CN115367692A - 一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于吸气剂激活技术领域，公开了一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构及其制备方法，包括探测器内部形成的封装腔，所述封装腔内设有吸气剂，封装腔内设有位于吸气剂下方的加热电阻，所述封装腔的外侧设有第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘，加热电阻的两端引出封装腔外与第一电激活加压焊盘和第二电激活加压焊盘连接；所述封装腔内设有像元区域，所述吸气剂环绕所述像元区域设置。本发明还公开了一种上述吸气剂电激活结构的制备方法。本发明制作方便，而且在布置时整体体积较小，占用空间小，结构稳定，布置方式灵活，可以很好的保证真空器件工作区域的真空度，提高电子元器件的使用寿命。

Description

一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及吸气剂激活技术领域，具体为一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构及其制备方法。

背景技术

在电子设备、半导体领域中，很多电器原件为了达到良好的工作效果，需要保持在真空环境内作业，但是在装配过程中或者在使用过程中，很容易在元器件的安装区域残留有气体，达不到真空环境，会影响元器件的使用寿命。

为了达到真空效果，经常采用吸气剂为器件创造良好的工作环境，稳定器件的特性参量，具体的，吸气剂具有以下功能：

①短时间内提高真空器件的真空度，在器件的排气封离后和老炼过程中消除残余的和重新释放的气体,有利于缩短排气时间；

②在器件的储存和工作期间维持一定的真空度；

③吸收器件在启动和反常工作时的突发性放气，有效地保护阴极等敏感元件。

目前非制冷红外探测器的吸气剂电激活方式大多采用金属或陶瓷封装内电激活，晶圆级封装采用的是吸气剂热激活方式。

金属或陶瓷封装内吸气剂电激活，需单独购置吸气剂，成本高且占探测器空间较大。

因此，目前需要有一种方案来解决现有技术中的问题。

发明内容

本发明提供一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构及其制备方法，制作方便，而且在布置时整体体积较小，占用空间小，结构稳定，布置方式灵活，可以很好的保证真空器件工作区域的真空度，提高电子元器件的使用寿命。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构，包括探测器内部形成的封装腔，所述封装腔内设有吸气剂，封装腔内设有位于吸气剂下方的加热电阻，所述封装腔的外侧设有第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘，加热电阻的两端引出封装腔外与第一电激活加压焊盘和第二电激活加压焊盘连接；所述封装腔内设有像元区域，所述吸气剂环绕所述像元区域设置；在工作时，吸气剂和加热电阻位于封装腔内部，通过对第一电激活加压焊盘和第二电激活加压焊盘连接电压，这样电流通过封装腔内部的加热电阻后会产生热量，进而会对其上部覆盖的吸气剂进行加热，实现吸气剂的电加热激活，吸气剂可对封装腔内产生的气体杂质进行吸收，保持封装腔内部的真空度，使封装腔内部的真空元器件处于良好的工作环境中，可以提高元器件的使用寿命。

进一步的，在探测器内设有环绕所述封装腔的焊料环，所述封装腔的上部覆盖有封装盖帽；焊料环用于连接封装盖帽与读出电路，所述加热电阻的两端穿过焊料环且分别与第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘连接；吸气剂夹设于加热电阻与封装盖帽之间。

进一步的，所述第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘分开设置在焊料环的两侧，这样加热电阻的两端从焊接环的两侧引出，便于加热电阻在封装腔内的排布。所述第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘关于封装腔的中心成中心对称分布，第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘的位置相距最远，这样在加热电阻排布时，可以提高加热电阻在二者之间的分布长度，进而可以更多地布置吸气剂，提高吸气效果。

进一步的，所述加热电阻的中间部分具有伸入焊料环内部的凸起。加热电阻自身作为支撑，可以提高整体结构的稳定性。

进一步的，所述加热电阻与焊料环的结合部位设置有用于将二者隔离的绝缘材料；绝缘材料可以采用氧化硅；避免在使用过程中因加热电阻和焊料环的接触引起的电路短路现象。

进一步的，所述加热电阻分布成圆形结构环绕在像元区域的外侧，或者，所述加热电阻成“回”形结构环绕在像元区域的外侧，或者，所述加热电阻成蛇形弯折结构环绕在像元区域的外侧。加热电阻可以设置成不同的分布方式，具体的可以根据像元区域的形状或者封装腔的形状进行合理分布，在实际使用时，也可以采用不同的分布方式相互结合，达到可以在有限的空间内布置更多加热电阻的效果。

