非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构及其封装方法

摘要

本发明提供了一种非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构及其封装方法，该封装结构包括读出电路、位于读出电路上表面的焦平面阵列以及盖封于焦平面阵列各个像素上的像素封装盖帽，还包括挡光金属层，所述像素封装盖帽包括第一层盖帽结构和第二层盖帽结构，所述挡光金属层位于所述第一层盖帽结构和所述第二层盖帽结构之间。本发明确保了挡光区域的完全遮光性，提高非制冷红外焦平面阵列的可靠性；且减小了悬空金属挡光结构坍塌或破裂的风险；传缩减了单独制备悬空金属挡光结构的步骤，缩短了非制冷焦平面探测器的工艺流程，减少了一层牺牲层的使用，降低了释放牺牲层的难度，从而降低了整个焦平面探测器的制备工艺难度。

说明书

技术领域

本发明涉及非制冷红外焦平面阵列领域，尤其涉及一种非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构及其封装方法。

背景技术

像素级封装是将焦平面阵列的单个像素、参考元和盲元独立封装，其封装方式为在像素上通过MEMS技术制备倒扣的盖子，盖子内为真空环境。像素级封装具有集成化高、尺寸小、成本低的优点。

非制冷红外焦平面阵列主要分为有效元区域、参考元区域和盲元区域。其中有效元区域用来接收外部红外辐射，不能被挡光；而参考元和盲元区域需要用进行挡光处理，不能接收外部红外辐射。难点在于光学参考元为与有效元相同的微桥结构，需要单独的金属层对光学参考元进行挡光。现有的方法为在焦平面阵列结构与像素封装盖帽之间设置悬空的金属层对光学参考元进行挡光，该种方法工艺复杂，难度大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构及其封装方法，旨在用于解决现有的非制冷红外焦平面阵列采用悬空的金属层对光学参考元进行挡光的方式工艺复杂，难度大的问题。

本发明是这样实现的：

一方面，本发明提供一种非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构，包括读出电路、位于读出电路上表面的焦平面阵列以及盖封于焦平面阵列各个像素上的像素封装盖帽，还包括挡光金属层，所述像素封装盖帽包括第一层盖帽结构和第二层盖帽结构，所述挡光金属层位于所述第一层盖帽结构和所述第二层盖帽结构之间。

进一步地，所述第一层盖帽结构上设有第一释放孔，所述第二层盖帽结构上设有第二释放孔，所述第一释放孔与所述第二释放孔相连通，所述第二释放孔处沉积有薄膜封堵结构。

进一步地，所述第一释放孔与所述第二释放孔错开设置。

进一步地，所述第一释放孔与所述第二释放孔均位于所述挡光金属层外围。

进一步地，所述挡光金属层的材质为钛或铝。

进一步地，所述挡光金属层的厚度为300μm～800μm。

另一方面，本发明还提供一种如上任一所述的非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构的封装方法，包括以下步骤：

S1，在读出电路上制备焦平面阵列结构；

S2，在焦平面阵列结构上涂覆第一牺牲层后制备第一层盖帽结构，所述第一层盖帽结构上预留有第一释放孔；

S3，在第一层盖帽结构上方沉积挡光金属层，去除挡光金属层位于焦平面阵列有效元区域上方的部分，保留位于参考元区域和盲元区域上方的部分；

S4，在所述第一释放孔处涂覆第二牺牲层并图形化；

S5，在挡光金属层及第二牺牲层上沉积第二层盖帽结构，并在所述第二层盖帽结构上开设第二释放孔；

S6，在高真空环境下于所述第二释放孔处沉积薄膜封堵结构封堵第二释放孔，形成高真空封装盖帽。

进一步地，所述步骤S4中，所述第二牺牲层的顶部与所述挡光金属层的顶部平齐。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构及其封装方法，将挡光金属层设置在像素封装盖帽的第一层盖帽结构和第二层盖帽结构之间，相较于悬空金属挡光结构有更大的金属覆盖面积，确保了挡光区域的完全遮光性，提高非制冷红外焦平面阵列的可靠性；且减小了悬空金属挡光结构坍塌或破裂的风险；传统非红外焦平面阵列的光学参考元采用独立一层悬空金属结构进行挡光，会增加一层牺牲层工艺，增加了牺牲层释放的难度且使工艺流程复杂化，相较于传统方法，本发明缩减了单独制备悬空金属挡光结构的步骤，缩短了非制冷焦平面探测器的工艺流程，减少了一层牺牲层的使用，降低了释放牺牲层的难度，从而降低了整个焦平面探测器的制备工艺难度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构的封装方法中步骤S1得到的产物结构；

图2为本发明实施例提供的一种非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构的封装方法中步骤S2得到的产物结构；

图3为本发明实施例提供的一种非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构的封装方法中步骤S3得到的产物结构；

图4为本发明实施例提供的一种非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构的封装方法中步骤S4得到的产物结构；

