專利名稱：紅外傳感器封裝結構及其封裝方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體制造領域技術，尤其涉及一種紅外傳感器封裝結構及其封裝方法。
背景技術：
隨著半導體技術的發(fā)展，紅外傳感器的制造技術日益進步。紅外傳感器作為一種典型的傳感器，目前已經被廣泛應用于現代科技、國防以及工農業(yè)領域?，F有的紅外傳感器封裝一般是分離式獨立封裝，其封裝工藝復雜，成本較高，且封裝完成后的封裝結構體積較大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種紅外傳感器封裝方法，其封裝工藝簡單。本發(fā)明的目的還在于提供一種紅外傳感器封裝結構。為實現上述發(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第一金屬凸塊形狀對應的多個環(huán)形金屬層；
提供多個紅外傳感器芯片，其上包括傳感區(qū)域，在所述多個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)形金屬層形狀對應的第二金屬凸塊；
將所述多個第一金屬凸塊與所述多個環(huán)形金屬層分別鍵合形成多個具有收容腔的金屬上蓋；
將所述多個金屬上蓋的多個環(huán)形金屬層分別與所述多個第二金屬凸塊鍵合。作為本發(fā)明的進一步改進，所述方法還包括
在所述基板下表面形成光學薄膜。作為本發(fā)明的進一步改進，在所述“將所述多個第一金屬凸塊與所述多個金屬層分別鍵合形成多個具有收容腔的金屬上蓋”步驟后，還包括
在所述多個收容腔的內壁上形成吸氣劑。作為本發(fā)明的進一步改進，所述方法還包括通過半導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)明的進一步改進，所述方法還包括對所述紅外傳感器芯片上與傳感區(qū)域相背的一側表面進行減薄，暴露出與所述紅外傳感芯片的焊墊電性連接的金屬柱。為實現上述另一發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種紅外傳感器封裝結構，所述封裝結構包括
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應，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，以及設置于所述傳感區(qū)域外圍的與所述環(huán)形金屬層形狀對應的第二金屬凸塊，所述環(huán)形金屬層與所述第二金屬凸塊鍵合。作為本發(fā)明的進一步改進，所述下表面上設有光學薄膜。
·
作為本發(fā)明的進一步改進，所述金屬上蓋的收容腔內壁設有吸氣劑。作為本發(fā)明的進一步改進，所述紅外傳感器芯片上與傳感區(qū)域相背的一側表面設有半導體致冷器。作為本發(fā)明的進一步改進，所述紅外傳感器芯片內還設置有多個金屬柱，該金屬柱一端電性連接位于傳感區(qū)域一側的焊墊，另一端則暴露在與傳感區(qū)域相背的一側。與現有技術相比，本發(fā)明紅外傳感器封裝采用了晶圓級封裝方法，其工藝簡單，且完成后的封裝結構尺寸較小。


圖I是本發(fā)明一實施方式紅外傳感器封裝結構的結構示意 圖2是本發(fā)明一實施方式紅外傳感器封裝結構中基板的結構示意 圖3是本發(fā)明一實施方式紅外傳感器封裝結構中基板上沉積有金屬的結構示意 圖4是本發(fā)明一實施方式紅外傳感器封裝結構中基板上制作有第一金屬凸塊的結構示意 圖5是在圖4所示的結構中的基板下表面制作光學薄膜的結構示意 圖6是本發(fā)明一實施方式紅外傳感器封裝結構中環(huán)形金屬層的結構示意 圖7是本發(fā)明一實施方式紅外傳感器封裝結構中金屬上蓋的結構示意 圖8是本發(fā)明一實施方式紅外傳感器封裝結構中紅外傳感器芯片上制作有第二金屬凸塊的結構示意 圖9圖I所示的結構與外接電路板進行連接的結構示意 圖10是本發(fā)明又一實施方式紅外傳感器封裝結構與外接電路板進行連接的結構示意
圖11是本發(fā)明紅外傳感器封裝方法一實施方式的流程圖。
具體實施例方式以下將結合附圖所示的具體實施方式
對本發(fā)明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發(fā)明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護范圍內。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關系，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構的一具體實施方式
。在本實施方式中，該封裝結構金屬上蓋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設置有環(huán)形的第一金屬凸塊121?；?1的材質可以選自硅、鍺或者其它只允許紅外線穿過的材質?；?1的下表面Ilb覆蓋有光學薄膜13，在本實施方式中，該光學薄膜13可采用紅外線濾光片，其可以降低紅外線的反射率，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相對應，基板11通過第一金屬凸塊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。在本實施方式中，收容腔15內壁上沉積有吸氣劑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形狀對應的第二金屬凸塊33,金屬上蓋通過環(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實質上是環(huán)繞傳感區(qū)域31設置，在本實施方式中，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。參圖9所示，作為本發(fā)明一實施方式，紅外傳感器芯片30上與傳感區(qū)域31相背的一側表面設有半導體致冷器40，紅外傳感器芯片30通過該半導體致冷器40與外接電路板50連接。該半導體致冷器40用于紅外傳感器封裝結構的溫度控制，以確保紅外傳感器芯片30的正常工作。在本實施方式中，焊墊32與外接電路板50之間通過打線60的方式進行連接，以實現本發(fā)明的紅外傳感器封裝結構與外接電路板50的電性連接。參圖10所示，本發(fā)明紅外傳感器封裝結構的另一實施方式。與上述實施方式不同的是，在本實施方式中，紅外傳感器芯片30內還設置有多個金屬柱34,該金屬柱34 —端電性連接位于傳感區(qū)域一側的焊墊32，另一端則暴露在與傳感區(qū)域31相背的一側，且其上連接有金屬球35，紅外傳感器封裝結構通過該金屬球35與外接電路板50電性連接。此實施例封裝結構尺寸相比較前一實施例的封裝結構更微型化。