红外摄像机架构系统和方法专利检索-熔覆技术金工专利检索查询-专利查询网

红外摄像机架构系统和方法

阅读：827发布：2022-11-14

专利汇可以提供红外摄像机架构系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种红外摄像机架构，在一种实施方式中，其包括：红外探测器、基板、连接到基板的多个电组件以及由导热材料制成的基座，该基座具有连接到基板的腿。红外探测器由基座支撑并热连接到基座上，基座将红外探测器与多个电组件热隔离。红外探测器可包括具有红外探测器阵列和读出集成电路的基板，其中，读出集成电路与位于其上表面上的阵列互连、间隔位于阵列之上的大体上平面的窗口以及粘结到窗口的台面。台面可限定窗口和阵列之间的围绕阵列的封闭的腔，以使得焊料密封件将台面粘结到基板上，从而密封腔。，下面是红外摄像机架构系统和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种红外摄像机，包括：
红外探测器；
基板；
连接到基板上的多个电子组件；
由导热材料制成的基座，其中，红外探测器由基座支撑并热连接到基座，该基座具有向上延伸的至少一个边梁；及
至少部分地封装红外探测器、基板、基座和多个电子组件以形成红外摄像机核心的核心壳体，其中所述红外探测器的顶部和所述至少一个边梁的一部分被暴露并且未由核心壳体覆盖。
2.如权利要求1的红外摄像机，其中，基座由铜制成，其具有连接到基板的三条或更多条腿，并提供热消散和热扩散，从而为红外探测器提供热均匀表面，并且其中，红外摄像机包括：
位于红外探测器和基座之间的粘结剂，用于将红外探测器连接到基座以及减少基座和红外探测器之间的热膨胀系数的不匹配。
3.如权利要求1的红外摄像机，其中，红外探测器包括晶圆级封装真空封装组件，其通过线焊电连接到基板和/或多个电子组件上，其中，核心壳体包括变硬的液态环氧，其配置为封装多个电子组件和至少一部分红外探测器、基板和基座，其中，红外摄像机核心包括未冷却的红外摄像机核心，并且其中，红外探测器包括：
具有红外探测器阵列和读出集成电路的基板，其中，读出集成电路与位于其上表面上的阵列互连；
大体上平面的窗口，其间隔位于阵列之上，窗口大体上对红外光是透明的；
粘结到窗口的台面，台面具有封闭的边缘侧壁，该侧壁位于窗口的下表面的外周和基板的上表面的外周之间，并且限定了窗口和基板之间的围绕所述阵列的封闭的腔；及将台面粘结到基板上的焊料密封件，从而密封腔。
4.如权利要求3的红外摄像机，其中，多个电子组件包括：
芯片堆，具有适于支持红外探测器的逻辑芯片和存储芯片；及
电源管理设备，其适于接收红外摄像机核心外部的电源电压并为红外摄像机核心提供所需的所有电压；
其中，红外摄像机核心接收电源电压并提供红外影像数据；
其中，台面和窗口包括半导体，其中，台面的侧壁的上表面通过半导体的氧化层粘结到窗口的下表面；
其中，台面的侧壁的下表面通过焊料环粘结到基板的上表面以形成焊料密封件，其中，红外探测器阵列包括微测辐射热计的阵列，其中，台面、基板和窗口的至少一个包括硅；及其中，至少一个焊料捕捉环位于基板上靠近焊料环的位置。
5.如权利要求4的红外摄像机，其中，芯片堆和电源管理设备线焊到基板上，基板包括具有球栅阵列的双马来酰亚胺三嗪基板，基座由铜制成并包括黑色氧化物和/或镀镍处理，其中，至少一种吸气剂位于窗口的下表面，并且至少一层抗反射涂层位于窗口的上表面和/或下表面。
6.如权利要求5的红外摄像机，其中，逻辑芯片利用倒装技术连接到基板上，其中，至少一个电测试垫片位于基板的上表面靠近窗口的外周的位置并且连接到读出集成电路；并且，利用深反应离子刻蚀(DRIE)工艺形成窗口的腔和下表面，随后进行氢氟酸蚀刻以移除穿过窗口的一部分的氧化物。
7.如权利要求1的红外摄像机，包括：
摄像机壳体；
摄像机壳体内的透镜；及
摄像机壳体内的红外摄像机核心；
其中，基座包括与摄像机壳体内的对准特征相对应的对准特征，从而提供红外探测器与透镜的光学对准。
8.如权利要求7的红外摄像机，其中，对准特征提供X、Y和Z对准定位。
9.如权利要求1的红外摄像机，包括
摄像机壳体；
摄像机壳体内的透镜；及
摄像机壳体内的红外摄像机核心；
其中，基座被配置为在红外探测器、摄像机壳体和透镜之间提供第一热路径。
10.如权利要求9的红外摄像机，包括后盖，其连接到摄像机壳体上并且具有电子接口连接器，其中，基板配置为提供从多个电子组件至后盖的第二热路径，其中，后盖配置为将第二热路径热连接到摄像机壳体上。
11.一种红外摄像机，包括：
适于捕捉红外影像的红外探测器；
连接到红外探测器且具有向上延伸的至少一个边梁的基座；
连接到基座上的基板；
连接到基板上的芯片堆，其中，基座配置为热保护红外探测器使其不受芯片堆的影响；
红外摄像机核心壳体，其配置为至少部分地容纳红外探测器、基座、基板和芯片堆以形成红外摄像机核心，其中所述红外探测器的顶部和所述至少一个边梁的一部分被暴露并且未由红外摄像机核心壳体覆盖，其中所述至少一个边梁的被暴露的部分具有红外探测器对准特征；
在摄像机壳体内具有光学对准特征且至少部分地封闭红外摄像机核心的摄像机壳体；
及
摄像机壳体内的透镜；
其中，连接光学对准特征和红外探测器对准特征以提供红外探测器与透镜的光学对准。
12.如权利要求11的红外摄像机，其中，基座由导热材料制成，并且利用粘结剂连接到红外探测器，从而减少基座和红外探测器之间的热膨胀系数的不匹配，基座适于提供热消散和热扩散从而为红外探测器维持热均匀表面，并且，红外探测器电连接到芯片堆和/或基板上。
13.如权利要求11的红外摄像机，其中，红外探测器包括晶圆级封装真空封装组件，其中，红外摄像机核心壳体包括变硬的液态环氧，其封装芯片堆并留下未被阻塞的红外探测器对准特征和开口，红外探测器通过该开口接收经过透镜的红外能量，其中，红外摄像机核心包括未冷却红外摄像机核心，并且其中，红外探测器包括：
具有红外探测器阵列和读出集成电路的基板，其中，读出集成电路与位于其上表面上的阵列互连；
大体上平面的窗口，其间隔位于阵列之上，窗口大体上对红外光是透明的；
粘结到窗口的台面，台面具有封闭的边缘侧壁，该侧壁位于窗口的下表面的外周和基板的上表面的外周之间，并且限定了窗口和基板之间的围绕阵列的封闭的腔；及将台面粘结到基板上的焊料密封件，从而密封腔。
14.如权利要求13的红外摄像机，包括连接到基板的电源管理电路，其中，基座配置为热保护红外探测器免受电源管理电路的影响，电源管理电路适于接收电源电压并为红外摄像机核心提供所需的所有电压，
其中，红外摄像机核心提供红外影像数据；其中，台面和窗口包括半导体，其中，台面的侧壁的上表面通过半导体的氧化层粘结到窗口的下表面；
其中，台面的侧壁的下表面通过焊料环粘结到基板的上表面以形成焊料密封件，其中，红外探测器阵列包括微测辐射热计的阵列，其中，台面、基板和窗口的至少一个包括硅；及其中，至少一个焊料捕捉环位于基板上靠近焊料环的位置。
15.如权利要求14的红外摄像机，其中，基座配置为提供红外探测器、摄像机壳体和透镜之间的第一热路径，其中，基板和摄像机壳体被配置为形成芯片堆和摄像机壳体之间的第二热路径，其中，至少一种吸气剂位于窗口的下表面上，并且至少一层抗反射涂层位于窗口的上表面和/或下表面上。
16.如权利要求15的红外摄像机，其中，摄像机壳体具有后盖，其热连接到基板上以形成第二热路径，后盖具有电子接口连接器以基于捕捉的红外影像提供红外影像数据并接收电源电压；及
其中，至少一个电测试垫片位于基板的上表面靠近窗口的外周的位置并且连接到读出集成电路；并且，利用深反应离子刻蚀(DRIE)工艺形成窗口的腔和下表面，随后进行氢氟酸蚀刻以移除穿过窗口的一部分的氧化物。
17.一种组装红外摄像机的方法，该方法包括：
将芯片堆安装在基板上；
将基座固定到基板上并位于芯片堆之上，基座由导热材料制成并且具有向上延伸的至少一个边梁；
粘结红外探测器到基座上，其中红外探测器由基座支撑并热连接到基座，其中基座配置为将红外探测器与芯片堆热隔离；及
至少部分地将基板、芯片堆、基座和红外探测器封装在核心壳体中以形成红外摄像机核心，其中所述红外探测器的顶部和所述至少一个边梁的一部分被暴露并且未由核心壳体覆盖。
18.如权利要求17的方法，其中，粘结红外探测器还包括：
提供窗口晶圆，其具有夹在两层半导体之间的氧化层；
在窗口晶圆的表面中形成腔阵列，每个腔限定大体上对红外光透明且由台面环绕的窗口，台面具有封闭的边缘侧壁并且通过氧化层连接到晶圆，阵列的相邻列和行通过切割道彼此分离；
提供具有上表面的探测器晶圆，该上表面具有红外探测器的阵列，其大小和位置对应于置于窗口晶圆中的腔阵列内，该上表面还具有相应的读出集成电路的阵列，其分别与置于其上的红外探测器阵列的关联探测器互连，红外探测器阵列的相邻列和行通过切割道彼此分离；
将窗口晶圆在探测器晶圆之上对准，从而窗口晶圆的腔分别位于红外探测器阵列的相应探测器之上；及
将台面的下表面与探测器晶圆的上表面粘结，从而每个腔被封闭，并且在两个晶圆之间限定多个红外探测器。
19.如权利要求18的方法，包括：
将具有至少一个透镜的光学壳体安装到红外摄像机壳体内；
通过将基座上的第一对准特征与红外摄像机壳体内的第二对准特征相匹配而在红外摄像机壳体内对准红外摄像机核心，从而将红外探测器相对于至少一个透镜定位；及将红外摄像机核心固定在红外摄像机壳体内；及
其中，腔阵列的形成包括：
将窗口晶圆的表面向下蚀刻到氧化层以形成腔和相关台面的阵列；及
以下述方式从窗口晶圆的表面移除氧化层：窗口的下表面仍然大体上光滑和平坦，而每个台面的各个边缘侧壁仍然通过氧化层粘结到窗口晶圆上，其中，每个台面的蚀刻包括利用深反应离子刻蚀(DRIE)工艺，并且，移除氧化层包括氢氟酸蚀刻工艺。
20.如权利要求18的方法，其中，粘结减少了基座和红外探测器之间的热膨胀系数的不匹配，基座适于提供热消散和热扩散从而为红外探测器维持热均匀表面，其中，红外摄像机核心包括未冷却的红外摄像机核心，并且其中，粘结包括：
在每个台面的下表面上形成焊料环；
在探测器晶圆的上表面上形成焊料环的阵列，其大小和位置分别对应于窗口晶圆的台面上的焊料环；
在探测器晶圆上靠近其上的每个焊料环的位置上形成至少一个焊料捕捉环；
至少部分地排空每个腔；及
将台面上的焊料环与探测器晶圆的上表面上的相应焊料环熔融。
21.如权利要求18的方法，包括将红外探测器电连接到基板上，并且其中，其中，基座配置为提供红外探测器、红外摄像机壳体和至少一个透镜之间的第一热路径，其中，基板和摄像机壳体被配置为形成芯片堆和摄像机壳体之间的第二热路径，其中，粘结红外探测器还包括：
在每个窗口的上表面和下表面的至少一个上形成抗反射涂层；及
在每个窗口的下表面上形成吸气剂，其中在粘结晶圆期间点燃吸气剂；及其中，组装方法还包括：
切通窗口晶圆的切割道以将测试垫片暴露在探测器晶圆的上表面上；
利用暴露的测试垫片对多个红外探测器中的至少一些进行晶圆级测试；及切通探测器晶圆的切割道以从其中分离多个红外探测器。

