用於製造包括氣密密封的真空外殼和吸氣劑的器件的方法與流程

2023-06-01 03:13:06 1

本發明涉及在高真空下氣密密封微電子部件，例如基於用於紅外成像或溫度測量的微輻射熱測定計的檢測器的領域。

背景技術：

對於某些應用，微電子部件必須在真空下操作以實現所需性能。這尤其適用於基於輻射熱微橋的紅外成像的非冷卻檢測器，以下稱為「微輻射熱測定計」。在所謂的「熱」紅外檢測器的領域中，實際上已知使用能夠在環境溫度下操作的對紅外線輻射敏感的元件的一維或二維陣列。

熱紅外檢測器通常使用測溫材料的電阻率根據其溫度的變化，或者又稱「測輻射熱的」。檢測器的單位敏感元件或「輻射熱測定計」通常是膜的形式，每個包括一層測溫材料，並且通過具有高熱阻的支撐臂懸掛在通常由矽製成的基板上方。此類膜，統稱為「視網膜」，特別地實施吸收入射輻射的功能，將所吸收輻射的能量轉換成熱能，以及將所生成熱能轉換成測溫材料的電阻率變化的測溫功能，這些功能可由一個或多個不同元件實施。此外，膜的支撐臂也是導電的並且連接到其測溫層，並且用於順序地尋址和偏置膜的測溫元件的裝置以及用於形成可用於視頻格式的電信號的裝置通常形成於具有懸浮於其上的膜的基板中。

例如，這種檢測器描述於以下文獻中：「Uncooled amorphous silicon technology enhancement for 25μm pixel pitch achievement」；E.Mottin et al,Infrared Technology and Application XXVIII,SPIE,vol.4820E.(「非致冷非晶矽技術增強以實現25μm像素間距」；E.Mottin等人，國際光學工程學會，紅外技術及應用XXVIII，4820E卷)。

為了使氣體對流造成的熱損耗(其將限制檢測的質量)忽略不計，敏感視網膜通常在非常低的壓力下集成在氣密密封外殼或者外殼中。外殼設置有可透過所關注的輻射的窗口，所述輻射通常具有8微米與14微米之間的波長。作為變型，每個輻射熱測定計集成在設置有這種窗口的氣密密封微型外殼中。外殼中的壓力水平通常被調整，使得對流造成的損耗小於通過支撐臂的熱傳導造成的損耗，從而確保精準的檢測。為了實現這一點，外殼中的氣體壓力因此通常小於或等於10-2毫巴，並且優選地小於10-4毫巴。

然而，獲得這種壓力水平需要用於氣密密封外殼的特定技術。此外，可觀察到，在密封后，某些材料脫氣到由外殼限定的內部空間或空腔中。因此，不管外殼內部的表面和元件脫氣如何，都應確保在檢測器壽命(通常為20年)期間在外殼中維持初始低壓力水平。

參見圖1的實例，輻射熱檢測器件的真空密封通常使用以下子組件：基座10，其包括形成為單一件的底部12和側壁14；輻射熱檢測器16，其通常由集成在感測基板上的敏感視網膜形成；以及可透過紅外輻射的蓋18或「窗口」，其同時發揮機械保護基座10的氣密封閉以及透過紅外輻射的作用。最後，吸氣劑(getter)20也容納在外殼中以維持足夠的真空度，而不管與外殼24的由基座10和窗口18限定的內部空間22連通的元件的脫氣如何。

基座10通常主要由金屬或陶瓷材料組裝形成，並且還藉助於連接器元件26形成檢測器與外殼外部的電接口。部件16例如通過膠粘固定到外殼的底部，並且通過在現有技術中本身已知的布線30連接到在外殼24中為此目的而保留的連接區域28。

窗口18直接地或間接地藉助於中間部分組裝在基座10上，該組件通過無焊劑焊接(fluxless soldering)形成，其具有限制剛剛描述的子組件在將窗口密封到基座期間脫氣的操作條件。如本身已知的，無焊劑焊接需要在用於這些部分的氣密接合的表面的水平處在窗口18和基座10上存在未氧化的金屬層。因此，金屬層通常由一層或多層形成，至少其最後一層由貴金屬諸如金，或更少情況下，由鉑製成。能夠通過藉助於機械作用的原子擴散或者更普遍地通過加熱直到金屬密封件至少部分地熔化而將金屬元件結合在一起的無焊劑焊接本身是已知的，因此將不再詳細描述。如本身已知的，為了例如通過熔接或焊接在金屬元件之間獲得良好的連接，優選地，元件在其表面處不被氧化。為了實現這一點，使用脫氧材料或焊劑來移除氧化物層，或者金屬元件是不可氧化的。