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?；?1的材質可以選自硅、鍺或者其它只允許紅外線穿過的材質。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,再通過光刻、電鍍、蝕刻，形成多個環(huán)形的第一金屬凸塊121。應當理解的是，這里所說的“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的下表面形成光學薄膜13，用以降低紅外線的反射率，提高穿透率。S3、提供一金屬基板，通過光刻、蝕刻該金屬基板以制得與上述多個第一金屬凸塊121形狀對應的多個環(huán)形金屬層16。此時,該多個環(huán)形金屬層16仍位于同一金屬基板上。S4、將基板11通過多個第一金屬凸塊121分別與多個環(huán)形金屬層16通過共晶鍵合工藝進行鍵合。此時，多個第一金屬凸塊121、多個環(huán)形金屬層16、以及基板11共同形成了多個金屬上蓋10，該金屬上蓋10內具有一收容腔15。接著，在收容腔15內壁上通過化 學氣相沉積的方式沉積一層吸氣劑14。S5、提供多個紅外傳感器芯片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形狀對應的第二金屬凸塊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微機械結構再釋放，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)域微機械結構釋放。S6、通過共晶鍵合工藝分別將多個紅外傳感器芯片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被封裝進收容腔15內。當本發(fā)明的紅外傳感器芯片30完成封裝后，需要切割基板11，以得到多個獨立的封裝完成的紅外傳感器封裝結構。值得一提的是若所述紅外傳感器芯片內未設有金屬柱34，則可通過打線方式，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設有金屬柱34，則需要對所述紅外傳感器芯片上與傳感區(qū)域相背的一側表面進行減薄，暴露出與所述紅外傳感芯片的焊墊電性連接的金屬柱后，再通過金屬球35電性連接所述外接電路 板。并且，應當理解的是，雖然在上述本發(fā)明紅外傳感器芯片30封裝方法的實施方式中，按照SI、S2…的順序進行了描述，但是，并不代表所描述的各步驟之間具有絕對的前后順序的關系，本領域的普通技術人員可以根據上述說明書披露的發(fā)明內容，對具體實施方式
中的工藝步驟進行調整，此種仍應當屬于本發(fā)明的保護范圍之內。本發(fā)明通過上述封裝方法，可先對基板11進行處理后，形成多個位于同一基板上的金屬上蓋10，再將多個紅外傳感器芯片30分別封裝于金屬上蓋10中對應的收容腔15內，以完成晶圓級封裝，最后切割成多個獨立的紅外傳感器封裝結構。該方法由于采用了晶圓級的封裝方法，其工藝簡單，并且相對封裝尺寸較小，產品的封裝成本較低。應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
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第一金屬凸塊形狀對應的多個環(huán)形金屬層； 提供多個紅外傳感器芯片，其上包括傳感區(qū)域，在所述多個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)形金屬層形狀對應的第二金屬凸塊； 將所述多個第一金屬凸塊與所述多個環(huán)形金屬層分別鍵合形成多個具有收容腔的金屬上蓋； 將所述多個金屬上蓋的多個環(huán)形金屬層分別與所述多個第二金屬凸塊鍵合。
2.根據權利要求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薄膜。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，在所述“將所述多個第一金屬凸塊與所述多個金屬層分別鍵合形成多個具有收容腔的金屬上蓋”步驟后，還包括 在所述多個收容腔的內壁上形成吸氣劑。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法還包括通過半導體致冷器將所述紅外傳感器芯片與外接電路板連接。
5.根據權利要求I或4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括對所述紅外傳感器芯片上與傳感區(qū)域相背的一側表面進行減薄，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構，其特征在于，所述封裝結構包括 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應，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，以及設置于所述傳感區(qū)域外圍的與所述環(huán)形金屬層形狀對應的第二金屬凸塊，所述環(huán)形金屬層與所述第二金屬凸塊鍵合。
7.根據權利要求6所述的紅外傳感器封裝結構，其特征在于，所述下表面上設有光學薄膜。
8.根據權利要求6所述的紅外傳感器封裝結構，其特征在于，所述金屬上蓋的收容腔內壁設有吸氣劑。
9.根據權利要求6所述的紅外傳感器封裝結構，其特征在于，所述紅外傳感器芯片上與傳感區(qū)域相背的一側表面設有半導體致冷器。
10.根據權利要求6所述的紅外傳感器封裝結構，其特征在于，所述紅外傳感器芯片內還設置有多個金屬柱，該金屬柱一端電性連接位于傳感區(qū)域一側的焊墊，另一端則暴露在與傳感區(qū)域相背的一側。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種紅外傳感器封裝結構及其封裝方法，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第一金屬凸塊形狀對應的多個環(huán)形金屬層；提供多個紅外傳感器芯片，其上包括傳感區(qū)域，在該多個紅外傳感器芯片的傳感區(qū)域之外上分別制作與環(huán)形金屬層形狀對應的第二金屬凸塊；隨后將多個第一金屬凸塊與所述多個環(huán)形金屬層分別鍵合形成多個具有收容腔的金屬上蓋；最后將該多個金屬上蓋的多個環(huán)形金屬層分別與多個第二金屬凸塊鍵合。本發(fā)明紅外傳感器封裝采用了晶圓級封裝方法，其工藝簡單，且完成后的封裝結構尺寸較小。
文檔編號H01L27/146GK102723345SQ201210175900
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權日2012年5月31日
發(fā)明者俞國慶, 喻瓊, 王蔚 申請人:蘇州晶方半導體科技股份有限公司