说明书全文

红外摄像机架构系统和方法

[0001] 相关申请

[0002] 本专利申请是PCT专利申请，其要求下述申请的优先权并通过将下述申请整体并入本文中：于2010年7月27日提交的美国专利申请No.12/844,124，以及于2011年3月30日提交的美国临时专利申请No.61/469,651。

技术领域

[0003] 本发明的一种或多种实施方式大体上涉及红外摄像机，具体地，涉及红外探测器和其他类型的红外摄像机架构和系统以及制造红外摄像机架构的方法。

背景技术

[0004] 热红外摄像机是已知的且被广泛地用于各种应用中。典型的热红外摄像机(通常简称为红外摄像机或IR摄像机)利用红外探测器来检测红外能量，通过红外摄像机的镜头(能够传送红外能量的镜头)将该红外能量提供给红外探测器。红外摄像机还可包括显示器，该显示器为用户显示由红外摄像机基于红外能量而产生的图像，或者红外摄像机可存储或发送的图像(例如通过无线或有线网络)以进行远程检视和/或存储。

[0005] 传统的红外摄像机通常包括大量的独立、非集成电子元件，它们需要不同的印刷电路板和电源电压以支持这些电元件。传统的红外摄像机还可需要外部散热器或其他类型的外部热管理设备来控制与红外探测器和红外摄像机的其他敏感元件相关的温度状况。

[0006] 此外，传统的红外摄像机可能具有繁琐的光学调准过程和/或复杂的校准程序，这可能需要由将红外摄像机集成到期望系统中的用户来完成。因此，传统的红外摄像机可能是制造相对昂贵、且将其集成到期望系统也较复杂的设备。因此，需要一种改进的红外摄像机架构。

发明内容

[0007] 根据本发明的一种或多种实施方式公开了红外摄像机架构系统和方法。例如，根据本发明的一种或多种实施方式，公开了一种红外摄像机架构，其将红外摄像机的各种元件(例如，电子元件、热管理和/或光学对准)集成到可利用大批量制造工艺生产的单个封装中。对本发明的一种或多种实施方式而言，这种红外摄像机架构可以提供良好的解决方案(相对于传统的、复杂的红外摄像机替代方式)，其可以由系统工程师轻易地设计到各种产品中，而不具有通常的复杂性，并且不需要深入的红外线领域知识。

[0008] 更具体地，根据本发明的一种实施方式，红外摄像机包括：红外探测器；基板；连接到基板上的多个电组件；由导热材料制成的基座，该基座具有连接到基板的腿，其中，红外探测器由基座支撑并热连接到基座上，基座将红外探测器与多个电组件热隔离；以及连接到红外探测器、基板、基座和多个电组件上以形成红外摄像机核心的核心壳体。

[0009] 根据本发明的另一实施方式，红外摄像机包括：适于捕捉红外影像的红外探测器；连接到红外探测器且具有红外探测器对准特征的基座；连接到基座上的基板；连接到基板上的芯片堆，其中，基座配置为热保护红外探测器使其不受芯片堆的影响；红外摄像机核心壳体，其配置为至少部分地容纳红外探测器、基座、基板和芯片堆以形成红外摄像机核心；
在摄像机壳体内具有光学对准特征且至少部分地封闭红外摄像机核心的摄像机壳体；及摄像机壳体内的透镜；其中，连接光学对准特征和红外探测器对准特征以提供红外探测器与透镜的光学对准。

