CN110148571B - 一种八英寸红外探测器封装窗口及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种八英寸光学封装窗口的设计和制备方法，该晶圆级封装窗口主要用于非制冷型红外焦平面探测器，晶圆表面均匀分布着封装窗口单元阵列，该阵列与另一晶圆上探测器芯片的数量和位置一一对应。本发明中晶圆封装窗口包括八英寸硅晶圆基底、封装窗口单元和对准标记；所述封装窗口单元包括镀制在基底第一表面的光学薄膜、金属封装层、吸气剂、金属封装层上的焊料层以及镀制在基底第二表面的光学薄膜。本发明还阐明了上述晶圆级封装窗口的制备方法。本发明中描述的八英寸晶圆封装窗口上面刻有对准标记，可以与八英寸探测器芯片晶圆实现晶圆级封装，然后通过激光隐形切割裂片，这种生产方式可适用于红外探测器的大规模量产。

Description

一种八英寸红外探测器封装窗口及其制备方法
技术领域
本发明涉及红外焦平面探测器生产技术领域，具体指一种以单晶硅为基底的八英寸红外探测器封装窗口及其制备方法。
背景技术
红外热成像设备是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的高科技产品。具有很高的军事应用价值和民用价值。在军事上，可用于军事夜间侦查、武器瞄具、夜视导引、红外搜索和跟踪、卫星遥感等领域。在民用方面，可用于安防监控、建筑节能检测、设备状态热诊断、生产过程监控、汽车辅助驾驶、消防等多个领域。
随着红外热成像技术的不断发展，新兴民用市场正在成为红外成像产品的最大舞台，特别是车载系统、无人机、安防、健康医疗等新兴市场的发展，对红外成像产品的需求量不断加大，产品的价格将是整个产业发展的决定性因素。在红外探测器的生产过程中，封装和测试环节所占的成本比例非常高，晶圆级封装技术已经成为一种发展趋势，将成为民用红外产品降低成本和扩大产量的主要突破口。
目前红外焦平面探测器封装窗口主要采用小片单元式的生产工艺，成本高、工艺繁杂，不能大规模量产。晶圆级封装窗口颠覆了传统的小片生产技术，实现了光学封装窗口的集成化和规模化生产，同时大幅降低了封装窗口的成本，相应的就减少了红外探测器的成本，更能适应未来红外市场的爆发式增长。
发明内容
本发明提供了一种八英寸红外探测器封装窗口及其制备方法，相比于传统小片单元式光学窗口，可实现集成化规模生产，满足晶圆级封装技术的发展需求。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的。
一种八英寸红外探测器封装窗口，包括：八英寸晶圆硅基底、封装窗口单元和对准标记。所述封装窗口单元与另一个晶圆上探测器芯片的数量和位置一一对应。封装窗口单元包括光学薄膜层、吸气剂层、金属封装层、焊料层。所述硅晶圆基底双面抛光，光学薄膜层、吸气剂层、金属封装层在硅晶圆第一表面镀制而成，所述焊料层在金属封装层表面上镀制而成。
所述对准标记设置于晶圆基底第一表面和第二表面并且两两对称，对准标记位于封装窗口单元之间，均匀对称分布于晶圆封装窗口上，用于晶圆级窗口和芯片封装时以及晶圆切割时对准位置。
所述光学薄膜层为多层增透膜，分为两部分，分别镀制在基底第一表面和第二表面，第一表面光学薄膜层为阵列形式，第二表面光学薄膜层是连续的。
所述吸气剂层镀制在晶圆第一表面，与光学薄膜层在同一平面上并排放置。
所述金属封装层镀制在晶圆第一表面，位于光学薄膜层和吸气剂层外围，形成一个环带。
所述焊料层镀制在金属封装层表面，形成一个环带，环带宽度小于金属封装层环带宽度。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案。
一种八英寸红外探测器封装窗口制备方法，包括以下步骤。
