CN109551114A - 一种激光加工芯片的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光加工芯片的方法及装置，所述方法包括：由激光器、光学元件搭建激光加工系统；获取制冷型红外探测芯片放置工作台的位置信息；根据位置信息设置激光加工系统的加工参数，并由激光加工系统根据加工参数产生激光加工光束；由具有第一功率的激光加工光束对制冷型红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽，然后由具有第二功率的激光加工光束在两条平行槽之间对制冷型红外探测器芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。本发明能够提高制备的沟槽槽形结构，有效控制激光加工过程时对沟槽的热效应区域，进一步的优化制冷型红外探测芯片性能、提高制备的良品率。

Description

一种激光加工芯片的方法及装置

技术领域

本发明涉及激光微加工技术领域，尤其涉及一种激光加工芯片的方法及装置。

背景技术

红外探测器无论是在民用还是军用都得到了很好的应用，其中制冷型红外探测器的性能尤为卓越。制冷型红外探测器中红外探测芯片经常处在温度剧烈变化的环境中，为了保证其工作性能正常，在工作状态的时候需要对探测器中的红外探测芯片进行液氮制冷，此时的温度大约为-200℃，但是在非工作时段，红外探测芯片是暴露在大气温度下的，例如在沙漠中最高温度有时可以达到70℃左右，所以红外探测芯片所处的环境温度是在-200℃与70℃之间不断变化的。

红外探测芯片的结构分为三层，从上往下依次为感光层，环氧树脂层，芯片电路层，感光层材料包括碲镉汞、碲镉铟等。因此，碲镉汞层与环氧树脂层紧密相连，由于它们的热能胀系数差别较大，所以在长期的环境温度剧烈变化下，它们两层之间容易发生位置偏移。这种反复热应力造成的位置偏移，导致与碲镉汞层连接的铟柱断裂，铟柱的断裂使得碲镉汞层(感光层)与芯片底部的芯片电路层连接断裂，直接造成红外探测器无法使用。

目前应对以上问题的方法是在靠近芯片边缘的位置制备沟槽，沟槽可以有效地缓冲碲镉汞层与环氧树脂层之间的热应力作用，减小热应力对红外探测芯片结构的影响。制备沟槽的宽度越窄越好，且深度正好贯穿到底部芯片电路层。传统的沟槽制备方法主要分为两大类：湿法刻蚀和干法刻蚀。

湿法刻蚀制备沟槽，把样品浸泡在一定的化学试剂或试剂溶液中，使没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜表面与试剂发生化学反应而被除去。这种方法的优点：操作简单、设备要求低、刻蚀选择性好；缺点：第一需要对每个芯片进行光刻工艺，费时费力，第二腐蚀锑镉汞以及环氧树脂需要不同的腐蚀液，腐蚀工艺复杂，精度低，易损伤底部读出电路。

干法刻蚀制备沟槽，样品在低真空特定气体环境下，气体以等离子体状态存在，通过电场的加速，轰击在样品需要加工的区域，等离子体会与样品材料化学反应以及将样品材料表面的原子击出，达到刻蚀去除的目的。干法刻蚀的优点：第一刻蚀选择性和各向异性好，第二刻蚀图形可以精确控制且分辨率高；缺点：第一需要对单个芯片光刻，费时费力，第二是损伤底部读出电路。

同时，使用单一激光加工光束进行激光切割无法获得平整性高的槽底结构。

发明内容

本发明提供的激光加工芯片的方法及装置，能够提高制备的沟槽槽形结构，有效控制激光加工过程时对沟槽的热效应区域，进一步的优化制冷型红外探测芯片性能、提高制备的良品率。

第一方面，本发明提供一种激光加工芯片的方法，包括：

由激光器、光学元件搭建激光加工系统；

获取制冷型红外探测芯片放置工作台的位置信息；

根据位置信息设置激光加工系统的加工参数，并由激光加工系统根据加工参数产生激光加工光束；

由具有第一功率的激光加工光束对制冷型红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽，然后由具有第二功率的激光加工光束在两条平行槽之间对制冷型红外探测器芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

可选地，所述由具有第一功率的激光加工光束对制冷型红外探测器芯片的感光层进行划槽形成两条平行槽，然后由具有第二功率的激光加工光束在两条平行槽之间对制冷型红外探测器芯片内部环氧胶进行划槽，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽包括：

调整制冷型红外探测芯片位置和角度，以使待划槽位于振镜正下方，且整个待划槽与激光加工光束的光斑入射面处于水平位置；

移动振镜通过具有第一功率的两束第一激光加工光束同时对红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽；或者，移动振镜通过具有第一功率的一束第一激光加工光束分别对红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽；

恢复放置制冷型红外探测芯片的工作台台至初始位置，保持制冷型红外探测芯片水平；

然后移动振镜通过具有第二功率的一束第二激光加工光束在两条平行槽之间对红外探测器芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

可选地，所述第一功率大于第二功率；

优选地，所述第一功率大于300mw：

优选地，所述第二功率范围为80mW-150mW。

可选地，所述激光加工光束宽度为8um-12um。

可选地，所述制冷型红外探测芯片从上之下依次为感光层、环氧树脂层、芯片电路层；其中，

所述沟槽深度D范围为制冷型红外探测芯片表面感光层厚度D1<D<制冷型红外探测芯片感光层厚度D1+环氧树脂层厚度D2。

可选地，所述激光加工系统的加工速度为大于3000mm/s，小于5000mm/s。

第二方面，本发明提供一种激光加工芯片的装置，包括：

控制系统，用于获取制冷型红外探测芯片放置工作台的位置信息；根据位置信息设置激光加工系统的加工参数，并由激光加工系统根据加工参数产生激光加工光束；

工作台，用于放置待加工的制冷型红外探测芯片；

激光加工系统，由激光器、光学元件搭建而成，用于由具有第一功率的激光加工光束对制冷型红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽，然后由具有第二功率的激光加工光束在两条平行槽之间对制冷型红外探测器芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

