CN103915460A

CN103915460A - 碲锌镉像素探测器的封装方法

Info

Publication number: CN103915460A
Application number: CN201410123591.1A
Authority: CN
Inventors: 査钢强; 王闯; 齐阳; 赵清华; 杨波; 李利娜; 介万奇
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2014-07-09

Abstract

本发明公开了一种碲锌镉像素探测器的封装方法，用于解决现有探测器的封装方法实用性差的技术问题。技术方案是采用具有很好连接性能并保证不破坏CZT晶片的聚合物导电银胶进行连接。导电银胶选用微米级片状银粉作为导电填料，环氧树脂和固化剂作为基体树脂制备而成，具有一定的拉伸性能并能很好分散，同时用银填料具有很好的导电性能，在一定温度下固化或干燥后既能有效地粘接CZT晶片和基板，又能具有良好导电性能。同时针对像素阵列CZT探测器电极密度大，一次准确连接的要求，采用丝网印刷的方法在PCB板像素电极上涂刷导电银胶，再将晶片倒扣进行准确贴合，来实现单个像素的精准连接，同时不会对较脆的CZT晶片造成破坏，实用性强。

Description

碲锌镉像素探测器的封装方法

技术领域

本发明涉及一种探测器的封装方法，特别是涉及一种碲锌镉像素探测器的封装方法。

背景技术

在微电子元器件制造和电子设备组装中，微连接技术是决定产品最终质量的关键环节。在一个大规模集成电路中少则有几十个焊点，多则有上百个焊点。这些焊点的主要功能就是实现芯片与外电路之间、元器件之间的电气连接。在CdZnTe（简称CZT）探测器中，由于CdZnTe本身的特殊性质，使得在其电极上进行微焊接显得尤为困难。

微电子的连接技术一般包括线连接和倒扣芯片技术两种。结合CdZnTe本身的特点，其中线连接技术中的金丝球超声波焊接技术已经有所研究（孙玉宝.CdZnTe像素电极制备及引线微连接技术的研究[D].西北工业大学硕士学位论文，2010），其所使用的是4×4结构的CdZnTe探测器像素电极，电极尺寸相对较大，容易进行焊接，但对于尺寸更小，排列更密集的像素探测器，此方法并不能对每个像素点进行准确连接，而不导致像素间的互连。同时，面键合技术中的铟凸点键合技术（James E.Clayton,CM Hubert Chen et al,“Assembly Technique for a Fine-Pitch,Low-Noise Interface；Joininga CdZnTe Pixel-Array Detector and Custom VLSI Chip with Au Stud Bumps andConductive Epoxy”），凸点直径尺寸可以达到15-20μm，凸点之间的连接是通过准确调整凸点位置并通过施加一定作用力来实现的，但作用力可能对CZT探测器造成破坏。虽然加热可以减小作用力，但在降到室温时会引入残余应力或造成剪切破坏，而影响探测器的性能。

发明内容

为了克服现有探测器的封装方法实用性差的不足，本发明提供一种碲锌镉像素探测器的封装方法。该方法采用具有很好连接性能并保证不破坏CZT晶片的聚合物导电银胶进行连接。导电银胶选用微米级片状银粉作为导电填料，环氧树脂和固化剂作为基体树脂制备而成，具有一定的拉伸性能并能很好分散，同时用银填料具有很好的导电性能，在一定温度下固化或干燥后既能有效地粘接CZT晶片和基板，又能具有良好导电性能。同时针对像素阵列CZT探测器电极密度大，一次准确连接的要求，采用丝网印刷的方法在PCB板像素电极上涂刷导电银胶，再将晶片倒扣进行准确贴合，来实现单个像素的精准连接，同时不会对较脆的CZT晶片造成破坏，实用性强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种碲锌镉像素探测器的封装方法，其特点是采用以下步骤：

步骤一、对采用垂直布里奇曼法生长的CZT晶锭进行切割、磨抛和光刻像素金电极，制备出不同像素尺寸的CZT探测器，对制备的探测器在显微镜下观察，确保其像素边缘整齐，金膜上无明显缺陷，像素间隙无残胶、残金。

