KR20170029426A - 기밀하게 밀봉된 진공 하우징 및 게터를 포함하는 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
밀봉형 진공 하우징에 수용되는 마이크로전자 부품을 포함하는 디바이스의 제조 방법은 상기 하우징에서 기체 트랩을 형성하는 단계, 상기 하우징에서 수용되는 구성요소로부터 기체를 방출하도록 디바이스를 펌핑하고 가열하는 단계, 상기 펌핑하는 단계 후, 플럭스를 사용하지 않고 상기 하우징을 밀봉하는 단계를 포함한다.
더욱이, 상기 내부 공간내로 기체를 제거할 가능성이 있는 상기 디바이스의 각각의 성분은 미네랄 물질이고, 상기 기체 트랩은 실질적으로 수소만 포획할 수 있으며 산소 및/또는 질소에 비활성이며 그리고 가열 및 밀봉은 300℃보다 낮은 온도에서 수행된다.
더욱이, 상기 내부 공간내로 기체를 제거할 가능성이 있는 상기 디바이스의 각각의 성분은 미네랄 물질이고, 상기 기체 트랩은 실질적으로 수소만 포획할 수 있으며 산소 및/또는 질소에 비활성이며 그리고 가열 및 밀봉은 300℃보다 낮은 온도에서 수행된다.
Description
본 발명은 고진공에서 마이크로전자 부품의 기밀한 밀봉의 분야, 예컨대 적외선 이미징 또는 온도 측정(thermometry)을 위한 마이크로볼로미터(microbolometer)를 기초로 하는 감지기에 관한 것이다.
특정 응용에 있어서, 마이크로전자 부품은 원하는 성능을 성취하기 위하여 진공에서 작동해야 한다. 이것은 특히 이하에서 "마이크로볼로미터"라고 불리는 볼로메트릭 마이크로브릿지를 기초로 하는 적외선 이미징을 위한 비냉각식 감지기에 있어서도 마찬가지다. 소위 "열" 적외선 감지기의 분야에서, 실제로, 주위 온도에서 동작할 수 있는, 적외선 방사선에 민감한 구성요소의 1차원 또는 2차원 어레이를 사용하는 것이 알려진다.
열적외선 감지기는 관습적으로 써모메트릭(thermometric) - 그 온도에 따라 "볼로메트릭(bolometric)"으로도 알려진 - 물질의 전기 저항도의 변형을 사용한다. 감지기 또는 "볼로미터"의 유닛 민감 구성요소(unit sensitive element)는 통상적으로 멤브레인들의 형태이며, 각각은 써모메트릭 층을 포함하며, 높은 열적 저항을 갖는 지지 아암에 의해 주로 실리콘으로 구성되는 기판 위에 서스펜드된다(suspended above). 집합적으로, "레티나(retina)"로 불리는 이러한 멤브레인은 특히 입사 방사선의 흡수의 기능, 흡수된 방사선의 동력을 화력으로 변환하는 기능 및 생성된 열적 동력의 써모메트릭 물질의 저항의 변형으로의 전환의 써모메트릭 기능을 구현하고, 이러한 기능은 하나 또는 복수의 상이한 구성요소에 의해 구현가능하다. 또한, 멤브레인들의 지지 아암은 도전성이며 그의 써모메트릭 층에 연결되고, 멤브레인의 써모메트릭 구성요소를 순차적으로 어드레싱하고 바이어싱하기 위한 수단 및 비디오 포맷에서 이용가능한 전기 신호를 형성하기 위한 수단은 그 위에 매달리는 멤브레인을 갖는 기판에서 통상적으로 형성된다.
이러한 감지기는 예컨대 문헌 "25㎛ 픽셀 피치 성취를 위한 비냉각식 비정질 실리콘 기술 향상(E. Mottin 외, 적외선 기술 및 응용 XXVIII, SPIE, vol. 4820E)"에서 기재된다.
감지의 질을 제한하는 기체 대류(gas convection)에 의한 열 손실을 미미하게 하기 위하여, 예민한 레티나는 통상적으로 기밀하게 밀봉되는 하우징 또는 상당히 낮은 압력하의 하우징에 통합된다. 하우징에는 8 마이크로미터에서 14 마이크로미터 사이의 파장을 일반적으로 갖는, 현안의 방사선에 투명한 윈도우가 제공된다. 변형으로서, 각각의 볼로미터는 이러한 윈도우가 제공되는 기밀하게 밀봉된 마이크로 하우징에 통합된다. 하우징의 압력 레벨은 통상적으로 조절되어서, 대류에 의한 손실은 지지 아암을 통한 열적 전도에 의한 손실보다 더 작으므로, 정교한 검출을 보장한다. 이를 성취하기 위하여, 하우징의 기체 압력은 이로써 일반적으로 10-2 mbar 보다 낮거나 같고 바람직하게 10-4 mbar보다 낮다.
그러나, 이러한 압력 레벨을 얻는 것은 하우징의 기밀한 밀봉을 위한 특정 기법을 요한다. 또한, 특정 물질은, 하우징에 의해 범위가 정해지는, 내부 공간 또는 공동 내 밀봉 이후에 제거되는 것을 알 수 있다. 감지기 수명, 통상적으로 20년 동안 하우징에서의 기본 저압 레벨을 유지하는 것은 이로써 하우징의 내의 구성요소 및 표면을 탈기하더라도 보장되어야 한다.
도 1의 예시를 참조하면, 볼로메트릭 감지 장치의 진공 밀봉은 이하의 하위 부품을 일반적으로 사용한다: 일체형으로 형성되는, 바닥부(12) 및 측벽(14)을 갖는 베이스(10), 일반적으로 감지 기판상에 통합되는 예민한 레티나로 형성되는 볼로메트릭 감지기(16) 및 베이스(10)의 기밀한 폐쇄의 그리고 적외선 방사선의 투명한, 기계적 보호의 역할을 동시에 하는, 적외선 방사선에 투명한 캡(18) 또는 "윈도우". 마지막으로, 게터(20)는, 또한 베이스(10) 및 윈도우(18)에 의해 규정된 하우징(24)의 내부 공간(22)과 연통하여 구성요소를 탈기하더라도 충분한 진공 레벨을 유지하기 위하여 하우징에 수용된다.
베이스(10)는 일반적으로 주로 금속 또는 세라믹 물질의 어셈블리로 형성되며, 또한 커넥터 구성요소(26)에 의해 하우징의 외측과 감지기의 전기적 인터페이스를 형성한다. 부품(16)은 예컨대 글루잉(gluing)에 의해 하우징의 바닥에 고정되며 선행 기술 그 자체로 알려져 있는 와이어링(30)에 의해 하우징(24)에서 이러한 목적으로 보호되는 연결 영역(28)에 연결된다.
