CN110104606A - 一种mems红外传感器的封装结构 - Google Patents

一种mems红外传感器的封装结构 Download PDF

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吴国强
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Abstract

本发明公开了一种MEMS红外传感器的封装结构，包括：中间开有用于放置MEMS红外传感器芯片的放置槽，两侧开有竖直的两个硅通孔的底部晶圆；焊接在所述硅通孔两端的两个焊盘；分别连接所述MEMS红外传感器芯片两端和所述硅通孔顶端的焊盘的两根连接线；沉积在所述底部晶圆顶部边沿的焊料；通过焊料焊接在所述底部晶圆顶部，并与所述底部晶圆之间形成密封腔的上晶圆。本发明解决上述的封装成本高、效率慢以及扁平化封装的问题。

Description

一种MEMS红外传感器的封装结构
技术领域
本发明涉及MEMS红外传感器的封装结构。
背景技术
目前MEMS(微机电系统，Micro-Electro-Mechanical System)红外传感器，如MEMS热释电传感器、MEMS热电堆传感器等，大都基于TO(Transistor Outline，晶体管外形)封装方式，而TO封装方式不兼容目前PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)常用的SMD(Surface Mounted Devices，表面贴装器件)贴片工艺，导致贴片速度慢、效率低等问题。
并且，TO封装体的厚度较高，难以集成在较薄的设备当中，如手机等。大大限制了其用用领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MEMS红外传感器的封装结构，解决上述的封装成本高、效率慢以及扁平化封装的问题。
实现上述目的的技术方案是：
一种MEMS红外传感器的封装结构，包括：
中间开有用于放置MEMS红外传感器芯片的放置槽，且该放置槽的两侧开有竖直的两个硅通孔(TSV)的底部晶圆；
焊接在各所述硅通孔两端的两个焊盘；
分别连接所述MEMS红外传感器芯片两端和两个所述硅通孔顶端的焊盘的两根连接线；
沉积在所述底部晶圆顶部边沿的焊料；以及
通过焊料焊接在所述底部晶圆顶部，并与所述底部晶圆之间形成密封腔的上晶圆。
优选的，所述上晶圆的上下表面均镀有光学镀膜。
优选的，还包括：设置在所述底部晶圆和所述上晶圆之间，用于防止所述连接线压伤的连接线防护结构。
优选的，所述连接线防护结构为：刻蚀在所述上晶圆底部，并位于两根所述连接线正上方的两个凹槽。
优选的，所述连接线防护结构为：开设在所述放置槽两侧的所述底部晶圆上的两个台阶，
所述台阶的表面上开设所述硅通孔；
所述硅通孔顶端的焊盘的上表面高度低于所述底部晶圆的上表面高度。
优选的，所述连接线防护结构为：用于抬高所述上晶圆的底面至不接触所述连接线的位置的所述焊料。
优选的，所述连接线防护结构为：设置在所述焊料中间的垫片。
优选的，所述底部晶圆和所述上晶圆利用晶圆键合工艺，通过焊料进行焊接。
优选的，所述垫片为中间晶圆。
优选的，所述底部晶圆、所述垫片和所述上晶圆利用三层晶圆键合工艺，通过焊料进行焊接。
本发明的有益效果是：本发明通过有效的结构设计，具有更小的封装体积，能更加扁平化的封装。可实现真空封装，提高MEMS红外传感器的性能。同时，批量化的半导体晶圆级封装工艺，可实现更低的封装成本。上晶圆上下表面的无损设计，封装设计保证上晶圆的上下两个面均是光滑度极高的抛光面，而非刻蚀形成的表面，因此具有更好的透光性。另外，通过设计连接线防护结构，有效避免连接线被压伤。
附图说明
图1是本发明的MEMS红外传感器的封装结构的第一实施例的结构图；
图2是本发明的MEMS红外传感器的封装结构的第二实施例的结构图；
图3是本发明的MEMS红外传感器的封装结构的第三实施例的结构图；
