一种红外焦平面探测器芯片真空密封封装结构及封装方法

摘要

本发明涉及一种红外焦平面探测器芯片真空密封封装结构及封装方法，具体方法包括两个步骤，步骤一：将红外焦平面探测器芯片和吸气剂安装在封装壳体的腔体内，并使吸气剂位于红外焦平面探测器芯片与封装壳体底部之间；步骤二：将光学窗口与封装壳体密封连接形成一个真空密封腔体。本发明显著缩小了红外焦平面探测器芯片真空密封封装结构体积，将红外焦平面探测器芯片与吸气剂由传统的平行安装方式改变为垂直安装方式，实现了便携式热成像应用对红外焦平面探测器封装结构小型化要求，而且，这种封装结构还为红外焦平面探测器芯片提供了简洁而有效的热绝缘结构，实现其热绝缘工作模式，而且该密封封装结构简洁，成本低廉。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子领域，特别涉及一种红外焦平面探测器芯片真 空密封封装结构及封装方法。

背景技术

红外成像技术越来越广泛地应用于工业传感、图象监测、汽车工业、消 防搜救、甚至军事上的导航与夜视等领域。红外焦平面探测器制作技术是热 成像实现技术的核心，而红外焦平面阵列探测器芯片密封封装技术是实现红 外探测器成像的关键环节，红外焦平面阵列探测器芯片需要在真空下的密封 环境中工作，否则无法发挥其测辐射热计的成像功能。一般而言，红外焦平 面阵列探测器高真空封装技术采用金属壳体作为密封腔，其典型结构如图1 所示，壳体2为一个开口的长方体腔体，其侧壁上制作了陶瓷结构件3，陶 瓷结构件3与壳体2之间经过金属陶瓷共烧工艺进行了密封焊接，陶瓷结构 件3上制作了金属焊盘31，金属焊盘31与壳体2侧壁外附着在陶瓷结构件 3上的金属引线32是电连通的，这样，红外焦平面探测器芯片1经过金丝4 与外部形成电连通，实现信号通信与控制，红外焦平面探测器芯片1贴装在 热电制冷器（TEC）5上，热电制冷器（TEC）5贴装在壳体2底板上，热电 制冷器（TEC）5可以使红外焦平面探测器芯片1在稳定温度条件下工作，光 学窗口6与壳体2之间密封焊接，这样，红外焦平面探测器芯片1就被密封 在一个密闭环境中，外部光学信号通过光学窗口6入射到红外焦平面探测器 芯片1，光学窗口6与壳体2形成的密封腔体需要保持高真空状态，在产品 使用过程中，为了保证高真空长期寿命，需要在腔体内安装吸气剂7来吸附 腔体内壁以及内部元件释放出来的气体，吸气剂7与安装有红外焦平面探测 器芯片1的热电制冷器5在一个平面内，这样就导致壳体2内部腔体必须增 大水平面方向的空间才可以容纳下吸气剂7与热电制冷器5等众多元件，这 种封装结构内部元件多，体积大，而随着红外热成像技术的发展，市场要求 红外热成像设备体积尽量小一些，尤其一些便携式红外热成像设备，现有封 装结构无法满足紧凑结构的要求，而且这种封装结构元件多、功耗高、成本 高昂和制作工艺困难。而且对于一些红外焦平面探测器芯片，有些情况下， 需要在与外界热绝缘较好环境下工作，上述现有封装结构难以满足应用要 求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种红外焦平面探测器芯片真空密 封封装结构和封装方法，实现结构紧凑、小型化、成本低真空封装。

本发明解决上述技术问题的技术方案一方面如下：一种红外焦平面探测 器芯片真空密封封装结构，包括封装壳体、吸气剂、红外焦平面探测器芯片、 光学窗口，所述封装壳体和所述光学窗口组成一个真空密封腔体，所述红外 焦平面探测器芯片和所述吸气剂安装在所述真空密封腔体内，所述吸气剂位 于红外焦平面探测器芯片与封装壳体底部之间。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，所述封装壳体底部中间设有两个金属台，所述两个金属台与封 装壳体外部设有的金属针脚电连通，所述两个金属台分别与所述吸气剂两端 焊接，所述封装壳体腔内四角处设有四个小平台，所述红外焦平面探测器芯 片四个角部安装于所述四个小平台上，所述红外焦平面探测器芯片上的金属 焊盘通过金丝与封装壳体上的金属焊盘电连接，所述封装壳体上的金属焊盘 与金属针脚电连通，所述光学窗口边缘与封装壳体内侧的台阶型焊接区域密 封连接。

进一步，所述封装壳体主体材料为陶瓷。

进一步，所述吸气剂为电激活式吸气剂，可以通电激活吸气剂，以保持 其对腔体内部残余气体的吸附作用，保证密封腔体环境长期稳定，尤其是保 持真空环境的真空度。

进一步，所述红外焦平面探测器芯片四个角部与四个小平台通过低放气 率的胶粘接或者合金焊料焊接，所述光学窗口边缘与封装壳体内侧台阶型焊 接区域通过密封粘接材料密封粘接或合金焊料焊接。

进一步，所述红外焦平面探测器芯片周边与封装壳体的四个内壁留有缝 隙，红外焦平面探测器芯片悬空固定于封装壳体中，与外界形成一个良好的 热绝缘结构，保证了密封腔体内红外焦平面探测器芯片上部空间与下部空间 连通，使吸气剂的真空保持能力在整个密封腔体内有效。

