CN110911432B - 甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法 - Google Patents

甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法，该方法包括：通过倒装焊设备预压红外探测器芯片与读出电路芯片，使红外探测器芯片与读出电路芯片初步互相连接；通过超大压力键合设备压焊经过预压后初步互相连接的红外探测器芯片与读出电路芯片。本发明采用先预压后二次压焊的方式克服了超高互连精度和超大互连压力之间的矛盾，解决了现有技术中传统的工艺难以保证芯片良好的混成互连耦合效果的问题。

Description

甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法
技术领域
本发明涉及红外探测器领域，尤其涉及一种甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法。
背景技术
碲镉汞是一种重要的红外探测器件材料，经过几十年的发展，芯片结构已由单元、多元发展至一维线列和二维面阵焦平面阵列，对短波，中波，长波，甚长波红外焦平面探测器的研究已转入应用阶段，各种规格的碲镉汞红外焦平面探测器已大量装备于各种军用及民用系统中。
目前，红外探测器已经发展到第三代红外探测器技术，更高分辨率的红外探测器是第三代红外探测器的一个主要方向。经过多年的技术攻关，大规格、高分辨率红外探测器组件已经取得长足进步，国内外已经具备单片式1K×1K、2K×2K规格的探测器制备能力，4K×4K(4096×4096)红外探测器是目前最大阵列规格的单片式红外器件。
在甚高分辨率红外探测器制备工艺中，芯片互连是一个非常重要的工艺步骤，互连工艺的互连导通效果直接对探测器芯片的盲元数目产生影响。就甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连工艺而言，尤其需要解决在超大互连压力下保证超高互连精度的问题。
由于探测器芯片与读出电路芯片通过铟凸点互连键合的质量直接影响焦平面探测器的性能，好的键合既可实现电学连接，使响应元信号正常输出，又可以承受由于温度的急骤变化在不同材料间因不同膨胀系数所产生的内应力，但是互连工艺本身受其使用设备的互连精度、互连压力、互连温度和待互连芯片的表面形貌及铟凸点等影响，造成互连工艺仍然有很多亟需解决的问题。特别是对于甚高分辨率(4096×4096)红外探测器而言，其像元中心间距仅为10μm，像素规模超过1600万，芯片大小超过40×40mm，芯片面积的增大和像元间距的减小使得倒装互连工艺的难度急剧上升，采用传统的工艺，难以保证甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片良好的混成互连耦合效果。
发明内容
本发明实施例提供一种甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法，用以解决现有技术中传统的工艺难以保证芯片良好的混成互连耦合效果的问题。
本发明实施例提供一种甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法，包括：
通过倒装焊设备预压所述红外探测器芯片与读出电路芯片，使所述红外探测器芯片与读出电路芯片初步互相连接；
通过超大压力键合设备压焊经过预压后初步互相连接的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片。
可选的，所述通过倒装焊设备预压所述红外探测器芯片与读出电路芯片，使所述红外探测器芯片与读出电路芯片初步互相连接包括：
通过所述倒装焊设备的压力臂吸附起所述红外探测器芯片，使所述红外探测器芯片的铟凸点面朝下；通过所述倒装焊设备的基台吸附柱所述读出电路芯片，使所述读出电路芯片铟凸点面朝上；通过所述倒装焊设备的图像显示系统将所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片对准；通过所述压力臂按照第一预设参数下压所述红外探测器芯片，使所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片键合到预设位置处，以使所述红外探测器芯片与读出电路芯片完成初步互相连接。
可选的，所述将所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片对准包括：
初步对准所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片，对所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片进行调平，精确对准所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片。
可选的，所述第一预设参数包括：
温度为20-30℃，压力为200-400kg，下压时间大于1小时。
可选的，所述通过超大压力键合设备压焊经过预压后初步互相连接的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片包括：
将预压初步互相连接后的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片设置于所述超大压力键合设备的吸片台上，通过所述超大压力键合设备的压力臂吸附起所述预压初步互相连接后的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片；通过所述超大压力键合设备的压力臂按照第二预设参数向下压焊所述预压初步互相连接后的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片，使所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片完成最终互相连接。
