TWI613428B - 高真空的紅外線感測器及其封裝方法 - Google Patents

Abstract

一種高真空的紅外線感測器及其封裝方法，包括：備有一基座，該基座腔體塗佈膠體，將紅外線感測晶片黏於腔體內部，以電漿清洗基座的焊點及紅外線感測晶片的導電接點，以打線技術電性連結導電接點與焊點，將焊料片預焊於基座內部。備有一光學透視窗，以電漿清洗光學透視窗，再以黏著或塗佈技術將吸氣劑固接於該光學透視窗上，將光學透視窗及基座一起送入於迴焊爐中，以加熱方式對光學透視窗上的吸氣劑進行加熱，使該吸氣劑達到工作狀態，以該迴焊爐將基座的焊料片熔解將該光學透視窗焊接於該基座上，使該腔體形成高真空狀態的紅外線感測器。

Description

高真空的紅外線感測器及其封裝方法

本發明係有關一種紅外線感測器，尤指一種無熱電致冷器Thermoelectric Cooling，TEC)的二件式高真空封裝的紅外線感測器。

已知，目前用以感測熱源輻射的紅外線感測器的結構具有一金屬基座，該金屬基座具有一腔體，該腔體中固設有一熱電致冷器(TEC)，於該熱電致冷器的表面上固接有一紅外線感測晶片，且於該腔體內固設有一吸氣劑，在於該金屬基座上方設有焊料片，以該焊料片將一玻璃層固接於金屬基座上。紅外線感測器在運用時，外部的熱源輻射(紅外線)通過玻璃層進入於腔體中，該熱源輻射將被紅外線感測晶片感測以輸出清晰的圖像。以吸氣劑使該腔體保一真空度狀態，並以該熱電致冷器吸取紅外線感測晶片工作時所產生的熱源，使該紅外線感測晶片能這常工作。

由於上述的紅外線感測器的吸氣劑與紅外感測晶片在金屬基座同一側，吸氣劑激活需要在高溫環境下(＞300度以上)，這導致紅外感測晶片無法承受這樣的高溫，而失去感測溫度之功效。吸氣劑與紅外線感測晶片位於同側、金屬基座需製作焊墊與吸氣劑接著，致使金屬基座製作成本較高。吸氣劑與紅外線感測晶片同側設計、其激活方式需採電激方式，無法使用加熱式激活，因電激方式所使用的機台構造費用造價較高。且在金屬基座內固設有熱電致冷器，使封裝後模組體積無法以較微小化設計呈現使用體積較大。

因此，本發明之主要目的，在於提供一個無熱電致冷器的紅外線感測器，使紅外線感測器體積縮小可朝微型化設計，使封裝製程工藝減少，以降減少零件的產生及基座的污染，進而提高封裝的洩漏率與使用年限，以及降低製作成本。

本發明之另一目的，在於將吸氣劑設計在遠離紅外感測晶片的另一側，與紅外線感測晶片隔離設計，封裝過程利用機台的分層加熱方式有效阻隔紅外線感測晶片因受溫度影響，並讓吸氣劑得以接受到激活溫度，同時確保紅外線感側晶片功能完整同時又可達到一個真空度較高的完美封裝。

為達上述之目的，本發明提供一種高真空的紅外線感測器封裝方法，包括：備有一基座，該基座具有一腔體及複數導電部，該些導電部一端延伸於該腔體內形成裸露狀態的焊點，於該基座的腔體塗佈膠體，將一紅外線感測晶片黏著於該腔體內部，該紅外線感測晶片具有一紅外線的晶圓，該晶圓電性黏貼到電路板上，該電路板上具有複數個導電接點。接著，以電漿清洗基座的該些焊點及該紅外線感測晶片的該些導電接點，將複數條的金屬導線電性連結於該基座的該些焊點及該紅外線感測晶片的該些導電接點之間，將焊料片置於該基的腔體中，檢測焊料片的焊接穩固性，以輸入信號給紅外線感測晶片，以測試該紅外線感測晶片的晶圓是否有損壞。最後，備有一光學透視窗，以電漿清洗該光學透視窗，以黏著技術或塗佈技術將該吸氣劑固接於該光學透視窗上，將具有吸氣劑的光學透視窗及固晶有紅外線感測晶片的基座一起送入於迴焊爐中，以加熱方式對光學透視窗上的吸氣劑進行加熱，激活該吸氣劑達到工作狀態，以該迴焊爐將該基座的焊料片熔解將該光學透視窗焊接於該基座上，使該腔體形成高真空狀態。

