CN101644602A - 一种增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法 - Google Patents
一种增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法，其中，包括下列步骤：步骤A：在制备好的生长完铟柱的探测器芯片侧进行光刻；步骤B：利用离子铣设备在铟柱上生长金薄膜；步骤C：将探测器上的光刻胶去除干净；步骤D：将探测器芯片和读出电路的铟柱对准倒扣，并进行回流，完成倒装焊接工艺。本发明利用较低温度使铟柱间进行互熔，不会因为过高的回流温度来影响探测器本身的性能，能够大大加强铟柱连接的可靠性，且工艺难度低，容易操作。
Description
技术领域
本发明涉及红外焦平面探测器的制备工艺，特别涉及一种增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法。
背景技术
红外焦平面探测技术具有光谱响应波段宽、可获得更多地面目标信息、能昼夜工作等显著优点，广泛应用于预警探测、情报侦察、毁伤效果评估以及农牧业、森林资源的调查、气象预报，地热分布、地震、火山活动，太空天文探测等军事和民事领域。
现在国内主流的焦平面探测器采用读出电路将信号读出，用铟柱互连的方式将探测器阵列芯片与读出电路集成在一起。这种生长在读出电路一侧的铟柱可使探测器芯片像元与其对应的读出电路输入端实现机械和电学连通，同时也可以缓解由于探测器芯片材料与读出电路材料膨胀系数的不同而造成的热失配。
如今随着焦平面探测器的高速发展，需制备出阵列规模更大、成像效果更好的探测器芯片，因此探测器芯片的尺寸会逐渐变大，同时通过缩小像元间距的方式来使得探测器芯片尺寸不会成倍的增加，这就意味着铟柱的底面积也要跟随像元间距的缩小而减小，同时铟柱的高度也会相应的降低。
由于铟柱互连设备的精度限制，无法将探测器芯片与读出电路芯片调整至完全相对水平，因此，互联后的效果往往是一侧的铟柱压的较轻，一侧的铟柱压的较重。由于铟有着良好的延展性以及硬度很低的性质，使得压的重的一侧铟柱被压的相对较矮，压的轻的一侧铟柱则相对较高，探测器与读出电路间的电学连通并不会受到影响。但是，大规模探测器阵列的铟柱高度降低以及尺寸的增大可能会使得探测器某一侧的像元无法再通过铟柱的自身调整来与读出电路实现电学连接，从而造成大面积的盲元。
为了解决该问题，可对探测器与读出电路两侧都采用铟柱生长的工艺，这样加高了互连后铟柱的高度，从而达到实现探测器像元与读出电路输入端完全的电学连接。但是，在实际工艺和后续的研究中发现，互连后对其进行回流的温度并不足以使两端铟柱产生互熔，而只是单纯的物理连接，而铟柱之间的物理连接并不牢靠，在较强震动或较小的拉力下，两侧的铟柱从接触面很容易断开，致使器件可靠性存在较大隐患。为了提高探测器可靠性，必须对互连方式进行改进。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法，能够大大加强铟柱连接的可靠性。
本发明的增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法，包括下列步骤：
步骤A：在制备好的生长完铟柱的探测器芯片侧进行光刻；
步骤B：利用离子铣设备在铟柱上生长金薄膜；
步骤C：将探测器上的光刻胶去除干净；
步骤D：将探测器芯片和读出电路的铟柱对准倒扣，并进行回流，完成倒装焊接工艺。
其中，在所述步骤A中，所述金薄膜生长厚度为3000-6000埃。
其中，在所述步骤C中，将探测器上的光刻胶去除干净，包括下列步骤：将生长完金的探测器放入丙酮溶液中浸泡预定时间，利用剥离技术将光刻胶去除干净。
其中，所述浸泡预定时间为1至2小时。
另外，在所述步骤B中，所述金薄膜是在真空度为10-7Torr，样品盘温度控制在70摄氏度的离子铣腔室内生长的。
另外，在所述步骤D中，利用倒装焊接设备将读出电路和探测器芯片进行互连，互连后在回流炉中加热至140-180摄氏度，持续5至10分钟。
本发明的有益效果是：依照本发明的增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法，利用较低温度使铟柱间进行互熔，不会因为过高的回流温度来影响探测器本身的性能，大大加强铟柱连接的可靠性，且工艺难度低，容易操作。
附图说明
图1为本发明的增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法流程图。
具体实施方式