图5为本发明实施例提供的一种非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构的封装方法中步骤S5得到的产物结构；

图6为本发明实施例提供的一种非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构的封装方法中步骤S6得到的产物结构。

附图标记说明：1-读出电路、2-焦平面阵列结构、3-第一层盖帽结构、4-挡光金属层、5-第二牺牲层、6-第二层盖帽结构、7-薄膜封堵结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图6所示，本发明实施例提供一种非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构，包括读出电路1、位于读出电路1上表面的焦平面阵列以及盖封于焦平面阵列各个像素上的像素封装盖帽，还包括挡光金属层4，所述像素封装盖帽包括第一层盖帽结构3和第二层盖帽结构6，所述挡光金属层4位于所述第一层盖帽结构3和所述第二层盖帽结构6之间，所述挡光金属层4仅对参考元区域和盲元区域进行挡光，对有效元区域不形成挡光。本发明将挡光金属层4设置在像素封装盖帽的第一层盖帽结构3和第二层盖帽结构6之间，相较于悬空金属挡光结构有更大的金属覆盖面积，确保了挡光区域的完全遮光性，提高非制冷红外焦平面阵列的可靠性；且减小了悬空金属挡光结构坍塌或破裂的风险；而且可以缩减制备工艺步骤，降低制备工艺难度。

细化上述实施例，所述第一层盖帽结构3上设有第一释放孔，所述第二层盖帽结构6上设有第二释放孔，所述第一释放孔与所述第二释放孔相连通，所述第二释放孔处沉积有薄膜封堵结构7。第二层盖帽结构6上的第二释放孔与第一层盖帽结构3上的第一释放孔通过牺牲层结构在释放工艺步骤时形成联通，保证了盖帽内牺牲层的充分释放。作为优选地，所述第一释放孔与所述第二释放孔错开设置，薄膜封堵结构7沉积时可落在第一层盖帽结构3上，逐步向上封堵释放孔避免薄膜内形成气孔造成漏气，保证了薄膜封堵结构7对释放孔的封堵效果，确保了盖帽内的真空的可靠性。进一步优选地，所述第一释放孔与所述第二释放孔均位于所述挡光金属层4外围，从而不需要在挡光金属层4上开孔，防止漏光。

作为优选地，所述挡光金属层4的材质为钛或铝，挡光效果较好。进一步优选地，所述挡光金属层4的厚度为300μm～800μm，保证挡光效果的同时方便像素封装盖帽的制作。

本发明实施例还提供一种如上述施例所述的非制冷红外焦平面阵列像素级封装结构的封装方法，包括以下步骤：

S1，在读出电路1上制备焦平面阵列结构2，参见图1所示；

S2，在焦平面阵列结构2上涂覆第一牺牲层后制备第一层盖帽结构3，所述第一层盖帽结构3上预留有第一释放孔，参见图2所示；

S3，在第一层盖帽结构3上方沉积挡光金属层4，第一释放孔位于挡光金属层4以外的区域，通过光刻等工艺去除挡光金属层4位于焦平面阵列有效元区域上方的部分，保留位于参考元区域和盲元区域上方的部分，形成对参考元区域和盲元区域的挡光功能，参见图3所示；

S4，在所述第一释放孔处涂覆第二牺牲层5并图形化；优选地，所述第二牺牲层5的顶部与所述挡光金属层4的顶部平齐，方便后续工艺步骤的完成，参见图4所示；

S5，在挡光金属层4及第二牺牲层5上沉积第二层盖帽结构6，并在所述第二层盖帽结构6上开设第二释放孔，第二释放孔与第一释放孔错开设置，通过第二释放孔释放第一牺牲层和第二牺牲层5，盖帽内形成微桥结构，参见图5所示；

S6，在高真空环境下于所述第二释放孔处沉积薄膜封堵结构7封堵第二释放孔，由于第二释放孔与第一释放孔错开设置，薄膜封堵结构7沉积时落在第一层盖帽结构3上，封堵后形成高真空封装盖帽，器件封装完成，参见图6所示；。

该方法在在完成非制冷红外焦平面阵列的制备后，不按照传统的工艺步骤制备悬空的金属层对光学参考元和盲元进行挡光，而是进行像素级封装的盖帽工艺，在第一层盖帽结构3上沉积挡光金属层4，通过光刻刻蚀等工艺对挡光金属层4进行图形化，使挡光金属层4不遮挡有效元区域，仅仅遮挡参考元和盲元区域，形成挡光结构。相对于传统工艺，缩减了单独制备悬空金属挡光结构的步骤，缩短了非制冷焦平面探测器的工艺流程，减少了一层牺牲层的使用，降低了释放牺牲层的难度，从而降低了整个焦平面探测器的制备工艺难度。两层盖帽间释放孔的错位设计，使得薄膜封堵工艺难度降低，提高了真空封装的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。