[发明专利]晶圆级封装红外探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外热成像领域，尤其涉及一种晶圆级封装红外探测器及其制备方法。 

背景技术

红外成像技术广泛应用于军事、工业、农业、医疗、森林防火、环境保护等各领域，其核心部件是红外焦平面阵列（IRFPA）。根据工作原理分类可分为：制冷型红外探测器和非制冷红外探测器。制冷型探测器主要利用窄禁带半导体光电效应将红外光信号转化为电信号，又称为光子探测器，通常工作在77K或更低温度下，这就需要笨重而又昂贵的制冷设备。此外，制作光子探测器所用的HgCdTe 、InSb 等材料价格昂贵、制备困难，且与CMOS 工艺不兼容，所以光子型红外探测器的价格一直居高不下。 

非制冷热型红外探测器通过红外探测单元吸收红外线，将红外能量转化为热能，热能引起探测器材料电学特性变化从而将红外能量转化为电信号，通过读出电路读取该信号并进行处理。非制冷型红外探测器也叫室温探测器，可在室温条件下工作而无需制冷，因此具有更易于便携等优点。非制冷红外探测器一般是热探测器，即通过探测红外辐射的热效应来工作。常用的红外热探测器包括热堆、热释电、以及微测辐射热计。 

对于非制冷红外探测器来说，传统的封装类型主要是芯片级封装，通常采用金属或陶瓷管壳。主要工艺流程包括如下步骤：(1) 硅晶圆上制备非制冷红外探测器的读出电路及敏感结构；(2) 将上述制备好的晶圆切割成单个探测器芯片；(3) 贴片、打线；(4) 真空封盖。上述步骤(3) 和(4) 是针对单个芯片的。由于一个晶圆上可以切出上百个探测器芯片，因此，这种封装形式不仅效率低下而且成本高昂。目前，利用传统封装类型的非制冷红外探测器的封装成本占到了整个探测器成本的90％。非制冷红外探测器的成本居高不下，封装是个很重要的原因。因此，要实现非制冷红外探测器的大批量应用，必须降低非制冷红外探测器的成本，首先就必须降低封装的成本。只有实现晶圆级封装才能大幅度降低封装成本。 

晶圆级真空封装主要是晶圆制造过程中制作封装所需要的焊料，然后在对晶圆进行切割前完成两片或多片晶圆的键合封装，这样做的好处是可以大大减小封装后的器件尺寸，满足目前在移动设备中对小型化芯片的需求。同时无需使用金属或陶瓷管壳，能有效地降低器件的成本。 

早期研究的非制冷红外探测器晶圆级封装多数是先在封盖晶圆上表面沉积抗反射膜，然后对封盖晶圆进行刻蚀形成腔体，通过特定工艺将封盖晶圆与探测器晶圆键合到一起，在这种封装方法中封盖晶圆只能起到窗口作用，对于红外探测器所需要的透镜仍需另行封装。此外这种封装方法只是在封装晶圆外表面做抗反射处理，通常抗反射性能不高。因此，早期红外探测器的晶圆级封装并不能很好地降低探测器成本，同时探测器性能也会受到影响。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种晶圆级封装红外探测器及其制备方法。 

为了解决上述问题，本发明提供了一种晶圆级封装红外探测器，包括聚光基板和探测器基板，所述聚光基板与所述探测器基板通过一焊料层连接，所述聚光基板允许红外光穿过并将红外光汇聚在探测器基板上。 

进一步，所述聚光基板朝向和/或背向所述探测器基板的表面覆盖有抗反射膜。 

进一步，所述抗反射膜为用于窄带增透的单层抗反射膜或者为用于宽带增透的多层膜系。 

进一步，所述聚光基板朝向所述探测器基板的表面设置有微结构，所述微结构用于提高所述聚光基板的红外光抗反射性能。 

进一步，所述微结构表面设置有抗反射膜。 

进一步，所述聚光基板为凸透镜基板。 

进一步，所述探测器基板包括读出电路、桥墩、桥腿和桥面，所述读出电路设置于所述探测器基板内部，所述桥墩设置在所述探测器基板表面且与所述读出电路电连接，所述桥腿设置在所述桥墩上且与所述桥面连接，使得所述桥面悬浮在所述探测器基板表面，在所述探测器基板的表面与所述桥面相对的部分设置有红外抗反射膜，所述红外抗反射膜与所述桥面形成红外共振腔。 

本发明还提供一种晶圆级封装红外探测器的制备方法，包括如下步骤：提供一第一基板和一探测器基板，所述探测器基板含有红外探测元件；在所述第一基板的一表面制作聚光结构，以形成聚光基板，用以将红外光汇聚；在所述第一基板的另一表面制作焊环；在所述探测器基板含有红外探测元件的表面制作焊环；以所述第一基板的焊环及所述探测器基板的焊环为中间层，将所述第一基板和探测器基板键合，所述第一基板允许红外光穿过并将红外光汇聚在探测器基板上。