윈도우(18)는 중간부에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 베이스(10) 상에서 조립되고, 어셈블리는 베이스에 대한 윈도우의 밀봉 동안 상기 기재된 하위 부품의 제거를 제한하는 작동 조건을 갖는 무플럭스 솔더링에 의해 형성된다. 알려진 바와 같이, 무플럭스 솔더링은 이러한 부분의 기밀한 접합점으로 의도되는 표면의 레벨에서, 윈도우(18)와 베이스(10) 상에 비산화 금속 층이 존재할 것을 요구한다. 금속 층은 하나 또는 복수의 층으로 일반적으로 구성되며, 적어도 그의 마지막 층은 금 또는 더욱 드문 백금과 같은 귀금속으로 구성된다. 기계적 작용에 의한 원자 확산에 의해 또는 더 최근에는 금속 밀봉이 적어도 부분적으로 용융될 때까지의 가열에 의해 금속 구성요소를 함께 본딩하는 것을 가능하게 하는 무플럭스 솔더링은 그 자체로 잘 알려져 있으므로 상술되지 않을 것이다. 알려진 바와 같이, 예컨대 용접 또는 솔더링에 의하여 금속 구성요소들간의 우수한 결합을 얻기 위해서는 구성요소가 그 표면에서 산화되지 않는 것이 바람직하다. 이를 성취하기 위하여, 탈산성 물질(deoxidizing material) 또는 플럭스가 사용되어서 산화물 층을 제거하고, 또는 금속 구성요소는 산화 불가능하다.
게터(20)는 일반적으로 하우징의 공동(22)의 모든 내표면에 의해 방출될(탈기될)수 있는 메인 기체 분자에 대한 강한 친화도(affinity)를 갖는 물질로 구성된다. 게터는 특히 H2, N2, O2, H2O 및 예컨대 CH4와 같은 휘발성 탄소 화합물(유기로 지칭됨)을 흡수하도록 선택된다. 게터를 위해 사용되는 일반적인 물질은 잘 알려진 바와 같이 구성요소 Zr, Ti, Co, Fe 또는 Ba를 기초로 한 합금이다. 게터(20)는 일반적으로, 하우징(24)의 부품(16)의 어셈블리 상의 공동(22)에 통합된, 캐소드 스퍼터링 기법 또는 증발에 의해 스트립, 플레이트 또는 미네랄 기판상에 증착되는 하나 또는 복수의 박막의 형태로, 또는 공동(22) 내부에 고정된 소결 블록의 형태 중 어느 하나로 보여진다.
알려진 바와 같이, 이러한 형태의 응용에서 사용된 게터는 먼저 표시된 기체를 흡수할 수 있도록 활성화되며, 이러한 활성은 진공에서 수행되는 적응된 열적 사이클에 의해 게터 표면을 반응하게 만드는 것을 포함한다. 일반적으로 1 마이크로미터에서 수 마이크로미터의 범위를 갖는, 박막의 형태인 게터(20)는 소결 게터보다 훨씬 저온에서의 열적 활성을 요한다. 따라서, 잘 알려진 박막 게터는 하우징이 밀봉되면 350℃에서 400℃의 범위의 온도에서 상기 기재된 장치의 단순한 가열에 의해 활성화될 수 있다.
소결 게터는 800℃ 이상의 온도를 요하므로, 이러한 온도에서의 타이트한 하우징의 일반적인 가열은 회복 불가능한 손상을 야기한다. 소결 게터의 활성은 그러므로 이러한 목적을 위하여 제공되는 전기 연결에 의하여 줄 효과(Joule effect)에 의해 형성되고, 이것은 게터만을 실질적으로 가열하는 것을 가능하게 한다. 그러나 이러한 게터의 활성은 볼로미터를 손상할 수 있는 강한 방사선을 유도한다. 또한, 박막 게터가 통상적으로 선호되는데, 이는 하우징의 외측으로부터 접근 가능한 전기 연결을 요하지 않기 때문이다. 이러한 특징은 구조 및 그러므로 제조 공정을 간소화하고 따라서 하우징의 비용이 감소된다. 실제로, 하우징의 베이스를 가로지르는 연결은 타이트니스(tightness) 문제를 야기하여 필수적으로 고온을 생성하기 위한 활성화 동안 적용되는 고강도로 인하여 상당한 설계 제약을 일으킨다.
그러나, 박막 게터는 일반적인 장치 제조 방법에 있어서 제약이 되는데, 이는 게터가 명시된 바와 같이 낮은 범위에서 유지되더라도 게터 효율이 활성 온도가 높을 때 더 좋기 때문이다. 실제로, 통상적으로 전체 장치상에서 형성된 이러한 특정 열적 활성 단계는 항상 최대 온도 지점을 규정하고, 전자 부품은 그 제조 사이클 동안 이를 따른다. 다시 말해서, 부품의 완전한 설계 및 통상적으로 장치의 모든 부분은 실제로, 사용된 박막 게터의 특성에 직접적으로 따른다.
본 발명은, 제약이 없는 열적 처리를 요하는 게터에 의해 저온이 유지되는 기밀한 하우징에 수용되는 마이크로전자 부품을 포함하는 장치의 제조 방법을 제공함으로써 상기 기재된 과도한 가열의 문제를 해결하고자 한다.
이를 성취하기 위하여, 본 발명은 기밀하게 밀봉된 진공 내부 공간의 범위를 한정하는 벽들로 형성된 하우징에 수용되는 마이크로전자 부품을 포함하는 디바이스의 제조 방법을 목적으로 하며, 상기 방법은:
- 상기 내부 공간에서 기체를 포획할 수 있는 박막의 형태인 게터를 형성하는 단계;
- 상기 내부 공간으로부터 펌핑하는 단계;
- 상기 펌핑하는 단계 동안, 상기 내부 공간에 수용되는 구성요소를 탈기(degas)하도록 상기 디바이스를 가열하는 단계; 및
- 상기 펌핑하는 단계 이후, 무플럭스 방식으로 상기 하우징을 기밀하게 밀봉하는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서:
- 상기 내부 공간 내로 탈기할 가능성이 있는 상기 디바이스의 각 성분은 미네랄 물질이고;
- 상기 게터는 실질적으로 수소만을 포획할 수 있으며 산소 및/또는 질소에 불활성이며;
- 상기 디바이스의 가열 및 상기 하우징의 밀봉은 300℃보다 낮은 온도에서, 특히 100℃에서 200℃의 범위의 온도에서 수행된다.
"박막"은 2 마이크로미터보다 작은 총 두께를 갖는 하나 또는 복수의 층으로 형성된 구성요소를 의미하고, 그의 각각의 층은 바람직하게 0.1 마이크로미터에서 1 마이크로미터의 두께를 갖는다.
"미네랄" 물질은 금속, 세라믹 또는 무기 반도체 물질 또는 바람직하게 무공(non-porous) 형태의 상기 물질들의 임의의 결합, 어셈블리, 합금, 분산을 의미한다. 이러한 맥락에서, 즉, 유기 화학에 관련된, 즉, 탄소를 기초로 한 모든 물질은, 구체적으로 결합되고 또는 결합되지 않고, 분산되고 또는 분산되지 않는 순수한 또는 합금된 물질의 형태 또는 다른 미네랄 물질을 제외한 미네랄이 아닌 것으로 고려된다. 특히, 접착제에 포함된 유기 용매를 포함하거나 포함하지 않는 탄소 폴리머는 미네랄이 아닌 물질로 고려된다.
다시 말해서, 일반적으로, 밀봉된 고진공의 부품의 경우에, 부품의 수명 동안 게터에 의해 흡수되어야 하는 기체가 질소, 수소, 수증기이고 더 적은 연장 탄소 화합물, 특히 CO, CO2, 및 CH4 에 의해 흡수되어야 하는 것이 고려된다. 가변적인 양에 의해 자동으로 고려되는 이러한 기체의 존재는 그 중 모두에 충분히 반응하는 게터를 사용하는 것을 요구한다. 이것은 게터 물질이 일반적으로 지르코늄 또는 백금으로 구성되거나 포함하는 이유이며, 후자는 다양한 기체를 포획할 수 있다.