进一步的，所述第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘连接至加压电路。

进一步的，所述加热电阻在径向方向上设有多层。多层分布的结构可以使加热电阻与吸气剂的接触面积更大，提高吸气剂的加热激活效果。

进一步的，所述封装腔的上部覆盖有封装盖帽。

本发明还公开了一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构的制备方法；包括以下步骤；

步骤1、在读出电路上方像元区域之外的位置制作加热电阻，加热电阻环绕像元区域设置；

步骤2、在加热电阻上方制作吸气剂，吸气剂环绕像元区域设置；

步骤3、制作封装盖帽，封装盖帽与读出电路之间形成封装腔，加热电阻的两端位于封装腔外侧；

步骤4、在加热电阻两端上制作第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘。

采用该吸气剂电激活结构的制备方法，通过由内至外、由下至上的制作原则，安装制作时条理清楚，便于对吸气剂和加热电阻的合理分配，同时可以提高整体结构的稳定性，依托封装腔的侧壁边缘进行支撑，提高了吸气剂和加热电阻分布的稳定性。

本发明的有益效果如下：

1、本发明中吸气剂和加热电阻环绕像元区域设置，在探测器有限的空间内，除了像元区域外，其他地方都可以用来布置吸气剂及加热电阻，在布置时整体体积较小，占用空间小，结构稳定，布置方式灵活，可以很好的保证真空器件工作区域的真空度，提高电子元器件的使用寿命；并将加热电阻两端引入真空腔外的焊盘上，从而实现吸气剂加热功能，且焊盘不占用真空腔内部空间，相对增大了吸气剂及加热电阻的布置空间，而且于真空腔外对焊盘进行加压，操作方便；相比于传统吸气剂热激活方式，本发明仅对吸气剂进行加热处理，对探测器器件及读出电路的热影响很小，减少了探测器的热温度影响，整体提高探测器的性能；

2、本发明吸气剂的电激活结构制作工艺简单，无需外购吸气剂，MEMS工艺集成，简化吸气剂激活工艺，节约探测器成本；

3、本发明中吸气剂的加热电阻不仅可以用于热激活吸气剂功能，还可以伸入不导电的焊料环内，作为吸气剂的支撑层，整体结构稳定；

4、本发明利用MEMS工艺在封装深腔内制作吸气剂膜层，并在吸气剂表面制作吸气剂加热电阻，其加热电阻设计不唯一，分布灵活，可以很好的适应不同大小、不同结构的封装腔，而且可以根据需要设计成多种不同的分布方式，有利于吸气剂的多层布置，可以提高吸气效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明吸气剂电激活结构示意图；

图2为本发明吸气剂电激活加热电阻布线图；

图3为本发明吸气剂电激活带支撑模式的热电阻布线图；

图4为本发明吸气剂电激活封装腔内部结构图；

图5为本发明制备方法步骤1.1对应状态图；

图6为本发明制备方法步骤1.2对应状态图；

图7为本发明制备方法步骤1.3对应状态图；

图8为本发明制备方法步骤1.4对应状态图；

图9为本发明制备方法步骤2对应状态图；

图10为本发明制备方法步骤3对应状态图；

图11为本发明制备方法步骤4对应状态图；

附图标号说明：

图中；1-封装腔；2-吸气剂；3-加热电阻；31-加热电阻支撑部分；4-焊料环；5-第一电激活加压焊盘；6-第二电激活加压焊盘；7-像元区域；8-封装盖帽。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构及其制备方法，参见附图1-4；能够很好的适应不同的布置场景，体积小，布置灵活，使用方便；其主要结构包括探测器内部形成的封装腔1，封装腔1根据探测器的自身的结构、大小及其需求形成，本申请在封装腔1内进行布置吸气剂2的电激活结构，其中吸气剂2的电激活结构的主要构件包括吸气剂2、加热电阻3(金属片)、第一电激活加压焊盘5以及第二电激活加压焊盘6；加热电阻3和吸气剂2设置在封装腔1内部，其中加热电阻3位于吸气剂2的下部，可通过加热电阻3对吸气剂2进行支撑，在探测器内设有环绕所述封装腔1的焊料环4，所述封装腔1的上部覆盖有封装盖帽8；焊料环4沿封装盖帽8底部一圈设置，用于连接封装盖帽8与读出电路，所述加热电阻3的两端穿过焊料环4且分别与第一电激活加压焊盘5以及第二电激活加压焊盘6连接；优选地，吸气剂2夹设于加热电阻3与封装盖帽8之间，一方面增强吸气剂2的稳定性，另一方面加热电阻3、吸气剂2以及封装盖帽8可以依次沉积形成，制作方便；第一电激活加压焊盘5以及第二电激活加压焊盘6分别设置在焊料环4的外侧，其作为加热电阻3的通电端头，在工作时，通过对第一电激活加压焊盘5和第二电激活加压焊盘6连接电压，这样电流通过封装腔1内部的加热电阻3后会产生热量，进而会对其上部覆盖的吸气剂2进行加热，实现吸气剂2的电加热激活，吸气剂2可对封装腔1内产生的气体杂质进行吸收，保持封装腔1内部的真空度，使封装腔1内部的真空元器件处于良好的工作环境中，可以提高元器件的使用寿命。