本发明解决上述技术问题的技术方案另一方面如下：一种红外焦平面探 测器芯片真空密封封装方法，其特征在于包括，

步骤一：将红外焦平面探测器芯片和吸气剂安装在封装壳体的腔体内， 并使吸气剂位于红外焦平面探测器芯片与封装壳体底部之间；

步骤二：将光学窗口与封装壳体密封连接形成一个真空密封腔体。

进一步，所述一种红外焦平面探测器芯片真空密封封装方法，其特征在 于还包括制备封装壳体，使所述封装壳体包括封装壳体底部中间的两个金属 台、封装壳体腔内四角处的四个小平台、封装壳体内侧的金属焊盘、封装壳 体内侧台阶型焊接区域和封装壳体外部的金属针脚，封装壳体内侧的金属焊 盘与金属针脚电连通。

进一步，所述步骤一具体包括：

将吸气剂两端焊接在所述两个金属台上；

将红外焦平面探测器芯片四个角部通过低放气率的胶粘接或者合金焊 料焊接在所述四个小平台上，通过金丝使红外焦平面探测器芯片上的金属焊 盘与封装壳体内侧的金属焊盘电连接。

进一步，所述吸气剂使用电激活式吸气剂。

进一步，所述红外焦平面探测器芯片周边与封装壳体的四个内壁留有缝 隙。

进一步，所述步骤二具体为，将光学窗口与封装壳体内侧台阶型焊接区 域通过密封粘接材料密封粘接或合金焊料焊接形成一个真空密封腔体。

进一步，所述封装壳体主体材料使用陶瓷。

本发明的有益效果是：本发明极大地缩小密封腔体内部空间，将红外焦 平面探测器芯片与吸气剂由传统的平行安装方式改变为垂直安装方式，减小 了封装结构的体积，实现了便携式热成像应用对红外焦平面探测器封装结构 小型化要求，而且，这种封装结构还为红外焦平面探测器芯片提供了简洁而 有效的热绝缘结构，实现其热绝缘工作模式。本发明还显著简化了红外焦平 面阵列探测器芯片的封装结构，降低了封装成本。

附图说明

图1为现有的红外焦平面探测器芯片密封封装典型结构示意图；

图2为现有的红外焦平面探测器芯片密封封装典型结构爆炸结构示意 图；

图3为本发明红外焦平面探测器芯片密封封装结构示意图；

图4为本发明红外焦平面探测器芯片密封封装结构爆炸结构示意图；

图5为本发明封装壳体结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

A、封装壳体，B、红外焦平面探测器芯片，C、光学窗口，D、吸气剂， E、金丝。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本 发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1和图2所示，现有红外焦平面阵列探测器高真空封装技术采用金 属壳体作为密封腔体，壳体2为一个开口的长方体腔体，其侧壁上制作了陶 瓷结构件3，陶瓷结构件3与壳体2之间经过金属陶瓷共烧工艺进行了密封 焊接，陶瓷结构件3上制作了金属焊盘31，金属焊盘31与壳体2侧壁外附 着在陶瓷结构件3上的金属引线32是电连通的，这样，红外焦平面探测器 芯片1经过金丝4与外部形成电连通，实现信号通信与控制，红外焦平面探 测器芯片1贴装在热电制冷器（TEC）5上，热电制冷器（TEC）5贴装在壳 体2底板上，热电制冷器（TEC）5可以使红外焦平面探测器芯片1在稳定温 度条件下工作，光学窗口6与壳体2之间密封焊接，这样，红外焦平面探测 器芯片1就被密封在一个密闭环境中，外部光学信号通过光学窗口6入射到 红外焦平面探测器芯片1，光学窗口6与壳体2形成的密封腔体需要保持高 真空状态，在产品使用过程中，为了保证高真空长期寿命，需要在腔体内安 装吸气剂7来吸附腔体内壁以及内部元件释放出来的气体，吸气剂7与安装 有红外焦平面探测器芯片1的热电制冷器5在一个平面内。

如图3、图4和图5所示，封装壳体A和光学窗口C形成一个封闭腔体， 将红外焦平面探测器芯片B密封在一个真空环境中，封装壳体A主体材料一 般为陶瓷，封装壳体A底部中间设有两个金属台A2，电激活式吸气剂D焊接 在封装壳体A内部底部的两个金属台A2，这两个金属台A2与封装壳体A外 部的金属针脚A5也是电连通的，这样，通过外部的金属针脚A5，就可以通 电激活吸气剂D，以保持对腔体内部残余气体的吸附作用，保证密封腔体环 境长期稳定，尤其是真空环境时的真空度保持，封装壳体A腔内四角设有四 个小平台A1，红外焦平面探测器芯片B四个角部安装于封装壳体A的四个小 平台A1上，可以通过低放气率的胶或者合金焊料来粘接，这样红外焦平面 探测器芯片就悬空固定于封装壳体A中，与外界形成一个良好的热绝缘结构， 红外焦平面探测器芯片B上的金属焊盘B1通过金丝E与封装壳体A上的焊 盘A3形成电连接，而封装壳体A上的焊盘A3与其外部的金属针脚A5之间 是内部电导通的，从而实现红外焦平面探测器芯片B与外部电路的电连接， 光学窗口C通过密封粘接材料或合金焊料焊接在封装壳体A上的台阶型焊接 区域A4形成密封结构，红外焦平面探测器芯片B的中间部分为像元阵列， 可以通过红外光学窗口C，接收外部场景的辐射，以获得外部热图象，封装 壳体A的内壁稍大于红外焦平面探测器芯片B，这样在红外焦平面探测器芯 片B周边与封装壳体A的四个内壁形成一些缝隙，这样既最大限度地节省了 封装壳体A内部的空间，缩小整个封装结构的体积，也保证了密封结构内红 外焦平面探测器芯片B上部空间与下部空间连同，使吸气剂D的真空保持能 力在整个密封腔体内有效。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。