一种红外探测器封装结构及封装方法与流程

1.本发明属于半导体cob( chips on board）封装的固晶领域，具体涉及一种红外探测器封装结构及封装方法。


背景技术：

2.外探测器封装是将整片晶圆切片成单独的晶圆，然后通过导电银浆将晶圆与晶圆基板预固定，再经过高温烘烤定性固定。因设备稳定性、物料偏差、导电银浆烘烤后膨胀性系不均等问题，导致晶圆偏移超标；且晶圆da（die attach）需使用光学测量仪器测量其偏移量，不仅效率低，而且光学测量仪器昂贵。
3.基板表面金属镀层表面平整，点完导电银浆，晶圆粘贴在导电银浆上，制造过程点导电银浆量和银浆路线、时间及da（die attach）设备压力参数不稳定性，使得在晶圆贴装过程中，导电银浆容易溢出晶圆边界，产生短路的风险。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种结构简单、容易实现、且能够同时克服对于芯片的偏移控制以及对于后续封装过程中存在的导电银浆容易溢出导致短路等问题的用于红外探测器封装结构；同时，还提供了一种能够有效降低成本、提高生产效率，工艺简单，可控性强，采用肉眼和普通放大镜即能判定偏移量好坏的用于红外探测器的封装方法。
5.为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种红外探测器封装结构，包括封装壳体、红外芯片、光学窗口和金属焊盘，所述封装壳体与光学窗口组成真空密闭腔体，所述封装壳体内底部上设有金属凹槽，且所述金属凹槽的至少两个角设有与凹槽连通的凹陷，所述红外芯片通过导电浆贴装于所述金属凹槽底面上，且所述金属凹槽槽壁与红外芯片侧壁的最大距离不大于所述红外芯片的最大允许偏移量。
6.作为优选，所述金属凹槽的四个角设有与金属凹槽连通的凹陷；所述凹陷为弧形凹槽；所述金属凹槽的高度为红外芯片厚度的0.2
‑
0.8，进一步优选为0.35
‑
0.7。
7.作为优选，所述金属焊盘设于所述封装壳体内的两侧；所述红外芯片通过邦定线（如金线）与金属焊盘邦定；所述封装壳体的背面（即底部）设有引脚，所述红外芯片通过封装壳体内的金属焊盘和引脚与外部实现电连接。
8.作为优选，所述光学窗口为滤光片；所述滤光片与封装壳体的开口通过焊接形成真空密闭腔体。
9.作为一个总的发明构思，还提供一种红外探测器的封装方法，通过在封装壳体内底面上形成金属凹槽，该金属凹槽的至少两个角上具有与所述金属凹槽连通的凹陷，然后通过导电浆将红外芯片贴装于所述金属凹槽内，且所述金属凹槽槽壁与红外芯片侧壁的最大距离不大于所述红外芯片的最大允许偏移量。
10.上述的红外探测器的封装方法，包括如下步骤：s1、提供封装壳体，在封装壳体内形成金属焊盘，并在封装壳体内底面上形成金属凹槽，所述金属凹槽的至少两个角上设有与所述金属凹槽连通的凹陷；s2、提供红外芯片，然后采用导电浆将所述芯片贴装所述金属凹槽内；s3、将红外芯片与金属焊盘邦定；s4、提供一光学窗口，并采用光学窗口对所述封装壳体的开口封口，形成真空密闭腔体。
11.作为优选，步骤s1具体包括：（1）预设一个红外芯片安装区域范围，所述安装区域范围与所述金属凹槽和凹陷位置对应，设定图形化的金属焊盘的设置位置及图形，然后在红外芯片安装区域范围和封装壳体内至少包括围绕图形化的金属焊盘的各周围区域形成保护胶层；（2）将封装壳体放入电镀槽进行电镀，以在图形化的金属焊盘的设置位置形成图形化的金属焊盘，在红外芯片安装区域的周围形成金属镀层台，待镀层厚度达到设定范围后取出，再将预设的红外芯片安装区域范围的保护胶层去除，获得所需带凹陷的凹槽；（3）在除带凹陷的凹槽以外的其他区域均设置保护胶层，然后放入电镀槽中进行电镀，待凹槽底面和侧壁的镀层达到要求后，停止电镀，去除保护胶层，获得用于安装红外芯片的金属凹槽。
