一种红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法与流程

1.本发明涉及光电技术领域，尤其是涉及一种红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法。


背景技术：

2.公知的，杜瓦是一种双层或多层结构的薄壁容器，是红外探测器中十分重要的基本构件之一，对探测器的制冷具有至关重要的作用，并且为芯片提供了一个洁净的真空环境，是芯片与其它组件连接的主要载体；随着红外探测器的发展，金属杜瓦以其坚固耐用、易加工、尺寸精度高等有点广泛的应用于各种红外探测器尤其是大面阵红外焦平面探测器。
3.杜瓦的气密性影响器件漏热，关系制冷器的稳定性、流量、启动时间等指标，同时探测器的工作寿命也直接取决于杜瓦真空度的保持，金属杜瓦窗口的封接质量对金属杜瓦的气密性有至关重要的影响，要保证金属杜瓦的可靠性就必须保证金属杜瓦窗口封接的质量。
4.目前金属杜瓦窗口封接技术多采用在窗口上真空蒸镀cr/au金属层进行焊接的方法来实现，其中au层为焊接层，一般厚度不小于1μm；但是蒸发方法的蒸发原子或分子的能量约为0.1-1电子伏，能量较小，因此蒸发方法沉积的膜层与基底的附着力较弱，焊接效果较差，易出现金属杜瓦漏气的现象，此外使用au层作为焊接层成本较高。
5.因此，解决红外探测器金属杜瓦窗口封接问题，降低生产成本具有重要的现实意义。


技术实现要素：

6.为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，实现提高红外探测器金属杜瓦窗口封接质量，降低生产成本的目的。
7.为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，具体包括以下步骤：步骤1、对杜瓦窗口使用清洗剂清洗，去除表面附着污物；步骤2、将步骤1中清洗后的杜瓦窗口进行等离子体清洗；步骤3、将上一步骤中的杜瓦窗口在表面和侧壁上采用磁控溅射的方法沉积一层金属cr或ti作为打底层；步骤4、接上一步骤，在打底层上同时溅射沉积金属ni与金属in，形成ni-in合金层作为焊接层；步骤5、接上一步骤，在焊接层表面溅射沉积一层au作为保护层，防止焊接层氧化；步骤6、接上一步骤，在溅射沉积完金属的杜瓦窗口上使用甩胶机均匀的涂覆一层光刻胶，对光刻胶进行光刻显影得到金属化所需的图形；同时对杜瓦窗口侧壁均匀的涂覆光刻胶保护侧壁上溅射沉积的金属层；
步骤7、接上一步骤，使用去金液去除无光刻胶覆盖部分的au，然后使用腐蚀液去除相应部分的焊接层和打底层；步骤8、去除步骤6所述的光刻胶，将杜瓦窗口清洗干净，完成杜瓦窗口金属化工作；步骤9、使用铟焊对该杜瓦窗口与金属杜瓦窗口支架进行焊接，即可完成金属杜瓦窗口与金属杜瓦的封接。
8.所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，步骤1中的清洗剂为丙酮和异丙醇，清洗顺序为：先使用丙酮清洗，再使用异丙醇。
9.所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，步骤2中采用等离子体清洗的具体步骤为：a、将窗口放入真空腔内并对腔室抽真空至压强小于5
×
10-5
pa，将窗口加热至150℃～200℃，保持1小时；b、向腔室内通入氧气，腔室内压强维持在1～3pa，加载功率200～300w，进行氧等离子体清洗5～10分钟；c、停止向腔室内通入氧气，并对腔室抽真空至压强小于5
×
10-5
pa ，再向腔室内通入氩气，腔室内压强维持在1～3pa，加载功率200～300w，进行ar
+
离子轰击清洗5～10分钟。
10.所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，步骤3中所述的打底层金属cr或ti的厚度为30-60nm，所用靶材的纯度为≥99.99%。
