CN113013285A - 一种矫正焦平面探测器倒焊工艺系统误差的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矫正焦平面探测器倒焊工艺系统误差的工艺方法。本方法在高平整度透明材料上生长铟柱，剥离后得到试样，试样上同步制备了测量尺标记。两块试样倒焊互连后，利用测量尺标记，对倒焊的对准精度进行测量。然后同设备自带的标准件进行比较，来矫正系统误差，减小了铟柱倒焊时产生的偏移量。由于设备标准件是没用铟柱的，因此，制备铟柱测量尺试样，变得尤为重要，这将是矫正倒焊工艺系统误差的捷径。本方法避免了由于高密度铟柱间距小，互连过程中相邻铟柱的触碰，从而导致像元间短路的问题，有效提高大规模高密度焦平面探测器的连通率和倒焊成品率；本方法不受阵列规模和像元尺寸的限制，可以方便地应用于各种面阵器件。

Description

一种矫正焦平面探测器倒焊工艺系统误差的工艺方法
技术领域
本发明属于红外及光电子领域，具体涉及一种焦平面探测器倒焊过程中矫正系统误差的工艺方法，它特别适用于大规模高密度焦平面探测器的制备。
背景技术
焦平面探测器是将光敏芯片探测元与其对应的读出电路的输入端之间的机械和电学连通构成焦平面器件。互连方式有直接倒焊混成、间接倒焊混成、环孔技术和引线键合等。其中直接倒焊混成型红外焦平面是当前发展最为成熟的焦平面结构。在实际器件制作中，芯片的电极区一般都采用铟制作金属凸点来实现直接倒焊互连。在倒焊互连时，光敏芯片和读出电路各元对准的基础上，通过施加一定的温度(热压焊时需要)和压力，使得光敏芯片和读出电路牢固结合在一起。随着焦平面探测器面阵规模的扩大，像元间距的不断减小，密度不断增加，使器件在进行倒装互连时对校准精度的要求大幅度提高，铟柱制备工艺引入的铟柱一致性等问题日益突出。倒焊过程中，由于设备产生的系统误差使铟柱倒焊时发生偏移。由于设备标准件是没有铟柱的，用它来对倒焊设备进行矫正，并不能完全的锲合生长完铟柱的焦平面芯片的需要，原因是铟柱在倒焊互连过程中产生的应力，会使原先对准的焦平面芯片和电路间产生偏移。单使用设备标准件来矫正是不够的，其产生的系统误差造成的铟柱偏移量依然存在，很容易超出有效互连允许的极限范围。由于像元中心间距的限制，铟柱高度过高极易引起互连过程中相邻铟柱的触碰，从而导致像元间短路，影响器件正常工作。为此，发明一种能有效控制倒焊偏移且方便可行的大规模高密度焦平面器件倒焊工艺方法十分必要，它将是矫正倒焊工艺系统误差的捷径。
发明内容
基于上述大规模高密度焦平面探测器倒焊互连中存在的问题，本发明提出了一种焦平面探测器倒焊过程中矫正系统误差的工艺方法。本方法在高平整度透明材料上，生长铟柱(铟柱规模和焦平面探测器芯片的铟柱规模相一致)，剥离后得到试样，试样上同步制备了测量尺标记。两块试样倒焊互连后，利用测量尺标记，对倒焊的对准精度进行测量。然后同设备自带的标准件进行比较，来矫正系统误差，减小了铟柱倒焊时产生的偏移量。本方法避免了由于高密度铟柱间距小，互连过程中相邻铟柱的触碰，从而导致像元间短路的问题，有效提高大规模高密度焦平面探测器的连通率和倒焊成品率。具体方法步骤如下：
1)试样材料装载：将准备好的两块透明试样芯片放置在对应托盘中，操作倒焊机将两块透明试样芯片真空吸附在对应的倒焊夹具上；
2)倒焊互连：采用倒焊互连工艺将两块透明试样芯片互连，倒焊互连结束后，试样模块吸附在基座的读出电路用倒焊夹具上保持不动；
3)镜检测量读数：使用对准显微镜系统对互连的试样模块上的测量尺标记进行测量；
4)同设备标准件进行比较：将镜检的试样模块误差量同设备标准件误差值进行比较，得出一个偏差量；
5)调整偏差量：使用倒焊机上X,Y轴调节标尺，进行偏差量的调整；
6)GaN焦平面探测器倒焊：偏差量调整完毕后，就可以进行GaN焦平面探测器于读出电路的倒焊互连工艺，矫正了系统误差后，避免了互连过程中倒焊偏移，使相邻铟柱的触碰，从而导致像元间短路的问题。本方法在操作以上步骤前，需要对倒焊机进行校准；
本方法中所述的两块透明试样芯片使用的高平整度材料为双抛蓝宝石片，铟柱规模和焦平面探测器器件的铟柱规模相一致，其平面度≤2μm，厚度与光敏芯片相同，偏差±0.1mm，方便倒焊机直接使用与光敏芯片对应的托盘和倒焊夹具进行操作，而不用重新加工新的倒焊工具。
本发明的有益效果：
1.本方法避免了由于高密度铟柱间距小，互连过程中倒焊偏移，使相邻铟柱的触碰，从而导致像元间短路的问题，有效提高大规模高密度焦平面探测器的连通率；
2.本发明的方法可有效提升大规模高密度焦平面探测器的倒焊成品率；
3.本方法不受阵列规模和像元尺寸的限制，可以方便地应用于各种面阵器件；
附图说明
图1为本发明倒焊工艺过程示意图；
图2为透明试样芯片整体和局部放大图；
图3为本发明的倒焊工艺步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明的基本思想是在高平整度透明材料上，生长铟柱(铟柱规模和焦平面探测器芯片的铟柱规模相一致)，剥离后得到试样，试样上同步制备了测量尺标记。两块试样倒焊互连后，利用测量尺标记，对倒焊的对准精度进行测量。然后同设备自带的标准件进行比较，来矫正系统误差，减小了铟柱倒焊时产生的偏移量，实现高精度倒焊互连。图1为两块透明试样芯片在对准显微镜系统下调平对准的示意图。为进一步说明和具体化，以下特以器件规模1024×1024，中心距为10μm的GaN焦平面探测器倒焊工艺为例对此方法加以说明。但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定。
实施例：1024×1024元GaN焦平面倒焊工艺方法；
1.试样材料装载：将准备好的两块透明试样芯片放置在对应托盘中，操作倒焊机将两块透明试样芯片真空吸附在对应的读出电路用倒焊夹具和光敏芯片用倒焊夹具。透明试样芯片，规模1024×1024元，中心距10μm，尺寸为16.0mm×16.0mm×0.4mm，平面度≤2μm
2.倒焊互连：利用倒焊机对准显微镜系统调平对准，采用倒焊互连工艺将两块透明试样芯片互连，倒焊互连结束后，试样模块吸附在基座的读出电路用倒焊夹具上保持不动；
3.镜检测量读数：利用对准显微镜系统对吸附在基座的读出电路用倒焊夹具上试样模块的测量尺标记进行读数，并记入下偏差值；
4.同设备标准件进行比较：将记入下的试样模块偏差值同设备标准件偏差值进行比较，得出一个偏差量(设备标准件偏差值在0.5μm-1μm)；
5.调整偏差量：得出的这个偏差量如果是向一个方向偏差1μm，使用倒焊机上X,Y轴调节标尺向反方向修正(-1μm)这个偏差量，进行偏差量的调整；
6.GaN焦平面探测器倒焊：偏差量调整完毕后，就可以进行GaN焦平面探测器于读出电路的倒焊互连工艺，准备双边生长铟柱的GaN光敏芯片与读出电路试样，清洗并处理干净，放置于对应的托盘中，操作倒焊机分别将GaN光敏芯片和读出电路真空吸附在对应的倒焊夹具上；器件规模1024×1024元，中心距10μm，光敏芯片尺寸为16.5mm×15.3mm×0.38mm，读出电路尺寸为19.0mm×17.5mm×0.4mm。利用倒焊机对准显微镜系统调平对准，采用倒焊互连工艺将GaN光敏芯片与读出电路互连在一起，倒焊结束后，焦平面模块吸附在基座的读出电路用倒焊夹具4上保持不动，通过镜检和取样来完成倒焊互连工艺。

