CN113049115A - 像素级封装的非制冷红外探测器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种像素级封装的非制冷红外探测器及其制作方法，该非制冷红外探测器包括读出电路、位于读出电路上的MEMS器件以及盖封于MEMS器件上的像素封装盖帽，MEMS器件包括金属反射镜、桥面、桥柱以及第一桥腿，金属反射镜设于读出电路的上表面，桥面悬空位于金属反射镜的正上方，桥柱位于桥面侧边，其支撑在读出电路上且与读出电路之间通过电学接触金属电连接，第一桥腿连接于桥面与桥柱之间，MEMS器件还包括与桥柱连接且向外延伸的第二桥腿，像素封装盖帽上设有释放孔，第二桥腿延伸至释放孔下方，释放孔处设有密封释放孔的密封膜层，密封膜层堆积在第二桥腿上。本发明能够降低密封膜层生长的工艺难度。

Description

像素级封装的非制冷红外探测器及其制作方法

技术领域

本发明涉及非制冷红外探测器领域，尤其涉及一种像素级封装的非制冷红外探测器及其制作方法。

背景技术

像素级封装技术是一种全新的封装技术，相当于在非制冷红外焦平面探测器的每个像元微桥结构之外再通过MEMS技术制造一个倒扣的微盖，将各个像元独立的密封起来。像素级封装技术使封装成为了MEMS工艺过程中的一个步骤，这极大地改变了目前的封装技术形态，简化了非制冷红外焦平面探测器的制造过程，使封装成本降低到极致。像素级封装技术的成熟和实用化，将使得非制冷红外焦平面探测器的成本大幅下降。非制冷红外焦平面探测器在像素级封装技术的推动下会更加贴近民用和消费级应用市场的需求。

现有的非制冷红外探测器的像素级封装中，封装结构复杂，封装释放孔的工艺难度大，且难以保证像素封装盖帽内的真空度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种像素级封装的非制冷红外探测器及其制作方法，旨在用于解决现有的非制冷红外探测器的像素级封装中，封装结构复杂，封装释放孔的工艺难度大，且难以保证像素封装盖帽内的真空度的问题。

本发明是这样实现的：

一方面，本发明提供一种像素级封装的非制冷红外探测器，包括读出电路、位于读出电路上的MEMS器件以及盖封于MEMS器件上的像素封装盖帽，所述MEMS器件包括金属反射镜、桥面、桥柱以及第一桥腿，所述金属反射镜设于所述读出电路的上表面，所述桥面悬空位于所述金属反射镜的正上方，所述桥柱位于桥面侧边，其支撑在所述读出电路上且与读出电路之间通过电学接触金属电连接，所述第一桥腿连接于所述桥面与所述桥柱之间，所述MEMS器件还包括与所述桥柱连接且向外延伸的第二桥腿，所述像素封装盖帽上设有释放孔，所述第二桥腿延伸至所述释放孔下方，所述释放孔处设有密封释放孔的密封膜层，所述密封膜层堆积在所述第二桥腿上。

进一步地，所述第二桥腿与所述桥柱的顶部连接。

进一步地，所述释放孔到所述第二桥腿之间的距离大于所述第二桥腿到所述读出电路之间的距离。

进一步地，所述释放孔为直孔。

进一步地，所述释放孔的截面为圆形且孔径为0.3μm～2μm。

进一步地，所述第二桥腿位于所述释放孔下方部分的面积为所述释放孔截面积的120％。

进一步地，所述释放孔具有两个且分别位于所述像素封装盖帽顶部的两个对角处。

另一方面，本发明还提供一种如上任一所述的像素级封装的非制冷红外探测器的制作方法，包括以下步骤：

S1，在读出电路上设置金属反射镜以及电学接触金属；

S2，在设有金属反射镜以及电学接触金属的读出电路上涂覆第一牺牲层，并在第一牺牲层上刻蚀与电学接触金属相对应的第一通孔；

S3，在第一通孔处制作桥柱，然后在第一牺牲层上方制备第一桥腿、第二桥腿和桥面，形成MEMS器件部分；

S4，在MEMS器件上方及四周涂覆第二牺牲层并环形刻蚀位于MEMS器件外的第二通孔；

S5，在第二牺牲层上方及第二通孔处沉积膜层作为像素的红外窗口，形成像素封装盖帽；

S6，在像素封装盖帽上刻蚀形成释放孔，然后释放第一牺牲层和第二牺牲层；

S7，在真空环境下生长密封膜层，封堵释放孔使像素封装盖帽内形成真空。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种像素级封装的非制冷红外探测器及其制作方法，将第二桥腿延伸至释放孔下方，第二桥腿作为密封膜层的生长基底，密封膜层在生长时堆积在第二桥腿上，逐渐封堵释放孔，便于密封膜层封堵释放孔，降低密封膜层生长的工艺难度，且保证像素封装盖帽内的真空性，提高像素级封装的可靠性；且第一桥腿和第二桥腿在相同工艺步骤中完成，实现两种不同的桥腿功能，无需额外工艺步骤，简化工艺流程；本发明使像素级封装工艺实用化，将大大降低非制冷红外焦平面探测器的成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种像素级封装的非制冷红外探测器的制作方法中步骤S1得到的产物结构；