在本發明之一實施例中，該基座的腔體具有一凸垣部，使該焊料片設於該凸垣部上。

在本發明之一實施例中，該基座為塑料或陶瓷材料，該基座的些導電部為有引腳的接腳，該些導電部設於該基座二側形成相對應狀態的雙列式封裝結構，或該些接腳可設於該基座的四邊。

在本發明之一實施例中，該基座為塑料或陶瓷材料，該基座為無引腳的基座，該複數個導電部設於該基座的四邊。

在本發明之一實施例中，更包含有清洗該基座及將基座烘乾等製程。

在本發明之一實施例中，該膠體為絕緣膠或導電膠。

在本發明之一實施例中，更包含有在該基座與該紅外線感測晶片固晶後，送入於烤箱烘烤，使該膠體乾涸。

在本發明之一實施例中，該光學透視窗其上具有一第一表面及一第二表面，於該第二表面上設有一光罩層。

在本發明之一實施例中，該光學透視窗為鍺晶圓，使8um-14um的遠紅外線波長穿過。

在本發明之一實施例中，該吸氣劑係以固接於該光學透視窗的第二表面上。

在本發明之一實施例中，該吸氣劑為柱狀或片狀。

在本發明之一實施例中，該基座與該光學透視窗熔封後，將測試該基座與該光學透視窗的焊接處是否完全接合，使該腔體不會產生漏氣現象。

在本發明之一實施例中，該基座與該光學透視窗熔封形成模組後，以輸入信號檢測該紅線外感測晶片的成像信號是否正常。

為達上述之目的，本發明提供一種高真空的紅外線感測器，包含有：一基座、一紅外線感測晶片、一光學透視窗、一吸氣劑及複數條金屬導線。該基座上具有一腔體及複數個導電部，該些導電部一端延伸於該腔體內形成焊點。該紅外線感測晶片以固接於該腔體內，其上具有一紅外線的晶圓，該晶圓電性連結到一電路板上，該電路板上具有複數個導電接點。複數條金屬線以電性連結於該些焊點及該些導電接點上。該光學透視窗以封接於該基座的腔體上，其上具有一第一表面及一第二表面。該吸氣劑設於該光學透視窗的第二表面上。其中，該基座與該光學透視窗封接後，使該吸氣劑封接於該基體與該光學透視窗所形成的腔體中。

在本發明之一實施例中，該基座的腔體內具有一凸垣部。

在本發明之一實施例中，更包含有一焊料片，該焊料片設於該凸垣部上，以焊接該光學透視窗。

在本發明之一實施例中，該第二表面上設有一光罩層。

在本發明之一實施例中，該光學透視窗為鍺晶圓，使8um-14um的遠紅外線波長穿過。

在本發明之一實施例中，該基座為塑料或陶瓷材料，該基座的該些導電部為有引腳的接腳，該些導電部設於該基座二側形成相對應狀態的雙列式封裝結構，或該些接腳可設於該基座的四邊。

在本發明之一實施例中，該基座為塑料或陶瓷材料，該基座為無引腳的基座，該複數個導電部設於該基座的四邊。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，現配合圖式說明如下：

請參閱圖1，係本發明之第一實施例的紅外線感測器封裝方法流程示意圖；且第一實施例的圖2-7與與第二實施例圖8的封裝技術相同，所特舉第一實施例的圖2-7與圖1作說明，如圖所示：首先，如步驟S100，備有一基座110，該基座110具有一腔體112及複數導電部114，該些導電部114一端延伸於該腔體112內形成裸露狀態的焊點118。於該基座110的腔體112具有一凸垣部116，該凸垣部116用以固接該光學透視窗140。在本圖式中，該基座110為塑料或陶瓷材料，且該基座110的些導電部114為有引腳的接腳，該導電部114設於該基座110二側形成相對應狀態的雙列式封裝(Dual In-Line Package ，DIP)結構，或該些接腳設於該基座110的四邊以形成四列式封裝結構，或者無引腳基座(leadless chip carrier)結構。

