專利名稱：低溫紅外探測器的環氧膠封裝方法及專用裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及低溫紅外探測器的封裝工藝，具體是指一種用低溫環氧膠封裝低溫紅外探測器的方法及實現該方法所需的專用裝置。該方法可對探測器實現無氣孔粘接非接觸式均勻施壓封裝。
背景技術：
高靈敏的紅外焦平面探測器是一種工作在低溫(77K)狀態下的探測器。為使探測器制冷到要求的低溫，通常采用高真空隔熱的方法，把探測器封裝在高真空杜瓦內。器件封裝一般采用各種低溫環氧膠粘接，操作是在大氣壓下進行的。這種操作方法存在二個問題一是不能有效除氣，由于大氣壓下操作的環氧膠內存在微氣孔，當環氧膠出現某種裂縫或其它因素導致微氣孔破裂時，微氣孔就成了破壞杜瓦真空度的“氣源”；二是當用環氧膠將紅外焦平面器件芯片與基座粘結時，由于芯片表面較嬌嫩，不容許對芯片表面直接接觸施壓。這種操作的后果是環氧膠層比較厚或厚薄不均勻，導致環氧膠的導熱性能比較差和熱傳導下降，影響探測器的快速制冷。
發明內容
基于上述器件封裝上存在的問題，本發明的目的是提出一種用低溫環氧膠對探測器實現非接觸式均勻施壓的封裝方法及實現該方法所需的專用裝置。
本發明的封裝方法如下首先，把焦平面探測器芯片與需粘結的基座作常規操作，即在基座上滴上低溫環氧膠，把探測器芯片安放到預定位置。這時，在探測器芯片與基座表面之間形成一層環氧膠層。然后把探測器芯片與基座置于真空腔內的樣品臺上，蓋上密封蓋后抽真空，在顯微測試儀15下，調整抽氣針閥5開啟度，通過觀察窗3觀察氣泡溢出情況，防止大量氣泡溢出導致器件芯片位置移動，直到針閥5完全打開，真空度抽至10-3τ，并維持時間30分鐘以上；然后緩慢打開進氣針閥7，在不低于5分鐘時間內，從0-1大氣壓上升速度充入大氣，由于大氣氣壓的作用，在焦平面探測器芯片表面產生均勻的壓力，即對探測器芯片表面進行了非接觸式均勻施壓，壓強控制在1-2，施壓時間為20-30分鐘，施壓力的大小可以通過壓強控制。由于壓力作用，探測器芯片與基座之間的環氧膠層被擠壓，形成一較薄的環氧膠層。同時，由于是均勻施壓，所以環氧膠薄層也是均勻的。然后，在施壓狀態下對樣品加熱，加熱時間2小時以上，溫度低于60℃，使環氧膠快速固化，完成探測器芯片與基座的粘結。
所述的專用裝置包括顯微測試儀15和真空腔，真空腔由腔體1和帶觀察窗3的密封蓋2組成。腔體側壁置有與真空機組連接的抽氣管道4，抽氣管道上帶有抽氣針閥5；與抽氣管道相對的腔體側壁上置有與氣體瓶連接的進氣管道6，進氣管道上帶有進氣針閥7和壓力表8；腔體內置有樣品臺9，樣品臺內置有對樣品10加熱的電加熱元件11，樣品臺上置有測樣品溫度的測溫元件12，腔體側壁下部置有電加熱元件與外接電源連接的穿墻接線柱13，腔體側壁上部置有測溫元件與外部測溫儀表連接的穿墻接線柱14。顯微測試儀15位于觀察窗3的上面。
本發明有如下優點1.對各類要求真空密封的環氧膠作除氣處理，有利于真空封裝的探測器保持長期真空，減少放氣源。
2.由于去除了環氧膠中的殘留氣泡，提高了膠的熱導率，有利于用環氧膠封裝的焦平面器件與冷媒的熱平衡。
3.對探測器芯片的均勻施壓，使膠層均勻，避免接觸式施壓對探測器芯片造成可能的破壞。
4.環氧膠層的厚薄可以通過真空腔內氣壓控制。
5.以此方法可以使環氧膠層很薄，因此增加了熱傳導率，使探測器可以快速降溫。
圖1為本發明方法所需的專用裝置的結構示意圖。
具體實施例方式