在八英寸晶圆基底两面制作对准标记；所述对准标记设置于晶圆基底第一表面和第二表面并且两两对称，对准标记位于封装窗口单元之间，均匀对称分布于晶圆封装窗口上。
进一步，在八英寸晶圆基底第一表面镀制光学薄膜层，所述光学薄膜层以阵列形式分布在晶圆基底第一表面。
进一步，在八英寸晶圆基底第一表面镀制金属封装层，所述金属封装层设置于上述光学薄膜层外围，呈环带状。
进一步，在八英寸晶圆基底第一表面镀制吸气剂层，所述吸气剂层放置在金属封装层环带里面，与上述光学薄膜层在同一平面上并排放置。
进一步，在金属封装层表面镀制焊料层，所述焊料层同样为环带状，环带宽度小于金属封装层宽度。
进一步，在八英寸晶圆基底第二表面镀制光学薄膜层，均匀分布于晶圆基底第二表面整个表面上。
本发明优点在于：提出了一种八英寸晶圆级封装窗口，与小片式封装窗口生产方式相比，大大提高了生产效率，降低了封装窗口的成本，相应的也就降低了红外探测器的成本，为实现红外探测器晶圆级封装打好基础，满足集成化批量化生产的需求。
附图说明
图1为本发明的一种八英寸红外探测器封装窗口的结构示意图。
图2为图1中封装窗口单元2的结构示意图。
图3为图2中A-A向的剖视结构示意图。
图4为本发明的一种八英寸红外探测器封装窗口制备方法的步骤示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细说明。
参见图1，本发明中八英寸红外探测器封装窗口包括：八英寸硅晶圆基底1、封装窗口单元2和对准标记7。
所述封装窗口单元2的数量和位置与另一晶圆上探测器芯片的数量和位置一一对应。本发明中八英寸晶圆封装窗口与另一设有探测器芯片的晶圆为相互独立的两个晶圆，可实现晶圆级封装。
所述对准标记7设置于晶圆基底1的第一表面和第二表面并且两两对称，对准标记位于封装窗口单元2之间，均匀对称分布于晶圆封装窗口上，用于晶圆级窗口和芯片封装时以及晶圆切割时对准位置。
参见图2和图3，封装窗口单元2包括基底1、光学薄膜层3、金属封装层4、吸气剂层5和焊料层6。
所述光学薄膜层3分为两部分，分别镀制在晶圆基底1第一表面和第二表面，第一表面光学薄膜层为阵列形式，第二表面光学薄膜层是连续的。具体的，在本实施方式中，光学薄膜层3为多层介质膜，通过PVD方法镀制，起到提高所选波段范围内红外光透过率的作用。
所述金属封装层4镀制在晶圆1第一表面，位于光学薄膜层3和吸气剂层5外围，形成一个环带。具体的，在本实施方式中金属封装层通过PVD方法镀制，金属封装层4共分为三层，材料依次为Cr、Ni、Au，和焊料层6一起用于探测器封装。
所述吸气剂层5镀制在晶圆基底1的第一表面，与光学薄膜层3在同一平面上并排放置。具体的，在本实施方式中吸气剂层5为非蒸散型吸气剂，通过磁控溅射方法镀制，吸气剂层5的成分为Ti、Co、Y、Zr、V、Fe、Re中几种材料的组合。
所述焊料层6镀制在金属封装层4上面，形成一个环带，环带宽度小于金属封装层4的环带宽度。具体的，在本实施方式中焊料层6通过磁控溅射、电镀或者电子束蒸镀等方法镀制，材料成分为按一定比例分配的Au和Sn。
参见图4，一种八英寸红外探测器封装窗口制备方法，包括以下步骤。
S1.在晶圆基底两面制作对准标记。
具体的，采用激光刻蚀的方法在晶圆基底1的第一表面和第二表面分别刻蚀相同数量并且两两对称的对准标记7，位于封装窗口单元2之间，均匀对称分布于晶圆封装窗口上。
S2.在晶圆基底第一表面镀制光学薄膜层。
具体的，在晶圆基底1第一表面旋涂或喷涂光刻胶，然后曝光、显影，露出需要镀制光学薄膜层3的阵列区域，通过真空镀膜方法在露出区域内镀制光学薄膜，然后将光刻胶去除，在晶圆基底1第一表面仅留下光学薄膜层3。
S3.在晶圆基底第一表面镀制金属封装层。
具体的，在晶圆基底1第一表面旋涂或喷涂光刻胶，然后曝光、显影，露出需要镀制金属封装层4的阵列区域，通过真空镀膜方法在露出区域内镀制金属层，然后将光刻胶去除，在晶圆基底1第一表面留下金属封装层4和光学薄膜层3。