步驟S102，清洗處理，將基座110送入於機台中透過清水或化學藥劑清洗，將基座110上所殘留的不潔物清洗處理。

步驟S104，烘烤處理，將清洗過後的基座110送入烤箱中，以利用一適當溫度進行烘烤，將基座110上所殘留的水或化學藥劑烘乾。

步驟S106，固晶處理，將基座110內部的腔體112塗膠體，使該紅外線感測晶片120黏著於該腔體112內部。該紅外線感測晶片120係以紅外線的晶圓122電性黏貼到電路板124上，該電路板124上具有複數個導電接點126。在本圖式中，該膠體為絕緣膠或導電膠。

步驟S108，烘烤處理，在該基座110與該紅外線感測晶片120固晶後，送入於烤箱烘烤，使該膠體乾涸。

步驟S110，電漿處理，在基座110與紅外線感測晶片120進行打線前，利用電漿清洗基座110的該些焊點118及該紅外線感測晶片120的該些導電接點126清洗，以避免該些焊點118及該些導電接點126的氧化發生。

步驟S112，打線處理，係利用機台將金屬導線電性連結於該基座110的該些焊點118及該紅外線感測晶片120的該些導電接點126之間。

步驟S114，預焊處理，係將預焊的焊料片130置於該基座110的凸垣部116上，以備在進迴焊爐時，可以與光學透視窗140進行焊接。

步驟S116，檢查處理，以人員檢測步驟S114的焊料片130焊接穩固。

步驟S118，測試處理，在前述的焊料片130的步驟處理完成後，以輸入信號給紅外線感測晶片120，以測試該紅外線感測晶片120的晶圓122是否有損壞。

步驟S120，備有一光學透視窗140，其上具有一第一表面142及一第二表面144，於該第二表面144上設有一光罩層146，該光罩層146以遮蔽該光學透視窗140不必要之區域。在本圖式中，該光學透視窗140為鍺晶圓，可以讓8um-14um的遠紅外線波長穿過。

步驟S122，電漿處理，在基座110與光學透視窗140進行焊接前，利用電漿清洗基座110將光學透視窗140上的焊接部(圖中未示)清洗，避免焊接部氧化。

步驟S124，吸氣劑處理，係透過黏著技術或塗佈技術如印刷或濺鍍的將吸氣劑150設於該光學透視窗140的第二表面144上。在本圖式中，該吸氣劑為柱狀或片狀。

步驟S126，進迴焊爐，將具有吸氣劑150的光學透視窗140及固晶有紅外線感測晶片120的基座110一起送入於該迴焊爐中。

步驟S128，激活處理，利用機台加熱方式對光學透視窗140上的吸氣劑150進行加熱，使該吸氣劑150達到工作狀態。

步驟S130，熔封作業，在吸氣劑150激活後，利用該迴焊爐將該基座110的焊料片130熔解焊接該光學透視窗140，使該腔體112形成高真空狀態的紅外線感測器100模組。

步驟S132，測漏處理，在基座110與光學透視窗140熔封後，將測試基座110與光學透視窗140的焊接處是否完全接合，使腔體112不會產生漏氣現象。

步驟S134，模組電測，在基座110與光學透視窗140熔封形成模組後，以輸入信號檢測該紅線外感測晶片120的成像信號是否正常。

藉由，上述的封裝方法，使該吸氣劑150與該紅外線感測晶片120分層的加熱處理，來完成一個無熱電致冷器的二件式高真空封裝的紅外線感測器。

請參閱圖2、3及4，係本發明之紅外線感測器的第一實施例外觀立體及圖2的外觀立體分解及光學透視窗之第二表面示意圖。如圖所示：本發明依上述封裝流程所完成的高真空的紅外線感測器100，包含有：一基座110、一紅外線感測晶片120、一焊料片130、一光學透視窗140及一吸氣劑150。其中，以該光學透視窗140封接於該基座110上方，使該基座110內部形成高真空的腔體112來封裝該紅外線感測晶片120及該吸氣劑150，使該紅外線感測晶片120可以進行紅外線影像讀取。

