CN116768141A - 一种红外探测器吸气剂模块及真空封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于MEMS器件的高真空封装技术领域，具体涉及一种红外探测器的吸气剂模块及真空封装结构。本发明提供的一种红外探测器吸气剂模块及真空封装结构，通过设计一种局部吸气剂加热模块，使吸气剂材料在高温状态下得到激活而不影响其它结构，解决了吸气剂激活温度受功能模块区域耐温低限制的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS器件的高真空封装技术领域，具体涉及一种红外探测器吸气剂模块及真空封装结构。
背景技术
微电子机械系统(MEMS)真空封装是一种采用密封腔体提供高气密真空环境的封装技术，真空封装使MEMS器件的可动部分在真空环境中进行工作，保证了MEMS器件的品质因素。红外探测器、惯性传感器、压力传感器、磁力计、微型麦克风等多数MEMS器件都需要进行真空封装，真空封装是满足MEMS器件正常工作的基础。吸气剂是置于真空腔内吸收剩余气体的材料，是封装腔内维持高真空环境的必要条件。
现有技术中吸气剂通常采用的是非蒸散型吸气剂，通过对吸气剂进行加热激活得到活性表面来实现气体的吸收，吸气剂的形式主要包括柱状吸气剂、片状吸气剂以及薄膜状吸气剂。现有的柱状吸气剂以及片状吸气剂由于尺寸太大，不能满足高集成化和小型化的微型产品需求。薄膜状吸气剂是当前MEMS产品小型化道路上的不二选择。随着MEMS技术的发展，真空封装和薄膜吸气剂的制备激活将与MEMS工艺集成，大幅降低MEMS产品的成本。
在一定的体积的微腔内，薄膜状吸气剂的面积需满足一定的尺寸要求才能维持真空环境，而产品的小型化需求导致薄膜吸气剂的设计空间有限，故需进行充分的设计增大吸气剂面积。集成真空封装时，吸气剂的制备与激活需与MEMS器件的制备工艺兼容。在非制冷红外探测器真空封装过程中，为避免高温破坏红外成像区域和电路结构，不能采用晶圆整体高温处理的方式激活吸气剂，这对吸气剂的激活是一个挑战。
由此，目前需要有一种方案来解决现有技术中存在的技术问题。
发明内容
本发明提供一种红外探测器的吸气剂模块及真空封装结构，至少可以解决现有技术中存在的部分问题。
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：
一种红外探测器吸气剂模块，其中，所述吸气剂模块包括多个加热模块和位于多个加热模块上方的吸气剂层，所述加热模块为悬空支撑结构。
作为本发明所述的一种红外探测器吸气剂模块的优选方案，其中：所述吸气剂模块还包括设置在所述吸气剂层上的释放孔。
作为本发明所述的一种红外探测器吸气剂模块的优选方案，其中：所述释放孔的形状为圆形、方形或其它多边形；
和/或所述释放孔设置在所述加热模块上方和/或不同加热模块的间隙之间。
作为本发明所述的一种红外探测器吸气剂模块的优选方案，其中：所述加热模块包括依次叠层设置的支撑层、导电层以及热传导层，所述热传导层与所述吸气剂层接触。
作为本发明所述的一种红外探测器吸气剂模块的优选方案，其中：所述支撑层包括支撑柱以及支撑于所述支撑柱上的支撑面，所述导电层包括位于所述支撑柱内的导电柱以及位于所述支撑面上且与导电柱直接相连的加热单元。
作为本发明所述的一种红外探测器吸气剂模块的优选方案，其中：所述导电层与读出电路直接接触电连接，或所述导电层与读出电路通过金属走线间接电连接。
作为本发明所述的一种红外探测器吸气剂模块的优选方案，其中：所述支撑层为氮化硅层或二氧化硅层，或氮化硅层和二氧化硅层的堆叠组合膜层；
和/或所述支撑层为悬空支撑结构。
作为本发明所述的一种红外探测器吸气剂模块的优选方案，其中：所述导电层为钛层、铝层、铜层、氧化钒层或非晶硅层；
和/或所述导电层的加热单元为矩形结构、蛇形结构或曲线结构。
作为本发明所述的一种红外探测器吸气剂模块的优选方案，其中：所述热传导层为氮化硅层或二氧化硅层，或氮化硅层和二氧化硅层的堆叠组合膜层。
作为本发明所述的一种红外探测器吸气剂模块的优选方案，其中：所述吸气剂层为锆钴合金层、钛基合金层或钒基合金层；
和/或所述吸气剂层为连续不间断的膜层结构。
一种红外探测器真空封装结构，其中：包括上述的红外探测器吸气剂模块，所述真空封装结构还包括读出电路、密封微盖以及功能模块，所述功能模块包括多个像元结构，所述吸气剂模块与功能模块相邻设置在读出电路上方，所述读出电路和密封微盖密封封装所述吸气剂模块和功能模块。
作为本发明所述的一种真空封装结构的优选方案，其中：所述密封微盖为非晶硅层、硅层或锗层中的至少一层。