吸氣劑20通常由對於可能由外殼的空腔22的所有內表面放出(脫氣)的主要氣體分子具有強親和力的材料製成。吸氣劑經選擇尤其用於吸收H2、N2、O2、H2O以及揮發性碳化合物(稱為有機物)，例如CH4。眾所周知，用於吸氣劑的典型材料是基於元素Zr、Ti、Co、Fe或Ba的合金。吸氣劑20通常以固定到空腔22內部的燒結塊的形式或者以藉助於蒸鍍或陰極濺射技術沉積在帶、板或礦物基板上的一個或多個薄層的形式出現，所述吸氣劑在將部件16組裝在外殼24中時集成在空腔22中。

如本身已知的，在這種類型的應用中使用的吸氣劑需要被活化以能夠吸收先前指示的氣體，該活化包括藉助於在真空中進行的適合熱循環使吸氣劑表面具有反應性。厚度在一微米至幾微米範圍內的薄膜形式的吸氣劑20通常需要在比燒結的吸氣劑低得多的溫度下的熱活化。因此，一旦外殼已被密封，已知的薄膜吸氣劑就可通過僅在350℃至400℃範圍內的溫度下加熱剛剛描述的器件來活化。

燒結的吸氣劑需要大約800℃或更高的溫度，使得在此溫度下對密閉外殼的一般加熱將導致不可修復的損壞。燒結的吸氣劑的活化因此通過焦耳效應藉助於為此目的提供的電連接進行，這樣能夠基本上僅加熱吸氣劑。然而這種吸氣劑的活化誘發能夠損壞輻射熱測定計的強輻射。此外，薄膜吸氣劑通常是優選的，因為其不需要可從外殼外部進入的電連接。這種特性簡化了結構，從而簡化了製造過程，並因此降低了外殼的成本。實際上，由於將在活化期間施加以產生必要高溫的高強度，跨過外殼基座的連接可能引起緊密度問題並且造成顯著設計局限。

然而，薄膜吸氣劑對一般器件製造方法是一種約束，因為在活化溫度高時吸氣劑效率更好，但是活化溫度按照規定保持在較低範圍內。實際上，通常在整個器件上形成的此特定熱活化步驟總是限定電子部件在其製造周期期間經受的最大溫度點。換句話講，部件以及器件的通常所有部分的完整設計實際上直接取決於所使用的薄膜吸氣劑的特性。

技術實現要素：

本發明旨在通過提供一種製造器件的方法來解決上述過度加熱的問題，所述器件包括容納在氣密外殼中的微電子部件，在所述氣密外殼中藉助於不需要限制性熱處理的吸氣劑來維持低壓。

為了實現這一點，本發明旨在一種製造器件的方法，所述器件包括容納在由限定氣密密封真空內部空間的壁形成的外殼中的微電子部件，所述方法包括：

-形成能夠在所述內部空間中捕獲氣體的薄膜形式的吸氣劑；

-從所述內部空間排氣；

-在所述排氣期間，加熱所述器件以便使容納在所述內部空間中的元件脫氣；以及

-在所述排氣之後，以無焊劑方式氣密密封所述外殼。

根據本發明：

-所述器件的可能脫氣到內部空間中的每個組成部分為礦物材料；

-吸氣劑能夠基本上僅捕獲氫氣而對氧氣和/或氮氣是惰性的；並且

-對器件的加熱以及對外殼的密封在低於300℃的溫度下，尤其在100℃至200℃的範圍內的溫度下進行。

「薄膜」意指由一層或多層形成的總厚度小於2微米的元件，其每個層優選地具有0.1微米至1微米範圍內的厚度。

「礦物」材料意指金屬、陶瓷或無機半導體材料或所述材料彼此之間的任何組合、組件、合金、分散體，優選地為無孔形式。在該情形下，屬於有機化學物質(即基於碳)的所有材料都被認為是非礦物的，但是特別地，與或不與另一種礦物材料組合，或者用或不用另一種礦物材料分散，或者在或不在另一種礦物材料中分散的純的或合金的碳形式除外。具體地講，包含在粘合劑中的包含或不包含有機溶劑的碳聚合物被認為是非礦物材料。

換句話講，通常認為在密封的高真空部件的情況下，在部件的壽命周期期間應被吸氣劑吸收的氣體主要是氮氣、氫氣、水蒸汽，以及稍微擴展到碳化合物，具體地講CO、CO2和CH4。自動以可變量考慮的此類氣體的存在需要使用對所有氣體具有足夠反應性的吸氣劑。這是為什麼吸氣劑材料通常由鋯或鈦製成或者包含鋯或鈦，鈦能夠捕獲各種各樣的氣體。