可选地，所述控制系统包括：

第一工序控制单元，用于控制移动振镜通过具有第一功率的两束第一激光加工光束同时对红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽；或者，移动振镜通过具有第一功率的一束第一激光加工光束分别对红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽；

第二工序控制单元，用于控制移动振镜通过具有第二功率的一束第二激光加工光束在两条平行槽之间对红外探测器芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

可选地，所述工作台包括：

吸附喷孔，用于对制冷型红外探测芯片进行吸附；

位移调整模块，用于调整制冷型红外探测芯片位置、或恢复放置制冷型红外探测芯片的工作台台至初始位置；

角度调节模块，设置于工作台上，用于调整制冷型红外探测芯片角度。

可选地，所述第一功率大于第二功率；

优选地，所述第一功率大于300mw：

优选地，所述第二功率范围为80mW-150mW。

本发明实施例提供的激光加工芯片的方法及装置，所述方法为了释放器件冷热变化在制冷型红外探测芯片有效像元层与边缘之间使用较高功率两束子光束沿着释压沟槽两边对制冷型红外探测芯片的感光层进行加工，之后使用小功率激光对芯片内部环氧胶进行去除，从而实现槽底平整的效果。例如，使用第一功率的激光加工光束首先将8-10微米的碲镉汞或12-15微米的锑化铟层切开(即感光层)，再通过第二功率的激光光束在两条平行槽间将10微米左右的环氧胶层开到8微米左右位置，从而达到最优的应力释放效果，由于去除感光层材料的激光去除率不同，用单一的切割方式很难获得比较平整的槽底结构；因此，本实施例所述方法通过较大激光功率在沟道两边作用，将表面的碲镉汞层或者锑化铟层完全去除，并且在环氧胶层也实现一定深度的切割，最后用较小能量的激光将内部的环氧胶层打平，进而本实施例所述方法针对制冷型红外探测芯片的分层结构通过实现用不同能量激光组合获得不同的槽型结构，本实施例所述方法能够提高制备的沟槽槽形结构，有效控制激光加工过程时对沟槽的热效应区域，进一步的优化制冷型红外探测芯片性能、提高制备的良品率。

附图说明

图1为本发明实施例一激光加工芯片的方法的流程图；

图2为本发明实施例一在制冷型红外探测芯片上激光加工的闭合环形沟槽结构示意图；

图3为本发明实施例一在制冷型红外探测芯片上激光加工的闭合环形沟槽结构示意图；

图4为本发明实施例一激光加工芯片的装置的结构示意图；

图5为本发明实施例一激光加工系统的结构示意图；

图6为本发明实施例二激光加工芯片的方法的流程图

图7为本发明实施例二激光加工沟槽的结构示意图；

图8为本发明实施例三激光加工芯片的方法的流程图；

图9为本发明实施例三激光加工沟槽的结构示意图；

图10为本发明实施例三激光加工沟槽的结构示意图；

图11为本发明实施例三工作台所设置的喷孔结构示意图；

图12为本发明实施例四激光加工芯片的方法的流程图；

图13为本发明实施例四激光加工沟槽的结构示意图；

图14为本发明实施例五激光加工芯片的方法的流程图；

图15为本发明实施例四激光加工沟槽的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供一种激光加工芯片的方法，如图1所示，所述方法包括：

S11、由激光器、光学元件搭建激光加工系统；

S12、获取制冷型红外探测芯片放置工作台的位置信息；

S13、根据位置信息设置激光加工系统的加工参数，并由激光加工系统根据加工参数产生激光加工光束；

S14、改变激光加工光束与制冷型红外探测芯片的相对位置，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

本发明实施例提供的激光加工芯片的方法主要是通过激光加工系统产生激光光束在在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间的表面制备闭合环形沟槽，能够利用激光加工光束将感光层的温度急剧升高而直接汽化，同时控制激光运行轨迹或样品位移轨迹实现制冷型红外探测芯片表面沟槽图形化的目的，其中，使用激光加工系统进行加工具有如下有点：第一激光脉冲时间短，属于“冷加工”，热影响区域小，不会改变感光层的特性；第二激光加工工艺过程与待加工制冷型红外探测芯片的无接触，可以减小机械应力对加工对象的损伤；第三激光加工自动化程度高，精确度高，加工速度快。

另外，本实施例所述方法还能够均匀的减少像元层四周所溢出的填充胶在温度循环过时对制冷型红外探测芯片的拉扯牵引，进而能够高效均匀地消除热应力对制冷型红外探测芯片的感光层与环氧树脂层之间的位置偏移影响，防止与感光层连接的铟柱断裂，提高红外探测芯片的使用寿命，制备的沟槽宽度越窄越好，且深度正好贯穿到底部芯片电路层。

同时，与现有的改良填充胶、加入固定层技术相比，本实施例所述方法不引入新的材料，不引入新的结构(特指多加一层固定层这样的结构)，并不影响制冷型红外探测芯片制造过程中的原有工艺，仅需在芯片互联混成与填胶之后加入一个新的开槽工艺。因此，本实施例所述方法相较与其它提高可靠性的方法，具有实施简单、研发成本低、效率高、效果好的优点。