이제, 이러한 금속은 그 표면에서 자연적으로 "패시베이션"되고(passivated), 즉, 적은 투수성 및/또는 적은 반응성의 층, 특히 산화물 또는 질화물 층으로 덮인다. 산소 또는 질소에 의한 이러한 패시베이션은 실제로 하우징의 최종 통합 전에 그 별도의 제조로 인하여 게터를 형성하기 전에 불가피하다. 결과적으로, 게터 표면의 인 사이투(in situ) 재활성화는 표면 층을 제거하는데 필수적이므로 게터를 활성화하며, 활성화는 고진공에서 그리고 300℃ 이상의 온도에서 얻어진다.
그러나, 발명자들은, 수소를 제외한 기체의 기밀하게 밀봉된 하우징의 부분 압력은 특정 설계 및 조립 기법 및 예방(precaution)으로 인한 기계 수명 동안 그리고 밀봉 동안 제어될 수 있는 것에 주목해왔다. 실제로, 미네랄 물질은 일반적으로, 본 발명의 맥락에서 고려된 압력 범위에서 무시될, 고진공에서의 가열 이후, 수소를 제외한 기체에 대한 충분히 낮은 탈기 속도를 갖는다.
더욱 구체적으로, 밀봉된 고진공의 하우징에서, 발명자에 의해 얻어지고 복수의 장치상에서 재생산가능한 수소를 제외한 부분 압력의 합은 대략 10-5 mbar이며 하우징의 밀봉 이후 시간에 걸쳐 미미하게 변화한다. 그러나, 발명자들은, 수소의 부분 압력이 변동이 심하며 하우징이 타이트하게 밀봉되면 시간에 걸쳐 변할수 있는 것에 주목했다. 따라서, 발명자들은, 하우징의 진공 밀봉의 선행 기술과는 정 반대로, 수소에만 반응하는 게터의 사용이 특히 단순한 특정 예방을 취함으로써 요구된 압력 레벨 및 안정도, 특히 대략 10-4 mbar로 도달하는 것을 가능하게 하는 것에 주목했다.
이러한 특정 예방은 특히, 공동과 관련된 모든 표면에 있어서, 하우징이 밀봉되면 가능하면 수소를 제외한 다른 기체를 실질적으로 제거하지 않는 물질만을 사용하는 것, 그리고 O2, H2O, N2, Ar와 같은 가능 오염물 그리고 수소, 질소, 산소에 화학적으로 연결된 탄소를 함유하는 유기 성질 또는 유기 기원의 대부분의 분자, 예컨대 CO, CO2, 탄화수소(예컨대 CH4) 또는 예컨대 플루오르(fluorine) 또는 염소와 같은 할로겐으로부터 공동의 내표면을 자유롭게 하기 위하여 하우징을 밀봉하기 전에 장치의 적당한 가열에 의해 기체를 제거하는 단계를 구현하는 것을 포함한다. 통상적으로, 내부 공동에서 제거할 수 있는 모든 물질은 바람직하게 무공인 미네랄 물질이며, 이들이 탄소를 포함할 경우, 후자는 하나 또는 복수의 그 고체 형태이다.
이로써, 상당히 낮은 양의 대기 및 유기 기체는 타이트한 하우징에서 보장되며 그 안의 압력의 불안정성의 주요 원인은 오직 수소를 위한 게터에 의해 방지된다. 이제, 발명자들은, 포획될 기체의 타입에 관해 적은 제약을 갖는 것은 그 표면에서 패시베이션하지 않는, 다시 말해서 그 표면에서 산화물 및/또는 질화물 층을 형성하지 않는 게터 물질, 특히 팔라듐을 사용하는 것을 가능하게 하는 것을 또한 주목한다. 하우징 제조 동안 특히, 접하는 압력 및 온도 조건(구체적으로, 10-5 bars에서 1.5 bar의 범위의 압력 및 0℃에서 300℃의 범위의 온도)에서의 산소 및/또는 질소(예컨대, 대기에 존재하는 기체 산소 및 질소)에 의한 패시베이션의 부재는 가열에 의한 활성의 필요를 회피한다. 장치가 더는 300℃ 이상의 온도에 따를 필요가 없으므로, 이것의 가장 예민한 구성요소, 특히 마이크로전자 부품 및 그의 볼로메트릭 레티나는 열에 의해 퇴화(degrade)되는 속성을 가질 가능성이 더 낮고, 이것은 약한 또는/및 열적으로 불안한 구조 또는 물질의 사용에 있어서 중요하다.
무플럭스 밀봉은 예컨대 무플럭스 솔더링, 양극 본딩(anodic bonding), 금속 확산에 의한 본딩 또는 분자 본딩에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서:
- 상기 하우징의 형성은 하벽 및 상부 캡(특히, 적외선 감지기의 맥락에서 적외선 방사선에 투명한 윈도우)을 형성하는 것을 포함하고;
- 상기 게터의 형성은 캡 상에 금속 수소 게터 물질 층을 형성하는 것을 포함하고;
- 상기 하벽 상에 상기 캡을 위치시키며, 상기 게터 층의 제 1 부분만이 상기 하벽 상에 놓이고;
- 상기 하벽 상에 놓이지 않는 상기 게터 층의 적어도 제 2 부분을 갖도록 상기 게터를 형성하며;
- 기계적 접촉 작용, 즉, 하부 벽과 캡 사이의 압축 및/또는 마찰 효과, 및/또는 플럭스 입력을 갖지 않고 기밀한 금속 밀봉, 즉, 캡과 하위 벽 사이에서 플럭스를 갖지 않고 수행될 밀봉을 형성하기 위하여 게터 층의 제 1 부분을 가열하는 것을 가한다.
더욱 구체적으로, 상기 게터 층의 제 1 부분 및 제 2 부분은 단일 연속 패턴 또는 복수의 불연속 패턴을, 즉, 적어도 2개의 부분으로 형성한다. 다시 말해서, 이러한 적어도 2개의 부분은 인접하거나 분리된다.
다시 말해서, 수소 게터는 기밀하게 밀봉된 하우징의 벽들 중 적어도 하나 상에 증착되고 하우징의 내부 대기에 적어도 부분적으로 노출되는 금속 층으로 형성되거나 이를 포함한다. 더욱 구체적으로, 이러한 층은 하우징 윈도우 상에 형성된다. 변형으로서, 캡은 기판상에 높인 벽을 포함하고, 통상적으로 기판은 그 위에 형성된 마이크로전자 부품을 가지며, 캡은 예컨대 U-형상의 단면을 갖고 금속 층은 기판상에 형성된다. 이러한 층은 유리하게, 단일 동작에서 형성된 2개의 부분을 포함하는데, 제 1 부분은 하우징의 무플럭스 조립 접합점에서 통합되며 제 2 부분은 하우징의 내부와 직접적으로 상호작용하여 게터의 부분을 형성한다. 솔더링 방법은 표적 진공 레벨에 도달할 수 없는 솔더 플럭스의 하나 또는 복수의 부품의, 심지어 트레이스의 상태에서도, 공동의 존재를 회피하기 위하여 본 발명에 따른 어셈블리의 형성에 대하여 무플럭스 방식으로 구현된다. 이러한 층은 하우징을 밀봉하기 위하여 무플럭스 솔더링 인터페이스 물질로서 유리하게 사용될 수 있다. 따라서, 최종 진공의 질에 필수적인 수소 게터의 적어도 일부 및 단일 제조 단계에 의한 기밀 어셈블리 밀봉의 적어도 일부를 형성하는 것은 장치의 설계를 간소화하며 그의 제조 비용, 특히 윈도우의 제조 비용을 제한하는 것을 가능하게 한다. 더욱 구체적으로, 선행 기술에 있어서, 한 편에서 무플럭스 솔더링을 위한 귀금속을에 의한 윈도우의 금속화 및 다른 한편으로는 게터 기능은 특히 사용된 상이한 물질로 인한 별도의 층에 의하여 별개로 얻어진다. 본 발명의 실시예는 제조 단계의 수를 줄여서 제조 비용을 줄인다.