現在，此類金屬在其表面處自然地「鈍化」，即，覆蓋有幾乎不可滲透和/或幾乎不反應的層，具體地講氧化物或氮化物層。因為吸氣劑在最後集成於外殼中之前是單獨製造的，所以在形成吸氣劑之後這種通過氧氣或氮氣的鈍化在實際中不可避免。因此，吸氣劑表面的原位再活化是必要的，以移除表面層並因此使吸氣劑有活性，所述活化在高真空和高於300℃的溫度下獲得。

然而，本發明人已觀察到，由於特定的設計和組裝技術和預防措施，可在密封期間和器件壽命期間控制氣密密封外殼中除了氫氣之外的氣體的分壓。實際上，在高真空加熱之後，礦物材料通常對於除了氫氣之外的氣體具有足夠低的脫氣速率，從而在本發明的情形中考慮的壓力範圍內將被忽略。

更具體地講，在密封的高真空外殼中由發明人獲得的除氫氣之外的分壓的總和為大約10-5毫巴，並且在密封外殼之後隨時間僅可忽略地變化，這種情況在多個器件上能重現。然而，本發明人已經注意到，氫氣的分壓高度波動，並且一旦外殼被緊密密封，能夠隨時間變化。發明人因此觀察到，與外殼真空密封的現有技術相反，使用僅對氫氣有反應性的吸氣劑能夠通過採取特別簡單的特定預防措施達到所需的壓力水平和穩定性，通常為大約10-4毫巴。

這些特定預防措施尤其包括：僅對於與空腔相關的所有表面使用下述材料：一旦外殼已被密封，所述材料就基本上不脫氣(除了可能的氫氣外)；以及在密封外殼之前通過適度加熱器件實施脫氣步驟以便使空腔的內表面免於可能的汙染物，諸如O2、H2O、N2、Ar和大多數有機性質或來源的分子，即包含與氫、氮、氧化學連接的碳(例如CO、CO2、烴(例如：CH4))，或者滷素，例如氟或氯。通常，可能脫氣到內部空腔中的所有材料是礦物材料，優選地為無孔的，並且如果它們包含碳，則後者是其固體形式的一種或多種。

因此，在密閉外殼中確保非常少量的大氣和有機氣體，並且其中壓力不穩定性的主要來源由僅針對氫氣的吸氣劑抑制。現在，本發明人還觀察到，關於將捕獲的氣體類型具有較少約束使得可能使用在其表面處不鈍化的吸氣劑材料，換句話講，該材料不在其表面處形成氧化物和/或氮化物層，具體地講鈀。沒有通過氧和/或氮(例如，存在於大氣中的氣態氧氣和氮氣)的鈍化，尤其在外殼製造期間經受的壓力和溫度條件下(確切地，10-5巴至1.5巴的範圍內的壓力以及0℃至300℃的範圍內的溫度)，避免了通過加熱來活化的需要。由於器件不再需要經受高於300℃的溫度，其最敏感的元件(具體地講，微電子部件及其輻射熱視網膜)的性能更不可能由於熱而劣化，而這是使用易碎或/和熱不穩定結構或材料的關鍵問題。

無焊劑密封可例如藉助於無焊劑焊接、陽極鍵合、通過金屬擴散的鍵合或分子鍵合來進行。

根據實施方案：

-氣密密封外殼的形成包括形成下部壁和上蓋(具體地講，在紅外檢測器的情形中的可透過紅外輻射的窗口)；

-吸氣劑的形成包括在蓋上形成金屬氫吸氣劑材料層；

-將蓋放置在下部壁上，其中所述吸氣劑層的僅第一部分擱置在下部壁上；

-形成吸氣劑，其中所述吸氣劑層的至少第二部分不擱置在下部壁上；並且

-施加機械接觸動作，即下部壁與蓋之間的壓迫和/或摩擦作用力，和/或加熱吸氣劑層的所述第一部分以在沒有焊劑輸入的情況下形成氣密金屬密封，即，將在蓋與下部壁之間在沒有焊劑的情況下進行密封。

