。这两种方法都是将具有惰性作用的固体物质覆盖在纳米器件的表面，以达到与外部环境的隔离作用。然而，钝化需要在高温下进行，而高温作用将会改变纳米线表面的特性，并且，固体物质的隔离也会影响紫外线的透过，从而影响了探测器件的灵敏度。
发明内容
为解决上述问题，本发明采用了惰性气体封装ZnO纳米器件，解决了ZnO纳米线紫外光电探测器件的可靠性和稳定性问题，使得器件能够进行后续电子系统的二级封装以及三级封装。
本发明的解决方案是，提供一种包括以下步骤的N2环境下ZnO纳米线紫外探测器件金属封装方法的工艺：
a、对金属管帽和金属管底座进行清洗，清洗后再烘干；金属管帽的顶端设有透明材质的窗口；
b、用导电胶将ZnO纳米线紫外探测器件固定在所述的金属管底座中间，并进行压焊工艺；
c、将修饰液滴在ZnO纳米线紫外探测器件上，完全覆盖ZnO纳米线紫外探测器件，并将金属管底座放入烘箱内进行烘烤；
d、在N2氛围下，采用储能焊技术将所述的管帽盖在所述的烘烤后的管座上进行封装，管帽与管座之间充满干燥的氮气。
采用以上工艺步骤后，本发明的有益效果是：利用储能焊技术使得ZnO纳米器件在氮气环境保护下工作，密封性好，牢固性好，既不影响探测器件的增益特性，又能保持器件长时间工作的稳定性，延长了器件的使用寿命。本发明采用导电胶作为粘连器件和金属管座的材料，由于导电胶在室温下就可以实现固化，不需要进行热固化工艺，避免了高温使得器件失效的可能性；可兼容纳米线表面修饰技术，提高了器件的增益性能。
优选地，本发明所述的一种ZnO纳米线紫外探测器件N2封装方法，其中步骤a具体如下：
(1)将金属管帽和金属管底座放入容器内，然后在容器内倒入无水乙醇，使无水乙醇完全淹没金属管帽和金属管底座，将金属管帽和金属管底座浸泡3～5min；
(2)将容器放入超声波清洗机内进行清洗，清洗时间为5min；
(3)将清洗完的金属管帽和金属管底座包入无纺布中，用N2枪吹1min，然后一起放入高低温环境试验箱烘干，烘干后取出，其中烘干温度为60～70℃，烘干时间为5min；
优选地，本发明所述的一种ZnO纳米线紫外探测器件N2封装方法，步骤b具体如下：
(1)将金属管底座放入合适的托盘上；
(2)用滴管将适量的导电胶涂覆在金属管底座的中央位置；
(3)将ZnO纳米线紫外探测器件按压在导电胶涂层上，并放入氮气柜内进行固化，固化温度为室温，固化时间为24h；
(4)将所述完成固化的ZnO纳米线紫外探测器件进行压焊工艺，用一根金丝a的一端焊接在金属管底座的压焊点上，另一端焊接在ZnO纳米线紫外探测器上；另一根金丝b的一端焊接在金属管座上无导电胶的任何位置，另一端焊接在ZnO纳米线紫外探测器件的另一端。
优选地，本发明所述的一种ZnO纳米线紫外探测器件N2封装方法，步骤c具体如下：
(1)将硝酸银(AgNO3)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于无水乙醇中，用磁力搅拌机搅拌均匀，配置成修饰液；优选每0.17g的硝酸银对应0.2g的聚乙烯吡咯烷酮、50ml无水乙醇。
(2)用滴管将修饰液滴在ZnO纳米线紫外探测器件上，完全覆盖ZnO纳米线紫外探测器件；
(3)将步骤(2)滴有修饰液的金属管底座放入烘箱内进行烘干，烘干后取出，其中烘箱的烘干温度为100℃，烘干时间为3-4min。
优选地，本发明所述的一种ZnO纳米线紫外探测器件N2封装方法，步骤d具体如下：
(1)打开储能焊设备，充满干燥的氮气；
(2)将修饰后的器件拿入储能焊设备中完成储能焊封装，使得金属管帽和金属管底座紧密连在一起，将ZnO纳米线紫外探测器件封装在金属管帽和金属管底座的空腔内。