일 실시예에 있어서, 게터는 팔라듐 또는 백금으로 또는 그의 합금의 혼합물로 구성되는 수소 포획 물질을 포함한다. 팔라듐 또는 백금은 수소 게터, 및 구체적으로 무플럭스 솔더링을 구현할 수 있는 산소 및 질소에 의한 패시베이션에 민감하지 않은 표면을 동시에 형성하는 것을 가능하게 한다.
일 실시예에 있어서, 게터는 100 나노미터에서 1 마이크로미터의 범위의 두께를 갖는 팔라듐 또는 백금 층을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 내부 공간의 기체 압력은 10-4 mbar보다 낮으며 전자 부품은 볼로메트릭 감지기이다.
본 발명은 또한 기밀하게 밀봉된 하우징 - 그 안에 수용된 전자 부품을 가짐 - 내의 압력 레벨을 유지하기 위하여 실질적으로 수소만을 포획하는 게터의 사용에 관한 것이다.
본 발명은 또한 디바이스에 관한 것이며, 상기 디바이스는:
- 내부 공간의 범위를 한정하는 벽들로 형성된 기밀하게 밀봉된 진공 하우징;
- 상기 하우징내에 수용되는 마이크로전자 부품; 및
- 상기 내부 공간내에 수용되는 게터를 포함하되,
상기 내부 공간 내로 탈기할 가능성이 있는 상기 디바이스의 각 성분은 미네랄 물질이고 상기 게터는 수소만을 포획하며 유리하게 수소를 포획하기 위하여 팔라듐 또는 백금을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 하우징은 금속 밀봉 층에 의해 베이스상에서 기밀하게 밀봉된 윈도우를 포함하고, 게터는, 밀봉 층과 게터 물질 층이 동일한 금속 물질 층으로 형성되는 레이아웃에서 금속 게터 물질 층을 포함한다. 특히, 금속 밀봉 층 및 금속 게터 층이 인접하다.
본 발명은 동반하는 도면과 관련하여 오직 예시로서 제공되는 이하의 기재를 읽음으로써 더 잘 이해될 것이며, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
- 도 1은 상기 기재된 선행 기술의 볼로메트릭 검출기의 개략적인 단면도이다.
- 도 2는 본 발명에 따라 윈도우를 하우징하는 볼로메트릭 검출기의 내부 공간의 반대 표면의 개략도이다.
- 도 3은 마이크로-하우징에 캡슐화된(encapsulated) 부품을 포함하는 장치의 개략적인 단면도이다.
- 도 1은 상기 기재된 선행 기술의 볼로메트릭 검출기의 개략적인 단면도이다.
- 도 2는 본 발명에 따라 윈도우를 하우징하는 볼로메트릭 검출기의 내부 공간의 반대 표면의 개략도이다.
- 도 3은 마이크로-하우징에 캡슐화된(encapsulated) 부품을 포함하는 장치의 개략적인 단면도이다.
이하에서, 마이크로전자 부품 및 수소 게터(getter)를 포함하는 밀봉 하우징을 제조하는 방법의 예시가 기재된다. 이러한 예시는 본 발명을 수행하기 위하여 변형된, 선행기술에서 잘 알려진 방법을 기초로 한다.
A) 제 1 실시예: 배기관을 통한 하우징의 펌핑 아웃(pumping out)에 의한 하우징 밀봉
선행 기술의 방법에 따르면, 통상적으로 적외선을 가하기 위하여 실리콘 또는 게르마늄으로 구성되는, 현안의 방사선에 투명한 윈도우에 의해 폐쇄되는 밀봉 하우징들은 하우징의 내부 공간으로부터 펌핑하는 것을 가능하게 하는, 하우징의 벽을 가로지르는 관, 소위 "배기관"을 통해 펌핑 아웃된다. 하우징은 통상적으로 금속 물질로 구성되거나 벽, 바닥 및 캡을 위한 금속 및/또는 벽에서 형성되는 전기 경로를 위한 유리 및/또는 세라믹을 관련시켜서 배기관이 기계적으로 밀봉되면 밀폐식으로 폐쇄된 인클로저(enclosure)를 형성한다. 더욱 구체적으로, 윈도우는 하우징의 측방향 벽 상에 위치되며 솔더링에 의해 그에 부착된다. 금속 솔더 물질의 층은 이러한 목적으로 하우징의 윈도우 및/또는 측방향 벽 상에 증착되고, 그 이후에, 열적 및/또는 기계적 작용이 솔더 물질의 원자 확산/이동 및/또는 적어도 부분적인 용융을 얻어서 윈도우 및 측방향 벽의 밀폐 조인트(hermetic joint)를 얻기 위해 가해진다.
원하는 진공 레벨을 성취하기 위하여, 어셈블리는 배기관을 통해 상기 공간의 동적 펌핑을 수행하면서 하우징의 내표면을 탈기하기 위하여 100℃에서 200℃의 범위의 온도까지 가열된다. 펌핑 단계는 일반적으로 접착제 또는 폴리머와 같은 예컨대 유기 성질의 화합물인 충전된 구성요소 또는 다양한 기체 원(gas source)이 하우징에 존재할 때까지 원하는 진공 레벨, 하우징 치수 및 배기관에 따라 수 시간에서 수 일간 지속된다. 펌핑 단계의 끝에서, 일반적으로 구리로 만들어진 배기관은 유압 클램프에 의해 크러싱되고(crushed) 컷팅된다. 이러한 단계는 "핀치 오프(pinch off)"로 통상적으로 지칭된다. 밀봉된 하우징의 내부에 배열된 게터의 활성은 추가 단계 동안 후속하여 수행된다. 이러한 선행기술에 따라, 게터는 통상적으로 게터 그 자체만을 가열하기 위해 줄 효과(Joule effect)에 의해 전기적으로, 고온에서, 통상적으로 적어도 800℃에서의 활성을 요하는 소결 게터이다.
본 발명에 있어서, 소결 게터는 밀봉된 인클로져의 부품들 중 하나 상에, 예컨대 베이스, 하우징의 측방향 벽들 중 하나 상에 또는 내부 공간과 관련된 윈도우 표면상에, 또는 하우징에 배열되는 볼로메트릭 레티나의 감지를 방해하지 않는 윈도우의 일부 상에서 증착되는, 활성을 요하지 않는 수소만을 위한 게터와 교체된다. 게터는 100 나노미터에서 1 마이크로미터의 두께의, 물리 흡착에 의해 수소를 흡수할 수 있는 귀금속의 층을 게터 물질로서 포함한다. 이러한 층은 예컨대 알려진 기법에 따라 하우징의 내부의 금속화된 영역 상에서 사전에 솔더링되거나 납땜되는 스팟인 금속 스트립 또는 "게터 스트립" 상에서 증착된다. 본 발명에 있어서, 스트립 상의 게터 물질의 증착(deposition)에 대하여 게터 스트립의 솔더링되거나 납땜된 어셈블리를 위해 의도된 부분을 보호할 필요는 없으며, 이는 후자가 이것이 증착되면 패시베이션하지(passivate) 않기 때문이다. 스트립 제조 시퀀스는 따라서 간소화되며 비용이 적게든다.