并且，经过实验结果显示，所述制冷型红外探测芯片经过激光加工系统加工后，在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成贯穿感光层以及封胶水层的闭合环形沟槽，且闭合环形沟槽的结构整齐光滑，闭合环形沟槽内部没有残留物，热影响区域较小，槽周围感光层材料无微损伤及微裂纹等缺陷，控制加工工艺还不损伤底部的芯片电路层，进而基于所述闭合环状沟槽可实现制冷型红外探测芯片核心区域与外围胶墙的物理隔离，从根本上消除热应力对芯片可靠性的影响。

可选地，如图2和图3所示，可选地，在所述由激光器、光学元件搭建激光加工系统之前，所述方法还包括：

获取制冷型红外探测芯片信息，根据制冷型红外探测芯片信息确定激光光斑；其中，所述激光光斑包括高斯光斑、或平顶光斑。

例如，本实施例所述方法能够根据制冷型红外探测芯片信息中的芯片结构、感光层材料、芯片加工需求自由切换所需的激光光斑进行加工；其中，所述感光层材料包括碲镉汞、碲镉铟。

可选地，在所述获取制冷型红外探测芯片放置工作台的位置信息之后，所述方法还包括：

建立加工腔室，设置所述加工腔室的加工环境；其中，

所述加工腔室设置为真空腔室、或全封闭非真空腔室、或半封闭腔室。

可选地，所述设置所述加工腔室的加工环境为向加工腔室中通入辅助气体以使所述加工腔室处于低气压状态。

具体的，本实施例所述方法通过向加工腔室中通入辅助气体，一方面使得所述加工腔室处于低气压状态，并有效的将激光与各种材料作用产生的杂质吹向芯片的无效区域；另一方面环氧树脂快速的与辅助气体中的氧气反应生成CO2释放到大气中，进而减小激光加工误差。

可选地，所述设置激光加工系统的加工参数，并由激光加工系统根据加工参数产生激光加工光束包括：

根据制冷型红外探测芯片信息、沟槽信息确定激光加工参数；

由激光加工系统根据激光加工参数产生对应的激光加工光束。

可选地，所述激光加工参数包括激光光束能量、重复频率、脉宽、激光波长中一种或者任意组合。

可选地，所述脉宽的范围为10fs-10ps；

优选地，所述激光波长为200nm-400nm。

可选地，所述改变激光加工光束与制冷型红外探测芯片的相对位置，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽包括：

根据制冷型红外探测芯片信息确定激光加工系统内的振镜；

由所述振镜根据沟槽信息控制激光光束的运动轨迹将制冷型红外探测芯片各边上的像元层与边缘之间进行刻蚀成沟槽，并由各边上所刻蚀的沟槽形成闭合环形沟槽。

可选地，所述沟槽信息包括沟槽槽形、沟槽宽度、沟槽深度中一种或者任意组合。

可选地，所述制冷型红外探测芯片从上之下依次为感光层、环氧树脂层、芯片电路层；其中，

所述沟槽深度D范围为制冷型红外探测芯片表面感光层厚度D1<D<制冷型红外探测芯片感光层厚度D1+环氧树脂层厚度D2。

具体的，本实施例所述方法通过在制冷型红外探测芯片的像元层和边缘之间加工一闭合环形沟槽，且所述沟槽深度为穿透制冷型红外线探测器材料层，但是未到达芯片电路层，在最大程度消除热应力的同时，不损伤底部的芯片电路层。

本发明实施例还提供一种激光加工芯片的装置，如图2至图4所示，所述装置包括：

工作台，用于放置待加工的制冷型红外探测芯片；

控制系统，用于获取制冷型红外探测芯片放置工作台的位置信息，然后根据位置信息设置激光加工系统的加工参数，并控制激光加工系统根据加工参数产生激光加工光束；

激光加工系统，由激光器、扩束准直元件、振镜搭建形成，用于将激光器发射的激光加工光束经扩束准直元件进行扩束、准直，然后再通过振镜改变激光加工光束与制冷型红外探测芯片的相对位置，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

优选地，所述激光加工系统中设置至少一个激光器，用于根据制冷型红外探测芯片信息控制切换为不同激光器发射出不同波长的激光光束，进而提高了所述激光加工系统的加工效率。

可选地，如图2至图5所示，所述控制系统包括：

检测子系统，用于检测获取沟槽信息；其中，所述沟槽信息包括沟槽槽形、沟槽宽度、沟槽深度中一种或者任意组合；

上位机，用于根据待加工的制冷型红外探测芯片信息以及经检测子系统所获取的沟槽信息确定激光加工参数；然后控制激光加工系统根据激光加工参数产生对应的激光加工光束。

可选地，所述上位机包括：

第一确定模块，用于根据待加工的制冷型红外探测芯片信息以及经检测子系统所获取的沟槽信息、或定位检测信息、或加工位置定位信息确定激光加工参数；

第二确定模块，用于根据制冷型红外探测芯片信息确定激光加工系统内的振镜；

控制模块，用于经振镜根据沟槽信息控制激光光束的运动轨迹将制冷型红外探测芯片各边上的像元层与边缘之间进行刻蚀成沟槽，并由各边上所刻蚀的沟槽形成闭合环形沟槽。

可选地，所述装置还包括：

同轴检测系统，用于对制冷型红外探测芯片上的沟槽进行定位并生成定位检测信息；

旁轴检测系统，用于振镜在制冷型红外探测芯片上的加工位置进行定位并生成加工位置检测信息；其中，

所述上位机根据沟槽信息、定位检测信息、加工位置检测信息控制激光光束对制冷型红外探测芯片各边外沿对应XY方向保持同一预定方向且在振镜正下方进行刻蚀成沟槽并形成闭合环形沟槽，其中，所述制冷型红外探测芯片各边外沿为各边上像元层与边缘之间的位置。