本发明利用集成电路一级封装中的金属封装，针对ZnO纳米线紫外探测器在N2氛围下的封装，采用固定的带窗口的金属管底座和管帽，同时利用储能焊工艺及修饰液，保证ZnO纳米线紫外探测器的高增益特性和封装后器件整体的稳定性。
附图说明
图1是本发明中ZnO纳米线紫外探测器N2封装结构中的管帽
图2是本发明中ZnO纳米线紫外探测器N2封装结构中完成修饰后的管座俯视图
图3是本发明中本发明中ZnO纳米线紫外探测器N2封装工艺的流程示意图
图4是实施例1中10个器件封装后的增益测试结果
图5是实施例2中1个器件在9个月内的7次增益测试结果
图中：1-金属管底座 2-压焊点 3-导电胶 4-探测器 5-金属管帽 6-修饰液 7-金丝a 8-金丝b；
具体实施方式
为了使本发明的封装结构更清晰，下面结合附图和具体实施例方式对本发明一种ZnO纳米线紫外探测器件N2封装方法做进一步的详细说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
如图1、图2和图3所示，本发明ZnO纳米线紫外探测器件N2封装工艺的具体步骤如下：
(1)、将金属管帽(设有通明材料的天窗)5和金属管底座1放入大烧杯内，然后在烧杯内倒入无水乙醇，使无水乙醇完全淹没金属管帽5和金属管底座1，将金属管帽5和金属管底座1浸泡3～5min，然后将烧杯放入超声波清洗机内进行清洗，清洗时间为5min，洗掉遗留的金属粉尘和油脂后，将清洗完的金属管帽5和金属管底座1包入无纺布中，用N2枪吹1min，然后一起放入高低温环境试验箱烘干，烘干后取出，其中烘干温度为60～70℃，烘干时间为5min。
(2)、先将(1)中得到的金属管底座1放在合适的托盘上，托盘的作用是将金属管底座平稳放置，方便做后续工艺。先用滴管将适量的导电胶3涂覆在金属管底座1的中央位置，所涂导电胶3的面积需超出或接近探测器件4的面积，但不可接触到金属管底座1上的压焊点2。用镊子轻轻将探测器件4按压在导电胶涂层3上，用力不可过大，防止损坏器件，然后将粘有探测器件4的金属管底座1连同托盘一起放入氮气柜内进行固化过程，固化温度为室温，固化时间为24h，导电胶进行常温固化，可避免高温对探测器件4性能的影响，防止器件失效。将完成固化后的探测器件4进行压焊工艺，用金丝a7将探测器件4的一端连入金属管底座1上的压焊点2，然后用金丝b8将探测器件4的另一端连接在金属管底座未被涂覆导电胶的任意位置上，此位置以金丝a7与金丝b8互相不干扰为佳。
(3)、先称量0.17g的硝酸银(AgNO3)和0.4g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于100ml的无水乙醇中，用磁力搅拌机搅拌均匀，配置成修饰液。用滴管将配好的修饰液滴在由(2)得到的金属管底座1上，所用修饰液的量需完全覆盖探测器件4，以保证修饰液能够起作用，保证探测器件4特性的均匀性。将滴有修饰液的金属管底座1放在托盘上，并放入烘箱内进行烘干，烘干后取出，其中烘箱的温度为100℃，烘干时间为3min，对探测器件4进行修饰并烘干的目的是为了提高探测器件4对紫外光的灵敏度，性能表征为光增益，烘干后探测器件4的表面会变为黄色，表示修饰液起作用。
(4)、先打开储能焊设备，储能焊设备为HA-8系统，向设备里充满干燥氮气。将(3)中得到的探测器件4放入储能焊设备中，通过设备中储能电容充电放电的过程使得金属管底座1和金属管帽2紧密的连接在一起，且此时金属管底座1和金属管帽内部空间中充满干燥的氮气，完成ZnO纳米线紫外探测器的N2封装工艺流程。