11.所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，步骤4中所述的ni-in合金焊接层的厚度为800-1200nm，ni-in合金焊接层在进行溅射沉积时溅射金属ni与溅射金属in的功率比为1：0.6～0.9，所用靶材的纯度为≥99.99%。
12.所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，步骤5中所述的保护层au的厚度为30-60nm，所用靶材的纯度为≥99.99%。
13.由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：1、本发明所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，本发明采用磁控溅射沉积的方法沉积金属膜层，由于磁控溅射的原子能量为1～10电子伏，镀制的膜层与基底结合紧密，附着力强，膜层致密，均匀性好，能够有效提高窗口焊接的可靠性；采用金属ni-in合金为焊接层，能够明显降低生产成本，并且金属ni-in合金与铟焊料能够形成稳固的合金，保证了焊接质量。
14.2、本发明所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，通过采用光刻工艺实现窗口的金属化，制作精度高，能够满足红外探测器高精密的要求，经试验，本发明对各种材质的金属杜瓦窗口，如si、ge、蓝宝石、石英等均能实现很好的封接效果，保证金属杜瓦的气密性，成品率高；完全能够满足红外探测器金属杜瓦窗口封接的要求，窗口与金属杜瓦窗口支架封接牢固，经检测封接后的金属杜瓦漏率小于3.47
×
10-14
atm*cc/sec，满足使用要求。
15.3、本发明所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，使用金属ni-in合金为焊接层，au作为保护层， au层厚度仅为30-60nm，能够有效减少au的使用量，降低生产成本，提高经济效益。
附图说明
16.图1为金属化之后金属杜瓦窗口结构示意图；图2为光刻显影之后光刻胶图形；
图中：1、杜瓦窗口；2、打底层；3、焊接层；4、保护层；5、光刻胶。
具体实施方式
17.通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
18.实施例1本发明所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，具体包括以下步骤：步骤1、对杜瓦窗口1使用丙酮和异丙醇清洗，清洗顺序为：先使用丙酮清洗去除表面附着污物，再使用异丙醇去除残留的丙酮；步骤2、将步骤1中清洗后的杜瓦窗口1进行等离子体清洗；采用等离子体清洗的具体步骤为：a、将窗口放入真空腔内并对腔室抽真空至压强小于5
×
10-5
pa，将窗口加热至150℃，保持1小时；b、向腔室内通入氧气，腔室内压强维持在1pa，加载功率200w，进行氧等离子体清洗5分钟；c、停止向腔室内通入氧气，并对腔室抽真空至压强小于5
×
10-5
pa ，再向腔室内通入氩气，腔室内压强维持在1pa，加载功率200w，进行ar
+
离子轰击清洗5分钟；步骤3、将上一步骤中的杜瓦窗口1在表面和侧壁上采用磁控溅射的方法沉积一层金属cr或ti作为打底层2；所述的打底层2金属cr的厚度为30nm，所用靶材的纯度为≥99.99%；步骤4、接上一步骤，在打底层2上同时溅射沉积金属ni与金属in，形成ni-in合金层作为焊接层3；所述的ni-in合金焊接层3的厚度为800nm，ni-in合金焊接层3在进行溅射沉积时溅射金属ni与溅射金属in的功率比为1：0.6，所用靶材的纯度为≥99.99%；步骤5、接上一步骤，在焊接层表面溅射沉积一层au作为