作为本发明所述的一种真空封装结构的优选方案，其中：所述密封微盖上设置有释放孔和/或光学膜层。
本发明的有益效果如下：
1、本发明提供的红外探测器真空封装结构采用了一种局部加热的吸气剂模块，实现了真空微腔内局部引入高温加热条件。通过在吸气剂层下方设计加热模块，利用连接的外部电路给予加热模块供电，产生的焦耳热经过热传导层传递至吸气剂层，实现吸气剂材料的高温激活。既避免了高温条件下对红外成像功能区和电路结构产生破坏，使得吸气剂层能够在局部高温加热的条件下激活而不影响到其它结构，又可以解决吸气剂层激活温度受功能模块区域耐温低限制的技术难题。
2、本发明提供的红外探测器吸气剂模块中，加热模块上方的吸气剂层为连续不间断膜层结构设置，可以使吸气剂层的面积最大化设计，确保真空封装结构的真空环境可靠性，延长真空环境寿命。
3、本发明提供的红外探测器吸气剂模块的加热模块两端通过柱子电路结构与读出电路电连接，结构可靠性高，制作工艺简单，能够提升红外探测器的加工良品率。
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为本发明红外探测器吸气剂模块的剖面结构示意图；
图2为本发明红外探测器吸气剂模块的俯视结构示意图；
图3为本发明红外探测器真空封装结构示意图。
附图标号说明：
1-读出电路，2-支撑层，3-导电层，4-热传导层，5-吸气剂层，6-释放孔，7-密封微盖，8-功能模块。
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。
本发明提供的一种红外探测器吸气剂模块及真空封装结构，通过设计一种局部吸气剂加热模块，使吸气剂材料在高温激活的状态不影响其它结构，解决了吸气剂激活温度受功能模块区域耐温低限制的技术问题。
一种红外探测器吸气剂模块，其中，所述吸气剂模块包括多个加热模块和位于多个加热模块上方的吸气剂层，所述加热模块为悬空支撑结构。通过多个加热模块共同支撑一整个的吸气剂层，使得吸气剂层还可以于相邻的加热模块之间以及加热模块外侧设置，相比于各加热模块单独支撑位于其上方的吸气剂层，可以使吸气剂层的面积最大化设计，确保真空封装结构的真空环境可靠性，延长真空环境寿命，且可以使得吸气剂层的支撑更加稳固。
优选地，所述吸气剂模块还包括设置在所述吸气剂层上的释放孔，用于将在制备吸气剂模块时于加热模块内部和相邻加热模块之间形成的牺牲层进行释放，以形成各自独立的呈悬空支撑结构的加热模块。
所述释放孔的形状没有特别的限制，优选地，所述释放孔的形状为圆形、方形或其它多边形。
优选地，所述释放孔设置在所述加热模块上方和/或不同加热模块的间隙之间，用于将加热模块内部和相邻加热模块之间的牺牲层进行释放，使得牺牲层释放完全。可以理解地，设置在所述加热模块上方的释放孔是贯穿对应加热模块的，以对加热模块内部牺牲层进行释放。
优选地，所述加热模块包括依次叠层设置的支撑层、导电层以及热传导层，所述热传导层与所述吸气剂层接触，用于将所述导电层通电后产生的热量均匀传导至所述吸气剂层。
优选地，所述支撑层为悬空支撑结构，以便将热量更好地传导至吸气剂层，避免传导至其他区域造成热损失。具体地，所述支撑层包括支撑柱以及支撑于所述支撑柱上的支撑面，所述导电层包括位于所述支撑柱内的导电柱以及位于所述支撑面上且与导电柱直接相连的加热单元。所述热传导层位于所述加热单元上方。
优选地，所述导电层与读出电路直接接触电连接，或所述导电层与读出电路通过金属走线间接电连接，以对导电层进行通电从而对吸气剂层进行加热激活。
优选地，所述支撑层为氮化硅层或二氧化硅层，或氮化硅层和二氧化硅层的堆叠组合膜层。
优选地，所述导电层为钛层、铝层、铜层、氧化钒层或非晶硅层。
导电层的形状没有特别的限制，优选地，可以根据加热电阻值的需求将所述导电层的加热单元设计为矩形结构、蛇形结构或曲线结构。
优选地，所述热传导层为氮化硅层或二氧化硅层，或氮化硅层和二氧化硅层的堆叠组合膜层。
悬空结构设置的支撑层为加热模块提供了支撑结构，热传导层能够将导电层产生的热量均匀地传递至吸气剂层上，避免了导电层直接与吸气剂层的接触。
导电层设置在支撑层与热传导层之间，能够对导电层起到绝缘保护作用。导电层包括顶部的加热单元，以及与加热单元两端直接电连接的导电柱结构，省去了加热单元与导电柱之间的桥腿结构，使得加热模块的结构更加稳定。导电层的加热单元在通电后产生焦耳热，热量通过热传导层传递至吸气剂层。
优选地，所述吸气剂层为锆钴合金层、钛基合金层或钒基合金层。
