CN110970509B - 背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背入射式量子阱红外探测器单元器件的封装装置及方法，该方法由以下步骤实现：用粘合剂将量子阱红外探测器单元器件及陶瓷片粘在热沉上；用金丝压焊的方法将量子阱红外探测器单元器件上的不同电极引出到陶瓷片上；用焊锡将引出线焊在陶瓷片上；用螺丝将热沉固定在金属适配器上；用螺丝将适配器固定在杜瓦冷指上；将引出线的另一端焊在杜瓦接线柱上，从而将量子阱红外探测器单元器件上的不同电极引出杜瓦。本发明通过特定形状的适配器与热沉相配合，实现光栅耦合的量子阱红外探测器单元器件的杜瓦封装，因为和面阵器件采用相同的光耦合方式，因此可以更精确的预估面阵器件的特性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件的封装测试技术领域，尤其涉及一种背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置及方法。
背景技术
量子阱红外探测器，是近年来探测器方面研究的焦点之一。其原理是利用不同带隙的宽带隙材料交替生长，形成量子阱结构，利用量子阱中的子带跃迁，制成红外探测器。其利用III-V族材料成熟的生长工艺，易于实现均匀的大面阵探测器。
量子阱红外探测器需要在低温下工作，因此必须封装在杜瓦中。由于量子跃迁选择定则，量子阱红外探测器不能吸收正入射的光辐射，必须采用光耦合结构。对于面阵器件，通常在表面制作光栅结构来耦合入射光，然后与读出电路互连，封装入杜瓦，面阵上的电极通过读出电路引出。
为了制作面阵器件，需要先制作量子阱红外探测器单元器件，对材料进行验证并对面阵器件特性进行预估。单元器件测试中，通常采用45度角的耦合方式，这种方式虽然封装简单，但是由于和面阵器件耦合方式不同，因此不能通过单元器件特性准确预估面阵器件的特性。如果单元器件采用光栅耦合，因为器件背面为入光面且无读出电路，所以器件正面既要和杜瓦冷指接触又要引出电极，工艺上无法直接实现。为了解决这一难题，本发明通过一中间掏空的适配器与热沉相配合，使单元器件上的热量通过热沉和适配器传到杜瓦冷指上，而且由于适配器与陶瓷片及单元器件存在厚度差，因此正面电极可以正常引出。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置及方法，通过特定形状的适配器与热沉相配合，实现光栅耦合的量子阱红外探测器单元器件的杜瓦封装。
本发明提供了一种背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置，该装置包括：
一量子阱红外探测器单元器件，其背面为衬底，正面具有不同引出电极，光从探测器背面入射；
陶瓷片，正面生长有合金材料；
一热沉，量子阱红外探测器单元器件背面部分固定在该热沉上，陶瓷片背面固定在该热沉上；
金丝，一端连在量子阱红外探测器单元器件正面，另一端连在陶瓷片正面；
一带有缺口的金属适配器，与热沉固定有器件的一面接触，该热沉上固定的器件位于该金属适配器缺口内，实现量子阱红外探测器单元器件正面电极的引出；
一杜瓦冷指，将金属适配器未接触热沉的一面与杜瓦冷指接触；
引出线，其一端焊在陶瓷片正面，另一端焊在杜瓦接线柱上；
杜瓦接线柱，通过与引出线相连，将量子阱红外探测器单元器件的电极引出杜瓦。
进一步的，量子阱红外探测器单元器件材料包括：
GaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs量子阱、InGaAs/GaAs量子阱、InGaAs/AlGaAs量子阱或其组合。
进一步的，量子阱红外探测器单元器件正面包括耦合光栅。
进一步的，陶瓷片正面材料包括以下至少一种：
钛铂金、钛金、镍金合金材料或其组合。
进一步的，量子阱红外探测器单元器件上的不同电极对应不同的陶瓷片，不同陶瓷片之间间隔放置。
进一步的，热沉材料为铜或其他金属材料。
进一步的，引出线为金属导线，该引出线除两端1-2毫米露出金属外，其余部分包有绝缘材料。
进一步的，金属适配器材料为铝、不锈钢或铜。
进一步的，金属适配器的厚度比陶瓷片及量子阱红外探测器单元器件的厚度高2-3毫米。
本发明还提供了一种背入射式量子阱红外探测器单元器件的封装方法，包括以下步骤：
用粘合剂将量子阱红外探测器单元器件及陶瓷片粘在热沉上；
用金丝压焊的方法将量子阱红外探测器单元器件上的不同电极引出到陶瓷片上；
用焊锡将引出线焊在陶瓷片上；
用螺丝将热沉固定在金属适配器上；
用螺丝将适配器固定在杜瓦冷指上；