可选地，所述制冷型红外探测芯片从上之下依次为感光层、环氧树脂层、芯片电路层；其中，

所述沟槽深度D范围为制冷型红外探测芯片表面感光层厚度D1<D<制冷型红外探测芯片感光层厚度D1+环氧树脂层厚度D2。

可选地，所述激光加工系统还包括：

整形元件，用于将激光加工光束整形为与制冷型红外探测芯片类型相对应激光光斑；其中，所述激光光斑包括高斯光斑、或平顶光斑。

可选地，所述激光加工系统还包括：

分束镜，用于对经整形元件整形后的激光加工光束整形状态进行检测。

可选地，所述装置还包括：

除尘装置，设置在激光加工系统与工作台之间并在工作台上建立一加工腔室，用于向所述加工腔室中通入气体以使所述加工腔室处于低气压状态并利用加工腔室与大气压之间的气压差将所产生的粉尘吸出。

可选地，所述激光加工参数包括激光光束能量、重复频率、脉宽、激光波长中一种或者任意组合；

综上所示，本实施例所述装置通过激光加工系统中激光光束由激光器以行进方向0°射出，经反射镜1反射至扩束准直元件上并将激光光束扩束，然后再经过分束镜对激光光束激光能量、激光器状态进行检测，以及将激光光束以90°方向反射在反射镜2上面；由反射镜2反射激光光束，激光光束以90°方向反射在反射镜3上面；由反射镜3反射激光光束，激光光束以-90°方向反射在反射镜4上面，由反射镜4反射激光光束，激光光束以90°方向反射在整形元件上，然后经低反射率分束镜对经整形元件整形后的激光光束整形状态进行检测，然后将激光光束照射至振镜，使用旁轴检测系统对加工位置进行定位以及在线监测；最终激光光束聚焦到固定于工作台上的制冷型红外探测芯片进行切割。

本实施例的装置，可以用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于解决使用单一激光加工光束进行激光切割无法获得平整性高的槽底结构，因此，本发明实施例提供一种激光加工芯片的方法，如图6所示，所述方法包括：

S41、由激光器、光学元件搭建激光加工系统；

S42、获取制冷型红外探测芯片放置工作台的位置信息；

S43、根据位置信息设置激光加工系统的加工参数，并由激光加工系统根据加工参数产生激光加工光束；

S44、由具有第一功率的激光加工光束对制冷型红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽，然后由具有第二功率的激光加工光束在两条平行槽之间对制冷型红外探测器芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

本发明实施例提供的激光加工芯片的方法为了释放器件冷热变化在制冷型红外探测芯片有效像元层与边缘之间使用较高功率两束子光束沿着释压沟槽两边对制冷型红外探测芯片的感光层进行加工，之后使用小功率激光对芯片内部环氧胶进行去除，从而实现槽底平整的效果。例如，使用第一功率的激光加工光束首先将8-10微米的碲镉汞或12-15微米的锑化铟层切开(即感光层)，再通过第二功率的激光光束在两条平行槽间将10微米左右的环氧胶层开到8微米左右位置，从而达到最优的应力释放效果，由于去除感光层材料的激光去除率不同，用单一的切割方式很难获得比较平整的槽底结构；因此，本实施例所述方法通过较大激光功率在沟道两边作用，将表面的碲镉汞层或者锑化铟层完全去除，并且在环氧胶层也实现一定深度的切割，最后用较小能量的激光将内部的环氧胶层打平，进而本实施例所述方法针对制冷型红外探测芯片的分层结构通过实现用不同能量激光组合获得不同的槽型结构，本实施例所述方法能够提高制备的沟槽槽形结构，有效控制激光加工过程时对沟槽的热效应区域，进一步的优化制冷型红外探测芯片性能、提高制备的良品率。

可选地，如图6和图7所示，所述由具有第一功率的激光加工光束对制冷型红外探测器芯片的感光层进行划槽形成两条平行槽，然后由具有第二功率的激光加工光束在两条平行槽之间对制冷型红外探测芯片内部环氧胶进行划槽，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽包括：

调整制冷型红外探测芯片位置和角度，以使待划槽位于振镜正下方，且整个待划槽与激光加工光束的光斑入射面处于水平位置；

移动振镜通过具有第一功率的两束第一激光加工光束同时对红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽；或者，移动振镜通过具有第一功率的一束第一激光加工光束分别对红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽；

恢复放置制冷型红外探测芯片的工作台台至初始位置，保持制冷型红外探测芯片水平；

然后移动振镜通过具有第二功率的一束第二激光加工光束在两条平行槽之间对制冷型红外探测芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

可选地，所述第一功率大于第二功率；

优选地，所述第一功率大于300mw：

优选地，所述第二功率范围为80mW-150mW。

可选地，所述激光加工光束宽度为8um-12um。

可选地，所述制冷型红外探测芯片从上之下依次为感光层、环氧树脂层、芯片电路层；其中，

所述沟槽深度D范围为制冷型红外探测芯片表面感光层厚度D1<D<制冷型红外探测芯片感光层厚度D1+环氧树脂层厚度D2。

可选地，所述激光加工系统的加工速度为大于3000mm/s，小于5000mm/s。

本发明实施例还提供一种激光加工芯片的装置，如图4和图7所示，所述装置包括：

工作台，用于放置待加工的制冷型红外探测芯片；

激光加工系统，由激光器、光学元件搭建而成，用于通过改变激光加工光束与制冷型红外探测芯片的相对位置对制冷型红外探测芯片进行激光加工；

控制系统，用于获取制冷型红外探测芯片放置工作台的位置信息；根据位置信息设置激光加工系统的加工参数，并由激光加工系统根据加工参数产生激光加工光束；并控制激光加工系统由具有第一功率的激光加工光束对制冷型红外探测芯片的感光层进行加工形成两条平行槽，然后由具有第二功率的激光加工光束在两条平行槽之间对制冷型红外探测芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

