專(zhuān)利名稱(chēng)：紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域技術(shù)，尤其涉及一種紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，紅外傳感器的制造技術(shù)日益進(jìn)步。紅外傳感器作為一種典型的傳感器，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代科技、國(guó)防以及工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)有的紅外傳感器封裝一般是分離式獨(dú)立封裝，其封裝工藝復(fù)雜，成本較高，且封裝完成后的封裝結(jié)構(gòu)體積較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種紅外傳感器封裝方法，其封裝工藝簡(jiǎn)單。本發(fā)明的目的還在于提供一種紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的之一，本發(fā)明提供一種紅外傳感器封裝方法，該方法包括以下步驟
提供一基板，所述基板包括上表面以及與上表面相背的下表面，在所述基板的上表面制作多個(gè)環(huán)形的第一金屬凸塊；
提供一金屬基板，將所述金屬基板制作成與所述多個(gè)第一金屬凸塊形狀對(duì)應(yīng)的多個(gè)環(huán)形金屬層；
提供多個(gè)紅外傳感器芯片，其上包括傳感區(qū)域，在所述多個(gè)紅外傳感器芯片的傳感區(qū)域之外上分別制作與所述環(huán)形金屬層形狀對(duì)應(yīng)的第二金屬凸塊；
將所述多個(gè)第一金屬凸塊與所述多個(gè)環(huán)形金屬層分別鍵合形成多個(gè)具有收容腔的金屬上蓋；
將所述多個(gè)金屬上蓋的多個(gè)環(huán)形金屬層分別與所述多個(gè)第二金屬凸塊鍵合。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述方法還包括
在所述基板下表面形成光學(xué)薄膜。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述“將所述多個(gè)第一金屬凸塊與所述多個(gè)金屬層分別鍵合形成多個(gè)具有收容腔的金屬上蓋”步驟后，還包括
在所述多個(gè)收容腔的內(nèi)壁上形成吸氣劑。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述方法還包括通過(guò)半導(dǎo)體致冷器將所述紅外傳感器芯片與外接電路板連接。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述方法還包括對(duì)所述紅外傳感器芯片上與傳感區(qū)域相背的一側(cè)表面進(jìn)行減薄，暴露出與所述紅外傳感芯片的焊墊電性連接的金屬柱。為實(shí)現(xiàn)上述另一發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)，所述封裝結(jié)構(gòu)包括
具有收容腔的金屬上蓋，所述金屬上蓋包括基板和環(huán)形金屬層，所述基板包括上表面以及與上表面相背的下表面，所述上表面設(shè)置有環(huán)形的第一金屬凸塊，所述環(huán)形金屬層的形狀與所述第一金屬凸塊相對(duì)應(yīng)，且所述第一金屬凸塊與所述環(huán)形金屬層鍵合；
紅外傳感器芯片，其上包括傳感區(qū)域，以及設(shè)置于所述傳感區(qū)域外圍的與所述環(huán)形金屬層形狀對(duì)應(yīng)的第二金屬凸塊，所述環(huán)形金屬層與所述第二金屬凸塊鍵合。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述下表面上設(shè)有光學(xué)薄膜。
·
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述金屬上蓋的收容腔內(nèi)壁設(shè)有吸氣劑。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述紅外傳感器芯片上與傳感區(qū)域相背的一側(cè)表面設(shè)有半導(dǎo)體致冷器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述紅外傳感器芯片內(nèi)還設(shè)置有多個(gè)金屬柱，該金屬柱一端電性連接位于傳感區(qū)域一側(cè)的焊墊，另一端則暴露在與傳感區(qū)域相背的一側(cè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明紅外傳感器封裝采用了晶圓級(jí)封裝方法，其工藝簡(jiǎn)單，且完成后的封裝結(jié)構(gòu)尺寸較小。


