[发明专利]一种量子效应光电探测器与读出集成电路的封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及电路设计和光电集成技术领域，具体地说是一种用于便携式光谱仪的量子效应光电探测阵列与读出集成电路的封装方法。

背景技术

化合物半导体量子效应光电器件因高电子迁移率的材料特性，相比硅CCD、CMOS图像传感器具有更高灵敏度和响应速度，材料器件结构与光谱响应精确可控，波长应用范围从紫外到远红外，甚至到达TH范围，在气象、天文、地球观察、夜视、导航、飞机控制、早期预警系统等商业、工业和军事领域有非常好的应用前景。当今食品安全、环境和生物监测等大量民用光谱仪的需求正在不断增长。然而，超高灵敏度探测阵列是便携式光谱仪大规模应用的瓶颈。其中新研制的量子效应探测阵列器件封装就是其中的关键技术。对于红外光电探测阵列由于衬底材料对红外辐射的吸收系数较小，一般都采用减薄衬底结合倒焊技术把探测阵列与读出电路面对面直接倒扣封装，或者通过混合封装方法把探测阵列与读出电路并排且感光面朝上封装在硅或宝石片等导热系数较好的陶瓷基板上，该封装成本高，而且对设备和技术的要求比较高。

现有量子效应光电探测阵列的封装技术对高灵敏度响应波长在400~1000nm范围的新原理量子效应光电探测阵列，尤其是新研发的具有高灵敏度的探测阵列，其衬底对近紫外、可见光和近红外波段的辐射吸收很强，难以采用倒焊封装。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种量子效应光电探测器与读出集成电路的封装方法，它采用300μm的薄基板作为读出电路与探测器阵列的中间载体，通过金属微孔连接读出电路与探测器阵列，可实现百万像素的量子效应光电探测器与硅基读出电路以较短的途径有效互联，有利线距与线宽的尺寸设计，有利缩短信号和电源/接地路径，降低封装噪声，减少信号延迟和寄生参数引起的信号损失，可靠性好，工艺简单，加工方便，进一步降低了封装失效和制造成本，有利于推动高灵敏度新原理光电探测器的广泛应用。 

本发明的目的是这样实现的：一种量子效应光电探测器与读出集成电路的封装方法，其特点是该方法采用POWRE PCB或集成电路设计软件在基板的正、反两面进行光电探测器阵列和读出集成电路的引线设计和电路板制作，并通过基板上的金属微孔将探测器阵列与读出集成电路互联，然后将其封装在管壳内，具体封装工艺包括以下步骤： 

（一）、基板电路的制作

采用POWRE PCB或集成电路设计软件在基板的正、反两面分别进行引线设计和制作光电探测器阵列与读出集成电路封装面的互联电路，所述基板为300~400μm厚度的PCB、硅或陶瓷板； 

（二）、金属微孔的制作

在基板上采用刻蚀、微机械TSV或激光打孔工艺在基板上加工通孔和套孔，然后采用微电子工艺对通孔进行金属化加工成金属互联线；所述通孔的孔径小于70μm；所述套孔为设置在封装面电路两旁的控制端套孔和引线套孔，其孔径大于70μm；所述刻蚀为反应离子或等离子的干法刻蚀、硅基各向异性腐蚀深孔的湿法刻蚀或上述干法和湿法相结合的刻蚀工艺； 

（三）、读出集成电路的焊接

采用压焊、倒焊或植球焊接工艺将读出集成电路与基板对应的封装面互联电路连接，然后在读出集成电路两侧设置陶瓷支架以保护读出集成电路，陶瓷支架与基板为粘接，其高度大于读出集成电路的厚度；

（四）、光电探测器阵列的焊接

上述焊接读出集成电路的基板设置在管座的壳内，其未焊接器件的封装面互联电路朝上，将引线通过套孔与管座上的引线针套合后焊接固定，然后采用压焊、倒焊或植球焊接工艺将光电探测器阵列与基板对应的封装面互联电路连接，焊接完成后盖上管座透光板。 

本发明与现有技术相比具有较低的电阻，降低了电感，减少了信号延迟和封装寄生参数带来的信号损失，抗干扰性能好，可靠性高，避免了封装失效，进一步降低噪声和制造成本，有利于推动高灵敏度光电探测器的广泛应用。 

具体实施方式  

下面以64×1像素的量子效应光电探测器与硅基读出集成电路封装的实施例，对本发明做进一步的阐述： 

实施例1 

本发明采用集成电路设计软件在基板的正、反两面进行光电探测器阵列和硅基读出集成电路的引线设计和封装面互联电路制作，并通过基板上的金属微孔将探测器阵列与硅基读出集成电路互联，然后将其封装在管壳内，具体封装工艺包括以下步骤： 

（一）、基板电路的制作