[0010] 根据本发明的另一实施方式，组装红外摄像机的方法包括：将芯片堆安装在基板上；将基座固定到基板上并位于芯片堆之上，基座由导热材料制成；将红外探测器粘结到基座上，其中基座配置为将红外探测器与芯片堆热隔离；及至少部分地将基板、芯片堆、基座和红外探测器封装在核心壳体中以形成红外摄像机核心。

[0011] 根据本发明的另一实施方式，提供了用于红外摄像机架构系统和方法的红外探测器，以及利用晶圆级封装(WLP)技术可靠且高效地批量生产这些红外探测器的方法。更具体地，根据本发明的一种实施方式，红外探测器包括具有红外探测器阵列(例如：微测辐射热计)和读出集成电路的基板，其中，读出集成电路与位于其上表面上的阵列互连。大体上平面的窗口间隔位于阵列之上，窗口大体上对红外光是透明的。台面粘结到窗口上。台面具有封闭的边缘侧壁，该侧壁位于窗口的下表面的外周和基板的上表面的外周之间，并且限定了窗口和阵列之间的围绕红外探测器阵列的封闭的腔。台面粘结到基板上(例如：通过焊料密封件)，从而密封腔。

[0012] 根据本发明的另一实施方式，一种制造红外探测器的方法包括提供窗口晶圆，该窗口晶圆具有夹在两层半导体之间的氧化层。在窗口晶圆的表面中形成腔阵列。在不同的实施方式中，腔的深度由氧化层的定位来限定。每个腔限定大体上对红外光透明且由台面环绕的窗口，台面具有封闭的边缘侧壁，边缘侧壁通过氧化层连接到晶圆。阵列的相邻列和行通过切割道彼此分离。提供探测器(例如，测辐射热计)晶圆，该探测器晶圆具有上表面，上表面具有红外探测器的阵列，其大小和位置对应于置于窗口晶圆中的腔阵列，该上表面还具有相应的读出集成电路的阵列，其分别与置于其上的红外探测器阵列的关联探测器互连。红外探测器阵列的相邻列和行通过切割道彼此分离。将窗口晶圆在探测器晶圆之上对准，从而窗口晶圆的腔分别位于红外探测器阵列的相应探测器之上。将台面的侧壁的下表面与探测器晶圆的上表面粘结，从而每个腔被封闭，并且在两个晶圆之间限定多个红外探测器。

[0013] 本发明的范围由权利要求限定，通过引用将其结合到发明内容部分。将为本领域内技术人员提供本发明的实施方式的更完整理解，通过考虑下文中的一种或多种实施方式的详细说明，还将给出其额外优势的实现方式。将参考附图，下面首先简要地描述附图。

附图说明

[0014] 图1a-1c示出了根据本发明的一种或多种实施方式的红外摄像机架构；

[0015] 图2示出了根据本发明实施方式的用于在红外摄像机架构内粘结各种元件的实例；

[0016] 图3示出了根据本发明实施方式的红外摄像机架构的立体视图；

[0017] 图4示出了根据本发明实施方式的红外摄像机架构的热通道的实例的侧视框图；

[0018] 图5示出了根据本发明实施方式的红外摄像机架构的立体横截面视图；

[0019] 图6a和6b示出了根据本发明实施方式的红外摄像机架构的分解立体视图；

[0020] 图7a和7b示出了根据本发明的一种或多种实施方式的红外摄像机架构的横截面侧视图；

[0021] 图8示出了根据本发明实施方式的红外摄像机架构的立体图；

[0022] 图9示出了根据本发明的一种或多种实施方式的红外摄像机系统的框图；

[0023] 图10示出了根据本发明实施方式的红外探测器的示例性实施方式的横截面侧部立视图；

[0024] 图11示出了根据本发明实施方式的用于制造红外探测器的晶圆级处理(WLP)方法的示例性实施方式的工艺流程图；

[0025] 图12示出了根据本发明实施方式的图10的示例性红外探测器的顶部俯视图；

[0026] 图13是根据本发明实施方式的图11的示例性WLP方法的更详细的工艺流程图；

[0027] 图14是根据本发明实施方式的用于生产窗口晶圆的WLP方法的示例性实施方式的工艺流程图；

[0028] 图15是图14的示例性窗口晶圆WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到窗口晶圆上的方法的目标蚀刻步骤；

[0029] 图16是图14的示例性窗口晶圆WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到窗口晶圆上的方法的台面蚀刻步骤；

[0030] 图17是图14的示例性窗口晶圆WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到窗口晶圆上的方法的抗反射(AR)涂层步骤；

[0031] 图18是图14的示例性窗口晶圆WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到窗口晶圆上的方法的密封环沉积步骤；

[0032] 图19是图14的示例性窗口晶圆WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到窗口晶圆上的方法的吸气剂沉积步骤；

[0033] 图20是根据本发明实施方式的用于生产测辐射热计晶圆的WLP方法的示例性实施方式的工艺流程图；

[0034] 图21是图20的示例性测辐射热计晶圆WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到测辐射热计晶圆上的方法的焊封蚀刻步骤；

[0035] 图22是图20的示例性测辐射热计晶圆WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到测辐射热计晶圆上的方法的焊封沉积步骤；

[0036] 图23是图20的示例性测辐射热计晶圆WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到测辐射热计晶圆上的方法的蚀刻步骤；

[0037] 图24是类似于图14的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的窗口晶圆和测辐射热计晶圆的晶圆级粘结、测试和切割中涉及的步骤；

[0038] 图25是图24的示例性WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到窗口晶圆和测辐射热计晶圆上的方法的晶圆对准蚀刻步骤；

[0039] 图26是图24的示例性WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到窗口晶圆和测辐射热计晶圆上的方法的固定晶圆组件插入步骤；

[0040] 图27是图24的示例性WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到窗口晶圆和测辐射热计晶圆上的方法的晶圆粘结步骤；

[0041] 图28是图24的示例性WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到窗口晶圆上的方法的晶圆切割步骤；

[0042] 图29是图24的示例性WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到窗口晶圆和测辐射热计晶圆上的方法的晶圆级测辐射热计测试步骤；

[0043] 图30是图24的示例性WLP方法的工艺流程图，示出了根据本发明实施方式的应用到测辐射热计晶圆上的方法的晶圆切割步骤；

[0044] 图31是示出了根据本发明实施方式的红外探测器的示例性密封环和焊料捕捉环的特征的示意图；及

[0045] 图32A-H示出了真空粘结室和晶圆组件的示意性部分横截面侧部立视图，分别示出了根据本发明实施方式的用于粘结晶圆组件的示例性WLP工艺中涉及的顺序步骤。

[0046] 参考下文的详细说明将最佳地理解本发明的实施方式及其优点。应该意识到，类似的附图标记用于标识在一个或多个附图中示出的相似元件。

具体实施方式

[0047] 图1a-1c分别示出了根据本发明的一种或多种实施方式的红外摄像机架构100、160和180。图1a中分解图中示出的红外(IR)摄像机架构100包括IR探测器102、基座104、芯片堆106和基板110。举例来说，根据一种或多种实施方式，IR摄像机架构100可表示IR摄像机或可结合到IR摄像机(例如：IR摄像机系统)中的IR摄像机核心。

[0048] 举例来说，IR探测器102表示任意类型的IR探测器或IR探测器封装(例如：焦平面阵列(FPA)或真空封装组件(VPA)，例如IR摄像机的晶圆级封装(WLP)VPA类型)。举例来说，IR探测器102可以线焊(例如：反向线焊、楔形焊接或正向线焊)或以其他方式电连接到芯片堆106和/或基板110上。作为具体实例，IR探测器102可以反向线焊在IR探测器102的垫片和基板110的基板垫片之间。