本发明实施例提供的激光加工芯片的装置为了释放器件冷热变化在制冷型红外探测芯片有效像元层与边缘之间由控制系统控制激光加工系统使用较高功率两束子光束沿着释压沟槽两边对制冷型红外探测芯片的感光层进行加工，之后使用小功率激光对芯片内部环氧胶进行去除，从而实现槽底平整的效果。例如，使用第一功率的激光加工光束首先将8-10微米的碲镉汞或12-15微米的锑化铟层切开(即感光层)，再通过第二功率的激光光束在两条平行槽间将10微米左右的环氧胶层开到8微米左右位置，从而达到最优的应力释放效果，由于去除感光层材料的激光去除率不同，用单一的切割方式很难获得比较平整的槽底结构；因此，本实施例所述装置通过较大激光功率在沟道两边作用，将表面的碲镉汞层或者锑化铟层完全去除，并且在环氧胶层也实现一定深度的切割，最后用较小能量的激光将内部的环氧胶层打平，进而本实施例所述装置针对制冷型红外探测芯片的分层结构通过实现用不同能量激光组合获得不同的槽型结构，本实施例所述装置通过提高制备的沟槽槽形结构，有效控制激光加工过程时对沟槽的热效应区域，进一步的优化制冷型优化红外探测芯片性能、提高制备的良品率。

可选地，所述控制系统包括：

第一工序控制单元，用于控制移动振镜通过具有第一功率的两束第一激光加工光束同时对制冷型红外探测芯片的感光层进行加工形成两条平行槽；或者，移动振镜通过具有第一功率的一束第一激光加工光束分别对制冷型红外探测芯片的感光层进行加工形成两条平行槽；

第二工序控制单元，用于控制移动振镜通过具有第二功率的一束第二激光加工光束在两条平行槽之间对制冷型红外探测芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

可选地，所述工作台包括：

吸附喷孔，用于对制冷型红外探测芯片进行吸附；

位移调整模块，用于调整制冷型红外探测芯片位置、或恢复放置制冷型红外探测芯片的工作台台至初始位置；

角度调整模块，设置于工作台上，用于调整制冷型红外探测芯片角度。

可选地，所述第一功率大于第二功率；

优选地，所述第一功率大于300mw：

优选地，所述第二功率范围为80mW-150mW。

本实施例的装置，可以用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

实施例三

本实施例与上述实施例的区别在于由于制备沟槽的宽度越窄越好，且深度正好贯穿到底部读出芯片电路层，槽形两边陡峭，利于应力的释放；因此，本发明实施例提供一种激光加工芯片的方法，如图8所示，所述方法包括：

S51、搭建可调角度的工作台，并将待加工的制冷型红外探测芯片放置在工作台上；

S52、设置工作台的调节及补偿工艺参数、以及由激光器、光学元件所搭建激光加工系统的激光参数；

S53、根据所述激光参数、调节及补偿工艺参数至少一次改变工作台角度，以使激光加工系统对制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间进行倾斜加工并形成边缘小夹角浅沟槽。

本发明实施例提供的激光加工芯片的方法主要是将激光加工光束照射至加工腔室内制冷型红外探测芯片表面，在靠近制冷型红外探测芯片边缘处形成贯穿感光层、环氧树脂层、封装胶水层的闭合环形沟槽，同时使用可调角度的工作台进行不同角度的变换以及相应的补偿工艺参数，最终实现在靠近制冷型红外探测芯片边缘处形成贯穿感光层、环氧树脂层、封装胶水层的闭合环形小夹角浅沟槽，增加感光层、环氧树脂层、封装胶水层核心区域(像元层)与边缘厚胶墙之间的物理隔离效果，从根本上提高芯片的可靠性。本实施例所述方法通过提高制备的沟槽槽形结构，有效控制激光加工过程时对沟槽的热效应区域，进一步的优化制冷型优化红外探测芯片性能、提高制备的良品率。

可选地，如图8至图11所示，所述至少一次改变工作台角度为让工作台以沟槽中心线为基准，向两边进行倾斜，用以控制沟槽夹角。

可选地，所述激光加工系统对制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间进行倾斜加工并形成边缘小夹角浅沟槽包括：