유리하게, 수소 게터 물질은 이어서 무플럭스 솔더링을 구현하기 위해 필수적인 특성을 갖도록 선택되며, 이것은 특히 귀금속인 팔라듐에 있어서 마찬가지이다. 이로써, 물질은 윈도우를 밀봉하도록 또한 사용되고, 이것은 제조 단계의 수를 감소시킬 수 있다. 더욱 구체적으로, 솔더 물질의 층 및 수소 게터 물질의 층은 동일한 증착 단계에서 보존된 광학적으로 투명한 구역의 외부에서, 윈도우 상에 형성되고, 여기서, 솔더링을 위한 층의 두께는 게터를 위한 층의 두께일 수 있거나 이와 상이할 수 있다. 상기 증착은 이러한 변형에 따라 이하를 포함한다:
- 알려진 바와 같이 필요시에 가능하면 중간 지지부를 갖는, 하우징의 상기 측방향 벽 상의 상기 윈도우의 무플럭스 솔더링을 위해 의도되는, 바람직하게 윈도우의 최말단에서의 제 1 부분; 및
- 바람직하게 윈도우의 내부 주변에서, 제 1 부분과 인접하거나 이로부터 분리되며 게터의 역할을 하도록 의도된 제 2 부분 - 윈도우가 밀봉되면 하우징의 내부 공간과 직접적인 관계로 유지될 것임 - .
유리하게, 적어도 2개의 층의 스택은 솔더 물질 및 게터의 기계적 저항을 증가시키도록 형성된다. 증착은 특히 상기 금속 스택과 그 상에서 형성된 스택을 갖는 표면 사이에서의 기계적 응집력을 개선하는 기능을 갖는 적어도 제 1 본딩 층을 증착하는 것, 그리고 수소 게터 물질을 형성하는 적어도 하나의 제 2 층을 증착하는 것을 포함한다. 따라서, 먼저 논의된 모드에 따라 윈도우 또는 게터 스트립(getter strip)에 상응하는 상기 표면상에서, 제 1 티타늄 또는 크롬 본딩 층이 증착되고, 그 이후에, 게터/솔더 물질의 제 2 층이 본딩 층 상에 증착된다. 증착된 물질의 두께는 본딩 층(구체적으로 티타늄 또는 크롬)에 있어서 30nm 내지 300nm의 범위에서 그리고 게터/솔더 물질(구체적으로 팔라듐 또는 백금)에 있어서 100nm에서 1㎛의 범위에 있다.
도 2의 윈도우의 내부 공동의 반대 편의 표면의 도면을 참조하면, 하우징의 내벽 상에 위치되는 윈도우(18)의 표면(32)은 윈도우의 에지 상에 형성된 금속화된 영역(34), 즉, 하우징의 측방향 벽 상에서 설치되고 밀봉되는 윈도우 부분, 및 예컨대 스트립의 형태인 상기 부분의 외부에 형성된 수소 게터 영역(36)을 포함하고, 영역(34 및 36)은 표면(32) 상에서 동일한 증착 단계 동안 증착된다. 이러한 증착은 필수적이지 않지만 유리하게, 통상적으로 표준 마이크로전자 포멧인 더 큰 표면 영역의 윈도우 기판으로부터 유닛 구성요소내로 복수의 윈도우의 집단적인 제조 동안, 즉, "싱귤레이션 ( singulation )" 또는 컷팅 전에 수행된다(디크스는 100-, 150-, 200-mm 또는 그 이상의 직경을 가짐). 유리하게, 하우징의 내부의 감지 구성요소로 적외선 방사선을 전송하도록 의도되는 중심 부분(38)은 금속 영역(34, 36)의 증착 동안 마스킹함으로써 보호된다. 유리하게, 금속 스택의 에칭의 동작을 회피하기 위하여, 이러한 층의 다양한 부분은 예컨대 소위 "리프트- 오프 (lift-off)" 또는 "쉐도우 마스크(shadow mask)" 기법에 따라 함께 규정된다.
이로써, 이러한 방식으로 조립된 부품은 먼저 기재된 바와 같이 배기관을 통한 탈기 - 펌핑의 종래의 단계 이후에 진공의 안정성 및 초기 품질에 대한 요구되는 특성을 갖는다.
바람직하게, 게터/솔더링 물질은 팔라듐이다. 실제로 이러한 귀금속은:
- 수소의 물리흡착(physisorption)에 의한 흡수의 화학적 특성 - 이러한 금속은 팔라듐 박막 코팅의 진공 속성(C. Benvenuti 외., 진공 73 (2004) 139-144)이라는 문헌에 도시된 바와 같이 다량의 수소를 실제로 흡수할 수 있다 - ; 그리고
- 대기와의 접촉에서 산화 불가능하고 질화 불가능한 금속이므로, 다시 말해서 대기에 존재하는 산소 및 질소와 접촉하여 패시베이션하지 않으므로 무플럭스 솔더링에 적절한 화학적 특성을 갖는다.
본 발명에 제공되는 수소 게터는 활성을 요하지 않는 특정한 속성을 갖는데, 이는, 대기에 노출될 때의 표면 산화 또는 표면 질화에 의해 팔라듐이 패시베이트하지 않기 때문이다. 물리흡착에 의한 수소의 펌핑은 언제든 활성이며 가역적이다. 핀치 오프 전 진공에서의 탈기의 단계에서, 대기에서의 그 머무름 동안 이러한 금속에 의해 포획된 수소에서 기체를 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은, 현재 사용된 게터의 고온 열적 활성화 또는 전기 활성 특성을 요하지 않고 진공 하우징에서 낮은 수소 압력을 유지하는데 효율적이다.
10-2 mbar 보다 낮은 그리고 바람직하게는 10-4 mbar 보다 낮은 필수 진공 레벨을 얻기 위하여, 하우징에 의해 형성된 동공이, 휘발성 탄소 화합물 및 수증기의, 요구된 진공 레벨에 관하여, 항상 그리고 상당히 내구성있게 다량을 탈기하는, 예컨대 폴리머 또는 접착제인, 유기 성질 또는 유기 기원의 부품을 포함하지 않는다. 예컨대, 마이크로볼릭인, 하우징에 수용된 전자 부품 또는 칩, 즉, 예민한 감지 구조 및 바로 그 구조를 지지하는 집적 회로는 유리하게 금속에 의한 무플럭스 솔더링에 의해 고정된다. 하우징 내에서 기체를 제거할 가능성이 있는 모든 구성요소의 선호되는 성분은, 무기물(inorganic)이고, 통상적으로 그리고 알려진 방식에 따라 미네랄 성질의, 바람직하게는 무공성(non-porous)의, 그리고 - 한정의 의미가 아닌 - 미네랄 반도체(Si, Ge, 등), 금속, 알루미나(Al2O3) 또는 질화 알루미늄(AlN) 또는 탄소의 순수하거나 화학적으로 결합된 다양한 형태, 예컨대 탄화물의 형태뿐만 아니라 임의의 비율로 서로 사이에서 이러한 물질의 관련, 조립, 합금, 분산이다.