[0049] 根据本发明的实施方式，IR探测器102可以利用低应力粘结剂固定到基座104上。例如，Zymet TC-601.1粘结剂(由新泽西州东汉诺威的Zymet公司制造)可用于将IR探测器
102粘附到基座104上并提供低应力粘结，这种低应力粘结可降低IR探测器102(例如硅)和基座104(例如铜)之间的热膨胀系数(CTE)不匹配问题。作为具体实例，粘结剂可大体上匹配基座104和IR探测器102的CTE，降低IR探测器102上的应力(例如，对于IR探测器102的IR窗口焊料结合点)，并降低IR探测器102由于应力的弯曲(例如，其可降低图像异常和其他人工制品)。

[0050] 基座104通过利用可连接到基板110上的腿114(例如，任意数量的腿114，例如3条或四条)将IR探测器102支撑在基板110之上。例如，腿114可以利用粘结剂固定到基板110的相应部分116(例如，孔、凹陷或垫片)上。具有腿114的基座104为IR探测器102提供对芯片堆106的足够的热隔离空间(例如，留出空间和/或设置保护以提供一定程度的免受热能影响的保护)。例如，对于一种或多种实施方式而言，基座104可通过提供与不期望热能之间的足够间隔而提供IR探测器102对芯片堆106(或IR摄像机架构100内的其他热能源)的热隔离，从而为IR探测器102提供对不期望热能的一定程度的屏蔽或保护。

[0051] 例如，基座104可以由铜制成并经过黑色氧化物或镀镍处理，其中铜由金属注塑(MIM)形成。可选地，根据给定的应用所期望的，基座104可以由任何期望的材料制成，例如锌、铝或镁，并且对于给定的应用来说，可以由任意期望的可应用工艺来形成，例如铝铸、MIM或锌快速铸造。

[0052] 举例来说，芯片堆106表示连接到基板110的各种芯片、晶片封装或其他形式的电路。作为具体实例，芯片堆106可以表示专用集成电路(ASIC，例如，混合信号ASIC)芯片106a、存储器芯片106b(例如，闪存，例如串行闪存)、可选的间隔器106c(例如硅间隔器)、存储器芯片106d(例如DRAM)和ASIC106e(例如逻辑芯片)。

[0053] 如本领域内技术人员理解的那样，芯片堆106可以堆叠(例如三维(3D)堆叠)、固定并电连接至基板110。各种其他电组件(例如，被动和/或主动组件)，例如电容、电感、电阻和/或芯片(例如电源管理IC108)，也可以固定和/或电连接至基板110，这取决于期望应用的需要。作为具体实例，电源管理IC(PMIC)108可以表示电源芯片或晶片，其接收3.3V的电压(例如，电源电压，例如来自电池或其他外部电源)并为IR摄像机架构100提供需要的不同电压(例如，1.2、1.8和2.5伏特)。因此，根据一种实施方式，IR摄像机架构100可接收3.3V的电压，并为结合IR摄像机架构100的IR摄像机系统提供IR热影像数据。

[0054] 简要地参考图2，作为具体实例，根据本发明的实施方式的芯片堆106可以彼此之间线焊和/或线焊到基板110上，如立体图和放大侧视图中所示。PMIC108也可以线焊或以其他方式电连接到基板110上，如图2所示。

[0055] 举例来说，ASIC106e(例如逻辑芯片)可以利用倒装技术连接到基板110，而基板110可以利用球栅阵列(BGA)技术与焊球204一起配置以形成电连接，如图2的放大图中所示。大体上，基板110可表示任意类型的基板，例如印刷电路板(PCB)，举例来说，其可以由双马来酰亚胺三嗪(BT)基板、陶瓷和/或其他传统材料制成。

[0056] 图1b示出了根据本发明实施方式的IR摄像机架构160，其可表示IR摄像机架构100(图1a)的横截面侧部立视图。IR摄像机架构160示出了封装在壳体162中的IR探测器102、基座104和芯片堆106的一部分。例如，在完全地组装IR摄像机架构100之后，模具可以被置于基板110上，并且液态环氧可以流入到模具中，环氧变硬以形成壳体162(例如，硬的液态环氧壳体)，如本领域内技术人员将理解的那样。例如，对一种或多种实施方式来说，液态环氧可以覆盖基板110、芯片堆106和/或填充在IR摄像机架构160中的各处凹陷中。在具体实施例子中，液态环氧填充并变硬以覆盖基板110、芯片堆106以及IR摄像机架构160的各处凹陷。

[0057] 模具的设计可以使得液态环氧不覆盖IR探测器102或以其他方式妨碍或阻挡来自IR探测器102的IR能量(例如，穿过VPA的IR窗口)。例如，图1c示出了根据本发明实施方式的IR摄像机架构180，其可表示IR摄像机架构100(图1a)或IR摄像机架构160(图1b)的顶部立体视图。如所示，IR探测器102的顶部被暴露并且未由壳体162覆盖，从而允许IR能量到达IR探测器102。同样地，基座104的一部分(例如，边梁182)也可以被暴露并且未由壳体162覆盖。

[0058] 根据本发明的一种或多种实施方式，基座104可具有一个或多个对准凹痕112(例如，对准特征)。例如，在IR摄像机架构100(图1a)的基座104中示出了六个对准凹痕112，而在IR摄像机架构180(图1c)的基座104中示出了两个对准凹痕112。根据本发明的一种或多种实施方式，基座104还可以具有一个或多个对准片302(例如，对准突起、特征、基准或标记)，例如图3中所示的用于IR摄像机架构300的片。

[0059] IR摄像机架构300可表示IR摄像机架构100(图1a)、160(图1b)或180(图1c)的替代实施方式。IR摄像机架构300可包括四条腿114、四个对准凹痕112和两个对准片302。对准凹痕112和/或对准片302可以用于对准IR摄像机架构300并将其适当地定位到红外摄像机系统中。例如，对准凹痕112可以对应于红外摄像机系统的壳体上的对准片和/或对准片302可以对应于红外摄像机系统的壳体上的对准凹痕，从而将IR摄像机架构300在红外摄像机系统的壳体内对准。

[0060] 大体上，根据本发明的一种或多种实施方式，基座104可以为IR摄像机架构(例如图1a-3)提供某些有利的特征。例如，对于一种实施方式而言，基座104可以在红外摄像机系统内提供IR摄像机架构的光学对准，例如利用对准特征(例如，凹痕112和/或对准片302)。作为实施方式的另一实例，举例来说，基座104可以以有益的方式为IR探测器102提供热消散和热扩散。作为实施方式的另一实例，基座104可以为热隔离提供空间，例如用于将IR探测器102与来自芯片堆106的不期望热分隔(例如，为了为IR探测器102提供一定程序上的免受芯片堆106影响的热保护)。

[0061] 作为具体实例，图4示出了根据本发明实施方式的IR摄像机架构400的热路径的实例的侧视图。IR摄像机架构400可以表示IR摄像机架构的示例性实施方式(例如，如结合图1a-3描述的)。如所示，热路径402示出了芯片堆106和基板110之间的热连接，允许热量消散，例如通过基板110和通过焊球204(例如，BGA球或其他类型的电连接)。

[0062] 类似地，热路径404示出了IR探测器102和基座104之间的热连接，允许热量的消散和扩散，例如通过基座104并经由基座104的顶部(例如，具有对准片302的边梁182)，并且可能到达结合IR摄像机架构400的红外摄像机系统的其他部分(例如光学元件)。基座104可提供高热传导结构以维持与IR探测器102(例如，同时与壳体和相关光学元件)的良好热接触，快速地消散IR探测器102之下的局部热，并且提供IR探测器102之下的热均匀性。如所述，基座104也提供芯片堆106和基板110上的其他电元件(例如PMIC108)之上的间隔，从而为IR探测器102提供热隔离。