根据所述激光参数、调节及补偿工艺参数将工作台以沟槽中心线为基准，向一边倾斜至第一角度；

调节工作台Z轴方向位置进行焦距补偿，以使激光加工系统对制冷型红外探测芯片的加工位置处于焦点位置；

根据所述激光参数、调节及补偿工艺参数将工作台以沟槽中心线为基准，向另一边倾斜至第二角度；

调节工作台Z轴方向位置进行焦距补偿，以使激光加工系统对制冷型红外探测芯片的加工位置处于焦点位置。

可选地，在调节工作台Z轴方向位置进行焦距补偿，以使激光加工系统对制冷型红外探测芯片的加工位置处于焦点位置之后，所述方法还包括：

将激光光束调整至小功率模式进行加工。

可选地，所述工作台的调节及补偿工艺参数包括：沟槽槽形参数、角度调节参数、焦距补偿参数、激光光斑、光斑能量中一种或者任意组合；

所述角度调节参数与沟槽信息相对应。

可选地，在所述根据所述激光参数、调节及补偿工艺参数将工作台以沟槽中心线为基准，向一边倾斜至第一角度之前，所述方法还包括：

调整制冷型红外探测芯片位置及角度，以使沟槽位于所述激光加工系统的振镜正下方，且整个沟槽与激光光束的光斑入射面处于水平位置。

可选地，在所述工作台倾斜至第二角度并将激光光束调整至小功率模式进行加工之后，所述方法还包括：

恢复工作台至初始位置，保持制冷型红外探测芯片水平；

将激光光束调整至小功率模式并减小切割次数，使其对沟槽底面进行平整加工。

可选地，所述边缘小夹角浅沟槽为方形沟槽。

可选地，如图11所示，所述方法还包括：

通过设置于工作台下的喷孔对制冷型红外探测芯片进行吸附。

可选地，所述工作台平整度优于1um/20mm。

实施例四

由于制冷型红外探测器晶圆的高度大于500微米，因此需要使用高频激光多次切割，针对多达千次的重复切割中，有极大的可能出现热累积情况，从而改变冷加工效果，影响芯片有效区域；因此，本发明实施例提供一种激光加工芯片的方法，如图12所示，所述方法包括：

S61、移动待加工制冷型红外探测芯片中心至激光加工系统的振镜正下方，调整待加工制冷型红外探测芯片位置和角度以使切割道沟槽与激光光斑入射面处于水平位置；

S62、依次经激光加工系统中的激光器、振镜、平场透镜加工一组相对两边缘上的沟槽；

S63、将放置制冷型红外探测芯片的工作台旋转运行90度；

S64、然后再依次经激光加工系统中的激光器、振镜、平场透镜加工另一组相对两边缘上的沟槽；其中，两组相对两边缘上的沟槽设置于制冷型红外探测芯片的像元层与相对两边缘之间并形成一闭合环形沟槽。

本发明实施例提供的激光加工芯片的方法中依次经激光加工系统中的激光器、振镜、平场透镜加工一组相对两边缘上的沟槽，或者再依次经激光加工系统中的激光器、振镜、平场透镜加工另一组相对两边缘上的沟槽主要是通过对振镜控制分时复用为原则，一次性加工两条相对的沟槽。针对每条沟槽断续加工为基础，在保证加工效率的情况下，有效的减少热累积。

可选地，如图12和图13所示，所述依次经激光加工系统中的激光器、振镜、平场透镜加工一组相对两边缘上的沟槽包括：

启动振镜并打开激光器，然后再将激光器发射的激光光束经振镜、平场透镜加工一组相对两边缘上的沟槽作为第一工序；

启动振镜并延时预设时间打开激光器，然后再将激光器发射的激光光束经振镜、平场透镜加工一组相对两边缘上的沟槽作为第二工序。

可选地，所述将激光器发射的激光光束经振镜、平场透镜加工一组相对两边缘上的沟槽包括：

将激光器发射的激光光束经振镜、平场透镜在沟槽的第一位置对第一边缘的沟槽加工n次，然后对第二边缘的沟槽加工n次；

将激光器发射的激光光束经振镜、平场透镜在沟槽的第二位置对第一边缘的沟槽加工n次，然后对第二边缘的沟槽加工n次；

并按照第一位置、第二位置加工方式重复往返完成对沟槽上预设的其他位置进行加工作为一组；

然后对沟槽重复加工N组；其中，n≥1，N≥2。

可选地，在所述移动待加工制冷型红外探测芯片中心至激光加工系统的振镜正下方，调整待加工制冷型红外探测芯片位置和角度以使沟槽与激光光斑入射面处于水平位置之前或之后，所述方法还包括：

获取待加工闭合环形沟槽的槽形信息，并根据所述槽形信息确定激光光斑，能量分布，振镜加工速度，激光的重复频率中一种或者任意组合；

根据激光光斑确定打开激光器所需延时的预设时间。

可选地，所述激光光斑大小范围为8微米至12微米。

可选地，所述振镜加工速度大于3000mm/s。

可选地，所述激光的重复频率小于200k。

本发明实施例还提供一种激光加工芯片的装置，如图4和图13所示，所述装置包括：

激光加工系统，由激光器、振镜、平场透镜搭建而成；

工作台，用于放置待加工制冷型红外探测芯片，以及将其旋转运行90度；

移动系统，用于移动待加工制冷型红外探测芯片中心至激光加工系统的振镜正下方，调整待加工制冷型红外探测芯片位置和角度以使沟槽与激光光斑入射面处于水平位置；

控制系统，用于控制依次经激光加工系统中的激光器、振镜、平场透镜加工一组相对两边缘上的沟槽；然后经旋转运行90度后再依次经激光加工系统中的激光器、振镜、平场透镜加工另一组相对两边缘上的沟槽；其中，两组相对两边缘上的沟槽设置于制冷型红外探测芯片的像元层与相对两边缘之间并形成一闭合环形沟槽。

本发明实施例提供的激光加工芯片的装置中由控制器控制依次经激光加工系统中的激光器、振镜、平场透镜加工一组相对两边缘上的沟槽，或者再依次经激光加工系统中的激光器、振镜、平场透镜加工另一组相对两边缘上的沟槽主要是通过对振镜控制分时复用为原则，一次性加工两条相对的沟槽。针对每条沟槽断续加工为基础，在保证加工效率的情况下，有效的减少热累积。