Claims (2)

1.一种矫正焦平面探测器倒焊工艺系统误差的工艺方法，包括步骤：1)试样材料装载，2)倒焊互连，3)镜检测量读数，4)同设备标准件进行比较，5)调整偏差量；其特征在于：具体操作步骤如下：
1)试样材料装载：将准备好的两块透明试样芯片放置在对应托盘中，操作倒焊机将两块透明试样芯片真空吸附在对应的倒焊夹具上；
2)倒焊互连：采用倒焊互连工艺将两块透明试样芯片互连，倒焊互连结束后，试样模块吸附在基座的读出电路用倒焊夹具上保持不动；
3)镜检测量读数：使用对准显微镜系统对互连的试样模块上的测量尺标记进行测量；
4)同设备标准件进行比较：将镜检的试样模块误差量同设备标准件误差值进行比较，得出一个偏差量；
5)调整偏差量：使用倒焊机上X,Y轴调节标尺，进行偏差量的调整；
6)GaN焦平面探测器倒焊：偏差量调整完毕后，就可以进行GaN焦平面探测器于读出电路的倒焊互连工艺，矫正了系统误差后，避免了互连过程中倒焊偏移，使相邻铟柱的触碰，从而导致像元间短路的问题。
2.根据权利要求1所述的一种矫正焦平面探测器倒焊工艺系统误差的工艺方法，其特征在于：
步骤1)中所述的两块透明试样芯片使用的高平整度材料为双抛蓝宝石片，铟柱规模和焦平面探测器器件的铟柱规模相一致，其平面度≤2μm，厚度与光敏芯片相同，偏差±0.1mm。
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