[0063] 图5提供了立体横截面视图，其示出了根据本发明实施方式的IR摄像机架构500。IR摄像机架构500(例如，IR摄像机或IR摄像机系统)包括壳体502(例如外壳)，包含一个或多个透镜506的光学壳体504以及后盖510。如所示，根据一种或多种实施方式，光学壳体504可以与螺纹514啮合或通过其他常规技术固定在壳体502内，从而相对于IR探测器102适当地定位。

[0064] 后盖510经由紧固件508(例如，螺钉、螺栓或其他类型的紧固件)固定到壳体502上并包围壳体502内的IR摄像机架构(例如IR摄像机架构300)。根据一种或多种实施方式，后盖510可以是摄像机板(例如PCB)，其具有相关电元件以支撑基板110并与基板110相接。例如，后盖510可以包括电连接器以与基板110上的电连接器(与焊球204(图2)连接的焊料凸块)连接并且可包括电组件(例如，被动和/或主动组件)，例如电感、电容、电阻和/或芯片，如本领域技术人员理解的那样，这取决于期望应用的需要。

[0065] 热路径402和404被示出，它们展示了IR摄像机架构500内的热路线。例如，热路径402被示为源自芯片堆106，穿过基板110、后盖510和紧固件508，到达壳体502。此外，热路径
404被示为源自IR探测器102，穿过基座104和部分分压器512，到达壳体502并穿过透镜506。
因此，根据一种或多种实施方式，基座104提供IR探测器102与光学元件(例如，透镜506)的经由基座104的温度连接，还提供IR探测器102之下的温度均匀性(例如，由于基座104由高热传导材料制成而沿着IR探测器102的读出电路)。

[0066] 图6a和6b提供了分解立体视图，示出了根据本发明实施方式的IR摄像机架构600。IR摄像机架构600(例如IR摄像机系统)类似于IR摄像机架构500(图5)，但还示出了光学X、Y和/或Z基准(即，对准特征)的使用，从而在壳体502内并相对于光学壳体504内的透镜506对准并恰当地定位IR摄像机架构(例如IR摄像机架构300)。

[0067] 具体地，根据一种实施方式，壳体502包括对准凹痕602，其与基座104上的对准片302(即，相应的对准基准)对应。因此，当对准片302插入到对准凹痕602中时，IR摄像机架构
300的IR探测器102将适当地定位在壳体502内以经由壳体502的开口604接收穿过透镜506的IR能量(当光学壳体504适当地定位在壳体502中)。作为实施方式的具体实例，对准片302与对准凹痕602连接(例如，从而至少提供适当的X和Y定位以及可能的Z定位)，并且边梁182与IR摄像机架构600的内表面606连接(例如，毗连)(例如，从而相对于示出的示例性XYZ 坐标系统提供恰当的Z定位)，从而IR摄像机架构300恰当地定位在壳体502中。

[0068] 如图6b所示，后盖510(例如，电连接到基板110上的PCB)可包括接口连接器516以提供接口，电源、命令和控制和/或其他电信号可以通过该接口提供给IR摄像机架构600，并且可以通过该接口从IR摄像机架构600接收IR热影像数据和/或其他电信号。因此，IR摄像机架构600可以轻易地结合到IR摄像机系统中。

[0069] 图7a和7b提供了横截面侧视图，分别示出了根据本发明的一种或多种实施方式的IR摄像机架构700和750。IR摄像机架构700和750类似于IR摄像机架构500(图5)和600(图6)，但示出了根据一种或多种实施方式的某些替代或额外特征。

[0070] IR摄像机架构700示出了连接到IR摄像机架构(例如IR摄像机架构300)的基板110上并通过紧固件508固定到壳体502上的后盖510。如图7a所示，热垫片702可以置于基座104和部分分压器512(例如，光学筒的一部分)之间。

[0071] IR摄像机架构750示出了位于基板110和后盖510之间的热垫片754。如图7b所示，壳体盖752和紧固件508包围壳体502内的IR摄像机架构(例如IR摄像机架构300)，而基座104直接与部分分压器512(例如，光学筒的一部分)接触。

[0072] 根据一种或多种实施方式，公开了红外摄像机架构(例如结合图1a-4描述的)，其可提供传统红外摄像机架构所不能提供的某些优势。例如，红外摄像机架构可以被视为并表示为单个IR摄像机封装(例如，单晶片IR摄像机核心架构或单IR摄像机核心)，其可以运行为需要最小外部支持电路(例如，3.3V输入，输出IR影像数据)的未冷却IR摄像机核心。

[0073] 例如，IR摄像机架构可包括基座，该基座支撑IR探测器并在IR探测器和基座下的相关电子元件之间为热隔离提供足够的空间。相关电子元件可包括芯片堆(例如，晶片堆或散热器晶片/芯片堆)以及可能的其他电组件(例如，离散电容、电感、电阻和/或晶片，例如电源管理晶片)，从而IR探测器和相关电子元件与单核心封装(例如，封装在塑料包胶模具中，在基座和未阻塞IR探测器窗口上具有光学对准片/凹痕)融合。

[0074] 对于一种或多种实施方式来说，基座可以提供光学对准、热消散和热扩散以辅助IR探测器的功能。基座还可以提供足够的空间以将IR探测器与基座下的基板上的相关电子元件热隔离。

[0075] 此外，根据一种或多种实施方式，基座可以将IR探测器和相关光学元件热链接。例如，如参考图4-7b讨论的那样，IR摄像机架构可以热连接在IR摄像机(例如IR摄像机架构500、600、700或750)内以将IR探测器热链接到IR摄像机的光学元件和壳体，并进一步将来自相关电子元件的热(例如经由基板和/或BGA)热链接、消散和扩散到IR摄像机壳体和光学元件，这可以提供热均匀性和稳定的架构。

[0076] 图8提供了立体图，其示出了根据本发明的实施方式的组装的IR摄像机800。IR摄像机800可包括IR摄像机架构，例如IR摄像机架构100、160、180、300或400(例如：如参考图1-4描述的)，并且还可以表示类似于IR摄像机架构500、600、700和750(例如：如参考图5-7b描述的)的IR摄像机架构。大体上，IR摄像机800可以是独立的并且可以容易地在需要IR影像能力的系统中实施。

[0077] 图9提供了框图，示出了根据本发明的一种或多种实施方式的系统900(例如IR摄像机或IR摄像机系统)，其配置为捕捉和处理IR影像。系统900可表示IR摄像机系统，其包括本文公开的IR摄像机架构中的一种。

[0078] 在一种实施方式中，系统900包括处理组件910、存储组件920、控制组件930、电源组件940、影像捕捉组件950和显示组件970。可选地，系统900可包括感知组件960。

[0079] 举例来说，系统900可表示红外影像设备，例如红外摄像机(例如，红外摄像机系统)，用于捕捉和处理影像，影像例如场景980的静止或视频IR影像。系统900包括本文公开的IR摄像机架构(例如，IR摄像机架构100或IR摄像机架构500)中的至少一种，而IR摄像机架构由系统900的不同部分表示。

[0080] 例如，IR摄像机架构可以由影像捕捉组件950(例如IR探测器102)、电源组件940(例如ASIC106a和/或PMIC108)、存储组件920(例如位于芯片堆106内的存储芯片106b和106d)和处理组件910(例如图1a中的位于芯片堆106内的ASIC106a和/或106e)表示。例如，对于上面的实例，系统900还可以包括除由IR摄像机架构呈现的功能之外的其他功能。例如，在系统900内可以有额外的存储和处理功能(例如，存储组件920、电源组件940和处理组件910的额外部分)，其并未包括在IR摄像机架构内。