将引出线的另一端焊在杜瓦接线柱上，从而将量子阱红外探测器单元器件上的不同电极引出杜瓦。
本发明的有益效果是，通过特定形状的适配器与热沉相配合，实现光栅耦合的量子阱红外探测器单元器件的杜瓦封装，因为和面阵器件采用相同的光耦合方式，因此可以更精确的预估面阵器件的特性。
附图说明
图1是本发明所提供方法的实施例制作流程图；
图2是本发明一实施例中量子阱红外探测器单元器件、陶瓷片、热沉、金丝及引出线的部署结构示意图；
图3是图2连接金属适配器后的结构示意图；
图4是本发明实施例实现的装置整体结构示意图。
图中：
探测器单元器件10 陶瓷片11
热沉12 金丝13 引出线14
金属适配器21 螺丝孔22、23、24
杜瓦冷指31 杜瓦接线柱32
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明一实施例提供了一种背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置，请参见图2-图4，该装置包括：
一量子阱红外探测器单元器件10，其背面为衬底，正面具有不同引出电极，光从探测器背面入射；
陶瓷片11，正面生长有合金材料，实现良好的导电性；
一热沉12，量子阱探红外测器单元器件10背面部分固定在该热沉12上，陶瓷片11背面固定在该热沉12上；
金丝13，一端连在量子阱红外探测器单元器件10正面，另一端连在陶瓷片11正面，实现将量子阱红外探测器单元器件10上的不同电极引出到陶瓷片11上；
一带有缺口的金属适配器21，与热沉12固定有器件的一面接触，该热沉12上固定的器件位于该金属适配器21缺口内，实现量子阱红外探测器单元器件10正面电极的引出；
一杜瓦冷指31，将金属适配器21未接触热沉12的一面与杜瓦冷指31接触，实现热传导；
引出线14，其一端焊在陶瓷片11正面，另一端焊在杜瓦接线柱32上；
杜瓦接线柱32，通过与引出线14相连，将量子阱红外探测器单元器件10上的不同电极引出杜瓦。
一些实施例中，量子阱红外探测器单元器件10材料包括：
GaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs量子阱、InGaAs/GaAs量子阱、InGaAs/AlGaAs量子阱或其组合。
一些实施例中，量子阱红外探测器单元器件10正面包括耦合光栅。
一些实施例中，陶瓷片11正面材料包括以下至少一种：
钛铂金、钛金、镍金合金材料或其组合。
一些实施例中，量子阱红外探测器单元器件10上的不同电极对应不同的陶瓷片11，不同陶瓷片11之间间隔放置，防止短路。
一些实施例中，热沉12材料为铜或其他金属材料。
一些实施例中，引出线14为金属导线，该引出线14除两端1-2毫米露出金属外，其余部分包有绝缘材料，防止短路。
一些实施例中，金属适配器21材料为铝、不锈钢或铜。
一些实施例中，金属适配器21的厚度比陶瓷片11及量子阱红外探测器单元器件10的厚度高2-3毫米，保证足够的空间焊出引出线14。
请参照图1，本发明另一实施例提供了一种背入射式量子阱红外探测器单元器件的封装方法，包括如下步骤：
步骤1：用粘合剂将量子阱红外探测器单元器件及陶瓷片粘在热沉上；
一些实施例中，用粘合剂将量子阱红外探测器单元器件10及陶瓷片11粘在热沉12上，该量子阱红外探测器单元器件10材料为GaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs量子阱、InGaAs/GaAs量子阱、InGaAs/AlGaAs量子阱或其组合，每种量子阱的对数为20-25对，该量子阱红外探测器单元器件10衬底面为背面，正面带有耦合光栅，红外光从背面入射，该量子阱红外探测器单元器件10根据探测波段数目的不同，引出电极数为2-5个，所述陶瓷片11的正面长有钛铂金、钛金、镍金合金材料或其组合，合金厚度为500nm-2μm之间，使其表面具有良好的导电性，为单元器件10的引出电极与杜瓦接线柱32之间提供电学过渡，单元器件10的每一个引出电极都对应一个陶瓷片11，各陶瓷片之间相互间隔，防止短路，所述的热沉12材料为铜或其他具有良好导热性能的金属材料。
步骤2：用金丝压焊的方法将量子阱红外探测器单元器件上的不同电极引出到陶瓷片上；
一些实施例中，通过金丝压焊的方法用金丝13将探测器单元器件10上的不同电极引出到陶瓷片11上，所述金丝直径为20-35μm。
步骤3：用焊锡将引出线焊在陶瓷片上；
一些实施例中，用焊锡将引出线14焊在陶瓷片11上，请参照图2，该引出线14为金属导线，除两端1-2毫米露出金属外，其余部分导线包有绝缘材料，以防止短路。
步骤4：用螺丝将热沉固定在金属适配器上；
