固-液態擴散接合晶圓級構裝，是目前全球較為廣泛使用在紅外線陣列溫度熱影像感測元件的構裝格式，尤其是針對微測輻射熱計式紅外線感測元件。現有紅外線陣列溫度感測元件之相關構裝技術，與紅外線溫度感測為何需要真空氣密構裝等議題，將於本文中探討與說明。
本文將從以下大綱，介紹與彙整目前全球在固-液態擴散接合製程與構裝等議題。
‧晶圓級紅外線陣列溫度感測元件構裝
‧氣密真空構裝
‧固-液態擴散接合構裝製程
‧總結
【內文精選】
晶圓級紅外線陣列溫度感測元件構裝
紅外線陣列溫度熱影像感測元件就感測機制而言，基本上可區分為三大類，分別為感應電阻式微測輻射熱計(Microbolometer)、感應電壓式熱電對堆(Thermopile)和壓電感應式焦電元件(Pyroelectric Infrared; PIR)。壓電感應式焦電元件主要是作為人體偵測用，利用溫度的變化來感測人體的移動；熱電堆式由多組具有兩種不同材質之導體所組成的串聯熱電耦，當熱電耦兩端有溫度差異時，則會在串聯熱電耦兩端產生偏壓；微測輻射熱計上的金屬感應材料，會因所吸收之輻射熱能的變化，而使得金屬感應材料的電阻值產生變化，據以量測外界待測物體的溫度。以紅外線陣列溫度感測元件而言，目前全球微測輻射熱計感測元件產品的熱像素間距(Pixel Pitch)約在10微米左右，而熱電對堆則在90微米左右，在陣列化之感測晶片尺寸上，微測輻射熱計感測元件遠小於熱電對堆。因此，本文將著力於微測輻射熱計紅外線陣列溫度感測元件的構裝技術。
微測輻射熱計紅外線陣列溫度熱影像感測元件之最初始應用，大多被設定在軍事/武器/工業等高端應用方面，其構裝方式特別被鎖定在高可靠性的設計要求上，因此具有高氣密需求之陶瓷基底構裝格式，便被廣泛引用在構裝設計上。但隨著網際網路之推波助瀾，智慧建築這一領域的應用越來越受到紅外線感測器(Infrared Sensors)製造商的關注，如圖一法國ULIS公司與圖二國際著名市場調查機構Yole的研究報告皆指出，紅外線溫度感測器在此一市場之未來應用是值得關注的。由於該應用領域的價值屬性，具有低單價/小模組尺寸之紅外線感測器元件，變得具有市場主導性，因此晶圓級紅外線陣列溫度感測元件構裝顯得更加重要，同時也成為全球紅外線感測元件製造商的引用潮流與趨勢，這也是本文後續所要論述的重點。
圖一、法國ULIS公司對於紅外線感測元件感測機制在智慧建築上的應用趨勢
氣密真空構裝
氣密真空封裝在紅外線感測元件封裝中，是一個重要的封裝製程特色與要求，尤其是針對採用微測輻射熱計式紅外線感測元件。其主要是因為真空環境下相對於大氣壓力下有明顯的低熱輻射係數，因此使得外界照射到感測元件之感測表面的輻射能，能使感測元件產生較高之熱阻改變量，也就是使紅外線感測元件產生較高的感測偏壓輸出值。圖三為工研院微系統中心所研發之陣列紅外線感測元件，在真空與大氣環境下所量得的感測器輸出偏壓特性曲線比對圖，由圖中可以很清楚地得知，真空下的感測偏壓輸出值遠比大氣環境下來的好，且隨著待測物溫度越高，其增益效果越大，由此量測數據來說，感測元件的感測偏壓輸出值，對400˚C之待測物約略有大於10倍的感測靈敏度。
固-液態擴散接合構裝製程
針對智慧建築應用之需求，微型化與低成本之紅外線感測封裝，成為主要的設計方向。晶圓級封裝製程具有微型化與容易大量量產化的特色，因此在智慧建築應用上更值得關注。越來越多的國際知名研發單位與廠商已採用此晶圓級封裝製程，表一為目前全球紅外線感測晶片製造廠商中，已採用晶圓級封裝製程的整理。另一方面，在紅外線感測元件之晶圓級封裝技術中，其感測元件所需要的真空感測腔體環境，實質上已經在晶圓級封裝製程中就完全滿足了，也就是說…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖六、銅/錫固-液態擴散接合製程之示意圖（感測晶圓與封蓋晶圓皆為銅/錫鍍層範例）
作者：陳榮泰、李柏勳 、陳明發、林坤泉／工研院微系統中心
★本文節錄自「工業材料雜誌」394期，更多資料請見下方附檔。