該基座110上具有一腔體112及複數個導電部114，該些導電部114一端延伸於該腔體112內形成裸露狀態的焊點118。於該基座110的腔體112具有一凸垣部116，該凸垣部116用以固接該光學透視窗140。在本圖式中，該基座110為塑料或陶瓷材料，且該基座110的該些導電部114為有引腳的接腳，該導電部114設於該基座110二側形成相對應狀態的雙列式封裝(Dual In-Line Package ，DIP)結構，或該些接腳可設於該基座110的四邊。

該紅外線感測晶片120，係以紅外線的晶圓(die)122電性黏貼到電路板(PCB)124上，該電路板124上具有複數個導電接點(PAD)126，在該紅外線感測晶片120固接於該基座110的腔體112後，將進行電漿(Plasma)處理，使該些焊點118及該些導電接點126不會氧化，在電漿處理後，將進行打線(Wire Bond)處理，以複數條的金屬導線160電性連結於該些焊點118及該些導電接點126上，使該紅外線感測晶片120與該基座110的該些導電部114電性連結。

該焊料片130，係設於該凸垣部116，在該基座110與該光學透視窗140進入於迴焊爐進行熔封作業時，即可透過該焊料片130將該光學透視窗140封裝於該基座110上，使該腔體112形成一高真空狀態。

該光學透視窗140，係以封接於該基座110的腔體112上，其上具有一第一表面142及一第二表面144，於該第二表面144上設有一光罩層146，該光罩層146以遮蔽該光學透視窗140不必要之區域。在本圖式中，該光學透視窗140為鍺晶圓，可以讓8um-14um的遠紅外線波長穿過。

該吸氣劑(Getter)150，係以黏著、焊接或塗佈的方式如印刷或濺鍍的設於該光學透視窗140的第二表面144上。在該吸氣劑150無法發揮吸氣功能時，將導致基座110內部腔體112的真空度不足，無法讓紅外影像呈現清晰的圖像，且使用壽命也會相對減少。因此，在該基座110與該光學透視窗140封接前，先將吸氣劑150激活，再將該基座110與該光學透視窗140封裝，使該腔體112內部具有極高的真空度，使接收的紅外影像能夠呈現更清晰的圖像，以增加紅外線感測器100的使用壽命。在本圖式中，該吸氣劑150為柱狀；利用加熱方式將吸氣劑150激活後，再將該基座110與該光學透視窗140封裝，使得該吸氣劑150與該紅外線感測晶片120分層處理製作，來完成一個較佳的真空封裝技術。

請參閱圖5，係為圖2的光學透視窗之第二表面的另一實施例示意圖。如圖所示：本實施例與圖4大致相同，所不同處係在於該吸氣劑150a為片狀，以黏著的設於該光學透視窗140的第二表面144上，在該基座110與該光學透視窗140封裝前，同樣地利用加熱方式將吸氣劑150a激活後，再將該基座110與該光學透視窗140封裝，使得該吸氣劑150a與該紅外線感測晶片120分層的加熱處理製作，來完成一個較佳的高真空封裝技術。

請參閱圖6，係為圖2的光學透視窗之第二表面的再一實施例示意圖。如圖所示：本實施例與圖4、5大致相同，所不同處係在於該吸氣劑150b係以塗佈的方式如印刷或濺鍍的設於該光學透視窗140的第二表面144上成形一特定的圖案，此特定的圖案不會影響到外部的紅外線光進入於該基座110的腔體112內部。在該吸氣劑150b塗佈完成後，在該基座110與該光學透視窗140封裝前，同樣地利用加熱方式將吸氣劑150b激活後，再將該基座110與該光學透視窗140封裝，使得該吸氣劑150b與該紅外線感測晶片120分層處理製作，來完成一個較佳的真空封裝技術。

