CN105097659A - 铟互连机构及其制备方法、焦平面装置及其封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铟互连机构，用于焦平面器件的封装，包括一绝缘基板，所述绝缘基板上设置有多个通孔，所述通孔的壁上设置有一金属层，所述通孔中填充有一铟柱，所述铟柱延伸出所述通孔的两端，在所述铟柱的两端分别形成焊球。本发明还公开了如上所述的铟互连机构的制备方法。本发明还公开了一种焦平面装置及其封装方法，该焦平面装置包括焦平面器件以及读出电路，还包括如前所述的铟互连机构；所述焦平面器件和读出电路通过所述铟互连机构连接。本发明提高了焦平面器件连接的良品率以及连接质量，大大降低了器件的生产成本；并且，该铟互连机构结构简单，制备工艺简便，适于大规模的工业化生产。

Description

铟互连机构及其制备方法、焦平面装置及其封装方法
技术领域
本发明涉及微电子封装技术领域，特别涉及一种用于焦平面器件封装的铟互连机构及其制备方法，还涉及一种焦平面装置及其封装方法。
背景技术
目前，焦平面器件被广泛引用于各种光电器件的研发工作中，尤其是焦平面红外探测器。红外焦平面器件是红外系统及热成像器件的关键部件，是置于红外光学系统焦平面上，可使整个视场内景物的每一个像元与一个敏感元相对应的多元平面阵列红外探测器件，在军事领域得到了广泛应用，拥有巨大的市场潜力和应用前景。焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。目前许多国家，尤其是美国等西方军事发达国家，都花费大量的人力、物力和财力进行此方面的研究与开发，并获得了成功。
在制作制冷型焦平面器件的过程中，一个非常关键的技术是如何实现焦平面器件与硅的读出电路之间的互连。参阅附图1，目前常用的方法是：首先直接在焦平面器件T-70和读出电路T-60上分别制备铟凸点T-50，然后通过倒装焊接实现焦平面器件T-70与读出电路T-60的互连。这种互连要求制备的铟柱具有较高的高度均匀性，根据报道，通过蒸发剥离方式制备的铟柱高度均匀性要高于电镀的方式，但是蒸发剥离方式对于制备小像素的铟柱，剥离成品率较低，为此想要做到更小像素，更高密度的焦平面铟柱互连，可采用电镀的方式。同时，器件尤其是读出电路的制备工艺复杂，成本极高，而常规工艺的铟柱制备是在完成焦平面器件和读出电路工艺后来进行，一旦铟柱制备失败，焦平面器件和读出电路都将报废，增大了器件的成本。
发明内容
针对上述提到的现有技术的不足，本发明提出了一种铟互连机构，用于焦平面器件的封装，将焦平面器件与读出电路分别与铟互连机构连接，实现焦平面器件与读出电路的连接，提高了器件连接的良品率以及连接质量，大大降低了器件的生产成本。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种铟互连机构，用于焦平面器件的封装，其包括一绝缘基板，所述绝缘基板上设置有通孔，所述通孔中填充有一铟柱，所述铟柱延伸出所述通孔的两端，在所述铟柱的两端分别形成焊球。
优选地，所述绝缘基板的材料为高阻硅、Al2O3或AlN。
优选地，所述通孔的壁上设置有一金属层。
优选地，所述金属层包括粘附层和导电层，其材料为Ti/Au或Ni/Au。
优选地，所述金属层的厚度为200～300nm。
如上所述的铟互连机构的制备方法，包括步骤：
(1)、提供一绝缘基板并在所述绝缘基板上开设多个盲孔；
(2)、在所述盲孔的壁上制备金属层；
(3)、在所述盲孔中填充铟形成铟柱；
(4)、减薄所述绝缘基板，使所述盲孔形成通孔，并使所述铟柱的两端延伸出所述通孔的两端；
(5)、应用回流工艺使所述铟柱的两端分别形成焊球，获得所述铟互连机构。
优选地，步骤(1)中采用刻蚀工艺在所述绝缘基板上开设多个盲孔。
优选地，步骤(2)中步骤(2)中采用溅射工艺制备所述金属层；具体包括：首先采用溅射工艺在所述盲孔的壁上制备Ti或Ni粘附层，然后在所述粘附层上制备Au导电层。
优选地，步骤(3)中采用电镀工艺在所述盲孔中填充铟。
优选地，步骤(4)具体包括：首先采用抛光工艺减薄所述绝缘基板，使所述盲孔形成通孔，露出所述铟柱的两端；然后再采用刻蚀工艺进一步减薄所述绝缘基板，使所述铟柱的两端延伸出所述通孔的两端。