[0081] 作为具体实例，系统900可表示分布式网络系统，其具有一个或多个网络连接到计算机(例如服务器)的IR摄像机架构，从而接收IR影像数据并存储、显示和/或进一步处理IR影像数据。举例来说，系统900还可包括便携式设备并且可以结合到例如交通工具(例如汽车或其他类型的陆基交通工具、飞行器、船舶或空间飞行器)或需要存储和/或显示红外影像(例如IR影像数据)的非移动设施中。

[0082] 根据一种或多种实施方式，处理组件910可以包括任意类型的处理器或逻辑设备(例如：可编程逻辑设备(PLD)或配置为执行处理功能的ASIC)。处理组件910可以适于与组件920、930、940、950和970连接和通信，从而执行方法、处理步骤和/或运算，如本领域技术人员理解的那样。

[0083] 根据一种实施方式，存储组件920包括适于存储数据和信息(例如，包括红外数据和信息)的一个或多个存储设备。存储组件920可包括一个或多个不同类型的存储设备，包括易失性和非易失性存储设备。处理组件910可以适于执行软件或由存储在存储组件920中的位流配置，从而执行本文描述的方法、处理步骤和/或运算。

[0084] 根据一种实施方式，影像捕捉组件950包括任意类型的红外影像传感器，例如一个或多个红外传感器(例如，任意类型的多像素红外探测器，例如焦平面阵列)，从而捕捉表示影像(例如场景980)的红外影像数据(例如，仍然是影像数据和/或视频数据)。在一种示例性实施中，影像捕捉组件950的红外传感器为捕捉到的影像数据表示(例如：转换)为数字数据作准备(例如，经由模数转换器，其作为红外传感器的一部分或与红外传感器分离而作为系统900的一部分)。

[0085] 根据一种实施方式，红外影像数据(例如红外视频数据)可包括影像(例如场景980)的非均匀数据(例如，实时影像数据)。处理组件910可以适于处理红外影像数据(例如为了提供处理过的影像数据)、将红外影像数据存储在存储组件920中和/或从存储组件920中检索存储的红外影像数据。例如，处理组件910可以适于处理存储在存储组件920中的红外影像数据以提供处理过的影像数据和信息(例如，捕捉的和/或处理的红外影像数据)。

[0086] 根据一种实施方式，控制组件930包括用户输入和/或接口设备，其适于生成用户输入控制信号。例如，用户输入和/或接口设备可包括可旋转钮(例如电位计)、按键、滑杆、键盘和类似物。处理组件910可以适于感知来自用户的经由控制组件930的控制输入信号并响应从中接收的任意感知的控制输入信号。处理组件910可以适于将这样的控制输入信号解释为参数值，如本领域技术人员理解的那样。

[0087] 根据一种实施方式，控制组件930可包括控制单元(例如，有线或无线手持式控制单元)，其具有按键，适于与用户进行交互并接收用户输入控制值。在一种实施方式中，控制单元的按键可以用于控制系统900的各种功能，例如自动聚集、菜单使能和选择、视场、亮度、对比度、噪声过滤、高通过滤、低通过滤和/或本领域技术人员理解的其他特征。

[0088] 根据一种实施方式，电源组件940提供IR摄像机架构所需的各种电源电压(例如：参考电压、偏置电压、参考电流或其他期望的偏置和电源信号)，并可选地为整个系统900提供，这取决于具体应用和需要。作为具体实例，根据一种实施方式，电源组件940可以表示图
1a中的PMIC108，并且系统900还可包括额外的电源。

[0089] 根据一种实施方式，显示组件970包括影像显示设备(例如：液晶显示器(LCD)或各种其他类型的公知显示器或监视器)。处理组件910可以适于在显示组件970上显示影像数据和信息。处理组件910可以适于从存储组件920中检索影像数据和信息并将任意检索的数据和信息显示在显示组件970上。显示组件970可以包括显示电子元件，其可以由处理组件910利用以显示影像数据和信息(例如红外影像)。显示组件970可以适于直接从影像捕捉组件950经由处理组件910接收影像数据和信息，或者可以从存储组件920(例如，经由处理组件910)传输影像数据和信息。

[0090] 根据一种实施方式，可选的感知组件960包括一个或多个不同类型的传感器，如本领域内技术人员理解的那样，这取决于应用或实施需要。可选的感知组件960的传感器将数据和/或信息至少提供给处理组件910。一方面，处理组件910可以适于与感知组件960通信(例如，通过接收来自感知组件960的传感器信息)并与影像捕捉组件950通信(例如，通过接收来自影像捕捉组件950的数据和信息，并且向系统900的一个或多个其他组件提供和/或从系统900的一个或多个其他组件接收命令、控制和/或其他信息)。

[0091] 在各种实施方式中，感知组件960可以提供与环境条件相关的信息，例如外部温度、光照条件(例如，白天、黑夜、黄昏和/或黎明)、湿度水平、具体天气状况(例如：晴天、下雨和/或下雪)、距离(例如，经由激光测距仪)和/或是否进入或离开隧道或其他类型的包围物中。感知组件960可以表示如本领域内技术人员公知的用于监测各种条件(例如，环境条件)的常规传感器，这些条件可能会影响(例如，对图像显现产生影像)由影像捕捉组件950提供的数据。

[0092] 在一些实施方式中，可选的感知组件960(例如：一个或多个传感器)可以包括将信息经由有线和/或无线通信中继给处理组件910的设备。例如，可选的感知组件960可以适于从卫星接收信息、通过本地广播(例如无线电频率(RF))传输、通过移动或蜂窝网络和/或通过红外结构(例如运输或高速信息信标红外结构)中的信息信标，或各种其他有线和/或无线技术。

[0093] 根据一种或多种实施方式，如所期望的那样或取决于应用或需要，系统900的组件可以与表示相关系统的各种功能块的系统900组合和/或实施或者不被实施。在一个实例中，处理组件910可以与存储组件920、影像捕捉组件950、显示组件970和/或可选的感知组件960组合。在另一实例中，处理组件910可以与影像捕捉组件950组合，并且仅处理组件910的一些功能由影像捕捉组件950中的电路(例如：处理器、微处理器、逻辑设备、微控制器等)执行。此外，系统900的各种组件可以彼此远离(例如：影像捕捉组件950可以包括具有处理组件910等组件的远程传感器，其代表可以与或可以不与影像捕捉组件950通信的计算机)。

[0094] 如上所述，根据图1a-1c的实例，在一些实施方式中，红外探测器102可包括真空封装组件(VPA)、例如晶圆级封装(WLP)VPA。图10是这种根据晶圆级封装(WLP)方法的一种或多种实施方式生产的红外探测器102的示例性实施方式的横截面侧部立视图，图12是其顶部平面视图。

[0095] 如图10和12所示，示例性红外探测器102包括基板1002，基板1002具有红外探测器(例如微测辐射热计)的阵列1004以及读出集成电路1006，读出集成电路1006与置于基板1002的上表面上的阵列1004互连。作为示例性实施方式，阵列1004可以被称为用于特定类型的红外探测器的微测辐射热计阵列，但应该理解的是，本文公开的WLP技术可以更广泛地应用于各种类型的红外探测器，如本领域技术人员理解的那样。

[0096] 大体上平面的窗口1008间隔位于阵列1004之上，窗口1008大体上对红外光是透明的。台面1010连接(粘结)到窗口1008，例如，利用热氧化层1014，从而对于一种或多种实施方式而言，窗口1008和台面1010可以形成粘结的绝缘体上硅结构(SOI)晶圆对。台面1010具有位于窗口1008的下表面的外周和基板1002的上表面的外周之间的封闭的边缘侧壁，并且限定了窗口1008和阵列1004之间的围绕红外探测器阵列1004的封闭的腔1012。焊料密封环1016被示为将台面1010粘结到基板1002上，从而密封腔1012(例如：为了给排空的WLP VPA提供密封)。