12.作为优选，步骤s2具体包括：先在金属凹槽的设定位置涂导电浆，利用导电浆的粘结力将红外芯片贴合在金属凹槽内，再进行烘烤，以实现将红外芯片贴装在金属凹槽内。
13.作为优选，步骤s4中，所述光学窗口为滤光片；所述封口为将所述光学窗口与所述封装壳体顶部进行真空焊接。
14.作为优选，所述金属凹槽槽的四个角均设与金属凹槽连通的凹陷；所述凹陷为弧形凹槽。
15.本发明所产生的有益效果为：1、通过在基板上设置下沉的金属凹槽用于芯片贴装，并控制金属凹槽的尺寸使金属凹槽槽壁与芯片侧壁的最大距离不超过芯片的最大允许偏移量，可以有效控制芯片的偏移范围，采用肉眼和普通放大镜即可判定偏移量的好坏，提高生产效率，且降低了检测成本。同时，通过在金属凹槽的至少两个角，例如可以是四个角上均设置于金属凹槽连通的凹陷，在采用导电银浆将芯片贴装时，溢出的导电浆一方面可以被具有一定高度的金属凹槽侧壁挡住，另一方面，即使导电浆较多时，溢出后能流入凹陷内，能避免导电浆溢出造成短路的风险；本发明的封装结构简单、构思巧妙，可以通过一个整体的凹槽结构同时实现对于芯片的偏移控制以及对于后续封装过程中存在的导电银浆容易溢出导致短路等问题，可以大大降低封装成本和工艺难度。
16.2、本发明通过金属化电镀在基板上形成下沉的金属凹槽，该金属凹槽的至少两个角上形成与金属凹槽连通的凹陷，即可同时解决在封装过程中芯片贴装存在的晶圆容易超标、检测效率低且成本高，以及贴装过程银浆容易溢出而造成短路等风险的问题，且本发明的工艺条件简单、可控性好，且可以大大降低封装成本和工艺难度，并可有效提高封装效率。
17.3、本发明中，通过金属电镀的方法形成金属凹槽，不仅附着力强，成本低，而且可
以根据需要设计所需形状，工艺可控性强。
附图说明
18.图1为红外探测器封装结构的侧视示意图。
19.图2为未进行封口的红外探测器封装结构示意图。
20.图3为红外探测器封装结构的爆炸示意图。
21.附图标记：1、红外芯片；2、邦定线；3、封装壳体；4、金属焊盘；5、引脚；6、光学窗口；7、金属凹槽。
具体实施方式
22.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
23.一种红外探测器封装结构，如图1
‑
3所示，包括封装壳体3、红外芯片1、光学窗口6和金属焊盘4，所述封装壳体3底部（背面）具有引脚5，所述封装壳体3与光学窗口6组成真空密闭腔体，所述封装壳体3内底部中央设有金属凹槽7，金属凹槽7周围的封装壳体3内底面上设有电镀金属层，且所述金属凹槽7的四个角上具有与金属凹槽7连通的弧形槽，所述红外芯片1通过导电浆贴装于所述金属凹槽7底面上，且所述金属凹槽7槽壁与红外芯片1侧壁的最大距离不大于所述红外芯片1的最大允许偏移量。本实施例中，金属凹槽7为方形金属凹槽。此处的最大允许偏移量是指红外芯片1在金属凹槽7内，在x轴和y轴方向设计允许的最大移动范围值。封装壳体3底部的引脚5与封装壳体3内的金属焊盘4相连，可以采用本领域常规的方式来实现电连接，通常为引脚5和金属焊盘4通过封装壳体3内底面的金属化过孔进行电连接，可以通过购买带有金属化过孔的封装壳体3，也可以通过进行后续钻孔，以及电镀来获得所需金属化过孔。
24.本方案中，通过在封装壳体3内底面上设置下沉的金属凹槽7用于红外芯片1贴装，并控制金属凹槽7的尺寸使金属凹槽7槽壁与红外芯片1侧壁的最大距离不超过红外芯片1的最大允许偏移量，且在金属凹槽7的四个角设有与金属凹槽7连通的弧形槽，可以有效控制红外芯片1的偏移范围，采用肉眼和普通放大镜即使能判定偏移量的好坏，提高生产效率，同时因金属凹槽7具有一定深度且凹槽角落处有弧形凹槽，可以避免银浆外溢造成周围短路的风险。
25.本方案中，所述金属凹槽7的高度为红外芯片1厚度的1/2，实际上金属凹槽7的高度可以根据实际需求进行调整。
