[發明專利]一種焦平面探測器兩步倒焊工藝方法

有效

• 申請號: 201910246112.8
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109877479B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 朱憲亮;李雪;黃松壘;李淘;邵秀梅;張永剛;龔海梅
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發明公開了一種焦平面探測器兩步倒焊工藝方法。本方法先通過回熔焊工藝使光敏芯片和讀出電路初步形成互連，再采用高平整度材料作為倒焊過渡結構，通過倒焊過渡結構與初步互連的焦平面模塊二次冷壓焊使光敏芯片和讀出電路實現完全互連。本方法將回熔焊和冷壓焊工藝有機融合，充分發揮兩種工藝的優點，在減小倒焊隨機偏移的同時克服了由芯片平整度和銦柱質量引起的互連不上的問題，從而有效的提高大規模高密度焦平面探測器的連通率和倒焊成品率；本方法不受陣列規模和像元尺寸的限制，可以方便地應用于各種面陣器件。

技術領域

本發明屬于紅外及光電子領域，具體涉及一種焦平面探測器的兩步倒焊工藝方法，它特別適用于大規模高密度焦平面探測器的制備。

背景技術

焦平面探測器需要將分立的光敏芯片和讀出電路各元一一對應連接在一起構成焦平面器件，互連方式有直接倒焊混成、間接倒焊混成、環孔技術和引線鍵合等。直接倒焊混成型紅外焦平面是當前發展最為成熟的焦平面結構，其優點是敏感元陣列可獲得接近100％的占空因子、讀出電路可增大信號處理器的面積、寄生阻抗低、抗電磁干擾能力強和機械可靠性高等。

在實際器件制作中，芯片的電極區一般都采用銦制作金屬凸點來實現直接倒焊互連，倒焊工藝方式分為冷壓焊、熱壓焊和回熔焊。冷壓焊是在光敏芯片和讀出電路各元對準的基礎上，通過施加一定的壓力，使得光敏芯片和讀出電路結合在一起，冷壓焊過程中通常會由于銦柱的生長質量問題(包括銦柱的大小、高度、飽滿度和一致性等等)產生隨機的水平偏移。熱壓焊是在倒焊的過程中提高光敏芯片和讀出電路的溫度，再通過施加壓力的方式使二者互連的工藝，但高溫對準互連后的焦平面降至常溫過程中由于材料之間熱膨脹不匹配的問題會導致倒焊偏移更加難以控制，通常較少采用。回熔焊是將光敏芯片和讀出電路置于高溫和還原性氣氛(如甲酸)中，去除銦柱表面氧化層引起焊料回流并形成光敏芯片和讀出電路之間的物理連接，回熔焊工藝中不需要施加壓力，倒焊后水平偏移較小，但回熔焊對芯片的平整度和銦柱質量等要求比冷壓焊要高得多，工藝操作難度也大得多，容易形成大片盲元，因此目前采用最多的是冷壓焊工藝。隨著器件規模的不斷擴大和像元間距的不斷減小，銦柱制備工藝引入的銦柱一致性等問題日益突出，冷壓焊過程產生的隨機偏移很容易超出有效互連允許的極限范圍，倒焊工藝正越來越成為大面陣器件制造過程中的瓶頸。

為此，發明一種能有效控制倒焊偏移且方便可行的大規模高密度焦平面器件倒焊工藝方法十分必要。

發明內容

基于上述大規模高密度焦平面探測器倒焊互連中存在的問題，本發明創新性地提出了一種焦平面探測器的兩步倒焊工藝方法。

本方法先通過回熔焊工藝使光敏芯片3和讀出電路1初步形成互連，再采用高平整度材料作為倒焊過渡結構4，通過倒焊過渡結構4與初步互連的焦平面模塊二次冷壓焊使光敏芯片3和讀出電路1實現完全互連，從而獲得高連通率的大規模高密度焦平面探測器，具體方法步驟如下：

1)樣品裝載：將準備好的光敏芯片3和讀出電路1樣品放置在對應托盤中，操作倒焊機分別將光敏芯片3和讀出電路1真空吸附在對應的倒焊夾具上；

2)第一步回熔焊：采用回熔焊工藝將光敏芯片3與讀出電路1初步互連，回熔焊結束后，焦平面模塊吸附在基座的讀出電路用倒焊夾具5上保持不動；

3)倒焊過渡結構裝載：將準備好的倒焊過渡結構4放置在光敏芯片的托盤中，操作倒焊機將倒焊過渡結構4真空吸附在光敏芯片用倒焊夾具6上；

4)第二步冷壓焊：采用冷壓焊工藝將倒焊過渡結構4與初步互連的焦平面模塊再次冷壓，使光敏芯片3和讀出電路1實現完全互連；

5)取樣：從倒焊機上取下帶有倒焊過渡結構4的焦平面模塊，靜置一段時間，取下倒焊過渡結構4。