圖I是本發(fā)明一實(shí)施方式紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)中基板的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明一實(shí)施方式紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)中基板上沉積有金屬的結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明一實(shí)施方式紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)中基板上制作有第一金屬凸塊的結(jié)構(gòu)示意 圖5是在圖4所示的結(jié)構(gòu)中的基板下表面制作光學(xué)薄膜的結(jié)構(gòu)示意 圖6是本發(fā)明一實(shí)施方式紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)中環(huán)形金屬層的結(jié)構(gòu)示意 圖7是本發(fā)明一實(shí)施方式紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)中金屬上蓋的結(jié)構(gòu)示意 圖8是本發(fā)明一實(shí)施方式紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)中紅外傳感器芯片上制作有第二金屬凸塊的結(jié)構(gòu)示意 圖9圖I所示的結(jié)構(gòu)與外接電路板進(jìn)行連接的結(jié)構(gòu)示意 圖10是本發(fā)明又一實(shí)施方式紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)與外接電路板進(jìn)行連接的結(jié)構(gòu)示意
圖11是本發(fā)明紅外傳感器封裝方法一實(shí)施方式的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖所示的具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所提及的上表面、下表面并不帶有空間位置上的絕對(duì)關(guān)系，而僅僅是為了描述的方便。參圖I所示，介紹本發(fā)明紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)的一具體實(shí)施方式
。在本實(shí)施方式中，該封裝結(jié)構(gòu)金屬上蓋10、以及紅外傳感器芯片30。其中，該金屬上蓋10包括基板11和環(huán)形金屬層16。參圖2、圖3、圖4、圖5所示，基板11包括上表面Ila以及與上表面Ila相背的下表面lib,基板11的上表面Ila設(shè)置有環(huán)形的第一金屬凸塊121。基板11的材質(zhì)可以選自硅、鍺或者其它只允許紅外線(xiàn)穿過(guò)的材質(zhì)?；?1的下表面Ilb覆蓋有光學(xué)薄膜13，在本實(shí)施方式中，該光學(xué)薄膜13可采用紅外線(xiàn)濾光片，其可以降低紅外線(xiàn)的反射率，提高穿透率。參圖6、圖7所示，環(huán)形金屬層16的形狀與第一金屬凸塊121相對(duì)應(yīng)，基板11通過(guò)第一金屬凸塊121和該環(huán)形金屬層16鍵合共同定義具有收容腔15的金屬上蓋10。在本實(shí)施方式中，收容腔15內(nèi)壁上沉積有吸氣劑14，用于吸收封裝完成后，紅外傳感器芯片30上的紅外傳感區(qū)域31釋放的少量的非真空氣體。參圖8所示，紅外傳感器芯片30包括傳感區(qū)域31以及與傳感區(qū)域31電性連接的焊墊32。紅外傳感器芯片30的傳感區(qū)域31之外上制作有與環(huán)形金屬層16形狀對(duì)應(yīng)的第二金屬凸塊33,金屬上蓋通過(guò)環(huán)形金屬層16與該第二金屬凸塊33鍵合。即是該第二金屬凸塊33實(shí)質(zhì)上是環(huán)繞傳感區(qū)域31設(shè)置，在本實(shí)施方式中，第二金屬凸塊33位于傳感區(qū)域31及焊墊32之間的位置，并且紅外傳感器芯片30上的傳感區(qū)域31位于收容腔15內(nèi)。參圖9所示，作為本發(fā)明一實(shí)施方式，紅外傳感器芯片30上與傳感區(qū)域31相背的一側(cè)表面設(shè)有半導(dǎo)體致冷器40，紅外傳感器芯片30通過(guò)該半導(dǎo)體致冷器40與外接電路板50連接。該半導(dǎo)體致冷器40用于紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)的溫度控制，以確保紅外傳感器芯片30的正常工作。在本實(shí)施方式中，焊墊32與外接電路板50之間通過(guò)打線(xiàn)60的方式進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)與外接電路板50的電性連接。參圖10所示，本發(fā)明紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方式。