更具體地講，所述吸氣劑層的第一部分和第二部分形成單個連續圖案或者多個不連續圖案，即，呈至少兩個單獨部分。換句話講，這至少兩個部分是相鄰或分開的。

換句話講，氫吸氣劑由金屬層形成或包括金屬層，所述金屬層沉積在氣密密封外殼的至少一個壁上並且至少部分地暴露於外殼的內部大氣。更具體地講，這個層形成在外殼窗口上。作為變型，例如，蓋包括支承在基板上的壁，通常所述基板具有形成於其上的微電子部件，所述蓋具有U形橫截面，並且金屬層形成於基板上。這個層有利地包括在單次操作中形成的兩個部分，第一部分集成在外殼的無焊劑焊接的組裝接合部中，而第二部分與外殼的內部直接相互作用並因此形成吸氣劑的部分。焊接方法在形成根據本發明的組件時以無焊劑方式實施以避免在空腔中存在(即使是痕量的)焊接焊劑的一種或多種成分，該存在將不能夠實現目標真空水平。這個層可有利地用作無焊劑焊接界面材料以密封外殼。因此，最終真空的質量所必需的氫吸氣劑的至少一部分的形成以及藉助於單個製造步驟進行的氣密組件密封的至少一部分的形成能夠簡化器件的設計並且限制其製造成本，特別是窗口的製造成本。更具體地講，根據現有技術，尤其是由於使用的材料不同，藉助於單獨的層獨立地一方面獲得利用貴金屬用於無焊劑焊接的窗口的金屬化，另一方面獲得吸氣劑功能。本發明的實施例減少了製造步驟的數量，從而降低了製造成本。

根據實施例，吸氣劑包括由鈀或鉑，或者其混合物或合金製成的氫捕獲材料。鈀或鉑能夠同時形成氫吸氣劑和對鈍化(尤其由氧和氮引起)不敏感的表面，能夠實施無焊劑焊接。

根據實施例，吸氣劑包括厚度在100納米至1微米的範圍內的鈀或鉑層。

根據實施例，內部空間中的氣體壓力低於10-4毫巴，並且電子部件是輻射熱檢測器。

本發明還涉及基本上僅捕獲氫氣以維持其中容納有電子部件的氣密密封外殼中壓力水平的吸氣劑的用途。有利地，吸氣劑包含鈀或鉑以捕獲氫氣。

本發明還旨在一種器件，該器件包括：

-氣密密封真空外殼，其由限定內部空間的壁形成；

-容納在外殼中的微電子部件；以及

-容納在內部空間中的吸氣劑，

其中器件的可能脫氣到內部空間中的每個組成部分為礦物材料，並且其中吸氣劑僅捕獲氫氣並且有利地包含鈀或鉑以捕獲氫氣。

根據實施例，外殼包括藉助於金屬密封層氣密密封到基座上的窗口，並且吸氣劑包括金屬吸氣劑材料層，布局為：其中密封層和吸氣劑材料層由一層相同的金屬材料形成。具體地，金屬密封層和金屬吸氣劑層相鄰。

附圖說明

通過結合附圖閱讀僅作為示例提供的以下描述，將更好地理解本發明，其中相同的附圖標記表示相同或相似的元件，其中：

-圖1是上文已描述的現有技術輻射熱檢測器件的簡化橫截面視圖；

-圖2是根據本發明的輻射熱檢測器外殼窗口的內部空間的相對表面的簡化視圖；以及

-圖3是包括封裝在微型外殼中的部件的器件的簡化橫截面視圖。

具體實施方式

在下文中，描述了製造包括微電子部件和氫吸氣劑的氣密密封外殼的方法的實例。這些實例基於現有技術中公知的方法來修改，以實施本發明。

A)第一實施例：通過排氣管從外殼排氣來密封外殼

根據現有技術的方法，通過可透過所關注輻射的窗口(對於紅外應用通常由矽或鍺製成)封閉的氣密密封外殼由穿過外殼的壁的管(稱為「排氣管」)排氣，從而能夠從外殼的內部空間排氣。外殼通常由金屬材料製成，或者使用於壁、底部和蓋的金屬以及用於在壁中形成的電通路的玻璃和/或陶瓷結合在一起，從而一旦排氣管已被機械密封就形成氣密封閉的封裝件。更具體地講，窗口置於外殼的側壁上並且通過焊接附接到所述側壁。出於此目的，將一層金屬焊接材料沉積在外殼的窗口和/或側壁上，之後施加熱和/或機械作用以使焊接材料的原子擴散/遷移和/或使材料至少部分熔融，並因此獲得窗口和側壁的氣密接合部。