B) 제 2 실시예: 개별 부분의 집단적 밀봉 방법에 따른 하우징의 펌핑 아웃에 의한 하우징 밀봉
특히, 마이크로복사 이미징 부품의 마이크로전자 부품의 밀봉에 대한 또 다른 선행기술은 하우징의 공동에서의 진공을 얻도록 배기관을 사용하지 않는 집단적 밀봉을 제공한다. 예컨대, 문헌 FR 2874691에 있어서, 요구된 진공 레벨에 적응된 기간 동안 충분한 온도로 취해진 진공 오븐(vacuum oven)에서 집단적으로 별개 부품을 조립하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 배기관에 의해 펌핑 아웃된 하우징의 경우에서와 마찬가지로, 진공 공동은 유기물(폴리머, 접착제)을 실질적으로 포함하지 않고, 본 발명의 구현을 위해 오랜 시간 동안 상당량을 탈기한다.
마이크로전자 부품은 특히 적외선 방사선에 투명한 윈도우에 반대편의 하우징에 무플럭스 솔더링에 의해 고정된다. 집단적 밀봉(collective sealing)의 맥락에서 선호되는 성분은 솔더링에 의해 윈도우의 밀봉 및/또는 게터에 있어서 먼저 기재된 실시예에의 성분과 유사하다. 특히, 게터는 공동의 벽 상의 박막에 배치된다. 본 발명의 맥락에서 사용된 하우징은 소위 고진공의 밀봉된 하우징의 밀봉을 위하여 선행 기술의 하우징과 다른 특정 기술을 요하지 않는다.
통상적으로, 하우징은 따라서 금속 또는 세라믹이 될 것이며, 무플럭스 솔더링의 구현이 부품 및 이로써 윈도우를 조립하는 것을 허용하기 위하여, 전자 부품 및 윈도우의 설치에 의해, 금과 같은 귀금속의 층으로 덮인 솔더링을 수용하기 위한 금속화된 영역을 포함한다.
부품은 하우징 탈기 및 밀봉 사이클로부터 바람직하게 분리된 열적 사이클에 따른 하우징의 내부에서 무플럭스 방식으로 솔더링되고 귀금속의 층을 하우징에 고정된 표면상에 포함하고, 구체적으로, 하우징의 부품과 전기 비아(via) 사이의 전선 연결을 밀봉하기 전에 형성하는 것을 가능하게 한다.
조립을 위해 사용되는 솔더 물질은 어셈블리의 요구에 적응되는 기하학적 형상 및 원하는 용융 온도에 의해 규정되는 혼합물을 갖고, 금속 프리폼(metal preform)의 형태로 바람직하게 도입된다. 따라서, 예컨대, 부품은 본 발명에 따른 하우징의 베이스와 윈도우 사이의 밀봉의 솔더링을 위하여 대략 240℃에서 가용성인 SAC 305 타입(주석-은-구리 합금)의 제 2 종래의 프리폼의 선택과 부합하는 280℃을 갖는, Au 80 wt. % - Sn 20 wt. % 형태의 종래의 솔더링에 의해 하우징에 고정될 수 있다. 이러한 프리폼의 두께는 서로 반대편에 위치된 하위 부품의 표면 불균일을 보상하기에 충분하게 추가로 선택된다. 20㎛에서 150㎛의 프리폼 두께는 특히 이러한 목적에 대하여 선택된다.
사용된 윈도우는, 일반적으로, 방사선에 투명하도록 의도되는 표면상 지역적 광학적 처리 기능 그리고 불투명하게 유지되도록 의도되는 표면의 적어도 일부 상에서의 게터의 형성 이후에, 개별 윈도우내로 컷팅된 큰 포멧의 기판으로부터, 개별적으로 그러나 유리하게 집단적으로 제조된 배기관을 갖는 제 1 실시예의 맥락에서 제공되는 것과 동일한 제조를 갖는다.
탈기 및 밀봉은 부품에서 요구된 최종 압력에 도달하기 위하여 동일한 고진공 열적 사이클에서 형성된다. 하우징 및 특히 윈도우의 상이한 구성요소는 예컨대 문헌 FR 0409055에 기재된 방법에 따라 고진공 오븐에서 윈도우의 밀봉 전에 바람직하게 그 이전에 탈기한다. 그러나, 여기서, 본 발명에 있어서, 패시베이션에 민감하지 않은 물질로 구성된 수소 게터의 활성이 필요하지 않으므로, 일반적인 게터에 의해 통상적으로 요구되는 온도로 게터를 지지하는 구성요소를 탈기하고/활성화하기에 유용하지 않다.
집단적으로 밀봉된 하우징의 경우의 본 발명의 대안적인 실시예는, 먼저 기재된 바와 같이 게터 스트립의 형태인 게터 구성요소를 사용하는 것이다. 이러한 스트립은 또한 구체적으로 미네랄 지지부(통상적으로 금속 또는 세라믹으로 구성됨) 상의 팔라듐 층과 같은 수소 게터 물질의 층을 증착함으로써 본 발명의 원리에 따라 제조되며, 스트립은 마이크로전자 부품을 고정하는 단계 전에 예컨대 동시에 또는 하우징 벽에 윈도우의 최종 밀봉의 사이클을 동안, 밀봉 인클로저에서 무플럭스 솔더링에 의해 통합된다. 이러한 경우에, 윈도우는 선행 기술에 따른 윈도우 또는 본 발명에 따른 윈도우 - 그 상에서 게터 물질은 또한 먼저 기재된 바와 같이 솔더 인터페이스 물질의 역할을 함 - 가 될 수 있다.
C) 제 3 예시: 소위 "웨이퍼 레벨 패키징" 접근법에 따른 집단적 밀봉
본 발명은 또한 소위 "웨이퍼 레벨 패키징" 기법에 따른 기판 스케일로, 구체적으로 볼로메트릭인 부품의 밀봉에 적용된다.
도 3의 간소화되는 단면도에 의해 참조로서 설명되는 선행 기술에 있어서, 공동(42)이 형성되는, 소위 "윈도우 웨이퍼" 또는 "캡 웨이퍼"인 제 1 투명한 기판(40)은 소위 "칩 웨이퍼"인 제 2 기판(44)에 의한 솔더링, 자기증기압축법(thermocompression) 또는 진공 용융에 의해 조립되고, 이것은, 복수의 마이크로전자 칩(46)을 지지하고, 각각은 예컨대 예민한 레티나를 그 표면에서 포함하고, 각각의 공동(42)은 칩들 중 하나(46)를 커버한다. 이러한 집단적으로 형성된 부품은 또한 그 최대 성능을 보장하도록 고진공을 얻기 위하여 게터(50)를 각각의 공동(42)에서 포함한다.
"웨이퍼 레벨 패키징"-타입의 부품의 어셈블리의 타이트니스를 보장하는 솔더 인터페이스의 성질은 개별적으로 형성된 부품의 어셈블리와 일반적으로 상이하다: 캡 웨이퍼 및 킵 웨이퍼의 표면 조건 및 표면 균일도는 실제로 별도의 하우징 상에서 개별적으로 형성되는 어셈블리에 비해 사용되는 솔더의 양을 상당히 감소시키는 것을 가능하게 한다.