請參閱圖7，係為圖1的側剖視示意圖。如圖所示：在本發明之紅外線感測器100的基座110與該光學透視窗140封裝前，以固晶技術將該紅外線感測晶片120固接於該基座110的腔體112中，透過打線技術將金屬導線160電性連結於該些焊點118及該些導電接點126上，再將該吸氣劑150固接於該光學透視窗140上，同時將基座110與該光學透視窗140送入於迴焊爐中，先行激活該吸氣劑150達工作狀態，再利用迴焊爐使該焊料片130熔解將光學透視窗140固接於該基座110上，在熔封作業後，使該紅外線感測晶片120及該吸氣劑150被封裝在該基座110的腔體112中。

由於在基座110與該光學透視窗140封裝前，先將吸氣劑150激活後，再進行基座110與光學透視窗140的封裝，使得該吸氣劑150與該紅外線感測晶片120分層處理製作，來完成一個較佳的真空封裝技術。

在被激活後的吸氣劑150可以將腔體112內部殘留的氣體吸收，使該腔體112形成高真空狀態，在高真空佳的狀態下讓紅外線感測晶片120接收的紅外影像能呈現更清晰的圖像，也可以增加紅外線感測器100的使用壽命。

請參閱圖8，係本發明之第二實施例的紅外線感測器的外觀立體分解示意圖。如圖所示：在本實施例中所揭露的紅外線感測器200的紅外線感測晶片220、一焊料片230、一光學透視窗240及一吸氣劑250結構與前述的圖2至圖7大致相同，所不同處係在於本圖式的基座210為無引腳的基座(leadless chip carrier)，該複數個導電部214設於該基座210的四邊，該些導電部214一端延伸於該腔體212內形成裸露狀態的焊點218。在紅外線感測晶片220固接於該基座210的腔體212後，透過該打線(Wire Bond)處理，使該紅外線感測晶片220與該基座210的該些導電部214電性連結。

上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

步驟S100~步驟S134

100、200‧‧‧紅外線感測器

110、210‧‧‧基座

112、212‧‧‧腔體

114、214‧‧‧導電部

116‧‧‧凸垣部

118、218‧‧‧焊點

120、220‧‧‧紅外線感測晶片

122‧‧‧晶圓

124‧‧‧電路板

126‧‧‧導電接點

130、230‧‧‧焊料片

140、240‧‧‧光學透視窗

142‧‧‧第一表面

144‧‧‧第二表面

146‧‧‧光罩層

150、150a、150b、250‧‧‧吸氣劑

160‧‧‧金屬導線

圖1，係本發明之第一實施例的紅外線感測器封裝方法流程示意圖；

圖2，係本發明之第一實施例的紅外線感測器的外觀立體示意圖；

圖3，係為圖1的外觀立體分解示意圖；

圖4，係為圖1的光學透視窗之第二表面示意圖；

圖5，係為圖1的光學透視窗之第二表面另一實施例示意圖；

圖6，係為圖1的光學透視窗之第二表面再一實施例示意圖；

圖7，係為圖1的側剖視示意圖；

圖8，係本發明之第二實施例的紅外線感測器的外觀立體分解示意圖。

S100~S134‧‧‧步驟

Claims (17)