经过上述四个步骤后，我们对完成氮气储能焊封装的10个器件分别进行了测试，在相同紫外光照下，得到每个器件的暗电流，光电流，及光增益参数，测试结果如表1和图4所示，封装后的10个器件增益均不低于10的4次方量级。
表1实施例1在相同紫外光照下测试探测器件性能参数
实施例2：
经过实施例1上述四个步骤后，对完成氮气储能焊封装的器件3进行了测试，在相同紫外光照下，在9个月内对器件进行了7次测试，对探测器件寿命表征结果如图5所示，器件的7次增益均在同一量级，随着时间的增加，并没有发生大的变化，特性很稳定。
Claims (5)
1.一种ZnO纳米线紫外探测器在N2氛围下的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、对金属管帽和金属管底座进行清洗，清洗后再烘干；金属管底座的顶端设有透明材质的窗口；
b、用导电胶将ZnO纳米线紫外探测器件固定在所述的金属管底座中间，并进行压焊工艺；
c、将修饰液滴在ZnO纳米线紫外探测器件上，完全覆盖ZnO纳米线紫外探测器件，并将金属管底座放入烘箱内进行烘烤；
d、在N2氛围下，采用储能焊技术将所述的管帽盖在所述的烘烤后的管座上进行封装，管帽与管座之间充满干燥的氮气。
2.按照权利要求1所述的一种ZnO纳米线紫外探测器在N2氛围下的封装方法，其特征在于，步骤a具体如下：
(1)将金属管帽和金属管底座放入容器内，然后在容器内倒入无水乙醇，使无水乙醇完全淹没金属管帽和金属管底座，将金属管帽和金属管底座浸泡3～5min；
(2)将容器放入超声波清洗机内进行清洗，清洗时间为5min；
(3)将清洗完的金属管帽和金属管底座包入无纺布中，用N2枪吹1min，然后一起放入高低温环境试验箱烘干，烘干后取出，其中烘干温度为60～70℃，烘干时间为5min。
3.按照权利要求1所述的一种ZnO纳米线紫外探测器在N2氛围下的封装方法，其特征在于，步骤b具体如下：
(1)将金属管底座放入合适的托盘上；
(2)用滴管将适量的导电胶涂覆在金属管底座的中央位置；
(3)将ZnO纳米线紫外探测器件按压在导电胶涂层上，并放入氮气柜内进行固化，固化温度为室温，固化时间为24h；
(4)将所述完成固化的ZnO纳米线紫外探测器件进行压焊工艺，用金丝a一端焊接在金属管底座的压焊点上，另一端焊接在ZnO纳米线紫外探测器件上。另一根金丝b的一端焊接在金属管底座的压焊点上，另一端焊接在ZnO纳米线紫外探测器件上。
4.按照权利要求1所述的一种ZnO纳米线紫外探测器在N2氛围下的封装方法，其特征在于，步骤c具体如下：
(1)将硝酸银(AgNO3)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于无水乙醇中，用磁力搅拌机搅拌均匀，配置成修饰液；优选每0.17g的硝酸银对应0.2g的聚乙烯吡咯烷酮、50ml无水乙醇。
(2)用滴管将修饰液滴在ZnO纳米线紫外探测器件上，完全覆盖ZnO纳米线紫外探测器件；
(3)将步骤(2)滴有修饰液的金属管底座放入烘箱内进行烘干，烘干后取出，其中烘箱的烘干温度为100℃，烘干时间为3-4min。
5.按照权利要求1所述的一种ZnO纳米线紫外探测器在N2氛围下的封装方法，其特征在于，步骤d具体如下：
(1)打开储能焊设备，充满干燥的氮气；
(2)将修饰后的器件拿入储能焊设备中完成储能焊封装，使得金属管帽和金属管底座紧密连在一起，将ZnO纳米线紫外探测器件封装在金属管帽和金属管底座的空腔内。
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