為了實現所需真空水平，隨後將組件加熱到100℃至200℃範圍內的溫度，以便在通過排氣管對所述空間進行動態排氣的同時使外殼的內表面脫氣。排氣步驟根據以下因素通常持續幾小時到幾天：所需真空水平、外殼尺寸、排氣管，以及外殼中填充元件或各種氣體源(例如有機性質的化合物，諸如粘合劑或聚合物)的存在。在排氣步驟結束時，藉助於液壓夾具壓垮並切割通常由銅製成的排氣管。此步驟通常稱為「夾斷」。隨後在附加步驟期間對布置在密封外殼內部的吸氣劑進行活化。根據此現有技術，吸氣劑通常是燒結的吸氣劑，其需要在高溫下(通常至少800℃)通過焦耳效應電活化，以便僅加熱吸氣劑本身。

根據本發明，燒結的吸氣劑用僅用於氫氣且無需活化的吸氣劑替換，所述吸氣劑沉積在氣密密封的封裝件的一個部件上，例如，在外殼的基座、一個側壁上，或者在與內部空間相關的窗口表面上，或者還在窗口的不幹擾布置在外殼中的輻射熱視網膜檢測的部分上。吸氣劑包括能夠通過物理吸附吸收氫氣的貴金屬層作為吸氣劑材料，所述貴金屬層具有100納米到1微米範圍內的厚度。該層例如沉積在金屬帶或「吸氣劑帶」上，根據已知技術預先點焊接或熔接在外殼內部的金屬化區域上。根據本發明在將吸氣劑材料沉積在帶上時不需要保護旨在用於吸氣劑帶的焊接或熔接組裝的部分，這是因為一旦吸氣劑材料已沉積所述帶就不會鈍化。帶製造順序因此被簡化並且不那麼昂貴。

有利地，氫吸氣劑材料還選擇為具有隨後實施無焊劑焊接所必需的質量，這尤其適用於為貴金屬的鈀。因此，還使用該材料來密封窗口，這能夠減少製造步驟的數量。更具體地講，在一個且相同的沉積步驟中，焊接材料層和氫吸氣劑材料層形成在窗口上、在保留的光學透明區域外部，其中焊接層的厚度與吸氣劑層的厚度可不同或相同。根據此變型，所述沉積因此包括：

-第一部分，其優選地位於窗口的最末端處，旨在用於將所述窗口無焊劑焊接在外殼的所述側壁上，如果有必要的話，可能具有已知中間支撐件；以及

-第二部分，其優選地在窗口的內周邊處與第一部分相鄰或分開，一旦窗口已密封，第二部分將保持與外殼的內部空間直接聯繫並且旨在發揮吸氣劑的作用。

有利地，形成至少兩層的疊堆以增加吸氣劑和/或焊接材料的機械阻力。沉積具體地包括：沉積至少第一結合層，其具有改進所述金屬疊堆與具有形成於其上的疊堆的表面之間的機械內聚的功能；以及沉積至少第二層，其形成氫吸氣劑材料。因此，第一鈦或鉻結合層沉積在所述表面(其對應於根據先前論述模式的吸氣劑帶或窗口)上，之後第二層吸氣劑/焊接材料沉積在所述結合層上。所沉積材料的厚度範圍對於結合層(通常為鈦或鉻)為30nm至300nm，而對於吸氣劑/焊接材料(具體地講，鈀或鉑)為100nm至1μm。

參見圖2的窗口的內部空腔相對表面的視圖，窗口18的置於外殼內壁上的表面32包括：金屬化區域34，其形成在窗口的邊緣上，即，安裝並密封在外殼側壁上的窗口部分；以及形成在所述部分的外部(例如呈帶形式)的氫吸氣劑區域36，區域34和區域36在同一沉積步驟期間沉積在表面32上。這種沉積可有利地但並非必須地在多個窗口的集體製造期間實施，即在從具有較大表面積的窗口基板「分離」或切割成單元元件之前實施，所述窗口基板通常是標準微電子格式(具有100mm、150mm、200mm或更大直徑的盤)。有利地，在金屬區域34、36的沉積期間，通過掩蔽保護用於將紅外輻射傳輸到外殼內部的檢測元件的中心部分38。有利地，為了避免對金屬疊堆的蝕刻操作，例如，根據所謂的「剝離(lift-off)」或「蔭罩」技術將這個層的各部分限定在一起。

因此，以這種方式組裝的部件在通過例如先前描述的排氣管排氣–脫氣的常規步驟之後具有所需的初始真空質量和穩定性的特性。

優選地，吸氣劑/焊接材料為鈀。此貴金屬實際上具有：

-通過物理吸附對氫氣進行吸收的化學特性。此金屬可實際上吸收大量氫氣，如文獻Vacuum properties of palladium thin film coatings,C.Benvenuti et al.,Vacuum 73(2004)139–144](鈀薄膜塗層的真空性質，C.Benvenuti等人，《真空》，第73卷，2004年，第139–144頁)中所示；以及