[0097] 如图10所示，在一种示例性实施方式中，窗口1008可以包括厚度大约为625微米(μm)的低氧(O2)硅(Si)(或可选地浮区硅)。在另一种示例性实施方式中，台面1010的侧壁可以包括宽度大约为550μm且高度大约为100μm的Si。在另一种示例性实施方式中，台面1010和窗口1008可包括半导体，例如，低O2Si，并且台面1010的侧壁的上表面可以通过一层相同半导体的热氧化层1014(例如二氧化硅(SiO2)其厚度大约为1μm)粘结到窗口1008的下表面。在又一种示例性实施方式中，台面1010的侧壁的下表面可以通过熔化的或层状的焊料环1016的接合而粘结到基板1002的上表面，举例来说，焊料环1016由钛(Ti)/镍(Ni)/金锡金(AuSnxAu)的合金分别利用诸如光刻技术形成在台面1010的侧壁的下表面和基板1002的上表面，并且其总厚度为大约4μm，宽度大约为450μm。

[0098] 在一种实施方式中，举例来说，红外探测器102可以包括至少一种通过物理蒸发沉积(PVD)方法形成在窗口1008的上和/下表面上的抗反射涂层1018，例如硫化锌(ZnS)/锗(Ge)涂层，从而防止入射到涂覆表面的红外光从微测辐射热计阵列1004反射开。在另一实施方式中，举例来说，在腔1012被排空之前、期间和/或之后，诸如锆(Zr)合金的吸气剂1020可以通过溅射形成在腔1012中的窗口1008的下表面上。例如，可以通过Colorado Springs公司的SAES GettersTM提供吸气剂材料工艺。应该理解的是，本文公开的材料、尺寸和工艺是一种或多种实施方式的实例，并非限制性的，并且如本领域内技术人员理解的那样，根据一种或多种实施方式，也可以使用其他适当的材料和工艺。

[0099] 如图10所示，在另一种示例性实施方式中，红外探测器102可包括至少一个电测试垫片1022，其位于靠近窗口1008的外周的基板1002的上表面。如下文详细描述的那样，测试垫片1022可以连接到读出集成电路1006上并用于在晶圆级上且在其分割之前电测试红外探测器102。

[0100] 下文描述了方法1102(图11)的示例性实施方式，可以通过该方法利用晶圆级封装(WLP)技术可靠且高效地大批量制造图10和12的示例性红外探测器102以及其他红外探测器。如图11中的方法的总体概述图中所示，在一种实施方式中，示例性方法1102可以开始于阶段或步骤1(S1)，其中提供“窗口”晶圆，在S2，是在下文中详细描述的“测辐射热计”，随后在S3，是将两个晶圆组合成一个组件并处理组件而形成多个红外探测器102的WLP工艺。

[0101] 如图13中详细所示，示例性WLP方法1102包括两个方法，即，“窗口晶圆”生产方法1302和“测辐射热计晶圆”生产方法1304，它们结合到第三个“晶圆组件和粘结”方法1306。
在下文中为一种或多种实施方式更详细地描述图13中列出的各个阶段。

[0102] 如图14所示，示例性窗口晶圆生产方法1302始于提供晶圆1502(参见图15)的步骤S1，晶圆例如绝缘体上硅(SOI)晶圆，其具有夹在两层(即，“窗口”层和“台面”层，每层都由半导体材料构成，例如Si)之间的氧化层1014(例如热氧化层)。如图15所示，在S2，举例来说，利用光刻技术在窗口晶圆1502的表面(例如，在晶圆1502的台面层或窗口层上)上形成“目标”1504的阵列(例如，用于为了产生红外探测器102而限定最终窗口，并且可以用于形成相应的台面1010和相关的腔1012)。

[0103] 如图16所示，在示例方法1302的S3，举例来说，随后在窗口晶圆1502的台面层的表面上利用深反应离子刻蚀(DRIE)工艺蚀刻晶圆1502上的台面1010和腔1012目标1504的阵列。蚀刻限定了晶圆1502的窗口层中的大体上对红外光透明的窗口1008的阵列，每个窗口由台面1010围绕，台面1010的封闭的边缘侧壁通过氧化层1014粘结到窗口晶圆1502上。如图15所示，阵列中相邻的列和行通过切割道1506彼此分离。

[0104] 尽管利用单个半导体和蚀刻工艺可以足以形成台面和窗口，但在一种有利的实施方式中，可以使用两部分窗口晶圆，其由分离或粘结层(例如氧化层)隔开。在这样的实施方式中，举例来说，方法1302的S3的蚀刻工艺可以包括利用DRIE工艺将窗口晶圆1502的表面向下蚀刻到氧化层1014，从而形成台面1010和相关的腔1012的阵列。氧化层1014(可作为蚀刻停止元件)可以以下述方式选择性地从窗口晶圆1502的表面去除：窗口1008的下表面(对应于窗口晶圆1502的窗口层的下表面)保持其形成窗口层的平滑度和平面度，而台面1010的各种边缘侧壁仍然牢固地通过余下的氧化层1014粘结到窗口晶圆1502上。举例来说，可以利用氢氟酸蚀刻技术来影响这种后续的移除过程，从而移除腔1012的区域中的氧化层1014。在各种实施方式中，隔离层可以是各种其他粘结材料。

[0105] 如图17所示，示例性方法1302继续进行到S4，在窗口晶圆1502的窗口1008的上表面和下表面上形成抗反射涂层1018。如图18所示，示例方法1302继续到S5，沉积密封环1016，密封环1016可包括附着层(例如，钛(Ti))、防潮材料(例如镍)和焊料层的提升密封层，举例来说，焊料层包括金(Au)和锡(Sn)。如图19所示，示例的方法1302继续到S6，将吸气剂材料1020沉积在窗口晶圆1502的每个窗口1008的下表面上，方法结束于S7，可焊性窗口晶圆1502准备好与相应的测辐射热计晶圆组装，如下文详细描述的那样。

[0106] 如上文结合图13讨论的那样，示例性WLP方法1102包括两个方法，即，“窗口晶圆”生产方法1302和“测辐射热计晶圆”生产方法1304，它们结合到第三个“晶圆组件和粘结”方法1306。

[0107] 图20示出了测辐射热计晶圆生产方法1304的更多细节，其开始于S1，提供晶圆(例如硅晶圆)，方法继续到S2，用传统工艺在其表面上生产红外探测器(例如测辐射热计)阵列1004，从而形成测辐射热计晶圆2102(参见图21)。直到该阶段，用于生产测辐射热计晶圆
2102的方法1304相对较为常规。然而，如图20所示，在该阶段之后或如果期望在较早的阶段，期望在测辐射热计晶圆2102的表面上形成环绕其上的每个微测辐射热计阵列1004的焊料密封环1016，从而影响具有窗口晶圆1502的密封粘结，如下文所述。

[0108] 因此，如图21所示，在示例性测辐射热计晶圆生产方法1304的S3，在一种实施方式中，举例来说，利用光刻技术蚀刻聚合物层2104以在层2104中形成环绕晶圆2102的每个微测辐射热计阵列1004的沟2106。随后，如图22所示，在示例方法1304的S4，密封环材料沉积(例如，利用传统的提升光刻技术)在聚合物层2104的沟2106中，从而在其中形成密封环1016。如图23所示，在密封环1016材料沉积之后，举例来说，通过蚀刻将聚合物层2104从晶圆2102中移除，从而在S7结束方法1304，可焊性测辐射热计晶圆2102准备好与相应的窗口晶圆1502组装，如下文更详细地描述的那样。

[0109] 如上文结合图13讨论的那样，窗口晶圆生产方法1302和测辐射热计晶圆生产方法1304融合成第三个晶圆组装和粘结方法1306。这在图24中示出，其中，方法1306始于S1，提供由上述的示例性方法1302生产的窗口晶圆1502和由示例性方法1304生产的测辐射热计晶圆2102。如本领域内技术人员理解的那样，窗口晶圆1502和测辐射热计晶圆2102可以利用加热真空烘在S1进行预处理。