优选地，所述吸气剂层为连续不间断的膜层结构，使吸气剂层的面积最大化设计，确保真空封装结构的真空环境可靠性，延长真空环境寿命。
优选地，所述真空封装结构还包括读出电路、密封微盖以及功能模块，所述功能模块包括多个像元结构，所述吸气剂模块与功能模块相邻设置在读出电路上方，所述读出电路和密封微盖密封封装所述吸气剂模块和功能模块。
优选地，所述密封微盖为非晶硅层、硅层或锗层中的至少一层。
优选地，所述密封微盖上设置有释放孔和/或光学膜层，此处释放孔用于将制备密封微盖时于密封微盖内形成的牺牲层进行释放，所述光学膜层可以为光学增透膜或抗反膜等。
以下结合附图1-3对本发明的红外探测器吸气剂模块以及真空封装结构作进一步的说明。
实施例1
一种红外探测器吸气剂模块，包括有多个加热模块和位于多个加热模块上方的吸气剂层5。加热模块整体设置为悬空支撑结构，由依次叠层设置的支撑层2、导电层3以及热传导层4构成，支撑层2为悬空支撑结构，热传导层4的上方与吸气剂层5接触，吸气剂层5为连续不间断的膜层结构，吸气剂层5的材质设置为锆钴合金层，热传层层4的材质设置为二氧化硅层，导电层3的材质设置为铜层。吸气剂层5上开设有多个释放孔6，释放孔的形状为圆孔形，多个释放孔6设置在加热模块上方以及不同加热模块的间隙之间。
加热模块的支撑层2呈悬空支撑结构设置在读出电路1上方，导电层3的两端直接通过导电柱结构与读出电路1进行直接接触电连接，导电层3的加热单元形状设置为方形结构。
实施例2
一种红外探测器吸气剂模块，与实施例1的不同之处在于，释放孔6的形状可设置为方形或其它多边形，导电层3加热单元的形状根据电阻值的设计需要设置为蛇形或曲线形结构。
实施例3
一种红外探测器真空封装结构，采用实施例1中所设计的吸气剂模块，还包括有读出电路1、密封微盖7以及功能模块8，功能模块8包括多个像元结构。吸气剂模块与功能模块8以相邻排布的方式设置在读出电路1的上方，读出电路1和密封微盖7围成密封微腔，吸气剂模块和功能模块8密封封装于密封微腔中。
实施例4
一种红外探测器真空封装结构，与实施例3的不同之处在于，在密封微盖7的上方还设置有释放孔和光学膜层。
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)
1.一种红外探测器吸气剂模块，其特征在于，所述吸气剂模块包括多个加热模块和位于多个加热模块上方的吸气剂层(5)，所述加热模块为悬空支撑结构。
2.根据权利要求1所述的一种红外探测器吸气剂模块，其特征在于，所述吸气剂模块还包括设置在所述吸气剂层(5)上的释放孔(6)。
3.根据权利要求2所述的一种红外探测器吸气剂模块，其特征在于，所述释放孔(6)设置在所述加热模块上方和/或不同加热模块的间隙之间。
4.根据权利要求1所述的一种红外探测器吸气剂模块，其特征在于，所述加热模块包括依次叠层设置的支撑层(2)、导电层(3)以及热传导层(4)，所述热传导层(4)与所述吸气剂层(5)接触。
5.根据权利要求4所述的一种红外探测器吸气剂模块，其特征在于，所述支撑层(2)包括支撑柱以及支撑于所述支撑柱上的支撑面，所述导电层(3)包括位于所述支撑柱内的导电柱以及位于所述支撑面上且与导电柱直接相连的加热单元。
6.根据权利要求4所述的一种红外探测器吸气剂模块，其特征在于，所述支撑层(2)为氮化硅层或二氧化硅层，或氮化硅层和二氧化硅层的堆叠组合膜层。
7.根据权利要求4所述的一种红外探测器吸气剂模块，其特征在于，所述导电层(3)为钛层、铝层、铜层、氧化钒层或非晶硅层；
和/或所述导电层(3)的加热单元为矩形结构、蛇形结构或曲线结构。
8.根据权利要求4所述的一种红外探测器吸气剂模块，其特征在于，所述热传导层(4)为氮化硅层或二氧化硅层，或氮化硅层和二氧化硅层的堆叠组合膜层。
9.根据权利要求1所述的一种红外探测器吸气剂模块，其特征在于，所述吸气剂层(5)为锆钴合金层、钛基合金层或钒基合金层；
和/或所述吸气剂层(5)为连续不间断的膜层结构。
10.一种红外探测器真空封装结构，其特征在于：包括如权利要求1-9中任一项所述的红外探测器吸气剂模块，所述真空封装结构还包括读出电路(1)、密封微盖(7)以及功能模块(8)，所述功能模块(8)包括多个像元结构，所述吸气剂模块与功能模块(8)相邻设置在读出电路(1)上方，所述读出电路(1)和密封微盖(7)密封封装所述吸气剂模块和功能模块(8)。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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