CN110047858B - 一种晶圆级红外探测芯片的封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶圆级红外探测芯片的封装方法，包括以下步骤：步骤一、在红外探测芯片的金属化区设置金属层；步骤二、向上腔体内放入第一材料，第一材料包括具有金属层的红外探测芯片；之后上腔体升温至第一温度并保温；步骤三、向下腔体内放入第二材料，第二材料包括光学窗和吸气剂，之后下腔体依次对第二材料做除气处理和激活处理；步骤四、遮板打开，真空回流焊接机升温至焊接温度并保温；焊接温度即为金属层的熔点；金属层在焊接温度下融化，而融化的金属层将红外探测芯片与光学窗结合在一起；步骤五、真空回流焊接机停止加温，自然冷却至常温，之后取出成品。其适用于晶圆级红外探测芯片封装，精度高，成品良率高。
Description
技术领域
本发明涉及红外芯片封装领域，具体涉及一种晶圆级红外探测芯片的封装方法。
背景技术
目前，红外影像传感器包括红外探测芯片，常用的红外探测芯片的封装方法是陶瓷封装。如图1所示，为传统红外封装技术中解雇示意图，陶瓷封装包括陶瓷基座、金属上盖和光学窗口,三者组成一个真空腔体；在陶瓷基座上安装有红外探测器芯片,同时安装有吸气剂,在光学窗口上镀有红外线绿光膜，封装时，在真空环境下高温加热光学窗口/金属上盖/陶瓷底座,并激活吸气剂,再将光学窗口/金属上盖/陶瓷底座,用焊料片熔接再一起。陶瓷封装的技术,需要一个较大的陶瓷管壳，即上述的陶瓷基座,用于放置红外探测器芯片,并连接着金线作为连接,陶瓷管壳的上方设置有光学窗或是金属上盖带有光学窗,这样的封装尺寸大约在20*20mm。由于红外探测器已发展到晶圆级封装,尺寸越来越小,焊料片尺寸同样跟着变小,如此造成焊料片生产的变形不良大幅增加,封装端的制程取放材料也同样有这个变形问题。当尺寸要再继续缩小时,会遇到焊料片尺寸过小,厂商制作困难,且生产时人员难以取放,焊料很容易变形无法对位等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种晶圆级红外探测芯片的封装方法，其适用于晶圆级红外探测芯片封装，精度高，成品良率高。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种晶圆级红外探测芯片的封装方法，基于真空回流焊接机，所述真空回流焊接机包括上腔体和下腔体，所述上腔体与下腔体间设置有遮板，包括以下步骤：
步骤一、红外探测芯片包括感光区，环绕所述感光区设置有金属化区，在所述金属化区设置金属层；
步骤二、向所述上腔体内放入第一材料，所述第一材料包括具有金属层的红外探测芯片，所述红外探测芯片正面朝下；之后所述上腔体升温至第一温度并保温；
步骤三、向所述下腔体内放入第二材料，所述第二材料包括光学窗和吸气剂，之后所述下腔体依次对第二材料做除气处理和激活处理；
步骤四、所述遮板打开，所述真空回流焊接机升温至焊接温度并保温；焊接温度即为所述金属层的熔点；所述金属层在所述焊接温度下融化，而融化的金属层将红外探测芯片与光学窗结合在一起；
步骤五、所述真空回流焊接机停止加温，自然冷却至常温，之后取出成品。
作为优选的，步骤一中在所述金属化区设置有金属层，具体包括：所述金属层为金属膜层，所述金属膜层通过涂布、溅镀或喷涂的方式形成。
作为优选的，步骤一中在所述金属化区设置有金属层，具体包括：所述金属层为金属球层，所述金属球层包括多个金属球。
作为优选的，所述金属球均匀分布在所述金属化区。
作为优选的，在步骤二中，所述上腔体升温至第一温度并保温，第一温度的范围为150-220℃，保温时间为6-72hr。
作为优选的，在步骤三中，所述下腔体依次对第二材料做除气处理和激活处理，其中，所述除气处理的温度为120-200℃，所述除气处理的时间为3-12hr；所述激活处理的温度为300-450℃，所述激活处理的时间为5-90min。
作为优选的，在步骤四中，所述真空回流焊接机升温至焊接温度并保温，焊接温度为180-225℃，焊接时间为5-30min。
作为优选的，在步骤一中，所述金属层为金锡合金或铟银合金。
本发明的有益效果：
1、本发明在金属化区生长金属层，而金属层在后续的升温加热过程中会融化，从而使得上腔体中的材料与下腔体中的材料结合，完成红外探测芯片的封装，精度高，成品良率高，适用于晶圆级芯片的封装。
2、本发明不需另外使用焊料片，如此解决了焊料很容易变形且无法精准对位的问题，直接在芯片上生长金属层，有利于将红外探测器尺寸做小，适应时代需求。
附图说明
图1为背景技术中传统封装的结构示意图；
图2为金属化区镀有金属膜层的结构示意图；
图3为金属化区铺设金属球的结构示意图。