[0110] 如图25所示，示例性方法1306随后继续到S2，在固定物或工具(例如，在真空室2604之内或之外)中清洁和对准两个晶圆1502和2102，固定物或工具设计为将晶圆保持在对准状态，使窗口晶圆1502位于测辐射热计晶圆2102之上，窗口晶圆1502的腔1012分别位于测辐射热计晶圆2102上的微测辐射热计阵列1004的相应腔之上，并且台面1010和测辐射热计晶圆2102上的各个焊料密封环1016精确地彼此对准。在这方面，可以利用一个或多个可选的垫片2502将两个晶圆1502和2102彼此间隔。

[0111] 如图26所示，在示例性方法1306的S3，清洁且固定的晶圆1502和2102的组件2602置于(或留在)真空室2604中，并且可以经历特定温度循环和排空，以排气和排空腔1012，从而准备VPA，如本领域技术人员理解的那样。如图27所示，在方法1306的S4，室2604被排空，两个晶圆1502和2102被压在一起并被加热(或先加热，随后被压在一起)至足以将两个晶圆上的各自的焊料密封环1016结合到一起的温度，由此密封排空的腔1012，腔1012封闭各自的微测辐射热计阵列1004，使其不暴露在任何不期望的大气气体中。此外，在一些实施方式中，对晶圆组件2602施加的热可用于“点燃”，即，激活腔1012中的吸气剂1020，从而它们发挥功能以吸附任何气体分子或其他不期望的在真空密封之前、期间和/或之后残留在腔1012中的气体。如本领域内技术人员理解的那样，吸气剂1020也可由电流的施加或其他类型的触发器来激活。

[0112] 如图28所示，示例性方法1306继续至S5，切通切割道1506，从而将下面的测试垫片1022暴露在测辐射热计晶圆2102的上表面，并且如图29所示，在S6，举例来说，可以在从晶圆组件2602分割之前利用探针板影响晶圆组件2602中的一些或全部IR探测器102的晶圆级电测试。

[0113] 如图30所示，在结束了晶圆组件2602的任意晶圆级电测试之后，方法1306继续到S7，举例来说，通过切通测辐射热计晶圆2102的切割道1506(例如，相邻的红外探测器102的测试垫片1022之间)而将单个红外探测器102从晶圆组件2602上切割下来，并在S8结束，形成多个完成的红外探测器102。

[0114] 图31示出了根据本发明实施方式的红外探测器102的示例性焊料密封环1016和可任选的焊料捕捉环3102的特征和示例性尺寸详情。如图31所示，至少一个焊料捕捉环3102可形成在基板1002靠近焊料密封环1016的位置(或形成为焊料密封环1016的一部分)，并且可以在上述的晶圆组件2602粘结工艺中起作用，从而防止过多的焊料从窗口晶圆1502和测辐射热计晶圆2102的各自密封环1016之间产生的粘结结合点流出并流到微测辐射热计1004的表面上。例如，对一种实施方式而言，焊料捕捉环3102可以沿着焊料密封环1016形成，其中焊料连接点(例如周期性地)连接到焊料密封环1016。

[0115] 图32A-32H示出了真空粘结室2604和固定晶圆组件2602的示意性部分横截面侧部立视图，分别为一种或多种实施方式示出了如上文中结合图24-27描述的用于粘结晶圆组件2602的示例性WLP工艺中涉及的顺序步骤。如图32A中所示，真空室2604可包括固定压板3202、压板3204(举例来说，其通过液压电机3206相对于固定压板3202可移动)、用于净化空气的室2604的惰性气体源3208(例如氮气N2)、室门3210(可以关闭并对高压真空密封)以及用于在室2604中形成相对高真空的泵3212。

[0116] 如图32A所示，示例性粘结工艺可始于利用N2源3208用N2给室通气，随后打开室门3210(图32B)。在图32C中，固定晶圆组件2602插入到室2604中，并且位于两个压板3202和
3204之间。在图32D中，室2604的门3210关闭，并且利用泵3212将室2604抽空，利用净化源
3208净化，随后利用泵3212再次抽空以在室2604中形成相对高的真空。在图32E中，利用电机3206使压板3202和3204与固定晶圆组件2602接触，并且举例来说，利用内部加热元件将两个压板3202和3404加热至高温以烘烤准备与将两个晶圆1502和2102粘结在一起的固定晶圆组件2602，如上所述。

[0117] 在图32F中，通过压板3202和3204向固定晶圆组件2602施加压力，并且两个压板3202和3404的温度随后提升到两个晶圆1502和2102的焊料密封环1016的熔化温度，使得它们熔融在一起并密封晶圆组件2602的每个腔1012内的真空，如上所述。在图32G中，压板
3202和3204与固定晶圆组件2602一起被允许冷却至焊料密封环1016的熔化温度之下的温度，并且在图32H中，利用净化源3208为室2604通风，压板3202和3204移动分离以释放由它们施加给晶圆组件2602的力，室2604的门3210打开，现在粘结在一起的固定晶圆组件2602从室2604中移走，以进行后续的粘结后处理，例如，如上文结合图28-30描述的那样。

[0118] 本文公开了系统和方法以提供根据本发明的一种或多种实施方式的红外摄像机架构和红外探测器。例如，根据本发明的一种实施方式，公开了一种红外摄像机架构，其将全部IR摄像机电子元件、热管理和光学对准功能集成到单个组件(例如，单个封装或晶片核心)上。举例来说，红外摄像机架构可以表示用于设备和系统应用的易于进行设计的电子组件。还公开了根据一种或多种实施方式的基于WLP技术制造红外探测器的技术。

[0119] 本文公开的红外摄像机架构可以提供传统红外摄像机架构不具有的某些优势。例如，对本发明的一种或多种实施方式而言，本文公开的技术可以提供更小型的红外摄像机并且降低制造成本，允许更大批量的生产。红外摄像机架构可以降低外部电路板、组件、散热器、封装和额外电子电路的数量，并降低常规的需要用于创建和支持红外摄像机的电源电压。红外摄像机架构还可以减少、简化或消除复杂的对准过程、热管理和光学对准需求，因此，提供了一种可以轻易地结合到并支持期望应用的红外摄像机。

[0120] 尽管仅结合本发明的有限数量的实施方式详细描述了本发明，但应该轻易理解到，本发明不限于这些公开的实施方式。相反，本发明可以被修改以结合任意数量的本文未描述的变型、改变、替代或等同布置，而且不脱离本发明的精神和范围。此外，尽管描述了本发明的各种实施方式，但应该理解，本发明的方面可以仅包括一些描述的实施方式。因此，不应该将本发明视为由上述说明限制，本发明仅由随附权利要求及其功能性等价物的范围限定。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种激光熔覆技术制备防腐耐磨铁基非晶涂层的方法	2020-05-13	65
基于激光熔覆技术的模具修复方法	2020-05-11	42
采用激光熔覆技术制备扁头套自润滑耐磨层的方法	2020-05-13	448
一种利用熔铸后热旋锻技术制备铜包覆钢线材的方法	2020-05-13	637
熔融沉积制造快速原型覆模技术与工艺	2020-05-11	617
表面熔覆技术在模具修复中的应用	2020-05-11	134
一种基于冷涂法和感应熔覆技术的工业管道涂层制备方法及装置	2020-05-13	735
利用自蔓延熔覆技术制备复合防腐涂层的方法	2020-05-12	8
一种采用激光熔覆技术校轴的工艺方法	2020-05-12	642
基于激光熔覆技术的铝合金精密模具	2020-05-12	825

红外摄像机架构系统和方法

红外摄像机架构系统和方法

技术领域

背景技术

发明内容

附图说明

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：