图2为本发明实施例提供的一种像素级封装的非制冷红外探测器的制作方法中步骤S2得到的产物结构；

图3为本发明实施例提供的一种像素级封装的非制冷红外探测器的制作方法中步骤S3得到的产物结构；

图4为本发明实施例提供的一种像素级封装的非制冷红外探测器的制作方法中步骤S4得到的产物结构；

图5为本发明实施例提供的一种像素级封装的非制冷红外探测器的制作方法中步骤S5得到的产物结构；

图6为本发明实施例提供的一种像素级封装的非制冷红外探测器的制作方法中步骤S6得到的产物结构；

图7为本发明实施例提供的一种像素级封装的非制冷红外探测器的制作方法中步骤S7得到的产物结构。

附图标记说明：1-读出电路、2-电学接触金属、3-金属反射镜、4-第一牺牲层、5-桥柱、6-第一桥腿、7-第二桥腿、8-桥面、9-第二牺牲层、10-像素封装盖帽、11-释放孔、12-第二密封膜层、13-第一密封膜层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1:

参见图7所示，本发明实施例提供一种像素级封装的非制冷红外探测器，包括读出电路1、位于读出电路1上的多个MEMS器件以及盖封于各个MEMS器件上的多个像素封装盖帽10。所述MEMS器件包括金属反射镜3、桥面8、桥柱5以及第一桥腿6，所述金属反射镜3设于所述读出电路1的上表面，所述桥面8悬空位于所述金属反射镜3的正上方，所述桥柱5具有两个且分别位于桥面8相对的两个侧边，所述桥柱5支撑在所述读出电路1上且与读出电路1之间通过电学接触金属2电连接。所述第一桥腿6也具有两个，所述第一桥腿6的一端与所述桥面8的侧边连接，另一端与所述桥柱5的顶部连接，第一桥腿6与桥面8共同构成悬臂结构，且将桥面8通过桥柱5与读出电路1形成电学导通，另外，桥面8的热量通过桥腿导热至桥柱5上，从而形成热通路；桥柱5为悬臂结构提供支撑和电学导通作用。所述MEMS器件还包括与所述桥柱5连接且向外延伸的第二桥腿7，第二桥腿7是朝着远离桥面8的方向延伸的。所述像素封装盖帽10上设有释放孔11，用于封装过程中释放牺牲层以在像素封装盖帽10内形成真空，所述第二桥腿7延伸至所述释放孔11下方，所述释放孔11处设有密封释放孔11的第一密封膜层13，所述第一密封膜层13堆积在所述第二桥腿7上。由于封装时需要在释放孔11处生长第一密封膜层13来封堵释放孔11，第二桥腿7可以作为第一密封膜层13的生长基底，第一密封膜层13生长时逐步向上封堵释放孔11，能够保证第一密封膜层13生长时无气孔，以免像素封装盖帽10出现漏气现象，从而便于第一密封膜层13封堵释放孔11，降低第一密封膜层13生长的工艺难度，且保证像素封装盖帽10内的真空性，提高像素级封装的可靠性。

逐步向上封堵释放孔避免薄膜内形成气孔造成漏气

优化上述实施例，所述第二桥腿7与所述桥柱5的顶部连接，尽可能抬高第二桥腿7的高度，以缩短其与释放孔11之间的距离，便于第一密封膜层13的生长，降低第一密封膜层13生长的工艺难度。进一步优选的，所述释放孔11到所述第二桥腿7之间的距离大于所述第二桥腿7到所述读出电路1之间的距离，同样为了尽可能缩短释放孔11到第二桥腿7的距离，方便第一密封膜层13的生长。作为优选地，所述释放孔11为直孔，由于有第二桥腿7作为生长基底，所述释放孔11不必像传统那样做成曲线，可以直接做成直孔，直孔更方便第一牺牲层4和第二牺牲层9的释放，工艺更简单。进一步优选地，所述释放孔11的截面为圆形且孔径为0.3μm～2μm，该范围下既能保证充分释放牺牲层，又能及时封堵释放孔11，保证像素封装盖帽10内的真空性。

继续优化上述实施例，所述第二桥腿7位于所述释放孔11下方部分的面积为所述释放孔11截面积的120％，防止第二桥腿7与释放孔11出现对位偏差导致第二桥腿7不能有效覆盖整个释放孔11，进而导致第一密封膜层13生长时掉落到读出电路1上。进一步优选地，所述释放孔11具有两个且分别位于所述像素封装盖帽10顶部的两个对角处，易于释放牺牲层，且与两个桥柱5的位置相对应，方便第二桥腿7的延伸设置。可理解地，所述释放孔11的数量也可以为两个以上，具体根据需要来设置。

实施例2:

本发明实施例还提供一种上述实施例所述的像素级封装的非制冷红外探测器的制作方法，包括以下步骤：

S1，在读出电路1上设置金属反射镜3以及电学接触金属2，参见图1所示；

S2，在设有金属反射镜3以及电学接触金属2的读出电路1上涂覆第一牺牲层4，并在第一牺牲层4上刻蚀与电学接触金属2相对应的第一通孔，参见图2所示；

S3，在第一通孔处制作桥柱5，然后在第一牺牲层4上方制备第一桥腿6、第二桥腿7和桥面8，形成MEMS器件部分，参见图3所示；

S4，在MEMS器件上方及四周涂覆第二牺牲层9并环形刻蚀位于MEMS器件外的第二通孔，即在步骤S3得到的产物结构上涂覆第二牺牲层9，由于本实施例的像素级封装的非制冷红外探测器的多个像素是一起制作和封装的，第二牺牲层9覆盖了多个MEMS器件，还需要在第二牺牲层9上环形刻蚀位于各个MEMS器件外的第二通孔，以将各个MEMS器件分开，参见图4所示；

S5，在第二牺牲层9上方及第二通孔处沉积膜层作为像素的红外窗口，形成像素封装盖帽10，第二通孔处的膜层沉积在第二通孔的四周，中间形成细孔，参见图5所示；

S6，在像素封装盖帽10上刻蚀形成释放孔11，然后释放第一牺牲层4和第二牺牲层9，参见图6所示；

S7，在真空环境下于释放孔11处生长第一密封膜层13，封堵释放孔11使像素封装盖帽10内形成真空；优选地，还在所述第二通孔沉积膜层后的细孔处生长第二密封膜层12，使像素封装盖帽10的密封性更好；至此，像素级封装的非制冷红外探测器制作完成，参见图7所示

综上所述，本发明实施例提供的这种像素级封装的非制冷红外探测器及其制作方法，将第二桥腿7延伸至释放孔11下方，第二桥腿7作为第一密封膜层13的生长基底，第一密封膜层13在生长时堆积在第二桥腿7上，逐渐封堵释放孔11，便于第一密封膜层13封堵释放孔11，降低第一密封膜层13生长的工艺难度，且保证像素封装盖帽10内的真空性，提高像素级封装的可靠性；且第一桥腿6和第二桥腿7在相同工艺步骤中完成，实现两种不同的桥腿功能，无需额外工艺步骤，简化工艺流程；本发明使像素级封装工艺实用化，将大大降低非制冷红外焦平面探测器的成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种像素级封装的非制冷红外探测器，包括读出电路、位于读出电路上的MEMS器件以及盖封于MEMS器件上的像素封装盖帽，所述MEMS器件包括金属反射镜、桥面、桥柱以及第一桥腿，所述金属反射镜设于所述读出电路的上表面，所述桥面悬空位于所述金属反射镜的正上方，所述桥柱位于桥面侧边，其支撑在所述读出电路上且与读出电路之间通过电学接触金属电连接，所述第一桥腿连接于所述桥面与所述桥柱之间，其特征在于：所述MEMS器件还包括与所述桥柱连接且向外延伸的第二桥腿，所述像素封装盖帽上设有释放孔，所述第二桥腿延伸至所述释放孔下方，所述释放孔处设有密封释放孔的密封膜层，所述密封膜层堆积在所述第二桥腿上。

2.如权利要求1所述的像素级封装的非制冷红外探测器，其特征在于：所述第二桥腿与所述桥柱的顶部连接。

3.如权利要求1所述的像素级封装的非制冷红外探测器，其特征在于：所述释放孔到所述第二桥腿之间的距离大于所述第二桥腿到所述读出电路之间的距离。

4.如权利要求1所述的像素级封装的非制冷红外探测器，其特征在于：所述释放孔为直孔。

5.如权利要求1所述的像素级封装的非制冷红外探测器，其特征在于：所述释放孔的截面为圆形且孔径为0.3μm～2μm。

6.如权利要求1所述的像素级封装的非制冷红外探测器，其特征在于：所述第二桥腿位于所述释放孔下方部分的面积为所述释放孔截面积的120％。

7.如权利要求1所述的像素级封装的非制冷红外探测器，其特征在于：所述释放孔具有两个且分别位于所述像素封装盖帽顶部的两个对角处。

8.一种如权利要求1-7任一所述的像素级封装的非制冷红外探测器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在读出电路上设置金属反射镜以及电学接触金属；

S2，在设有金属反射镜以及电学接触金属的读出电路上涂覆第一牺牲层，并在第一牺牲层上刻蚀与电学接触金属相对应的第一通孔；

S3，在第一通孔处制作桥柱，然后在第一牺牲层上方制备第一桥腿、第二桥腿和桥面，形成MEMS器件部分；

S4，在MEMS器件上方及四周涂覆第二牺牲层并环形刻蚀位于MEMS器件外的第二通孔；

S5，在第二牺牲层上方及第二通孔处沉积膜层作为像素的红外窗口，形成像素封装盖帽；

S6，在像素封装盖帽上刻蚀形成释放孔，然后释放第一牺牲层和第二牺牲层；

S7，在真空环境下生长密封膜层，封堵释放孔使像素封装盖帽内形成真空。

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