可选地，所述控制系统包括：

第一工序控制单元，用于启动振镜并打开激光器，然后再将激光器发射的激光光束经振镜、平场透镜加工一组相对两边缘上的沟槽作为第一工序；

第二工序控制单元，用于启动振镜并延时预设时间打开激光器，然后再将激光器发射的激光光束经振镜、平场透镜加工一组相对两边缘上的沟槽作为第二工序。

可选地，所述控制系统还包括：

参数确定单元，用于获取待加工闭合环形沟槽的槽形信息，并根据所述槽形信息确定激光光斑，能量分布，振镜加工速度，激光的重复频率中一种或者任意组合；然后根据激光光斑确定打开激光器所需延时的预设时间；

优选的，所述激光光斑大小范围为8微米至12微米；

优选的，所述振镜加工速度大于3000mm/s；

优选的，所述激光的重复频率小于200k。，

本实施例的装置，可以用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

实施例五

由于，现有技术通过激光开槽的方式，在利用振镜控制激光光斑与探测器芯片的相对运动时，由于振镜控制方式的局限，进行口字型开槽形成闭合环形沟槽时，拐角处会出现弧形，从而导致拐角处沟槽的深度、宽度不均匀，且影响了有效像元区的面积。因此，本发明实施例提供一种激光加工芯片的方法，如图14所示，所述方法包括：

S71、由激光器、光学元件搭建激光加工系统；

S72、检测出所搭建的激光加工系统的加工偏差量；

S73、根据所述加工偏差量计算得出待加工沟槽的绘制参数；

S74、由激光加工系统按照待加工沟槽的绘制参数对制冷型红外探测芯片进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

本发明实施例提供的激光加工芯片的方法主要在设置激光加工闭合环形沟槽时，首先检测出所搭建的激光加工系统的加工偏差量；然后在根据所检测的加工偏差量计算得出待加工沟槽的绘制参数，以及固定激光开光与关光延迟时间等，有效提高焦平面探测器在经历温度循环过程时的可靠性，实现激光对制冷型红外探测芯片开槽时，拐角处为直角，且宽度及深度均匀。因此，与直接进行闭合环形沟槽绘制加工相比，本实施例所述方法有效提高闭合环形沟槽拐角处的像元利用率，减小拐角处对槽宽度及深度均匀性的影响，最终提高激光开槽的效果及芯片可靠性。

同时，在制冷型红外探测芯片四周形成一闭合环形沟槽后，实际上对经过填充胶工艺之后的溢出胶边与有效像元区实现了物理隔离，从而在温度循环中，大量的溢出胶边由于热应力引起的拉扯力无法作用到像元区之上，因此有效的提高了制冷型红外探测芯片的可靠性。

可选地，如图14和图15所示，所述检测出所搭建的激光加工系统的加工偏差量包括：

预先绘制一长度为X的直线，并由激光加工系统进行加工；

加工完成后，测量出加工结果与直线的偏差量。

可选地，所述测量出加工结果与直线的偏差量包括：

测量实际起始点的位置与所绘制直线起始点的位置差N；

测量实际结束点的位置与所绘制直线的结束点的位置差M；

将首尾相接的闭合环形沟槽作为断开的四条独立线状沟槽，且每条独立线状沟槽长度按照如下公式计算得出：

(N-D/2)+X+(M-D/2)；其中，

D为激光加工系统中激光加工光束的光斑直径。

可选地，在所述设实际结束点的位置与所绘制直线的结束点的位置差为M之前，所述方法还包括：

检测实际结束点是否超过所绘制直线的结束点；

当实际结束点未超过所绘制直线的结束点时，则直接测量实际结束点的位置与所绘制直线的结束点的位置差M；

当实际结束点超过所绘制直线的结束点时，则根据实际结束点的位置与所绘制直线的结束点的位置调整激光器开合的延时策略，然后固定调整后的激光器开合的延时策略并按照其进行加工，最后测量其实际结束点的位置与所绘制直线的结束点的位置差M；

其中，所述调整激光器开合的延时策略为减小激光器关闭激光光束延迟时间，使实际结束点小于所绘制直线的结束点。

可选地，所述待加工沟槽的绘制参数包括沟槽长度、沟槽槽形、沟槽宽度、沟槽深度中一种或者任意组合。

可选地，所述制冷型红外探测芯片从上之下依次为感光层、环氧树脂层、芯片电路层；其中，

所述沟槽深度D范围为制冷型红外探测芯片表面感光层厚度D1<D<制冷型红外探测芯片感光层厚度D1+环氧树脂层厚度D2。

本发明实施例还提供一种激光加工芯片的装置，如图4和图15所示，所述装置包括：

检测单元，用于检测出所搭建的激光加工系统的加工偏差量；

计算单元，用于根据所述加工偏差量计算得出待加工沟槽的绘制参数；

激光加工系统，由激光器、光学元件搭建而成，并用于按照待加工沟槽的绘制参数对制冷型红外探测芯片进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

本发明实施例提供的激光加工芯片的装置主要在设置激光加工闭合环形沟槽时，首先检测出所搭建的激光加工系统的加工偏差量；然后在根据所检测的加工偏差量计算得出待加工沟槽的绘制参数，以及固定激光开光与关光延迟时间等，有效提高焦平面探测器在经历温度循环过程时的可靠性，实现激光对制冷型红外探测芯片开槽时，拐角处为直角，且宽度及深度均匀。因此，与直接进行闭合环形沟槽绘制加工相比，本实施例所述装置有效提高闭合环形沟槽拐角处的像元利用率，减小拐角处对槽宽度及深度均匀性的影响，最终提高激光开槽的效果及芯片可靠性。