可选的，所述第二预设参数为：
温度为20-30℃，压力为2至4吨，下压时间大于1小时。
可选的，在压焊过程中自适应调平所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片，以保证预压时的对准精度。
可选的，所述压焊在所述预压完成后2小时内进行。
采用本发明实施例，通过预压后再压焊甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片，解决了超高互连精度和超大互连压力之间的矛盾，从而实现了甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片的混成互连工艺，保证了芯片良好的混成互连耦合效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法实施流程示意图；
图2是本发明实施例提供的预压过程中红外探测器芯片与读出电路芯片状态示意图；
图3是本发明实施例提供的完成预压时红外探测器芯片与读出电路芯片状态示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了解决现有技术中传统的工艺难以保证芯片良好的混成互连耦合效果的问题，本发明实施例提供了一种甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法。根据本发明实施例提供的方法，先进行红外探测器芯片和读出电路芯片的高精度对准预压方式使之结合，再进行常温超大压力加压方式进行二次压焊，在压焊过程中进行自适应调平，这将保持预压时的对准精度，最终通过长时间的施加超大压力完成混成互连工艺。
具体实施中，预压时采用通行的倒装互连的方法，在倒装焊设备上，使压力臂吸起红外探测器芯片(其铟凸点面朝下)，使基台吸住读出电路芯片(其铟凸点面朝上)；通过倒装焊设备上的图像显示系统先对准两个芯片，然后进行两个芯片的调平，最后再次进行精确对准；将红外探测器芯片通过压力臂按设定参数条件键合到读出电路的对应位置处，完成预压过程；二次压焊时采用超大压力键合机，使压力臂吸起预压后的器件，按设定参数条件进行二次压焊，过程中进行自适应调平，保持预压时的对准精度，通过长时间的施加超大压力完成混成互连工艺。
基于此，如图1所示，其为本发明实施例提供的一种甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法实施流程示意图，该方法步骤包括：
S10，通过倒装焊设备预压所述红外探测器芯片与读出电路芯片，使所述红外探测器芯片与读出电路芯片初步互相连接；
其中，S10包括：
S100，通过所述倒装焊设备的压力臂1吸附起所述红外探测器芯片2，使所述红外探测器芯片2的铟凸点面朝下，通过所述倒装焊设备的基台4吸附柱所述读出电路芯片3，使所述读出电路芯片3铟凸点面朝上，通过所述倒装焊设备的图像显示系统将所述红外探测器芯片2与所述读出电路芯片3对准，此时红外探测器芯片2与读出电路芯片3状态如图2所示，通过所述压力臂1按照第一预设参数(温度为20-30℃，压力为200-400kg，下压时间大于1小时)下压所述红外探测器芯片2，使所述红外探测器芯片2与所述读出电路芯片3键合到预设位置处，以使所述红外探测器芯片2与读出电路芯片3完成初步互相连接，此时红外探测器芯片2与读出电路芯片3状态如图3所示。
其中，S100包括，初步对准所述红外探测器芯片2与所述读出电路芯片3，对所述红外探测器芯片2与所述读出电路芯片3进行调平，精确对准所述红外探测器芯片2与所述读出电路芯片3。
S12，通过超大压力键合设备压焊经过预压后初步互相连接的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片。
其中，S12包括，在所述预压完成后2小时内，将预压初步互相连接后的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片设置于所述超大压力键合设备的吸片台上，通过所述超大压力键合设备的压力臂吸附起所述预压初步互相连接后的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片；通过所述超大压力键合设备的压力臂按照第二预设参数(温度为20-30℃，压力为2至4吨，下压时间大于1小时)向下压焊所述预压初步互相连接后的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片，并在压焊过程中自适应调平所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片，以保证预压时的对准精度，使所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片完成最终互相连接。
为了更好地理解本发明，以下结合具体的实施例对本发明的实施过程进行说明。本发明实施例提供的甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法，包括预压过程和二次压焊过程，其中，预压是在倒装焊设备上完成的，二次压焊是在超大压力键合设备上完成的，具体可以包括以下步骤：
其中，预压过程可以包括以下步骤：
步骤1、在倒装焊设备上，使压力臂吸起红外探测器芯片(其铟凸点面朝下)，使基台吸住读出电路芯片，其铟凸点面朝上，如图2所示；