步骤二、将待连接的PCB板与不锈钢网用丙酮进行仔细清洗，使其表面无微尘，利用定位柱实现PCB板与带圆孔不锈钢网的准确连接，把处于冷冻状态的导电银胶放于室温下20分钟，使其融化，再挤涂于不锈钢网上，利用刮刀将其轻轻刷涂于不锈钢网孔洞上，导电胶通过孔洞而流向PCB板，把刷涂完毕的PCB板取下，检查胶点尺寸及位置准确度。

步骤三、将CZT探测器像素电极一侧向下，吸在贴片机上侧吸头处，印刷好导电胶的PCB板位于下方，贴片机采用两个图像采集系统同时采集CZT晶片的像素电极和PCB板上胶斑的图像，通过调节两者的亮暗程度，来形成清晰度不同的图像，通过X、Y方向移动和转动调节，使像素电极与胶斑对齐。然后将上侧吸头轻轻压下，实现两者的准确连接。随后放于加热台上80℃加热30分钟，以使导电胶固化，并把负极高压导线连接于晶片平面电极一侧。

所述不锈钢网厚度是100μm。

所述不锈钢网圆孔直径是200μm、250μm或300μm任一种。

本发明的有益效果是：该方法采用具有很好连接性能并保证不破坏CZT晶片的聚合物导电银胶进行连接。导电银胶选用微米级片状银粉作为导电填料，环氧树脂和固化剂作为基体树脂制备而成，具有一定的拉伸性能并能很好分散，同时用银填料具有很好的导电性能，在一定温度下固化或干燥后既能有效地粘接CZT晶片和基板，又能具有良好导电性能。同时针对像素阵列CZT探测器电极密度大，一次准确连接的要求，采用丝网印刷的方法在PCB板像素电极上涂刷导电银胶，再将晶片倒扣进行准确贴合，来实现单个像素的精准连接，同时不会对较脆的CZT晶片造成破坏，实用性强。

通过尝试不同形状和孔径的不锈钢网、刷胶次数及导电胶的固化温度、时间等，使CZT像素探测器与PCB板的倒装工艺得到稳定。（1）圆形不锈钢网孔洞所得到的胶斑形状较规则，近乎为圆形；而方形孔得到的胶斑形状不规则，铺开比较大，容易造成相邻像素短路，不利于后面的贴片工艺；（2）将导电银胶挤出到不锈钢网上，在室温下放置20分钟，以使冷藏的导电胶融化成粘稠状，通过多次试验，得到的胶斑直径可以控制在320μm左右，而PCB板上的像素电极尺寸为700×700μm²，而且胶斑的大小均匀，位于像素电极的中间位置，实现了导电胶的准确布置；（3）采用贴片机进行CZT像素探测器与PCB板像素电极的准确贴合，通过调整光的亮暗来得到不同清晰程度的晶片电极与PCB板电极的图像，当两者图像对准时，将晶片轻轻贴合在PCB板上直至两者贴合，在加热台上80℃加热30分钟，以使导电胶固化；（4）对倒装好的CZT像素探测器进行I-V测试，所得曲线均较规则，在-300V下电流值在1nA以内，晶片在整个过程没有出现裂碎或划伤的现象，证明采用此工艺可以在不对晶片造成损伤的前提下实现CZT像素探测器与PCB板的连接。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明碲锌镉像素探测器的封装方法用碲锌镉像素探测器的示意图；

图2是本发明碲锌镉像素探测器的封装方法用PCB板示意图；

图3是本发明碲锌镉像素探测器的封装方法所用丝网示意图；

图4是本发明碲锌镉像素探测器的封装方法丝网印刷过程示意图；

图5是本发明碲锌镉像素探测器的封装方法封装完成后的示意图。

图中，1-定位孔，2-定位柱，3-不锈钢网，4-PCB板。

具体实施方式

以下实施例参照图1-5。

CZT像素探测器所用晶体为采用垂直布里奇曼法生长的CZT晶锭，切割成10×10×2㎜³的单晶体，并制备出8×8像素电极。随后CZT像素探测器与PCB板的倒装采用的是丝网印刷通过导电银胶进行连接，丝网印刷所用不锈钢网厚度为100μm，圆孔直径为200μm，并采用漏电流测试系统进行I-V测试。