为了达到更好的吸气效果，需要对吸气剂2和加热电阻3的分布进行合理规划；主要依据原则是：在有限的空间内，排列整齐且尽可能多的布置吸气剂2和加热电阻3，本申请中加热电阻3环绕所述像元区域7设置，具体的分布方式是，加热电阻3分布成圆形结构环绕在像元区域7的外侧，或者，加热电阻3成“回”形结构环绕在像元区域7的外侧，或者，加热电阻3成蛇形弯折结构环绕在像元区域7的外侧，加热电阻3的高度可以与像元区域7内像元的高度平齐，也可以大于像元高度，只需要保证加热电阻3在读出电路上的投影不覆盖像元区域即可，避免对到达像元区域的红外光产生影响。吸气剂2位于加热电阻3上方，沿着加热电阻3的分布区域设置，其形状可以与加热电阻3形状保持一致，也可以不一致，具体的可以根据像元区域7的形状或者封装腔1的形状进行合理分布，在实际使用时，也可以采用不同的分布方式相互结合，达到可以在有限的空间内布置更多吸气剂2的目的。此外在具体的分布设计时，加热电阻3在径向方向上设有多层；可以提高激活效果。其中在具体排布时，在径向方向的每层之间的间隔可以设置为等间距分布，这样可以提高整体的条理性，具体的间隔可以根据加热电阻3的宽度确定。

此外在设计时，为了进一步保证布置线路的条理性，避免造成无用的加热电阻3的布置，同时为了尽量多的布置加热电阻3以及吸气剂2，本申请对第一电激活加压焊盘5以及第二电激活加压焊盘6的分布进行了设置，其中所述第一电激活加压焊盘5以及第二电激活加压焊盘6分开设置在焊料环4的两侧，这样加热电阻3的两端从焊接环的两侧引出，便于加热电阻3在封装腔1内的排布；进一步的，所述第一电激活加压焊盘5以及第二电激活加压焊盘6关于封装腔1的中心成中心对称分布，第一电激活加压焊盘5以及第二电激活加压焊盘6的位置相距最远，这样在加热电阻3排布时，可以提高加热电阻3在二者之间的分布长度，进而可以更多地布置吸气剂2，提高吸气效果。在实际使用时，当然的，第一电激活加压焊盘5以及第二电激活加压焊盘6也可以设置在同侧，或者，第一电激活加压焊盘5以及第二电激活加压焊盘6可以设置在相邻的侧边上，这样在线路布置时，在封装腔1内的加热电阻3的两个端头在布置时距离较近，增加了布置难度，但是在某些情况下，比如考虑到探测器整体的结构或者在相对的侧边上布置空间较小，不方便安装时，也可以采用将第一电激活加压焊盘5以及第二电激活加压焊盘6布置在同一侧边或者相邻侧边的情况。

本申请的其中一个实施例为，加热电阻3的中间部分具有伸入焊料环4内部的凸起，该中间部分是指加热电阻3除去两端以外的部分，即加热电阻3除了两端伸入焊料环4之外，其他部分也可以伸入焊料环4，以实现更好的支撑，参见附图3。在该实施例中，加热电阻3不仅具有加热的功能，而且可以作为支撑结构的一部分，因为加热电阻3本身采用金属片结构，其自身具有一定的强度，这样通过合理设计其在焊料环4内的分布并适当增加该部位的强度，可以提高整体的结构稳定性，避免在使用过程中，由于产品自身的震动等造成的容易失效的问题。在具体设计时，为了避免短路造成的过热现象，加热电阻3与焊料环4的结合部位设置有用于将二者隔离的绝缘材料，其中绝缘材料可以采用氧化硅。

本发明还公开了一种非制冷红外探测器吸气剂2电激活结构的制备方法；包括以下步骤；

步骤1、在读出电路上方像元区域7之外的位置制作加热电阻3，加热电阻3环绕像元区域7设置；具体地，包括：

步骤1.1、在读出电路上的像元区域7制作MEMS微桥结构；

步骤1.2、在读出电路上的像元区域7两侧分别设置底部加热电阻；

步骤1.3、在读出电路上旋涂牺牲层，在牺牲层上刻蚀位于像元区域7四周的沉积孔并依次沉积制作焊料环和封装支柱，在牺牲层上刻蚀位于封装支柱内侧的沉积孔并沉积竖向加热电阻与底部加热电阻连接；