따라서, 작은, 요구된 솔더 두께는 캡 웨이퍼 및/또는 칩 웨이퍼 상에서 직접적으로 금속 솔더 층을 증착하는 것을 가능하게 한다. 증착 방법은 예컨대 캐소드 스퍼터링(cathode sputtering) 또는 증발에 의해 전해질(electrolytic) 및/또는 물리적이다. 솔더 금속화를 형성하기 위하여, 기법은 귀금속의 층 및 본딩 층으로 형성된, 밀봉 인터페이스에 비축된 표면상에 상당히 얇은 층으로, 물리적 처리(스퍼터링 또는 증발)에 의해 씨드 층(52)을 먼저 증착한다. 귀금속은 더 큰 두께에 의해 실제 솔더 물질(54)의, 노출된 표면상에서의 국지적이며 선택적인 증착을 위하여 의도된, 전해질 성장의 제 2 단계에서 노출된 표면의 커버리지 및 인터페이스의 품질을 보장하도록, 금속 표면의 공기의 패시베이션을 회피하는 것을 가능하게 한다. 선택적인 증착은 솔더 물질의 일반적인 부품인, 금과 같은 희귀금속의 소비를 제한하는 것을 가능하게 한다.
통상적으로, 본딩 측은 티타늄 또는 크롬으로 구성되며, 30nm에서 300nm의 범위의 두께를 가지며, 예컨대 금으로 구성된 솔더 물질의 층은 100nm에서 500nm의 범위의 두께를 갖는다. 이러한 층은 에칭에 의해 또는 "리프트-오프" 또는 "쉐도우 마스크" 마스크에 의해 마스킹함으로써 규정된다. 전해질 층은 1 마이크로미터에서 5 마이크로미터의 범위의 두께의 금으로 구성되며 이로써 1 마이크로미터에서 5 마이크로미터의 범위의 두께의 주석으로 구성된다. 진공 자기증기압축법에 의한 밀봉 공정 동안, 금 및 주석은 서로 분산하며 이로써 적어도 부분적으로 공융 합금(eutectic alloy)을 형성하도록 용융된다.
본 발명의 맥락에서, 기판들 중 적어도 하나(캡 웨이퍼 또는 칩 웨이퍼) 상의 씨드 층의 금은 팔라듐으로 교체되며, 2개의 인접하거나 별개의 영역을 형성하도록 제 1 기판의 더 큰 표면 영역 위에서 증착된다. 제 1 영역은 제 2 기판의 금속화의 반대편에 솔더 조인트 및 각각의 공동의 내부에 제 2 반대 편의 영역을 형성하거나 개재하도록(interface) 의도되며, 이것은 밀봉 이후에 노출되어 남게 되며, 즉, 공동의 대기와의 직접적인 상호작용에서, 게터(50)를 형성하도록 의도된다.
타이트한 밀봉은 물론 이전의 실시예와 관련하여, 즉, 탈기를 위한 펌핑, 그리고 이어서 무플럭스 밀봉, 특히 부품에서 요구되는 최종 압력에 도달하도록 고진공에서 동일한 열적 사이클에서 수행되는 탈기 및 밀봉에 의해 수행된다.
또한 게터를 지지하는 기판상에서 솔더 층을 형성하는 것이 선호되는 경우에, 제 2 층 상에서의 솔더 층의 전해질 증착을 회피하기 위하여, 후자는 바람직하게, 포토리소그래피에 의해 규정되는 레지스트에 의해 전해질 작동 전에 마스킹된다. 따라서, 전착물(electrodeposit)로 덮이지 않는 영역은 어셈블리에서 선행 기술에 있어서 필수적인 특정 추가 단계들에 의해 이러한 게터 기능을 도입하는 것을 요하지 않고 어셈블리에서 수소 게터로서 사용된다. 이것은 시간, 수단 및 비용을 상당히 절약한다.
D)
제 4 실시예: 마이크로캡슐화(microencapsulation) 기법 또는 "픽셀 레벨 패키징"에 따른 웨이퍼의 모놀리식(monolithic) 밀봉
"픽셀 레벨 패키징" 또는 "마이크로캡핑 ( microcapping )"으로도 알려진 기밀한 밀봉의 맥락에서, 볼로메트릭 레티나의 각각의 픽셀 또는 픽셀 그룹은 개별적으로 기밀한 하우징(또는 "마이크로캡슐")에 캡슐화되며, 상기 하우징은 칩 기판상의 마이크로전자 형태의 직접적인 증착에 의해 얻어지는 모놀리식 층에 의해 집단적으로 형성된다. 다양한 실시예의 상세는 예컨대 문헌 US 6 753 526에 의해 제공된다. 선행 기술에 있어서, 요구된 진공 레벨에 도달하고 이를 유지하기 위하여, 박막 게터가 규정된 각각의 타이트한 공동에서의 백금의 국지적 증착에 의해 형성된다. 상기 기재된 바와 같은 게터의 사용 경우에, 민감한 마이크로구조 및 그 공동의 기술적인 어셈블리 동안 사용되는, 용매, 레진 및 다양한 적극적인 처리가 게터 표면을 변경하거나 ,심지어 적어도 부분적으로 그 기체 분자 포획 속성을 억제한다. 이것은 잠재적으로, 그 속성을 재생산하도록 비교적 고온의 열적 활성 동안 마이크로캡슐의 밀봉 후의 요구를 야기한다.
본 발명의 맥락에서, 이러한 게터는 이하의 적어도 2개의 층으로 바람직하게 구성되는, 수소 게터로 교체될 수 있다:
물론, 기밀한 밀봉은 이전의 실시예와 관련하여, 즉, 탈기를 위한 펌핑, 그리고 이어서 무플럭스 밀봉, 특히 부품에서 요구되는 최종 압력에 도달하도록 고진공에서 동일한 열적 사이클에서 수행되는 탈기 및 밀봉에 의해 수행된다.
대기에 의한 패시베이션에 대한 둔감(insensitivity)의 이러한 속성들을 제외하고, 귀금속의 장점은, 이것이 마이크로구조를 구성하는데 사용되는 종래의 용매 및 레진에 견디고 그 공동이 그 표면상의 변화를 갖지 않는다는 것이다. 따라서, 이러한 금속은 특정 활성을 요하지 않으며 이전 실시예에서와 같이 동작한다.
따라서 본 발명은 다수의 장점을 갖는다.
본 발명은 동일 단계 동안의 무플럭스 솔더링을 위한 수소 게터 및 금속화를 증착하는 것을 가능하게 하고, 이것은 완전한 게터 증착 및 구조화 공정의 비용 및 시간을 절감할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해 제공된 비용 이득은 상당하다.