1. 一種高真空的紅外線感測器封裝方法，包括：a)、備有一基座，該基座具有一腔體及複數導電部，該些導電部一端延伸於該腔體內形成裸露狀態的焊點；b)、於該基座的腔體塗佈膠體，將一紅外線感測晶片黏著於該腔體內部，該紅外線感測晶片具有一紅外線的晶圓，該晶圓電性黏貼到電路板上，該電路板上具有複數個導電接點；c)、以電漿清洗基座的該些焊點及該紅外線感測晶片的該些導電接點；d)、將複數條的金屬導線電性連結於該基座的該些焊點及該紅外線感測晶片的該些導電接點之間；e)、將焊料片置於該基的腔體中，檢測焊料片的焊接穩固性；f)、以輸入信號給紅外線感測晶片，以測試該紅外線感測晶片的晶圓是否有損壞；g)、備有一光學透視窗，以電漿清洗該光學透視窗；h)、以黏著技術或塗佈技術將該吸氣劑固接於該光學透視窗上；i)、將步驟h的光學透視窗及固晶有紅外線感測晶片的基座一起送入於迴焊爐中；j)、以加熱方式對光學透視窗上的吸氣劑進行加熱，激活該吸氣劑達到工作狀態；k)、以該迴焊爐將該基座的焊料片熔解將該光學透視窗焊接於該基座上，使該腔體形成高真空狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高真空的紅外線感測器封裝方法，其中，在a步驟中該基座的腔體具有一凸垣部，使該焊料片設於該凸垣部上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高真空的紅外線感測器封裝方法，其中，在a步驟的該基座為塑料或陶瓷材料，該基座的該些導電部為有引腳的接腳，該導電部設於該基座二側形成相對應狀態的雙列式封裝結構，或該些接腳可設於該基座的四邊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之高真空的紅外線感測器封裝方法，其中，在a步驟的該基座為塑料或陶瓷材料，該基座為無引腳的基座，該複數個導電部設於該基座的四邊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之高真空的紅外線感測器封裝方法，其中，在a步驟與b步驟之間更包含有清洗該基座及將基座烘乾等製程。
6. 如申請專利範圍第1項所述之高真空的紅外線感測器封裝方法，其中，在b步驟的該膠體為絕緣膠或導電膠。
7. 如申請專利範圍第1項所述之高真空的紅外線感測器封裝方法，其中，在b步驟與c步驟之間更包含有在該基座與該紅外線感測晶片固晶後，送入於烤箱烘烤，使該膠體乾涸。
8. 如申請專利範圍第1項所述之高真空的紅外線感測器封裝方法，其中，在g步驟的該光學透視窗其上具有一第一表面及一第二表面，於該第二表面上設有一光罩層。
9. 如申請專利範圍第8項所述之高真空的紅外線感測器封裝方法，其中，該光學透視窗為鍺晶圓，使8um-14um的遠紅外線波長穿過。
10. 如申請專利範圍第9項所述之高真空的紅外線感測器封裝方法，其中，在h步驟的該吸氣劑係以固接於該光學透視窗的第二表面上。
11. 如申請專利範圍第10項所述之高真空的紅外線感測器封裝方法，其中，該吸氣劑為柱狀或片狀。
12. 如申請專利範圍第1項所述之高真空的紅外線感測器封裝方法，其中，在k步驟後更包含有l步驟，該l步驟在該基座與該光學透視窗熔封後，將測試該基座與該光學透視窗的焊接處是否完全接合，使該腔體不會產生漏氣現象。
13. 如申請專利範圍第12項所述之高真空的紅外線感測器封裝方法，其中，在l步驟後更包含有m步驟在該基座與該光學透視窗熔封形成模組後，以輸入信號檢測該紅線外感測晶片的成像信號是否正常。
14. 一種高真空的紅外線感測器，包括：一基座，其上具有一腔體及複數個導電部，該腔體內具有一凸垣部，該些導電部一端延伸於該腔體內形成焊點；一紅外線感測晶片，係以固接於該腔體內，其上具有一紅外線的晶圓，該晶圓電性連結到一電路板上，該電路板上具有複數個導電接點；複數條金屬線，係以電性連結於該些焊點及該些導電接點上；一焊料片，設於該凸垣部上；一光學透視窗，係透過該焊料片固接於該凸垣部上，其上具有一第一表面及一第二表面，該第二表面上設有一光罩層；一吸氣劑，係設於該光學透視窗的第二表面上； 其中，該基座與該光學透視窗封接後，使激活後的該吸氣劑封接於該基體與該光學透視窗所形成的腔體中。
15. 如申請專利範圍第14項所述之高真空的紅外線感測器，其中，該光學透視窗為鍺晶圓，使8um-14um的遠紅外線波長穿過。
16. 如申請專利範圍第14項所述之高真空的紅外線感測器，其中，該基座為塑料或陶瓷材料，該基座的該些導電部為有引腳的接腳，該些導電部設於該基座二側形成相對應狀態的雙列式封裝結構，或該些接腳可設於該基座的四邊。
17. 如申請專利範圍第14項所述之高真空的紅外線感測器，其中，該基座為塑料或陶瓷材料，該基座為無引腳的基座，該複數個導電部設於該基座的四邊。