一些实施例中，将热沉12固定在金属适配器21上，使热沉12上的孔22与适配器21上的孔23对齐，并用螺丝将二者固定在一起，请参照图3，热沉12与适配器21紧密接触，以保证可以进行良好的热传导。
步骤5：用螺丝将适配器固定在杜瓦冷指上；
一些实施例中，将整个结构背面朝上，通过适配器21上的孔24，用螺丝将适配器21固定在杜瓦冷指31上，适配器21材料为铝、不锈钢、铜等导热良好的金属材料，适配器21与杜瓦冷指31紧密接触，以保证可以进行良好的热传导；适配器21的厚度比陶瓷片11及探测器单元器件10的厚度高2-3毫米，以保证有足够的空间焊出引出线14。
步骤6：将引出线的另一端焊在杜瓦接线柱上，从而将量子阱红外探测器单元器件上的不同电极引出杜瓦；
一些实施例中，用焊锡将引出线14的另一端焊在杜瓦接线柱32上，从而将量子阱红外探测器上单元器件10上的不同电极引出杜瓦，请参照图4。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置，其特征在于，包括：
一量子阱红外探测器单元器件，其背面为衬底，正面具有不同引出电极，光从探测器背面入射；
陶瓷片，正面生长有合金材料；
一热沉，所述量子阱红外探测器单元器件背面部分固定在该热沉上，所述陶瓷片背面固定在该热沉上；
金丝，一端连在所述量子阱红外探测器单元器件正面，另一端连在所述陶瓷片正面；
一带有缺口的金属适配器，与所述热沉固定有器件的一面接触，所述热沉上固定的器件位于所述金属适配器缺口内，实现量子阱红外探测器单元器件正面电极的引出；
一杜瓦冷指，将所述金属适配器未接触热沉的一面与所述杜瓦冷指接触；
引出线，其一端焊在所述陶瓷片正面，另一端焊在杜瓦接线柱上；
杜瓦接线柱，通过与所述引出线相连，将量子阱红外探测器单元器件的电极引出杜瓦。
2.根据权利要求1所述的背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置，其特征在于，所述量子阱红外探测器单元器件材料包括：
GaAs衬底上生长GaAs/AlGaAs量子阱、InGaAs/GaAs量子阱、InGaAs/AlGaAs量子阱或其组合。
3.根据权利要求1所述的背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置，其特征在于，所述量子阱红外探测器单元器件正面包括耦合光栅。
4.根据权利要求1所述的背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置，其特征在于，所述陶瓷片正面材料包括以下至少一种：
钛铂金、钛金、镍金合金材料或其组合。
5.根据权利要求1所述的背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置，其特征在于，所述量子阱红外探测器单元器件上的不同电极对应不同的陶瓷片，所述陶瓷片之间间隔放置。
6.根据权利要求1所述的背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置，其特征在于，所述热沉材料为铜。
7.根据权利要求1所述的背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置，其特征在于，所述引出线为金属导线，所述引出线除两端1-2毫米露出金属外，其余部分包有绝缘材料。
8.根据权利要求1所述的背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置，其特征在于，所述金属适配器材料为铝、不锈钢或铜。
9.根据权利要求1或8所述的背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置，其特征在于，所述金属适配器的厚度比所述陶瓷片及量子阱红外探测器单元器件的厚度高2-3毫米。
10.一种用于实现权利要求1至9中任一所述的背入射式量子阱红外探测器单元器件封装装置的封装方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
用粘合剂将量子阱红外探测器单元器件及陶瓷片粘在热沉上；
用金丝压焊的方法将量子阱红外探测器单元器件上的不同电极引出到陶瓷片上；
用焊锡将引出线焊在陶瓷片上；
用螺丝将热沉固定在金属适配器上；
用螺丝将适配器固定在杜瓦冷指上；
将引出线的另一端焊在杜瓦接线柱上，从而将量子阱红外探测器单元器件上的不同电极引出杜瓦。
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