與上述實(shí)施方式不同的是，在本實(shí)施方式中，紅外傳感器芯片30內(nèi)還設(shè)置有多個(gè)金屬柱34,該金屬柱34 —端電性連接位于傳感區(qū)域一側(cè)的焊墊32，另一端則暴露在與傳感區(qū)域31相背的一側(cè)，且其上連接有金屬球35，紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)通過(guò)該金屬球35與外接電路板50電性連接。此實(shí)施例封裝結(jié)構(gòu)尺寸相比較前一實(shí)施例的封裝結(jié)構(gòu)更微型化。參圖11,介紹本發(fā)明紅外傳感器封裝方法的一實(shí)施方式。SI、提供一基板11,其包括上表面Ila以及與上表面Ila相背的下表面lib。基板11的材質(zhì)可以選自硅、鍺或者其它只允許紅外線(xiàn)穿過(guò)的材質(zhì)。在該基板11的上表面Ila采用物理氣相沉積方式沉積一層金屬12,再通過(guò)光刻、電鍍、蝕刻，形成多個(gè)環(huán)形的第一金屬凸塊121。應(yīng)當(dāng)理解的是，這里所說(shuō)的“環(huán)形”不僅僅包括圓形、橢圓環(huán)形，也可以是例如包括矩形環(huán)、甚至是任意封閉的多邊形環(huán)等。S2、在基板11的下表面形成光學(xué)薄膜13，用以降低紅外線(xiàn)的反射率，提高穿透率。S3、提供一金屬基板，通過(guò)光刻、蝕刻該金屬基板以制得與上述多個(gè)第一金屬凸塊121形狀對(duì)應(yīng)的多個(gè)環(huán)形金屬層16。此時(shí),該多個(gè)環(huán)形金屬層16仍位于同一金屬基板上。S4、將基板11通過(guò)多個(gè)第一金屬凸塊121分別與多個(gè)環(huán)形金屬層16通過(guò)共晶鍵合工藝進(jìn)行鍵合。此時(shí)，多個(gè)第一金屬凸塊121、多個(gè)環(huán)形金屬層16、以及基板11共同形成了多個(gè)金屬上蓋10，該金屬上蓋10內(nèi)具有一收容腔15。接著，在收容腔15內(nèi)壁上通過(guò)化 學(xué)氣相沉積的方式沉積一層吸氣劑14。S5、提供多個(gè)紅外傳感器芯片30，該紅外傳感器芯片30上都包括傳感區(qū)域31以及與傳感區(qū)域31電性連接的焊墊32。在該紅外傳感器芯片30上通過(guò)物理氣相沉積、光刻、蝕刻分別形成包圍所述傳感區(qū)域，且與環(huán)形金屬層16形狀對(duì)應(yīng)的第二金屬凸塊33。在形成第二金屬凸塊后，紅外傳感芯片30上傳感區(qū)域31微機(jī)械結(jié)構(gòu)再釋放，具體操作方式先用一層膠把紅外傳感器芯片的傳感區(qū)域31覆蓋，待第二金屬凸塊形成完畢，再去除覆蓋在傳感區(qū)域表面上的膠，最后傳感區(qū)域微機(jī)械結(jié)構(gòu)釋放。S6、通過(guò)共晶鍵合工藝分別將多個(gè)紅外傳感器芯片30上的第二金屬凸塊33與金屬上蓋的環(huán)形金屬層16鍵合，如此，紅外傳感器芯片30上的傳感區(qū)域31被封裝進(jìn)收容腔15內(nèi)。當(dāng)本發(fā)明的紅外傳感器芯片30完成封裝后，需要切割基板11，以得到多個(gè)獨(dú)立的封裝完成的紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)。值得一提的是若所述紅外傳感器芯片內(nèi)未設(shè)有金屬柱34，則可通過(guò)打線(xiàn)方式，將所述紅外傳感器芯片上的焊墊與外接電路板電性連接；若所述紅外傳感器芯片內(nèi)設(shè)有金屬柱34，則需要對(duì)所述紅外傳感器芯片上與傳感區(qū)域相背的一側(cè)表面進(jìn)行減薄，暴露出與所述紅外傳感芯片的焊墊電性連接的金屬柱后，再通過(guò)金屬球35電性連接所述外接電路 板。并且，應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然在上述本發(fā)明紅外傳感器芯片30封裝方法的實(shí)施方式中，按照SI、S2…的順序進(jìn)行了描述，但是，并不代表所描述的各步驟之間具有絕對(duì)的前后順序的關(guān)系，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)上述說(shuō)明書(shū)披露的發(fā)明內(nèi)容，對(duì)具體實(shí)施方式
中的工藝步驟進(jìn)行調(diào)整，此種仍應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明通過(guò)上述封裝方法，可先對(duì)基板11進(jìn)行處理后，形成多個(gè)位于同一基板上的金屬上蓋10，再將多個(gè)紅外傳感器芯片30分別封裝于金屬上蓋10中對(duì)應(yīng)的收容腔15內(nèi)，以完成晶圓級(jí)封裝，最后切割成多個(gè)獨(dú)立的紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)。該方法由于采用了晶圓級(jí)的封裝方法，其工藝簡(jiǎn)單，并且相對(duì)封裝尺寸較小，產(chǎn)品的封裝成本較低。應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。