[發明專利]一種用于探測器讀出芯片平行度校準的方法及系統

有效

• 申請號: 202110980095.8
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113720276B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 蔣杰臣;孫亮;姜維春;徐玉朋;何會林;劉小樺;李鮮;杜園園;楊生;劉曉靜;楊家衛;董澤芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院高能物理研究所
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開了一種用于探測器讀出芯片平行度校準的方法及系統。本方法為：1)將芯片模塊固定在三維影像測量儀上；2)在芯片模塊上確定出芯片的安裝位置；3)在芯片模塊的陶瓷邊框上選擇N個點，芯片上表面選擇M個點；4)導出各所選點的三維坐標到數據處理單元，生成陶瓷邊框的擬合面；5)以擬合面作為基準面，計算出芯片上每一所選點相對于基準面的距離；6)如果芯片上各所選點相對于該基準面的距離均為正值或負值，則找出一距離絕對值最小值，將芯片上各所選點對應的距離與該最小值的差值，作為對應點需要調節的幅度值；否則找出距離大于0的點中最大距離值，將芯片上各所選點對應的距離與該最大距離的差值，作為對應點調節的幅度值。

技術領域

本發明屬于探測器機械封裝領域，涉及一種用于探測器讀出芯片平行度校準方法及系統。

背景技術

氣體像素探測器(GPD)是用于探測宇宙星體活動產生的偏振X射線并測量其偏振度的精密儀器，具有高位置分辨性能。GPD的兩個重要模塊是氣體電子倍增器(GEM)和置于其下方的讀出芯片(VLSI)；GEM的制作是基于光刻刻蝕技術，在50μm厚的聚酰亞胺膜上刻出直徑50μm間隔50μm的錐形圓孔，其上下平面覆有5μm厚的銅層；VLSI芯片的制作基于0.18μmCMOS技術設計，其上表面是由六邊形像素單元組成的感應電極，靈敏面積為15×15mm²，總共300×352個像素數。X射線偏振度的測量原理是當低能X射線(幾十KeV)被低密度介質所吸收，發射的光電子向感應電極漂移，經過GEM倍增后信號被芯片上表面的單元收集，從低能光電子的微分截面公式可知發射的光電子徑跡在垂直于X射線傳播方向的平面上將會呈分布，而值即為X射線的偏振度。由此可知X射線的偏振度測量精度強烈依賴于發射的光電子重建徑跡，為了提高重建精度，減小徑跡的畸變，在探測器封裝過程中，我們需要保證芯片和倍增器之間面對面的平行度小于50μm。

從GPD的結構可知，倍增器GEM和芯片的陶瓷邊框完全貼合，所以探測器封裝前我們只需通過衡量芯片和陶瓷邊框的平行度即可判斷GEM和芯片表面的平行度是否滿足需求，芯片模塊如圖1所示。圖2為目前GPD芯片傳統封裝流程：首先在芯片粘接處涂上銀漿，其常溫固化時間在數十小時；然后在芯片的四個角分別選擇四個測量點，同時在陶瓷邊框上選擇與之水平連線上相對應的四個點，最后通過聚焦顯微鏡給出芯片上和陶瓷邊框上四個點的高度差并判斷兩平面的平行度是否大于50μm，對于超過要求的點采用手動調節直到所選四個點都滿足要求即完成封裝。在GPD芯片封裝過程，這種平行度檢測和校準方式存在以下不足之處：(1)測試平臺自身的平整度會直接影響芯片和陶瓷邊框面對面的平行度；(2)選點的位置和數量具有隨機性，很難重復每一次平行度測量結果并保證其結果的可靠性；(3)缺少量化的校準過程，增加了校準時間，效率較低。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的在于提供一種用于探測器讀出芯片平行度校準的方法及系統。本發明的調平方法可適用于其它任何兩個非凹平面的平行度校準，只需表面平整度誤差遠小于平行度要求即可。

本發明的技術方案為：

一種基于計算機指導探測器讀出芯片平行度校準的方法，其步驟包括：

1)將芯片模塊固定在三維影像測量儀測試平臺上，在其表面任意選取一點作為原點并設定X、Y、Z的三軸方向；

2)將銀漿均勻涂抹在芯片模塊預設區域(芯片安裝位置)并將芯片放置于此處；

3)在芯片模塊的陶瓷邊框上選擇32個點來獲取邊框擬合平面，芯片上表面選擇49個點；

4)將儀器給出的所有選點的三維坐標導出，通過計算機離線分析給出空間平面函數Ax+By+Cz+D＝0中的A、B、C、D參數值，即可知道陶瓷邊框的擬合平面；也可以采用該方法得到獲取到芯片平面，進而觀察兩平面平行度。

5)以陶瓷擬合平面作為基準面，根據平面外一點到基準面的距離公式可以算出芯片上所選點相對于基準面的距離，規定芯片選點在基準面下方計算的距離為正值；