以下，参考附图1详细描述本发明的增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法。
如图1所示，为本发明的增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法流程图，该方法包括下列步骤：
步骤100：在生长好铟柱的探测器侧进行光刻；
步骤200：利用离子铣在光刻好的铟柱上生长一定厚度的金薄膜；其中，该金薄膜的较佳的厚度为3000-6000埃。
步骤300：将生长完金的探测器放入丙酮溶液中浸泡预定时间，利用剥离技术将光刻胶去除干净，此时的情况是每个铟柱上都长有金薄膜；其中，浸泡预定时间为1-2小时，较佳为1小时。
步骤400：将探测器芯片和读出电路的铟柱对准倒扣，并进行回流，完成倒装焊接工艺。
其中，在步骤400中，回流温度致使生长在铟柱上的金薄膜与其两侧的铟柱互熔形成In-Au合金，该合金的熔点低于铟的熔点，可起到上下两端铟柱连接的媒介作用。
本发明实施例的增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法，包括下列步骤：
首先将光刻后长好铟柱的探测器芯片固定到样品盘上，并将样品盘放入前级真空腔中，利用机械手将其传送至真空度为10-7Torr的腔室中。
将金的生长温度控制在70摄氏度，生长5000埃金大概需要70分钟。其中，本发明生长金薄膜是利用离子铣设备完成的。
将生长好金的探测器芯片放入丙酮溶液中浸泡约1个小时，然后利用剥离工艺将光刻胶完全去除干净。
利用倒装焊接机(设备)将读出电路和探测器芯片进行互连，互连后在回流炉中加热至140-180摄氏度，持续5-10分钟。
用扫描电子显微镜观察铟柱表面生长完金薄膜及倒扣后拉开铟柱界面的形貌。在铟柱上生长完金薄膜的SEM形貌图中，金薄膜将每个铟柱上表面完全覆盖，生长致密。在进行倒装互连及回流工艺后利用拉力测试仪将探测器与读出电路拉开后，铟柱拉断面的SEM形貌图中，读出电路侧的铟柱由于与探测器铟柱侧的金薄膜连接并形成合金，连接十分牢固，当探测器端受到拉力时，读出电路侧铟柱将会拉伸并从中间断为两个部分，一部分留在读出电路侧，另一部分将会被拉至探测器铟柱一侧。
综上所述，依照本发明的增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法，利用较低温度使铟柱间进行互熔，不会因为过高的回流温度来影响探测器本身的性能，大大加强铟柱连接的可靠性，且工艺难度低，容易操作。
以上是为了使本领域普通技术人员理解本发明，而对本发明所进行的详细描述，但可以想到，在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改，这些变化和修改均在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤A：在制备好的生长完铟柱的探测器芯片侧进行光刻；
步骤B：利用离子铣设备在铟柱上生长金薄膜；
步骤C：将探测器上的光刻胶去除干净；
步骤D：将探测器芯片和读出电路的铟柱对准倒扣，并进行回流，完成倒装焊接工艺。
2.如权利要求1所述的增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法，其特征在于，在所述步骤A中，所述金薄膜生长厚度为3000-6000埃。
3.如权利要求1所述的增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法，其特征在于，在所述步骤C中，将探测器上的光刻胶去除干净，包括下列步骤：将生长完金的探测器放入丙酮溶液中浸泡预定时间，利用剥离技术将光刻胶去除干净。
4.如权利要求3所述的增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法，其特征在于，所述浸泡预定时间为1至2小时。
5.如权利要求3所述的增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法，其特征在于，在所述步骤B中，所述金薄膜是在真空度为10-7Torr，样品盘温度控制在70摄氏度的离子铣腔室内生长的。
6.如权利要求3所述的增强红外焦平面探测器与读出电路铟柱电学连接的方法，其特征在于，在所述步骤D中，利用倒装焊接设备将读出电路和探测器芯片进行互连，互连后在回流炉中加热至140-180摄氏度，持续5至10分钟。
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