同时，在制冷型红外探测芯片四周形成一闭合环形沟槽后，实际上对经过填充胶工艺之后的溢出胶边与有效像元区实现了物理隔离，从而在温度循环中，大量的溢出胶边由于热应力引起的拉扯力无法作用到像元区之上，因此有效的提高了制冷型红外探测芯片的可靠性。

可选地，所述检测单元包括：

预加工模块，用于预先绘制一长度为X的直线，并由激光加工系统进行加工；

测量模块，用于加工完成后，测量出加工结果与直线的偏差量。

可选地，所述测量模块包括：

第一测量子模块，用于测量实际起始点的位置与所绘制直线起始点的位置差N；

检测子模块，用于检测实际结束点是否超过所绘制直线的结束点；当实际结束点未超过所绘制直线的结束点时，则直接测量实际结束点的位置与所绘制直线的结束点的位置差M；当实际结束点超过所绘制直线的结束点时，则根据实际结束点的位置与所绘制直线的结束点的位置调整激光器开合的延时策略，然后固定调整后的激光器开合的延时策略并按照其进行加工，最后测量其实际结束点的位置与所绘制直线的结束点的位置差M；其中，所述调整激光器开合的延时策略为减小激光器关闭激光光束延迟时间，使实际结束点小于所绘制直线的结束点；

第二测量子模块，用于测量实际结束点的位置与所绘制直线的结束点的位置差M；

计算子模块，用于将首尾相接的闭合环形沟槽作为断开的四条独立线状沟槽，且每条独立线状沟槽长度按照如下公式计算得出：

(N-D/2)+X+(M-D/2)；其中，

D为激光加工系统中激光加工光束的光斑直径。

可选地，所述待加工沟槽的绘制参数包括沟槽长度、沟槽槽形、沟槽宽度、沟槽深度中一种或者任意组合；

优选地，所述制冷型红外探测芯片从上之下依次为感光层、环氧树脂层、芯片电路层；其中，所述沟槽深度D范围为制冷型红外探测芯片表面感光层厚度D1<D<制冷型红外探测芯片感光层厚度D1+环氧树脂层厚度D2。

本实施例的装置，可以用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光加工芯片的方法，其特征在于，包括：

由激光器、光学元件搭建激光加工系统；

获取制冷型红外探测芯片放置工作台的位置信息；

根据位置信息设置激光加工系统的加工参数，并由激光加工系统根据加工参数产生激光加工光束；

由具有第一功率的激光加工光束对制冷型红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽，然后由具有第二功率的激光加工光束在两条平行槽之间对制冷型红外探测器芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由具有第一功率的激光加工光束对制冷型红外探测器芯片的感光层进行划槽形成两条平行槽，然后由具有第二功率的激光加工光束在两条平行槽之间对制冷型红外探测器芯片内部环氧胶进行划槽，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽包括：

调整制冷型红外探测芯片位置和角度，以使待划槽位于振镜正下方，且整个待划槽与激光加工光束的光斑入射面处于水平位置；

移动振镜通过具有第一功率的两束第一激光加工光束同时对红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽；或者，移动振镜通过具有第一功率的一束第一激光加工光束分别对红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽；

恢复放置制冷型红外探测芯片的工作台台至初始位置，保持制冷型红外探测芯片水平；

然后移动振镜通过具有第二功率的一束第二激光加工光束在两条平行槽之间对红外探测器芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一功率大于第二功率；

优选地，所述第一功率大于300mw：

优选地，所述第二功率范围为80mW-150mW。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光加工光束宽度为8um-12um。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述制冷型红外探测芯片从上之下依次为感光层、环氧树脂层、芯片电路层；其中，

所述沟槽深度D范围为制冷型红外探测芯片表面感光层厚度D1<D<制冷型红外探测芯片感光层厚度D1+环氧树脂层厚度D2。

6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述激光加工系统的加工速度为大于3000mm/s，小于5000mm/s。

7.一种激光加工芯片的装置，其特征在于，包括：

控制系统，用于获取制冷型红外探测芯片放置工作台的位置信息；根据位置信息设置激光加工系统的加工参数，并由激光加工系统根据加工参数产生激光加工光束；

工作台，用于放置待加工的制冷型红外探测芯片；

激光加工系统，由激光器、光学元件搭建而成，用于由具有第一功率的激光加工光束对制冷型红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽，然后由具有第二功率的激光加工光束在两条平行槽之间对制冷型红外探测器芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制系统包括：

第一工序控制单元，用于控制移动振镜通过具有第一功率的两束第一激光加工光束同时对红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽；或者，移动振镜通过具有第一功率的一束第一激光加工光束分别对红外探测器芯片的感光层进行加工形成两条平行槽；

第二工序控制单元，用于控制移动振镜通过具有第二功率的一束第二激光加工光束在两条平行槽之间对红外探测器芯片内部环氧胶进行加工，以使在制冷型红外探测芯片上的像元层与边缘之间形成一闭合环形沟槽。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述工作台包括：

吸附喷孔，用于对制冷型红外探测芯片进行吸附；

位移调整模块，用于调整制冷型红外探测芯片位置、或恢复放置制冷型红外探测芯片的工作台台至初始位置；

角度调节模块，设置于工作台上，用于调整制冷型红外探测芯片角度。

10.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述第一功率大于第二功率；

优选地，所述第一功率大于300mw：

优选地，所述第二功率范围为80mW-150mW。