步骤2、通过倒装焊设备上的图像显示系统先对准两个芯片，然后进行两个芯片的调平，最后再次进行精确对准；
步骤3、将红外探测器芯片通过压力臂按设定参数条件键合到读出电路的对应位置处，完成预压过程。
在步骤3中，设定的参数条件可以为：温度：室温；压力：400公斤；时间：大于1小时，具体实施时，本发明实施例中涉及的室温可以为20℃-30℃。
应当理解，上述设定的参数条件为本发明实施例一种可能的实施方式，具体实施时，可以根据实际需要进行调整，本发明实施例对此不进行限定。
二次压焊可以包括以下步骤：
步骤4、从倒装焊设备上取出预压好的器件，如图3所示，放入超大压力键合设备的吸片台上。
步骤实施时，步骤4可以在时间间隔小于2小时；
步骤5、在超大压力键合设备上，使压力臂吸起预压后的器件；
步骤6、将预压后的器件通过压力臂按设定参数条件进行二次压焊；
在步骤6中，设定的参数条件可以为：温度：室温；压力：2—4吨；时间：大于1小时，在压焊过程中进行自适应调平。
应当理解，上述设定的参数条件仅为本发明实施例的一种可能的实施方式，具体实施中，可以根据实际需要进行调整，本发明实施例对此不进行限定。
步骤7、从设备中取出器件，完成整个倒装互连工艺。
本发明实施例中，采用室温20-30℃进行预压与压焊工艺，有效地避免了不同材料之间的热失配对互连工艺所造成的影响；通过二次压焊过程中的自适应调平方式保证了预压时的对准精度，从而实现了4K×4K器件超大压力、超高精度的混成互连工艺，能够保证良好的互连导通率及工艺重复性；采用先预压后二次压焊的方式解决了超高互连精度和超大互连压力之间的矛盾，从而实现了甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片的混成互连工艺，并且能够保证良好的工艺一致性和稳定性，保证了芯片良好的混成互连耦合效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法，其特征在于，所述方法用于实现4K×4K红外探测器芯片和读出电路的倒装互联，所述方法包括：
通过倒装焊设备预压所述红外探测器芯片与读出电路芯片，按照第一预设参数：温度为20-30℃，压力为200-400kg，下压时间大于1小时，使所述红外探测器芯片与读出电路芯片初步互相连接；
从倒装焊设备上取出预压好的器件，放入超大压力键合设备的吸片台上；
预压完成2小时内，通过超大压力键合设备按照第二预设参数：温度为20-30℃，压力为2至4吨，下压时间大于1小时，压焊经过预压后初步互相连接的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片，并在压焊过程中自适应调平所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片，以保证预压时的对准精度，使所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片完成最终互相连接。
2.如权利要求1所述的甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法，其特征在于，所述通过倒装焊设备预压所述红外探测器芯片与读出电路芯片，使所述红外探测器芯片与读出电路芯片初步互相连接包括：
通过所述倒装焊设备的压力臂吸附起所述红外探测器芯片，使所述红外探测器芯片的铟凸点面朝下；通过所述倒装焊设备的基台吸附柱所述读出电路芯片，使所述读出电路芯片铟凸点面朝上；通过所述倒装焊设备的图像显示系统将所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片对准；通过所述压力臂按照第一预设参数下压所述红外探测器芯片，使所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片键合到预设位置处，以使所述红外探测器芯片与读出电路芯片完成初步互相连接。
3.如权利要求2所述的甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法，其特征在于，所述将所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片对准包括：
初步对准所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片，对所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片进行调平，精确对准所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片。
4.如权利要求1所述的甚高分辨率红外探测器芯片与读出电路芯片倒装互连方法，其特征在于，所述通过超大压力键合设备压焊经过预压后初步互相连接的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片包括：
将预压初步互相连接后的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片设置于所述超大压力键合设备的吸片台上，通过所述超大压力键合设备的压力臂吸附起所述预压初步互相连接后的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片；通过所述超大压力键合设备的压力臂按照第二预设参数向下压焊所述预压初步互相连接后的所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片，使所述红外探测器芯片与所述读出电路芯片完成最终互相连接。
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