本发明还提供了一种焦平面装置，包括焦平面器件以及读出电路，还包括如上所述的铟互连机构；所述焦平面器件和读出电路通过所述铟互连机构连接。
本发明还提供了如上所述的焦平面装置的封装方法，采用如前所述的铟互连机构，首先将焦平面器件连接到所述铟柱的一端的焊球，然后将读出电路连接到所述铟柱的另一端的焊球，实现焦平面器件与读出电路的连接。
优选地，所述焦平面器件与所述铟互连机构之间的空隙以及所述读出电路与所述铟互连机构之间的空隙分别采用底封胶填充。
有益效果：
本发明提供了一种铟互连机构，将焦平面器件与读出电路分别与铟互连机构连接，实现焦平面器件与读出电路的连接，提高了器件连接的良品率以及连接质量，大大降低了器件的生产成本；并且，该铟互连机构结构简单，制备工艺简便，适于大规模的工业化生产。
附图说明
图1是现有技术中焦平面器件与读出电路之间的互连过程的示例性图示。
图2是本发明实施例提供的铟互连机构的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的铟互连机构的制备方法的示例性图示。
图4是本发明实施例提供的焦平面装置的封装方法的示例性图示。
具体实施方式
如前所述，为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种铟互连机构，用于焦平面器件的封装，其包括一绝缘基板，所述绝缘基板上设置有通孔，所述通孔中填充有一铟柱，所述铟柱延伸出所述通孔的两端，在所述铟柱的两端分别形成焊球。其中，所述绝缘基板的材料的热膨胀系数应当尽可能与焦平面器件和封装电路的接近，优选为高阻硅、Al2O3或AlN。比较优选地是，所述通孔的壁上还设置有一金属层，所述金属层主要是为了提高互连机构的导电性能以及增强铟柱与基板的粘附性，因此，在比较优选的方案中，所述金属层包括粘附层和导电层，其材料为Ti/Au或Ni/Au。即，粘附层制备于通孔的壁上，材料为Ti或Ni；导电层制备于粘附层上，材料为Au。金属层的厚度并无特殊的要求，比较优选地厚度范围是200～300nm。
该铟互连机构的制备方法，包括步骤：
(1)、提供一绝缘基板并在所述绝缘基板上开设多个盲孔；
(2)、在所述盲孔的壁上制备金属层；
(3)、在所述盲孔中填充铟形成铟柱；
(4)、减薄所述绝缘基板，使所述盲孔形成通孔，并使所述铟柱的两端延伸出所述通孔的两端；
(5)、应用回流工艺使所述铟柱的两端分别形成焊球，获得所述铟互连机构。
本发明通过将焦平面器件与读出电路分别与铟互连机构连接，实现焦平面器件与读出电路的连接，提高了器件连接的良品率以及连接质量，大大降低了器件的生产成本；并且，该铟互连机构结构简单，制备工艺简便，适于大规模的工业化生产。
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面将结合附图用实施例对本发明做进一步说明。
如图2所示，本实施例提供的铟互连机构3包括绝缘基板10，所述绝缘基板上设置有4个通孔20a(本实施例中以4个通孔为例对本发明进行说明的，不应理解为对本发明的限制。在本发明中，通孔的数量以及通孔的尺寸可以根据焦平面器件的像素的数量及其大小来选择设计)，所述通孔20a的壁上设置有一金属层30，所述通孔20a中填充有一铟柱40，所述铟柱40延伸出所述通孔20a的两端，在所述铟柱40的两端分别形成焊球50。其中，所述绝缘基板10的材料为高阻硅，所述金属层30的材料为Ti/Au。
下面介绍如上所述的铟互连机构3的制备方法，图3是本实施例提供的铟互连机构的制备方法的示例性图示。参阅图3a-3f,该制备方法具体包括步骤：
(1)、如图3a所示，首先提供绝缘基板10并在绝缘基板10上开设4个盲孔20b。在本实施例中，采用刻蚀工艺在所述绝缘基板10上开设盲孔20b。
(2)、如图3b所示，在所述盲孔20b的壁上制备金属层30。在本实施例中，采用溅射工艺在所述盲孔20b的壁上制备金属层30。具体包括：首先采用溅射工艺在所述盲孔的壁上制备Ti粘附层，然后在粘附层上制备Au导电层。本实施例中，金属层30的厚度为300nm。
(3)、如图3c所示，在所述盲孔20b中填充铟形成铟柱40。在本实施例中，采用电镀工艺在所述盲孔20b中填充铟。