图4是本发明的MEMS红外传感器的封装结构的第四实施例的结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1-4，本发明的MEMS红外传感器的封装结构，包括底部晶圆1、焊盘2、连接线3、焊料4和上晶圆5。
底部晶圆1中间开有用于放置MEMS红外传感器芯片6的放置槽11，放置槽11的两侧开有竖直的两个硅通孔12。硅通孔12的两端各焊接一个焊盘2。
在底部晶圆1上进行打线，两根连接线3分别连接MEMS红外传感器芯片6两端和两个硅通孔12顶端的焊盘2。
在底部晶圆1顶部边沿沉积焊料4。焊料4可以是金属焊料，如：金锡合金。或非金属焊料，如玻璃焊料。
上晶圆5通过焊料4焊接在底部晶圆1顶部，并与底部晶圆1之间形成密封腔52。
上晶圆5的上下表面均镀有光学镀膜51。
另外，为了防止连接线3被压伤，在底部晶圆1和上晶圆5之间设置连接线防护结构。本申请提供了如下四种情况：
1)如图1所示。连接线防护结构为：刻蚀在上晶圆5底部，并位于两根连接线3正上方的两个凹槽7，能够使得连接线3伸入，不会压到。
2)如图2所示。连接线防护结构为：开设在放置槽11两侧的底部晶圆1上的两个台阶8，台阶8的表面上开设硅通孔12。硅通孔12顶端的焊盘2的上表面高度低于底部晶圆1的上表面高度。这样也不会压伤连接线3。
3)如图3所示。连接线防护结构为：用于抬高上晶圆5的底面至不接触连接线3的位置的焊料4。采用厚焊料工艺，抬高上晶圆5的高度，避免连接线3压伤。
4)如图4所示。连接线防护结构为：设置在焊料4中间的垫片9。垫片9为中间晶圆。抬高上晶圆5的高度。
以上，1)、2)、3)三种情况下，底部晶圆1和上晶圆5利用晶圆键合工艺，通过焊料4进行焊接。
4)这一种情况，底部晶圆1、垫片9和上晶圆5利用三层晶圆键合工艺，通过焊料4进行焊接。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种MEMS红外传感器的封装结构，其特征在于，包括：
中间开有用于放置MEMS红外传感器芯片的放置槽，且该放置槽的两侧开有竖直的两个硅通孔的底部晶圆；
焊接在各所述硅通孔两端的两个焊盘；
分别连接所述MEMS红外传感器芯片两端和两个所述硅通孔顶端的焊盘的两根连接线；
沉积在所述底部晶圆顶部边沿的焊料；以及
通过焊料焊接在所述底部晶圆顶部，并与所述底部晶圆之间形成密封腔的上晶圆。
2.根据权利要求1所述的MEMS红外传感器的封装结构，其特征在于，所述上晶圆的上下表面均镀有光学镀膜。
3.根据权利要求1所述的MEMS红外传感器的封装结构，其特征在于，还包括：设置在所述底部晶圆和所述上晶圆之间，用于防止所述连接线压伤的连接线防护结构。
4.根据权利要求3所述的MEMS红外传感器的封装结构，其特征在于，所述连接线防护结构为：刻蚀在所述上晶圆底部，并位于两根所述连接线正上方的两个凹槽。
5.根据权利要求3所述的MEMS红外传感器的封装结构，其特征在于，所述连接线防护结构为：开设在所述放置槽两侧的所述底部晶圆上的两个台阶，
所述台阶的表面上开设所述硅通孔；
所述硅通孔顶端的焊盘的上表面高度低于所述底部晶圆的上表面高度。
6.根据权利要求3所述的MEMS红外传感器的封装结构，其特征在于，所述连接线防护结构为：用于抬高所述上晶圆的底面至不接触所述连接线的位置的所述焊料。
7.根据权利要求3所述的MEMS红外传感器的封装结构，其特征在于，所述连接线防护结构为：设置在所述焊料中间的垫片。
8.根据权利要求1、4、5或6中任一项所述的MEMS红外传感器的封装结构，其特征在于，所述底部晶圆和所述上晶圆利用晶圆键合工艺，通过焊料进行焊接。
9.根据权利要求7所述的MEMS红外传感器的封装结构，其特征在于，所述垫片为中间晶圆。
10.根据权利要求9所述的MEMS红外传感器的封装结构，其特征在于，所述底部晶圆、所述垫片和所述上晶圆利用三层晶圆键合工艺，通过焊料进行焊接。
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