S4.在晶圆基底第一表面镀制吸气剂层。
具体的，在晶圆基底1第一表面旋涂或喷涂光刻胶，然后曝光、显影，露出需要镀制吸气剂层5的阵列区域，通过磁控溅射方法在露出区域内镀制吸气剂薄膜，然后将光刻胶去除，在晶圆基底1第一表面留下吸气剂层5、金属封装层4和光学薄膜层3。
S5.在金属封装层表面镀制焊料层。
具体的，在晶圆基底1第一表面旋涂或喷涂光刻胶，然后曝光、显影，露出需要镀制焊料层6的阵列区域，通过磁控溅射、电镀或者电子束蒸镀等方法在露出区域内镀制焊料层，然后将光刻胶去除，焊料层6位于金属封装层5上面。
S6.在晶圆基底第二表面镀制光学薄膜层。
具体的，在晶圆基底1第二表面通过真空镀膜方法镀制光学薄膜层3，该薄膜均匀分布在第二表面上。
最后需要说明的是，以上制作光学薄膜层、金属封装层、吸气剂层、焊料层的步骤也可以为其他顺序。

Claims (3)

1.一种八英寸红外探测器封装窗口，其特征在于：包括八英寸硅晶圆基底、封装窗口单元和对准标记；所述封装窗口单元与另一个晶圆上探测器芯片的数量和位置一一对应，所述八英寸红外探测器封装窗口与所述另一个晶圆上探测器芯片的晶圆之间互相独立；封装窗口单元包括光学薄膜层、吸气剂层、金属封装层、焊料层；所述硅晶圆基底双面抛光，光学薄膜层、吸气剂层、金属封装层在硅晶圆第一表面镀制而成，所述光学薄膜层为多层增透膜，用于提高所选波段范围内红外光透过率，分为两部分，分别镀制在基底第一表面和第二表面，第一表面光学薄膜层为阵列形式，第二表面光学薄膜层是连续的；所述金属封装层镀制在晶圆第一表面，位于光学薄膜层和吸气剂层外围，形成一个环带；所述吸气剂层镀制在晶圆第一表面，与光学薄膜层在同一平面上并排放置，所述吸气剂层为非蒸散型吸气剂，通过磁控溅射方法镀制；所述焊料层在金属封装层表面上镀制而成，并形成一个环带，所述焊料层的环带宽度小于所述金属封装层的环带宽度；
在晶圆基底第一表面镀制光学薄膜层，在晶圆基底第一表面旋涂或喷涂光刻胶，然后曝光、显影，露出需要镀制光学薄膜层的阵列区域，通过真空镀膜方法在露出区域内镀制光学薄膜，然后将光刻胶去除，在晶圆基底第一表面仅留下光学薄膜层；在晶圆基底第一表面镀制金属封装层，在晶圆基底第一表面旋涂或喷涂光刻胶，然后曝光、显影，露出需要镀制金属封装层的阵列区域，通过真空镀膜方法在露出区域内镀制金属层，然后将光刻胶去除，在晶圆基底第一表面留下金属封装层和光学薄膜层；在晶圆基底第一表面镀制吸气剂层，在晶圆基底第一表面旋涂或喷涂光刻胶，然后曝光、显影，露出需要镀制吸气剂层的阵列区域，通过磁控溅射方法在露出区域内镀制吸气剂薄膜，然后将光刻胶去除，在晶圆基底第一表面留下吸气剂层、金属封装层和光学薄膜层。
2.根据权利要求1所述的八英寸红外探测器封装窗口，其特征在于：所述对准标记设置于晶圆基底第一表面和第二表面并且两两对称，对准标记位于封装窗口单元之间，均匀对称分布于晶圆封装窗口上，用于晶圆级窗口和芯片封装时以及晶圆切割时对准位置。
3.一种应用如权利要求1或2所述的八英寸红外探测器封装窗口的八英寸红外探测器封装窗口制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在八英寸晶圆基底两面制作对准标记；通过PVD方法在晶圆基底第一表面镀制光学薄膜层；通过PVD方法或者电镀方法在晶圆基底第一表面镀制金属封装层；通过磁控溅射方法在晶圆基底第一表面镀制非蒸散型薄膜吸气剂层；通过磁控溅射、电镀或者电子束蒸镀方法在金属封装层表面镀制焊料层；通过PVD方法在晶圆第二表面镀制光学薄膜层；八英寸晶圆封装窗口制作技术中还包括镀制上述各种薄膜时使用的光刻图形掩膜方法。
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