步骤1.4、在牺牲层上方制作顶部加热电阻，并与竖向加热电阻相连，顶部加热电阻可以根据需要制作成圆形、“回”形或蛇形等结构环绕像元区域，各底部加热电阻、竖向加热电阻、顶部加热电阻相连接形成完整的呈线形的加热电阻3；

步骤2、在加热电阻3上方制作吸气剂2，吸气剂2环绕像元区域7设置；

步骤3、制作封装盖帽，封装盖帽与读出电路之间形成封装腔1，加热电阻3的两端位于封装腔外侧；具体地，在吸气剂2上方制作封装盖板与封装支柱连接，形成封装盖帽，并释放牺牲层，封装盖帽与读出电路之间形成封装腔；

步骤4、在加热电阻3两端上制作第一电激活加压焊盘5以及第二电激活加压焊盘6。

在其他实施例中，在制作MEMS微桥结构之前还可以在读出电路上先制作一层绝缘层；封装盖板与封装支柱也可以在吸气剂2制作完成之后再同步制备。

参见附图5-11，可以看出，本申请在具体制作时遵循由内至外、由下至上的制作原则，便于对吸气剂2和加热电阻3的合理分配，同时可以提高整体结构的稳定性，依托封装腔1的侧壁边缘进行支撑，提高了吸气剂2和加热电阻3分布的稳定性。

综上所述，本申请提供一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构及制备方法，利用MEMS工艺在封装深腔内制作吸气剂2膜层，并在吸气剂2表面制作吸气剂2加热电阻3，其加热电阻3设计不唯一，功能不唯一。其一功能为将吸气剂2加热电阻3引入封装深腔外的焊盘上。在焊盘两端加入电压，引起电阻加热，从而激活吸气剂2；其二功能为将吸气剂2加热电阻3伸入不导电的焊料环4内，作为吸气剂2的支撑层，坚固结构。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构，其特征在于，包括探测器内部形成的封装腔(1)，所述封装腔(1)内设有吸气剂(2)，封装腔(1)内设有位于吸气剂(2)下方的加热电阻(3)，所述封装腔(1)的外侧设有第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘，加热电阻(3)的两端引出封装腔外与第一电激活加压焊盘和第二电激活加压焊盘连接；所述封装腔(1)内设有像元区域(7)，所述吸气剂(2)和所述加热电阻(3)环绕所述像元区域(7)设置。

2.根据权利要求1所述的一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构，其特征在于，所述封装腔(1)由读出电路与封装盖帽(8)之间密封形成，封装盖帽(8)与读出电路之间通过焊料环(4)连接，所述加热电阻(3)的两端穿过焊料环(4)且分别与第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘连接。

3.根据权利要求2所述的一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构，其特征在于，所述加热电阻(3)悬空设置且中间部分具有伸入焊料环(4)内部的凸起。

4.根据权利要求2所述的一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构，其特征在于，所述加热电阻(3)与焊料环(4)的结合部位设置有用于将二者隔离的绝缘材料。

5.根据权利要求1所述的一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构，其特征在于，所述第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘分开设置在焊料环(4)的两侧，所述第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘关于封装腔(1)的中心成中心对称分布。

6.根据权利要求1所述的一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构，其特征在于，所述吸气剂(2)夹设于加热电阻(3)与封装盖帽(8)之间。

7.根据权利要求1所述的一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构，其特征在于，所述加热电阻(3)分布成圆形结构环绕在像元区域(7)的外侧，或者，所述加热电阻(3)成“回”形结构环绕在像元区域(7)的外侧，或者，所述加热电阻(3)成蛇形弯折结构环绕在像元区域(7)的外侧。

8.根据权利要求1所述的一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构，其特征在于，所述第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘连接至加压电路。

9.根据权利要求7所述的一种非制冷红外探测器吸气剂电激活结构，其特征在于，所述加热电阻(3)在径向方向上设有多层。

10.一种权利要求1-9任一项所述的非制冷红外探测器吸气剂电激活结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在读出电路上方像元区域(7)之外的位置制作加热电阻(3)，加热电阻(3)环绕像元区域(7)设置；

步骤2、在加热电阻(3)上方制作吸气剂(2)，吸气剂(2)环绕像元区域(7)设置；

步骤3、制作封装盖帽(8)，封装盖帽(8)与读出电路之间形成封装腔(1)，加热电阻(3)的两端位于封装腔外侧；

步骤4、在加热电阻(3)两端上制作第一电激活加压焊盘以及第二电激活加压焊盘。

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