图中标号说明：1、镀金焊垫；2、感光区；3、金属化区；4、红外探测芯片；5、金属球。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图2-图3所示，本发明公开了一种晶圆级红外探测芯片的封装方法，基于真空回流焊接机，所述真空回流焊接机包括上腔体和下腔体，所述上腔体与下腔体间设置有遮板，包括以下步骤：
步骤一、红外探测芯片4包括感光区2，环绕所述感光区2设置有金属化区3，在所述金属化区3设置金属层。在红外探测芯片4上设置有两排镀金焊垫1，而金属化区3位于两排镀金焊垫之间。
所述金属层为金锡合金或铟银合金。当然，金属层的材料可以依芯片耐温程度与制程工艺的需求,来选用合适的焊料。
本发明中，金属层可为金属膜层或金属球层。
在实施例一中，如图2所示，所述金属层为金属膜层，所述金属膜层通过涂布、溅镀或喷涂的方式形成，即在金属化区镀一层金属膜层。例如，当使用溅镀的方式在金属化区镀膜时，可使用掩膜将金属化区之外的区域遮盖，避免金属化区之外的区域被污染，从而保证镀膜精度。
在实施例二中，如图3所示，所述金属层为金属球层，所述金属球层包括多个金属球5。而所述金属球均匀贴附在所述金属化区3，金属球5在融化和挤压后会扩散。
步骤二、向所述上腔体内放入第一材料，所述第一材料包括具有金属层的红外探测芯片，所述红外探测芯片正面朝下；之后所述上腔体升温至第一温度并保温。在该步骤中，第一温度的范围为150-220℃，保温时间为6-72hr。
步骤三、向所述下腔体内放入第二材料，所述第二材料包括光学窗和吸气剂，之后所述下腔体依次对第二材料做除气处理和激活处理。在该步骤中，所述除气处理的温度为120-200℃，所述除气处理的时间为3-12hr；所述激活处理的温度为300-450℃，所述激活处理的时间为5-90min。
步骤四、所述遮板打开，所述真空回流焊接机升温至焊接温度并保温；焊接温度即为所述金属层的熔点；所述金属层在所述焊接温度下融化，而融化的金属层将红外探测芯片与光学窗结合在一起。在该步骤中，所述真空回流焊接机升温至焊接温度并保温，焊接温度为180-225℃，焊接时间为5-30min。光学窗的表面设置有与金属化区大小和形状相配合的区域，而当金属层融化时，光学窗与红外探测芯片即结合在一起。
步骤五、所述真空回流焊接机停止加温，自然冷却至常温，之后取出成品。
本发明步骤一至步骤四皆在真空环境下进行，步骤五在自然冷却的过程中依旧持续抽真空。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (8)
1.一种晶圆级红外探测芯片的封装方法，基于真空回流焊接机，所述真空回流焊接机包括上腔体和下腔体，所述上腔体与下腔体间设置有遮板，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、红外探测芯片包括感光区，环绕所述感光区设置有金属化区，在所述金属化区设置金属层；
步骤二、向所述上腔体内放入第一材料，所述第一材料包括具有金属层的红外探测芯片，所述红外探测芯片正面朝下；之后所述上腔体升温至第一温度并保温；
步骤三、向所述下腔体内放入第二材料，所述第二材料包括光学窗和吸气剂，之后所述下腔体依次对第二材料做除气处理和激活处理；
步骤四、所述遮板打开，所述真空回流焊接机升温至焊接温度并保温；焊接温度即为所述金属层的熔点；所述金属层在所述焊接温度下融化，而融化的金属层将红外探测芯片与光学窗结合在一起；
步骤五、所述真空回流焊接机停止加温，自然冷却至常温，之后取出成品。
2.如权利要求1所述的晶圆级红外探测芯片的封装方法，其特征在于，步骤一中在所述金属化区设置有金属层，具体包括：所述金属层为金属膜层，所述金属膜层通过涂布、溅镀或喷涂的方式形成。
3.如权利要求1所述的晶圆级红外探测芯片的封装方法，其特征在于，步骤一中在所述金属化区设置有金属层，具体包括：所述金属层为金属球层，所述金属球层包括多个金属球。
4.如权利要求3所述的晶圆级红外探测芯片的封装方法，其特征在于，所述金属球均匀分布在所述金属化区。
5.如权利要求1所述的晶圆级红外探测芯片的封装方法，其特征在于，在步骤二中，所述上腔体升温至第一温度并保温，第一温度的范围为120-200℃，保温时间为6-72hr。
6.如权利要求1所述的晶圆级红外探测芯片的封装方法，其特征在于，在步骤三中，所述下腔体依次对第二材料做除气处理和激活处理，其中，所述除气处理的温度为120-200℃，所述除气处理的时间为3-12hr；所述激活处理的温度为300-450℃，所述激活处理的时间为5-90min。
7.如权利要求1所述的晶圆级红外探测芯片的封装方法，其特征在于，在步骤四中，所述真空回流焊接机升温至焊接温度并保温，焊接温度为180-225℃，焊接时间为5-30min。
8.如权利要求1所述的晶圆级红外探测芯片的封装方法，其特征在于，在步骤一中，所述金属层为金锡合金或铟银合金。
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