第一步：采用垂直布里奇曼法生长的CZT晶锭，将单晶部分切割为10×10×2㎜3的晶片，在5000#的砂纸上打磨晶片的各个面，然后采用MgO悬浊液进行粗抛，硅溶胶进行机械化学抛光，处理好的晶片用丙酮进行仔细清洗，用溴甲醇对其进行腐蚀以去除表面机械损伤层。在晶片表面旋涂剥离胶和光刻胶，并进行光刻、采用真空蒸镀的方法制备像素阵列金电极，从而得到形貌规整的8×8结构CZT像素探测器。像素电极的尺寸为900×900μm²，像素间隙为150μm，在像素电极的最外围有一圈矩形保护电极。

第二步：对即将使用的PCB板4和不锈钢网3进行仔细清洗，确保表面没有微尘，不锈钢网4厚度为100μm，圆孔直径为200μm。将定位柱2放于定位孔1处，来实现不锈钢网3和PCB板4之间的准确对齐，将导电银胶置于室温20分钟待其具有一定流动性，将导电银胶挤出到不锈钢网3上并用刮刀刷涂导电银胶，用力尽量均匀，所得到的胶斑直径约为320μm，且形状近乎为圆形。

第三步：采用贴片机进行CZT像素探测器与PCB板4上胶斑的准确贴合。贴片机采用两个图像采集系统同时采集CZT晶片上像素电极和PCB板上胶斑的图像，通过调节两者的光亮程度，来形成清晰度不同的图像，通过X、Y方向移动和转动调节，使像素电极与胶斑对齐，将晶片压下直至两者紧密贴合，并停留一分钟，待其稳固后，放于加热台上，80℃加热30分钟。

第四步：将倒装好的探测器，利用漏电流测试系统进行测试，测试所得的I-V曲线平滑，形状规则，在-300V下电流值在1nA以内，晶片在整个过程没有出现裂碎或划伤的现象，证明通过此工艺可以实现8×8结构CZT像素探测器与PCB板的准确连接。

通过对厚度为100μm，圆孔直径为200μm、250μm和300μm的不锈钢网进行了试验，均取得了良好的效果。

Claims

1.一种碲锌镉像素探测器的封装方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、对采用垂直布里奇曼法生长的CZT晶锭进行切割、磨抛和光刻像素金电极，制备出不同像素尺寸的CZT探测器，对制备的探测器在显微镜下观察，确保其像素边缘整齐，金膜上无明显缺陷，像素间隙无残胶、残金；

步骤二、将待连接的PCB板与不锈钢网用丙酮进行仔细清洗，使其表面无微尘，利用定位柱实现PCB板与带圆孔不锈钢网的准确连接，把处于冷冻状态的导电银胶放于室温下20分钟，使其融化，再挤涂于不锈钢网上，利用刮刀将其轻轻刷涂于不锈钢网孔洞上，导电胶通过孔洞而流向PCB板，把刷涂完毕的PCB板取下，检查胶点尺寸及位置准确度；

步骤三、将CZT探测器像素电极一侧向下，吸在贴片机上侧吸头处，印刷好导电胶的PCB板位于下方，贴片机采用两个图像采集系统同时采集CZT晶片的像素电极和PCB板上胶斑的图像，通过调节两者的亮暗程度，来形成清晰度不同的图像，通过X、Y方向移动和转动调节，使像素电极与胶斑对齐；然后将上侧吸头轻轻压下，实现两者的准确连接；随后放于加热台上80℃加热30分钟，以使导电胶固化，并把负极高压导线连接于晶片平面电极一侧。

2.根据权利要求1所述的碲锌镉像素探测器的封装方法，其特征在于：所述不锈钢网厚度是100μm。

3.根据权利要求1所述的碲锌镉像素探测器的封装方法，其特征在于：所述不锈钢网圆孔直径是200μm、250μm或300μm任一种。