또한, 2차 진공 하에서 밀봉을 위하여 현재 사용되는 지르코늄을 기초로 또는 백금을 기초로 하는 게터는 필수적으로 300℃를 초과하고 또는 더욱 효율적으로 적어도 350℃까지 부품을 가열하는 것을 요한다. 이러한 온도에서의 마이크로전자 부품이 겪는 열적 열 처리량(thermal budget) 또는 범위는 하우징에 통합된 가장 민감한 물리적인 특징(통상적으로 이하의 예시에서의 볼로메트릭 미터) 및 따라서 그의 성능 또는 심지어 그의 기능에 영향을 줄 수 있다. 본 발명에 의해 제공된 게터뿐만 아니라 조립 방법은, 최대 온도가 게터의 필수 활성화에 의해서가 아니라 무플럭스 솔더링을 위하여 사용되는 합금의 용융 온도에 의해 선행 기술에 의해 요구되는 것보다 더 낮은 온도로 섬세한 부품을 밀봉하는 것을 가능하게 한다. 이제, 무플럭스 솔더링과 호환가능한 종래의 합금에 있어서, 일반적으로 150℃(인듐이 많은 합금; indium rich alloys)에서 250℃(주석이 많은 합금; tin rich alloys)의 하우징 밀봉 온도 범위는 종래의 게터 활성화 온도보다 훨씬 낮다. 섬세한 부품에 적용되는 최대 온도는 따라서 상당히 감소하고, 이것은 선행 기술에 의해 요구되는 적은 저항의 민감한 구조의 사용의 더 큰 자유도를 야기하며, 제조 후 부품의 정상적인 사용은 결코 높은 저항 레벨을 요하지 않는다. 따라서, 기타 문제를 갖지 않는 본 발명으로 인해 민감한 구조를 생성하는 것이 가능해진다.
경제적인 가격과 유리한 특성으로 인해 바람직하게 제공되는 팔라듐은 상기 논의된 바와 같이 (더욱 고가인) 백금과 교체될 수 있다.
윈도우 솔더링 온도는 선행 기술에서 일반적으로 사용되는 어셈블리에서와 마찬가지로 더는 게터 활성 온도에 의해서가 아닌 금속 솔더 합금의 선택에 의해 제한된다. 실제로, 156℃(순수한 인듐)로부터 280℃(Au 80 - Sn 20)의 범위의 용융 온도를 갖는 솔더는 어셈블리에 요구되는 특징에 따라 선호될 것이다.
무플럭스 솔더링이 하우징의 베이스 상으로 윈도우를 밀봉하도록 구현되는 실시예가 기재된다. 변형으로서, 양극 본딩, 금속 확산에 의한 본딩 또는 분자 본딩은 하우징을 밀봉하도록 구현되고, 게터를 형성하는 층의 일부는 무플럭스 밀봉에 참여하거나 참여하지 않는다.
유사하게, 게터는 예컨대, 1 마이크로미터 이상의 두께를 갖는 얇은 금속 층의 형태로 기재되고, 이러한 실시예는 상기 층이 하우징의 밀봉을 위해 사용될 때 특히 선호된다. 변형에 있어서, 게터는 더 큰 두께의 수소 게터 층을 포함할 수 있고, 게터를 형성하는 이러한 층의 일부는 무플럭스 밀봉 방식으로 부분을 취하거나 취하지 않을 수 있다. 예컨대, 게터 물질의 층은 수 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다.
유사하게, 예컨대 LWIR 범위에서, 적외선 감지를 위한 볼로메트릭 검출기 캡슐화에 대한 본 발명의 선호되는 응용이 기재되었다. 물론 본 발명은 캡슐화를 요하는 임의의 형태의 마이크로전자 부품, 구체적으로 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 또는 마이크로-옵토 전자기계 시스템(MOEMS)에 적용된다.
Claims (12)
- 기밀하게 밀봉된 진공 내부 공간(22; 42)을 규정하는 벽들로 형성된 하우징(24; 40, 44)에 수용되는 마이크로전자 부품(16; 46)을 포함하는 디바이스의 제조 방법으로서,
- 상기 내부 공간에서 기체를 포획할 수 있는 박막의 형태인 게터(getter)(36; 50)를 형성하는 단계;
- 상기 내부 공간(22; 42)으로부터 펌핑하는 단계;
- 상기 펌핑하는 단계 동안, 상기 내부 공간(22; 42)에 수용되는 구성요소를 탈기(degas)하도록 상기 디바이스를 가열하는 단계; 및
- 상기 펌핑하는 단계 이후, 무플럭스 방식(fluxless fashion)으로 상기 하우징(24; 40, 44)을 기밀하게 밀봉하는 단계를 포함하되,
- 상기 내부 공간(22; 42) 내로 탈기할 가능성이 있는 상기 디바이스의 각 성분은 미네랄 물질이고;
- 상기 게터(36; 50)는 실질적으로 수소만을 포획할 수 있으며 산소 및/또는 질소에 불활성이며;
- 상기 디바이스의 가열 및 상기 하우징의 밀봉은 300℃보다 낮은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
- 상기 하우징(24)의 형성은 하벽(10) 및 상부 캡(18)을 형성하는 것을 포함하고;
- 상기 게터의 형성은 캡(18) 상에 수소 게터 물질의 금속 층(36)을 형성하는 것을 포함하고;
- 상기 하벽(10) 상에 상기 캡(18)을 위치시키며, 상기 금속 게터 물질 층(34, 36)의 제 1 부분(34)만이 상기 하벽(10) 상에 놓이고;
- 상기 하벽(10) 상에 놓이지 않는 상기 게터 층의 적어도 제 2 부분(36)을 갖도록 상기 게터를 형성하며; 및
- 상기 캡(18)과 상기 하벽(10) 사이에 기밀한 금속 밀봉을 형성하도록 상기 금속 게터 물질 층의 상기 제 1 부분(34)의 가열 및/또는 그에 대한 기계적 작용을 가하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법. - 청구항 2에 있어서, 상기 금속 게터 물질 층의 상기 제 1 부분(34) 및 적어도 하나의 제 2 부분(36)은 인접하거나 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법.
- 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 게터는 팔라듐 또는 백금으로 구성된 수소 게터 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법.
- 청구항 4에 있어서, 상기 게터는 100 나노미터에서 1 마이크로미터의 범위의 두께를 갖는 팔라듐 또는 백금 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법.
- 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 공간 (22; 24)의 기체 압력은 10-4 mbar보다 작은 것을, 그리고 상기 전자 부품(16; 46)이 볼로메트릭 검출기(bolometric detector)인 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법.
- 기밀하게 밀봉된 하우징 - 그 안에 수용된 전자 부품을 가짐 - 내의 압력 레벨을 유지하도록 실질적으로 수소만 포획하는 게터의 사용.
- 청구항 7에 있어서, 상기 게터는 수소를 포획하기 위해 팔라듐 또는 백금을 포함하는, 게터의 사용.
- 디바이스로서,
- 기밀하게 밀봉된 진공 내부 공간(22; 42)을 규정하는 벽들로 형성된 하우징(24; 40, 44);
- 상기 하우징(24; 40, 44)내에 수용되는 마이크로전자 부품(16; 46); 및
- 상기 내부 공간(22; 42)내에 수용되는 게터(36; 50)를 포함하되,
상기 내부 공간(22; 42)내로 탈기할 가능성이 있는 상기 디바이스의 각 성분은 미네랄 물질이며; 그리고
상기 게터(36; 50)는 수소만을 포획하는 것을 특징으로 하는 디바이스. - 청구항 9에 있어서, 상기 게터(36; 50)는 수소를 포획하기 위하여 팔라듐 또는 백금을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서, 상기 마이크로전자 부품(46)은 기판 위에 매달린 적어도 하나의 볼로메트릭 멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 청구항 9, 청구항 10 또는 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서, 금속 밀봉 층에 의해 베이스 상으로 기밀하게 밀봉되는 윈도우, 및 금속 게터 물질 층을 포함하는 게터를 포함하되, 상기 밀봉 층 및 상기 게터 물질 층은 금속 물질의 동일한 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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