保护层4，防止焊接层氧化，所述的保护层4au的厚度为30nm，所用靶材的纯度为≥99.99%；步骤6、接上一步骤，在溅射沉积完金属的杜瓦窗口上使用甩胶机均匀的涂覆一层光刻胶5，对光刻胶5进行光刻显影得到金属化所需的图形，光刻显影的光刻胶图形如附图2所示；同时对杜瓦窗口侧壁均匀的涂覆光刻胶保护侧壁上溅射沉积的金属层；步骤7、接上一步骤，使用去金液去除无光刻胶覆盖部分的au，然后使用腐蚀液去除相应部分的焊接层3和打底层2；步骤8、去除步骤6所述的光刻胶，将杜瓦窗口1清洗干净，完成杜瓦窗口1金属化工作；金属化工作后杜瓦窗口的结构如附图1所示；步骤9、使用铟焊对该杜瓦窗口与金属杜瓦窗口支架进行焊接，即可完成杜瓦窗口与金属杜瓦的封接。
19.实施例2本发明所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，具体包括以下步骤：步骤1、对杜瓦窗口1清洗剂为丙酮和异丙醇，清洗顺序为：先使用丙酮清洗去除表面附着污物，再使用异丙醇去除残留的丙酮；步骤2、将步骤1中清洗后的杜瓦窗口1进行等离子体清洗；采用等离子体清洗的具体步骤为：a、将窗口放入真空腔内并对腔室抽真空至压强小于5
×
10-5
pa，将窗口加热至160℃，保持1小时；b、向腔室内通入氧气，腔室内压强维持在2pa，加载功率250w，进行氧等离子体清洗7分钟；c、停止向腔室内通入氧气，并对腔室抽真空至压强小于5
×
10-5
pa ，再向腔室
内通入氩气，腔室内压强维持在2pa，加载功率220w，进行ar
+
离子轰击清洗7分钟；步骤3、将上一步骤中的杜瓦窗口1在表面和侧壁上采用磁控溅射的方法沉积一层金属ti作为打底层2；所述的打底层2金属ti的厚度为40nm，所用靶材的纯度为≥99.99%；步骤4、接上一步骤，在打底层2上同时溅射沉积金属ni与金属in，形成ni-in合金层作为焊接层3；所述的ni-in合金焊接层3的厚度为900nm，ni-in合金焊接层3在进行溅射沉积时溅射金属ni与溅射金属in的功率比为1：0.7，所用靶材的纯度为≥99.99%；步骤5、接上一步骤，在焊接层表面溅射沉积一层au作为保护层4，防止焊接层氧化，所述的保护层4au的厚度为40nm，所用靶材的纯度为≥99.99%；步骤6、接上一步骤，在溅射沉积完金属的杜瓦窗口上使用甩胶机均匀的涂覆一层光刻胶5，对光刻胶5进行光刻显影得到金属化所需的图形，光刻显影的光刻胶图形如附图2所示；同时对杜瓦窗口侧壁均匀的涂覆光刻胶保护侧壁上溅射沉积的金属层；步骤7、接上一步骤，使用去金液去除无光刻胶覆盖部分的au，然后使用腐蚀液去除相应部分的焊接层3和打底层2；步骤8、去除步骤6所述的光刻胶，将杜瓦窗口1清洗干净，完成杜瓦窗口1金属化工作；金属化工作后杜瓦窗口的结构如附图1所示；步骤9、使用铟焊对该杜瓦窗口与金属杜瓦窗口支架进行焊接，即可完成杜瓦窗口与金属杜瓦的封接。
20.实施例3本发明所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，具体包括以下步骤：步骤1、对杜瓦窗口1清洗剂为丙酮和异丙醇，清洗顺序为：先使用丙酮清洗去除表面附着污物，再使用异丙醇去除残留的丙酮；步骤2、将步骤1中清洗后的杜瓦窗口1进行等离子体清洗；采用等离子体清洗的具体步骤为：a、将窗口放入真空腔内并对腔室抽真空至压强小于5
×
10-5
pa，将窗口加热至180℃，保持1小时；b、向腔室内通入氧气，腔室内压强维持在3pa，加载功率270w，进行氧等离子体清洗9分钟；c、停止向腔室内通入氧气，并对腔室抽真空至压强小于5
×
10-5
pa ，再向腔室内通入氩气，腔室内压强维持在3pa，加载功率250w，进行ar
+