-適合無焊劑焊接的化學特性，這是因為其為與大氣接觸不可氧化且不可氮化的金屬，換句話講，其在與存在於大氣中的氧氣和氮氣接觸時不鈍化。

本發明提供的氫吸氣劑具有不需要活化的特殊性質，這是因為鈀在暴露於大氣時不會通過表面氧化或氮化而鈍化。通過物理吸附抽吸氫氣在任何時刻都有效並且可逆。在夾斷之前在真空中脫氣的步驟能夠進一步使由此金屬捕獲的氫氣在其存在於大氣期間脫氣。因此，根據本發明的方法有效維持真空外殼中的低氫氣壓力，而不需要當前使用的吸氣劑的高溫熱活化或電活化特性。

為了獲得低於10-2毫巴並優選地低於10-4毫巴的所需真空水平，由外殼形成的空腔不包含有機性質或來源的部件，例如聚合物或粘合劑，相對於所需的真空水平，其始終並非常持久地脫除大量水蒸汽和揮發性碳化合物。容納在外殼中的電子部件或晶片，即，支撐敏感檢測結構和這些特有結構例如微輻射熱測定計的集成電路，有利地藉助於金屬通過無焊劑焊接固定。因此，可能脫氣到外殼中的所有元件的優選成分是無機的，尤其為礦物性質的，優選地為無孔的，諸如通常且已知地而非限制地為，礦物半導體(Si、Ge等)、金屬、諸如氧化鋁(Al2O3)或氮化鋁(AlN)的緻密陶瓷，或者純的或化學結合的各種形式的碳(例如以碳化物的形式)，以及這些材料彼此之間為任何比例的所有關聯物、組件、合金、分散體。

B)第二實施例：根據集體密封各個部分的方法通過從外殼排氣來密封外殼

有關對微電子部件(尤其是微輻射熱成像部件)進行氣密密封的另一現有技術，提供不使用排氣管即可在外殼的空腔中獲得真空的整體密封。根據例如文獻FR 2874691，可在達到足夠溫度的真空烘箱中持續適於所需真空水平的持續時間集體組裝分立部件。

如就根據本發明的通過排氣管排氣的外殼而言，真空空腔基本上不含有機材料(聚合物、粘合劑)，所述有機材料會造成過度脫氣以致實施本發明的時間過長。

微電子部件具體地通過無焊劑焊接固定在與可透過紅外輻射的窗口相對的外殼中。就吸氣劑和/或通過焊接密封窗口而言，在集體密封情形中的優選成分與前述實施例中的那些成分類似。具體地講，吸氣劑在空腔的壁上沉積成薄膜。在本發明的情形中使用的外殼除了用於在所謂高真空中密封氣密密封外殼的那些現有技術之外不需要其他特殊技術。

因此，外殼通常是金屬的或陶瓷的，並且包括用於接受焊接的金屬化區域，通過安裝電子部件並隨後安裝窗口，覆蓋貴金屬層(諸如金)來，來允許實現無焊劑焊接，從而組裝部件並隨後組裝窗口。

部件在固定到外殼的表面上包括貴金屬層，所述貴金屬層根據優選地與外殼脫氣和密封循環分開的熱循環以無焊劑方式焊接在外殼內部，這尤其能夠在密封之前形成部件與外殼通路之間的導線連接。

用於組裝的焊接材料優選地以金屬預成型件的形式和適於組裝需要的幾何形狀引入，所述金屬預成型件具有由所需熔融溫度限定的組成。因此，例如，部件可藉助於Au 80重量％-Sn 20重量％類型的常規焊料固定到外殼，所述常規焊料具有280℃的熔融溫度，所述熔融溫度與選擇SAC 305型(錫-銀-銅合金)的第二常規預成型件相容，所述第二常規預成型件可在大約240℃下熔化，用於焊接根據本發明的外殼的窗口與基座之間的密封。進一步選擇這些預成型件的厚度，使得足以補償彼此相對放置的子組件的表面非均勻度。尤其選擇介於20μm和150μm之間的預成型件厚度來實現這一目的。

所使用的窗口通常具有與帶排氣管的第一實施例的情形中所提供的製造相同的製造，即單獨製造，但有利地是，由大幅面基板集體製造，在可透過輻射的表面上形成局部光學處理功能並且在保持不透明的表面的至少一部分上形成吸氣劑之後，切割成單個窗口。