上文所列出的一系列的詳細(xì)說(shuō)明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說(shuō)明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種紅外傳感器封裝方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 提供一基板，所述基板包括上表面以及與上表面相背的下表面，在所述基板的上表面制作多個(gè)環(huán)形的第一金屬凸塊； 提供一金屬基板，將所述金屬基板制作成與所述多個(gè)第一金屬凸塊形狀對(duì)應(yīng)的多個(gè)環(huán)形金屬層； 提供多個(gè)紅外傳感器芯片，其上包括傳感區(qū)域，在所述多個(gè)紅外傳感器芯片的傳感區(qū)域之外上分別制作與所述環(huán)形金屬層形狀對(duì)應(yīng)的第二金屬凸塊； 將所述多個(gè)第一金屬凸塊與所述多個(gè)環(huán)形金屬層分別鍵合形成多個(gè)具有收容腔的金屬上蓋； 將所述多個(gè)金屬上蓋的多個(gè)環(huán)形金屬層分別與所述多個(gè)第二金屬凸塊鍵合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 在所述基板下表面形成光學(xué)薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述“將所述多個(gè)第一金屬凸塊與所述多個(gè)金屬層分別鍵合形成多個(gè)具有收容腔的金屬上蓋”步驟后，還包括 在所述多個(gè)收容腔的內(nèi)壁上形成吸氣劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法還包括通過(guò)半導(dǎo)體致冷器將所述紅外傳感器芯片與外接電路板連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括對(duì)所述紅外傳感器芯片上與傳感區(qū)域相背的一側(cè)表面進(jìn)行減薄，暴露出與所述紅外傳感芯片的焊墊電性連接的金屬柱。
6.一種紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝結(jié)構(gòu)包括 具有收容腔的金屬上蓋，所述金屬上蓋包括基板和環(huán)形金屬層，所述基板包括上表面以及與上表面相背的下表面，所述上表面設(shè)置有環(huán)形的第一金屬凸塊，所述環(huán)形金屬層的形狀與所述第一金屬凸塊相對(duì)應(yīng)，且所述第一金屬凸塊與所述環(huán)形金屬層鍵合； 紅外傳感器芯片，其上包括傳感區(qū)域，以及設(shè)置于所述傳感區(qū)域外圍的與所述環(huán)形金屬層形狀對(duì)應(yīng)的第二金屬凸塊，所述環(huán)形金屬層與所述第二金屬凸塊鍵合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述下表面上設(shè)有光學(xué)薄膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬上蓋的收容腔內(nèi)壁設(shè)有吸氣劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述紅外傳感器芯片上與傳感區(qū)域相背的一側(cè)表面設(shè)有半導(dǎo)體致冷器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述紅外傳感器芯片內(nèi)還設(shè)置有多個(gè)金屬柱，該金屬柱一端電性連接位于傳感區(qū)域一側(cè)的焊墊，另一端則暴露在與傳感區(qū)域相背的一側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種紅外傳感器封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法，其中該方法包括步驟提供一基板，并在該基板的上表面制作多個(gè)環(huán)形的第一金屬凸塊；提供一金屬基板，將其制作成與所述多個(gè)第一金屬凸塊形狀對(duì)應(yīng)的多個(gè)環(huán)形金屬層；提供多個(gè)紅外傳感器芯片，其上包括傳感區(qū)域，在該多個(gè)紅外傳感器芯片的傳感區(qū)域之外上分別制作與環(huán)形金屬層形狀對(duì)應(yīng)的第二金屬凸塊；隨后將多個(gè)第一金屬凸塊與所述多個(gè)環(huán)形金屬層分別鍵合形成多個(gè)具有收容腔的金屬上蓋；最后將該多個(gè)金屬上蓋的多個(gè)環(huán)形金屬層分別與多個(gè)第二金屬凸塊鍵合。本發(fā)明紅外傳感器封裝采用了晶圓級(jí)封裝方法，其工藝簡(jiǎn)單，且完成后的封裝結(jié)構(gòu)尺寸較小。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102723345SQ201210175900
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者俞國(guó)慶, 喻瓊, 王蔚 申請(qǐng)人:蘇州晶方半導(dǎo)體科技股份有限公司