离子轰击清洗9分钟；步骤3、将上一步骤中的杜瓦窗口1在表面和侧壁上采用磁控溅射的方法沉积一层金属cr作为打底层2；所述的打底层2金属cr的厚度为50nm，所用靶材的纯度为≥99.99%；步骤4、接上一步骤，在打底层2上同时溅射沉积金属ni与金属in，形成ni-in合金层作为焊接层3；所述的ni-in合金焊接层3的厚度为1100nm，ni-in合金焊接层3在进行溅射沉积时溅射金属ni与溅射金属in的功率比为1：0.8，所用靶材的纯度为≥99.99%；步骤5、接上一步骤，在焊接层表面溅射沉积一层au作为保护层4，防止焊接层氧化，所述的保护层4au的厚度为50nm，所用靶材的纯度为≥99.99%；步骤6、接上一步骤，在溅射沉积完金属的杜瓦窗口上使用甩胶机均匀的涂覆一层光刻胶5，对光刻胶5进行光刻显影得到金属化所需的图形，光刻显影的光刻胶图形如附图2所示；同时对杜瓦窗口侧壁均匀的涂覆光刻胶保护侧壁上溅射沉积的金属层；步骤7、接上一步骤，使用去金液去除无光刻胶覆盖部分的au，然后使用腐蚀液去除相应部分的焊接层3和打底层2；步骤8、去除步骤6所述的光刻胶，将杜瓦窗口1清洗干净，完成杜瓦窗口1金属化工
作；金属化工作后杜瓦窗口的结构如附图1所示；步骤9、使用铟焊对该杜瓦窗口与金属杜瓦窗口支架进行焊接，即可完成杜瓦窗口与金属杜瓦的封接。
21.实施例4本发明所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，具体包括以下步骤：步骤1、对杜瓦窗口1清洗剂为丙酮和异丙醇，清洗顺序为：先使用丙酮清洗去除表面附着污物，再使用异丙醇去除残留的丙酮；步骤2、将步骤1中清洗后的杜瓦窗口1进行等离子体清洗；采用等离子体清洗的具体步骤为：a、将窗口放入真空腔内并对腔室抽真空至压强小于5
×
10-5
pa，将窗口加热至200℃，保持1小时；b、向腔室内通入氧气，腔室内压强维持在3pa，加载功率300w，进行氧等离子体清洗10分钟；c、停止向腔室内通入氧气，并对腔室抽真空至压强小于5
×
10-5
pa ，再向腔室内通入氩气，腔室内压强维持在3pa，加载功率300w，进行ar
+
离子轰击清洗10分钟；步骤3、将上一步骤中的杜瓦窗口1在表面和侧壁上采用磁控溅射的方法沉积一层金属ti作为打底层2；所述的打底层2金属ti的厚度为60nm，所用靶材的纯度为≥99.99%；步骤4、接上一步骤，在打底层2上同时溅射沉积金属ni与金属in，形成ni-in合金层作为焊接层3；所述的ni-in合金焊接层3的厚度为1200nm，ni-in合金焊接层3在进行溅射沉积时溅射金属ni与溅射金属in的功率比为1： 0.9，所用靶材的纯度为≥99.99%；步骤5、接上一步骤，在焊接层表面溅射沉积一层au作为保护层4，防止焊接层氧化，所述的保护层4au的厚度为60nm，所用靶材的纯度为≥99.99%；步骤6、接上一步骤，在溅射沉积完金属的杜瓦窗口上使用甩胶机均匀的涂覆一层光刻胶5，对光刻胶5进行光刻显影得到金属化所需的图形，光刻显影的光刻胶图形如附图2所示；同时对杜瓦窗口侧壁均匀的涂覆光刻胶保护侧壁上溅射沉积的金属层；步骤7、接上一步骤，使用去金液去除无光刻胶覆盖部分的au，然后使用腐蚀液去除相应部分的焊接层3和打底层2；步骤8、去除步骤6所述的光刻胶，将杜瓦窗口1清洗干净，完成杜瓦窗口1金属化工作；金属化工作后杜瓦窗口的结构如附图1所示；步骤9、使用铟焊对该杜瓦窗口与金属杜瓦窗口支架进行焊接，即可完成杜瓦窗口与金属杜瓦的封接。
22.窗口封装之后的金属杜瓦通过高真空检漏仪来测量漏率，通过实施例1-4均能实现金属杜瓦窗口与金属杜瓦的牢固封接，经检测漏率均低于3.47
×
10-14
atm*cc/sec，满足使用要求。
23.本发明未详述部分为现有技术。
24.为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。

技术特征：