隨後在相同高真空熱循環中執行脫氣和密封，以達到部件中所需的最終壓力。外殼的不同元件(尤其是窗口)優選地在密封窗口之前例如根據文獻FR 0409055中描述的方法在高真空烘箱中提前脫氣。然而，根據本發明，在普通吸氣劑通常所需的溫度下使支撐吸氣劑的元件脫氣/活化在這裡並沒有用，因為不需要活化由對鈍化不敏感的材料製成的氫吸氣劑。

在集體密封的外殼的情況下，本發明的替代實施例是使用如前所述的吸氣劑帶形式的吸氣劑元件。這種帶也是根據本發明的原理通過在礦物支撐件(通常由金屬或陶瓷製成)上沉積氫吸氣劑材料層(具體為鈀層)製造而成的，並且在最終將窗口密封到外殼壁的循環之前(例如，在固定微電子部件步驟的同時)或期間，這種帶通過無焊劑焊接集成在氣密密封殼體中。在這種情況下，窗口可以是根據現有技術的窗口，也可以是根據本發明的窗口，其中本發明的窗口上的吸氣劑材料還有如前所述的焊接界面材料的作用。

C)第三實例：根據所謂的「晶圓級封裝」方法進行集體密封

本發明還適用於根據所謂的「晶圓級封裝」技術在基板規模上密封部件(尤其為輻射熱部件)。

根據現有技術(以圖3的簡化橫截面視圖示出為參考)，通過焊接、熱壓或真空熔融將第一透明基板40(稱為「窗口晶圓」或「蓋晶圓」，其上形成有空腔42)與第二基板44(稱為「晶片晶圓」，其支撐多個微電子晶片46，每個例如在其表面處包括敏感視網膜)組裝在一起，每個空腔42覆蓋一個晶片46。這些集體形成的部件還在每個空腔42中包括吸氣劑50以獲得高真空，以便確保其最大性能。

確保「晶圓級封裝」型部件的組裝緊密度的焊接界面的性質通常不同於單獨形成的部件的性質：與在單獨外殼上獨立形成的組件相比，蓋晶圓和晶片晶圓的表麵條件和表面均勻度實際能夠顯著減少所用的焊料量。

因此，所需的焊料厚度小能夠將金屬焊料層直接沉積到蓋晶圓或/和晶片晶圓上。沉積方法通常是電解方法和/或物理方法，例如通過陰極濺射或蒸鍍進行。為了形成焊料金屬化，一種技術是首先通過物理過程(濺射或蒸鍍)以非常薄的層將晶種層52沉積到保留給密封界面的表面上，所述密封界面由結合層和貴金屬層形成。貴金屬能夠避免金屬表面在空氣中鈍化，以確保電解生長的第二步驟中界面和暴露表面的覆蓋的質量，目的在於在暴露表面上以較大厚度局部選擇性沉積實際焊接材料54。選擇性沉積能夠限制貴金屬(如金，一種焊接材料的常見組分)的消耗。

通常，結合層由鈦或鉻製成並且具有30nm至300nm範圍內的厚度，焊接材料層(例如由金製成)具有100nm至500nm範圍內的厚度。這些層藉助於「剝離」或「蔭罩」技術通過蝕刻或通過掩蔽來限定。電解層例如由金以1微米至5微米範圍內的厚度、隨後由錫以1微米至5微米範圍內的厚度製成。在通過真空熱壓進行密封的過程中，金和錫擴散到彼此之中，隨後部分熔融形成至少部分共熔的合金。

在本發明的情形中，至少一個基板(蓋晶圓或晶片晶圓)上晶種層的金被替換為鈀，將所述鈀沉積在第一基板的較大表面區域上，以形成兩個相鄰或分開的區域。第一區域旨在形成或界接與第二基板的金屬化部相對的焊料接合部以及每個空腔內部的第二相對區域，所述第二相對區域在密封之後保持暴露(即，與空腔的大氣直接相互作用)，其旨在形成吸氣劑50。

緊密密封當然按照前述實施例所描述的那樣實施，即通過對脫氣進行排氣並且隨後進行無焊劑密封，具體地講，在高真空的相同熱循環中進行脫氣和密封，以達到部件中所需的最終壓力。

在優選在同樣支撐吸氣劑的基板上形成焊料層的情形中，為了避免焊料層電解沉積到第二區域上，優選地是在電解操作之前通過由光刻法限定的抗蝕劑來掩蔽第二區域。因此，未被電沉積物覆蓋的區域在組件中用作氫吸氣劑，而不需要藉助於根據現有技術必要的特定附加步驟來引入這種吸氣劑功能。因此，大幅節省時間、裝置和成本得以實現。

