[发明专利]锗窗及其制造方法以及气密性盒体、红外线传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够用于红外线传感装置等电子器件的锗窗。

背景技术

红外线传感装置通常由一个带有锗窗的气密性盒体制成，其结构如图1和图2所示，包括具有开口的金属壳体14，焊在金属壳体14的开口上面并具有通孔的金属盖板12、焊在金属盖板12上并盖住通孔的锗窗1。锗窗1、金属盖板12和金属壳体14构成气密性盒体，气密性盒体内封装有芯片13。锗窗1即用作红外透射窗，红外透射窗还可以由硅、锗、硒化锌、蓝宝石等材料制成。红外辐射从外部透过锗窗1，入射到封装于金属壳体14内的芯片13上。出于屏蔽电磁波干扰、提高传感效率的目的，构成红外辐射传感器的气密性盒体内部应为真空状态，因此对气密性盒体的气密性要求极为苛刻。

金属盖板12和金属壳体14通常均采用可伐(Kovar)合金材料，两者之间的焊接强度很高，可以满足气密性要求。但Kovar合金材料的金属盖板12与锗窗1之间的焊接不能直接进行，因为常用的焊料都不能充分地铺展并润湿到锗窗1上。所以需要先对锗窗1上与金属盖板12进行焊接的表面的边缘部分进行金属化处理，形成封闭的金属化区域，然后再将焊料涂布在锗窗1的金属化区域上，之后再与Kovar材料的金属盖板12进行焊接。

如图3所示，传统的用于非致冷型红外辐射传感器的锗窗1是边长为13mm的有倒角的正方形薄片，图3中锗窗1外边缘处边长为为1mm的封闭方形框区域表示锗窗1与金属盖板12焊接的区域，即须要金属化的区域11。须要金属化的区域11进行金属化处理后的黏附性、浸润性、纵向拉伸强度和横向拉伸强度都会影响到焊接的质量，并最终影响气密性盒体的气密性和传感器的灵敏度。

任何一种锗窗金属化的方案都需要解决下面几个问题：

1.要保证焊料能在金属化的区域的金属化层上充分铺展润湿，这是保证焊接质量的关键因素；

2.要保证在焊接过程中熔化的焊料不会完全消耗掉金属化层而与锗窗直接接触，因此要求金属化层的设计对焊料有一定的阻挡作用；

3.要保证金属化层与锗窗的粘附性，这样可以确保器件在不同的环境下使用时，不会由于温差过大导致金属层从锗窗上脱落或断裂。

常用的焊料通常是锡(Sn)或者锡系列合金。大量的实验和文献都表明，锡或者锡系列合金在金(Au)和钯(Pd)上可以充分润湿。但仅仅用金和钯是不能作为金属层的，原因为：

1.金如果太薄，则在焊料熔化时会很容易被消耗掉。如果太厚，则会使得熔化后形成的金锡材料太脆，容易造成裂纹，导致漏气甚至导致器件失效。

2.在所有的金属中，钯和锡的反应速率是最快的，也就最容易被消耗掉。因此，如果仅仅用钯来做金属层，就必须很厚才能达到目的，这样又导致下一个问题。

3.金和钯都属于贵重金属，钯的价格约为金的三分之一。如果用很厚的钯做金属层，则成本太高。

从这几点分析来看，可以用少量的金和钯作为润湿材料，但必须另选材料来实现金属层对焊料的阻挡作用。

目前通常采用的对锗窗1须要金属化的区域11进行金属化处理的方案一般是自锗窗本体边缘部分下表面起，按顺序层积如下金属，再经热处理形成锗窗1的金属化层：

方案一：钒(V)、镍(Ni)、金(Au)

方案二：铬(Cr)、镍(Ni)、金(Au)

方案三：钯(Pd)、金(Au)

方案四：金(Au)

这四种方案中，层积在锗窗1边缘部分下表面的金属化层与锗窗1本体的黏附力不高，在采用镍充当中间层时，出于焊接和对老化时间的要求，镍层的厚度应大于1μm，如此厚度的镍层很容易在受热时由于热应力的作用而出现龟裂，影响焊接效果和强度，在与金属盖板12进行焊接封装后容易出现漏气现象。第三种方案Pd层厚度太厚(厚度＞10μm)，第四种方案采用纯金(厚度＞300nm)，成本太高。

此外，公开号为JP10170337(A)的发明专利公开了一种红外线透射锗窗，该锗窗边缘部分下表面经金属化处理形成用于焊接的金属化区域，该金属化区域的结构为以锗窗本体为基依次具有底层、中间层和抗氧化外层，其中底层和抗氧化外层为金层和铂层中的至少一种，中间层为镍层、铂层和铜层中的至少一种。该红外线透射锗窗作为中间层的镍层稍厚时该中间层便会产生细微但可视的裂纹，影响薄膜的机械性能，并在与金属盖板或直接与金属壳体进行焊接封装后容易产生细微漏孔，出现漏气现象。

发明内容

本发明要解决现有的锗窗金属化层在封装后容易漏气、成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：