26.金属凹槽7形状与红外芯片1（晶圆）形状相同，但其面积等于晶圆的面积加x轴和y轴偏移量最大值的乘积，晶圆da工艺技术只要保证晶圆放置于在金属层凹槽7内，可直接用肉眼判定其da偏移是超出标准值，无需单独使用光学测量仪器计算，即可获得提升工艺水准，制造过程“防呆”的作用。
27.所述金属焊盘4设于所述封装壳体3内的相对两侧，且该金属焊盘4的周围均无电镀金属层，为封装壳体3的陶瓷层；所述红外芯片1通过邦定线2与金属焊盘4邦定。
28.所述光学窗口6为滤光片；所述滤光片与封装壳体3的开口通过焊接形成真空密闭
腔体。
29.还提供一种上述红外探测器的封装方法，该方法通过在封装壳体3内底面上形成金属凹槽7，该金属凹槽7的四个角上具有与所述金属凹槽7连通的弧形凹槽，然后通过导电银浆将红外芯片1贴装于所述金属凹槽7内，且所述金属凹槽7槽壁与红外芯片1侧壁的最大距离不大于所述红外芯片1的最大允许偏移量。芯片贴装过程中，由于金属凹槽7具有一定高度，一方面多余的导电银浆被截留在金属凹槽7内，另一方面，即使导电银浆从金属凹槽7内溢出，也会进入弧形凹槽内，避免了导电银浆从金属凹槽7内溢出而产生短路风险。
30.该红外探测器封装的方法，包括如下步骤：s1、提供封装壳体3，在封装壳体3内形成金属焊盘4，在封装壳体3内底面上形成金属凹槽7，该金属凹槽7的四个角上均设有与所述金属凹槽7连通的弧形凹槽，该金属凹槽7即为红外芯片1的安装区域；s2、提供红外芯片1，然后采用导电银浆将所述红外芯片1贴装所述金属凹槽7内；红外芯片1即为晶圆，其通过将整片的晶圆切片形成一个个单独的晶圆，并将单独的晶圆进行专业清洗，去除表面异物得到；s3、并采用邦定线2将红外芯片1上的焊盘与封装壳体3内的金属焊盘4邦定；s4、提供一光学窗口6，并采用光学窗口6对所述封装壳体3的开口进行密封，形成真空密闭腔体，即实现封装。
31.该封装方法中，步骤s1包括：（1）预设一个红外芯片1安装区域范围，所述安装区域范围与带有与金属凹槽7连通的弧形凹槽的金属凹槽7位置对应，设定图形化的金属焊盘4的设置位置及图形，实质上，购买的封装壳体3内预留了用于形成金属焊盘4的位置，按所需的金属凹槽7形状设计一张钢网，通过钢网丝印或涂的方式，在所需要成型的金属凹槽7区域形成所需要形状的保护胶层，并在封装壳体3内至少包括围绕图形化的金属焊盘4位置的各周围区域的位置形成保护胶层，在封装壳体3的外周面也形成保护胶层避免后续进行镀金属层时封装壳体3外周面上镀上金属；（2）将封装壳体3放入电镀槽进行电镀，以在图形化的金属焊盘4的设置位置形成图形化的金属焊盘4，在红外芯片安装区域的周围形成金属镀层台，待镀层厚度达到设定范围后取出，再将预设的红外芯片安装区域范围的保护胶层去除，获得所需带弧形槽的凹槽；（3）在带弧形槽的凹槽以外的其他区域均设置保护胶层，然后放入电镀槽中进行电镀，控制电镀的时间形成凹槽底面的金面和高度，待凹槽底面和侧壁的镀层达到要求后，停止电镀，去除保护胶层，获得用于安装红外芯片1的金属凹槽7。通过电镀形成凹槽着附力强、成本低，可以随意设计形状，工艺可控性强。
32.步骤s2具体包括：先在金属凹槽7的设定位置涂导电银浆，利用导电银浆的粘结力将红外芯片1贴合在金属凹槽7中心区域，再通过无尘烤箱烘烤固化，以实现将红外芯片1贴装在金属凹槽7内。本步骤中，具体操作过程中，涂导电银浆时，通过摄像头成像观察，通过计算机控制机械手对设定位置进行电涂导电银浆，再通过计算机的软件算法来控制机械手来吸附红外芯片1，并控制机械手把红外芯片1放置指定区域上，将红外芯片1贴装在金属凹槽7中心区域。
33.步骤s4中，所述光学窗口6为滤光片；所述密封为将所述光学窗口6与所述封装壳
体3顶部进行真空焊接。
34.步骤s3中，采用wire bond 工艺通过采用邦定线（金线）2将红外芯片1上的焊盘和封装腔体内的金属焊盘4联接在一起。
35.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。