首先把焦平面探測器芯片與需粘結的基座作常規操作，即，把環氧膠均勻涂在基座粘結面上，再把焦平面器件芯片輕放在預定粘結位置，再將其放在測量儀上，微調探測器芯片位置，使探測器芯片位置精確到位。這時，在探測器芯片與基座表面之間形成一層環氧膠層。然后把探測器芯片與基座整體作為樣品10置于如圖1所示的真空腔內，并把樣品10用夾具固定在樣品臺9上，蓋上密封蓋2。將抽氣管道4與真空機組連接，開啟真空泵。此時進氣針閥7與抽氣針閥5都處于關閉狀態。然后緩慢打開抽氣針閥5，控制排氣速度，必須緩慢進行。否則由于急速抽氣，大量氣泡溢出會導致器件芯片位置的移動。在顯微測試儀15下，通過觀察窗3進行觀察，觀察氣泡溢出情況，調整針閥開啟度，直到完全打開。繼續抽氣使真空度達到10-3τ。并保持真空狀態，時間30分鐘以上，使環氧膠層內的氣泡逐漸排出。由于氣泡排出，在探測器與基座表面之間形成不完整的環氧膠層。繼續在真空狀態下，由于環氧膠表面張力的作用，環氧膠在粘結面內緩慢自然流動，逐漸充滿由于氣泡排出留下的空隙，在探測器與基座表面之間重新形成均勻的環氧膠層。此時在探測器下面已形成一層沒有氣孔、均勻的環氧膠層。關閉抽氣針閥5，緩慢開啟進氣針閥7，隨著腔內逐漸失去真空，由于氣壓的壓力作用，在焦平面探測器芯片表面均勻地施加壓力，即對探測器芯片進行非接觸式均勻施壓，施壓力的大小可以通過壓強控制。由于壓力作用，探測器與基座之間的環氧膠層被擠壓，形成一較薄的環氧膠層。進一步，可以通過進氣管道6連接壓縮鋼瓶，通過進氣針閥7加壓，增大壓強，使施加到探測器芯片表面的力增加，均勻施壓的力可以通過壓強與粘結器件面積計算得到。再次觀察，確認位置準確。然后，通過電加熱元件對樣品平臺9加熱，通過測溫元件對樣品測溫，溫度控制在低于60℃溫度，固化時間2小時以上，關閉加熱電源，打開真空腔上密封蓋2，取出樣品10，完成整個過程。
權利要求
1.一種低溫紅外探測器的環氧膠封裝方法，其特征在于具體步驟如下首先，把焦平面探測器芯片與需粘結的基座作常規操作，即在基座上滴上低溫環氧膠，把探測器芯片安放到預定位置；這時，在探測器芯片與基座表面之間形成一層環氧膠層，然后把探測器芯片與基座作為樣品(10)置于真空腔內的樣品臺(9)上，蓋上密封蓋(2)后抽真空，在顯微測試儀(15)下，調整抽氣針閥(5)的開啟度，通過觀察窗(3)觀察氣泡溢出情況，防止大量氣泡溢出導致器件芯片位置移動，直到針閥(5)完全打開，真空度抽至10-3τ，并維持時間30分鐘以上；然后打開進氣針閥(7)，在不低于5分鐘時間內，以0-1大氣壓上升速度充入大氣，壓強控制在1-2，施壓時間為20-30分鐘，然后，在施壓狀態下對樣品加熱，加熱時間2小時以上，溫度低于60℃，使環氧膠快速固化，完成探測器芯片與基座的粘結。
2.實現權利要求1所述的一種低溫紅外探測器的環氧膠封裝方法中的專用裝置，包括顯微測試儀(15)和真空腔，真空腔由腔體(1)和帶觀察窗(3)的密封蓋(2)組成；腔體側壁置有與真空機組連接的抽氣管道(4)，抽氣管道上帶有抽氣針閥(5)；與抽氣管道相對的腔體側壁上置有與氣體瓶連接的進氣管道(6)，進氣管道上帶有進氣針閥(7)和壓力表(8)；腔體內置有樣品臺(9)，樣品臺內置有對樣品(10)加熱的電加熱元件(11)，樣品臺上置有測樣品溫度的測溫元件(12)，腔體側壁下部置有電加熱元件與外接電源連接的穿墻接線柱(13)，腔體側壁上部置有測溫元件與外部測溫儀表連接的穿墻接線柱(14)；顯微測試儀(15)位于觀察窗(3)的上面。
全文摘要
本發明公開了一種低溫紅外探測器的環氧膠封裝方法及專用裝置，該方法包括把需封裝的低溫紅外探測器置于專用的腔體內，利用對腔體抽真空排出器件內環氧膠層的氣泡，對腔體充氣實現對器件非接觸式均勻施壓的封裝方法。該方法所需的專用裝置包括真空腔體和顯微測試儀。本發明的優點是對各類要求真空密封的環氧膠作除氣處理，有利于真空封裝的探測器保持長期真空，減少放氣源；由于去除了環氧膠中的殘留氣泡，提高了膠的熱導率，有利于用環氧膠封裝的焦平面器件與冷媒的熱平衡。
文檔編號H01L21/02GK1851938SQ200610025158
公開日2006年10月25日 申請日期2006年3月28日 優先權日2006年3月28日
發明者張勤耀, 吳云 申請人:中國科學院上海技術物理研究所