1.一种红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，其特征是：具体包括以下步骤：具体包括以下步骤：步骤1、对杜瓦窗口使用清洗剂清洗，去除表面附着污物；步骤2、将步骤1中清洗后的杜瓦窗口进行等离子体清洗；步骤3、将上一步骤中的杜瓦窗口在表面和侧壁上采用磁控溅射的方法沉积一层金属cr或ti作为打底层；步骤4、接上一步骤，在打底层上同时溅射沉积金属ni与金属in，形成ni-in合金层作为焊接层；步骤5、接上一步骤，在焊接层表面溅射沉积一层au作为保护层，防止焊接层氧化；步骤6、接上一步骤，在溅射沉积完金属的杜瓦窗口上使用甩胶机均匀的涂覆一层光刻胶，对光刻胶进行光刻显影得到金属化所需的图形；同时对杜瓦窗口侧壁均匀的涂覆光刻胶保护侧壁上溅射沉积的金属层；步骤7、接上一步骤，使用去金液去除无光刻胶覆盖部分的au，然后使用腐蚀液去除相应部分的焊接层和打底层；步骤8、去除步骤6所述的光刻胶，将杜瓦窗口清洗干净，完成杜瓦窗口金属化工作；步骤9、使用铟焊对该杜瓦窗口与金属杜瓦窗口支架进行焊接，即可完成金属杜瓦窗口与金属杜瓦的封接。2.根据权利要求1所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，其特征是：步骤1中的清洗剂为丙酮和异丙醇，清洗顺序为：先使用丙酮清洗，再使用异丙醇。3.根据权利要求1所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，其特征是：步骤2中采用等离子体清洗的具体步骤为：a、将窗口放入真空腔内并对腔室抽真空至压强小于5
×
10-5
pa，将窗口加热至150℃～200℃，保持1小时；b、向腔室内通入氧气，腔室内压强维持在1～3pa，加载功率200～300w，进行氧等离子体清洗5～10分钟；c、停止向腔室内通入氧气，并对腔室抽真空至压强小于5
×
10-5
pa ，再向腔室内通入氩气，腔室内压强维持在1～3pa，加载功率200～300w，进行ar
+
离子轰击清洗5～10分钟。4.根据权利要求1所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，其特征是：步骤3中所述的打底层金属cr或ti的厚度为30-60nm，所用靶材的纯度为≥99.99%。5.根据权利要求1所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，其特征是：步骤4中所述的ni-in合金焊接层的厚度为800-1200nm，ni-in合金焊接层在进行溅射沉积时溅射金属ni与溅射金属in的功率比为1：0.6～0.9，所用靶材的纯度为≥99.99%。6.根据权利要求1所述的红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，其特征是：步骤5中所述的保护层au的厚度为30-60nm，所用靶材的纯度为≥99.99%。

技术总结
一种红外探测器用金属杜瓦窗口的封接方法，涉及光电技术领域，具体包括以下步骤：对杜瓦窗口使用清洗剂清洗，再进行等离子体清洗；在杜瓦窗口表面和侧壁上沉积一层金属Cr或Ti作为打底层；在打底层上同时溅射沉积金属Ni与金属In，形成Ni-In合金层，在合金层表面溅射沉积一层Au作为保护层；在溅射沉积完金属的杜瓦窗口上使用甩胶机均匀的涂覆一层光刻胶，同时对杜瓦窗口侧壁均匀的涂覆光刻胶保护侧壁上溅射沉积的金属层；使用去金液去除无光刻胶覆盖部分的Au，使用腐蚀液去除相应部分的焊接层和打底层；去除光刻胶，将杜瓦窗口清洗干净；使用铟焊对该杜瓦窗口与金属杜瓦窗口支架进行焊接；本发明在降低生产成本的同时，保证了金属杜瓦的气密性。属杜瓦的气密性。属杜瓦的气密性。


技术研发人员：王理文 贾卫民 张国栋 苏现军 丁嘉欣 高文波 高晓生 施展
受保护的技术使用者：中航凯迈（上海）红外科技有限公司
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/7/27