(4)、如图3d和3e所示，减薄所述绝缘基板10，使所述盲孔20b形成通孔20a，并使所述铟柱40的两端延伸出所述通孔20a的两端。具体地，在本实施例中，参阅图3d,首先采用抛光工艺减薄所述绝缘基板10，使所述盲孔20b形成通孔20a，露出所述铟柱40的两端；参阅图3e,然后再采用刻蚀工艺进一步减薄所述绝缘基板10，使所述铟柱40的两端延伸出所述通孔20a的两端。
(5)、如图3f所示，应用回流工艺使所述铟柱40的两端分别形成焊球50，获得所述铟互连机构3。
下面介绍所述的铟互连机构3用于焦平面器件的封装方法，如图4所示，该方法具体包括：首先将焦平面器件1连接到铟互连机构3的铟柱40一端的焊球，然后将读出电路2连接到铟互连机构3的铟柱40另一端的焊球，即可实现焦平面器件1与读出电路2的连接，获得包括焦平面器件1、读出电路2以及铟互连机构3的焦平面装置。其中，焦平面器件1与所述铟互连机构3之间的空隙以及所述读出电路2与所述铟互连机构3之间的空隙分别采用底封胶4填充。
综上所述，本发明提供的这种铟互连机构以及焦平面装置，将焦平面器件与读出电路分别与铟互连机构连接，实现焦平面器件与读出电路的连接，提高了器件连接的良品率以及连接质量，大大降低了器件的生产成本；并且，该铟互连机构结构简单，制备工艺简便，适于大规模的工业化生产。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (13)

1.一种铟互连机构，用于焦平面器件的封装，其特征在于，包括一绝缘基板，所述绝缘基板上设置有通孔，所述通孔中填充有一铟柱，所述铟柱延伸出所述通孔的两端，在所述铟柱的两端分别形成焊球。
2.根据权利要求1所述的铟互连机构，其特征在于，所述绝缘基板的材料为高阻硅、Al2O3或AlN。
3.根据权利要求1所述的铟互连机构，其特征在于，所述通孔的壁上设置有一金属层。
4.根据权利要求3所述的铟互连机构，其特征在于，所述金属层包括粘附层和导电层，其材料为Ti/Au或Ni/Au。
5.根据权利要求1所述的铟互连机构，其特征在于，所述金属层的厚度为200～300nm。
6.权利要求1-5所述的铟互连机构的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)、提供一绝缘基板并在所述绝缘基板上开设多个盲孔；
(2)、在所述盲孔的壁上制备金属层；
(3)、在所述盲孔中填充铟形成铟柱；
(4)、减薄所述绝缘基板，使所述盲孔形成通孔，并使所述铟柱的两端延伸出所述通孔的两端；
(5)、应用回流工艺使所述铟柱的两端分别形成焊球，获得所述铟互连机构。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中采用刻蚀工艺在所述绝缘基板上开设多个盲孔。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中采用溅射工艺制备所述金属层；具体包括：首先采用溅射工艺在所述盲孔的壁上制备Ti或Ni粘附层，然后在所述粘附层上制备Au导电层。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中采用电镀工艺在所述盲孔中填充铟。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)具体包括：首先采用抛光工艺减薄所述绝缘基板，使所述盲孔形成通孔，露出所述铟柱的两端；然后再采用刻蚀工艺进一步减薄所述绝缘基板，使所述铟柱的两端延伸出所述通孔的两端。
11.一种焦平面装置，包括焦平面器件以及读出电路，其特征在于，还包括如权利要求1-5所述的铟互连机构；所述焦平面器件和读出电路通过所述铟互连机构连接。
12.权利要求11所述的焦平面装置的封装方法，其特征在于，采用如权利要求1-5所述的铟互连机构，首先将焦平面器件连接到所述铟柱的一端的焊球，然后将读出电路连接到所述铟柱的另一端的焊球，实现焦平面器件与读出电路的连接。
13.如权利要求12所述的封装方法，其特征在于，所述焦平面器件与所述铟互连机构之间的空隙以及所述读出电路与所述铟互连机构之间的空隙分别采用底封胶填充。
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