D)第四實例：根據微包封技術或「像素級封裝」在晶圓上進行單片密封

在被稱為「像素級封裝」或「微封裝」的氣密密封的情形中，輻射熱視網膜的每個像素或像素組被封裝在單獨的氣密外殼(或「微膠囊」)中，所述外殼藉助於通過在晶片基板上直接沉積微電子類型而獲得的單片層(monolithic layers)集體形成。各個實施例的細節例如由文獻US 6753 526提供。根據這種現有技術，為了達到並維持所需真空水平，通過在由此限定的每個氣密空腔中局部沉積鈦來形成薄膜吸氣劑。在使用如上所述的吸氣劑的情況下，在技術組裝敏感微結構及其空腔的過程中所使用的溶劑、樹脂和各種侵蝕性方法(尤其是氧化)會改變吸氣劑表面，或甚至至少部分地抑制其氣體分子捕獲性能。這有可能導致在密封微膠囊之後需要在相對高的溫度下進行熱活化以使其性能再生。

在本發明的情形中，這種吸氣劑用氫吸氣劑取代，所述氫吸氣劑優選地由至少兩層形成：

●一方面為結合層，其具有實現氫吸氣劑材料與基板(具有形成在其上的吸氣劑)之間的機械內聚力的功能，以及

●另一方面為貴金屬層(尤其為鈀層)，其能夠通過物理吸附吸附氫氣。

緊密密封當然按照前述實施例所描述的那樣實施，即通過對排氣進行排氣並且隨後進行無焊劑密封，具體地講，在高真空的相同熱循環中實施脫氣和密封，以達到部件中所需的最終壓力。

除了對大氣鈍化不敏感這些性質之外，貴金屬的優點在於對用於構造微結構及其空腔的常規溶劑和樹脂具有抗性，而其表面不會改變。因此，這種金屬不需要特定活化，並且按照前述實施例那樣操作。

本發明因此具有若干優點。

本發明能夠在同一步驟過程中沉積氫吸氣劑並且進行為了無焊劑焊接的金屬化，這能夠節約完成吸氣劑沉積和結構化過程的成本和時間。因此，本發明提供的成本收益非常明顯。

此外，當前用於在二次真空下進行密封的基於鈦或基於鋯的吸氣劑必需將部件加熱至高達300℃以上的溫度，或者甚至更有效地，至少高達350℃。微電子部件在這種溫度下所經受的熱預算或範圍可影響集成在外殼中的最敏感部件(典型地，為後續實例中的微輻射熱測定計)的物理特性，並且因此影響其性能或甚至其功能。本發明提供的組裝方法以及吸氣劑能夠在比現有技術所施加的溫度低的溫度下密封精密部件，因為事實情況是，最高溫度由用於無焊劑焊接的合金的熔融溫度而不是由吸氣劑的必要活化來施加。目前，對於與無焊劑焊接相容的常規合金，外殼密封溫度範圍通常為150℃(富銦合金)至250℃(富錫合金)，比常規吸氣劑活化溫度低得多。因此，施加到脆弱部件的最高溫度顯著降低，這使得可更加自由地使用比現有技術所需抗性更小的敏感結構，而在製造之後正常使用部件不需要這種高抗性水平。由於本發明，生產敏感結構是可能的，而沒有其他複雜性。

鈀(由於其價格合理且特性有利而優選提供)可被替換為更昂貴的鉑，如前文所述。

窗口焊接溫度受所選金屬焊料合金的限制，而不再像現有技術中通常使用的組件那樣受吸氣劑活化溫度的限制。在實施過程中，根據組件所需的特性，熔融溫度在156℃(純銦)至280℃(Au 80-Sn 20)範圍內的焊料將是優選的。

已經描述了實施無焊劑焊接來將窗口密封到外殼的基座上的實施例。作為變型，實施陽極鍵合(一種通過金屬擴散的鍵合)或分子鍵合來密封外殼，所述結合層形成吸氣劑的一部分參與或不參與無焊劑密封。

類似地，已經描述了薄金屬層形式的吸氣劑，例如其具有小於1微米的厚度，當所述層用於密封外殼時，這種實施例是特別優選的。作為變型，吸氣劑可包括厚度較大的氫吸氣劑材料層，無論所述層形成吸氣劑的部分是否參與無焊劑密封。例如，吸氣劑材料層可具有幾微米的厚度。

類似地，已經描述了本發明用於輻射熱檢測器包封以供進行紅外檢測(例如，在LWIR範圍內)的優選應用。當然，本發明適用於需要這種包封的任何類型的微電子部件，尤其是微電子機械系統(MEMS)或微光電子機械系統(MOEMS)。