RU127908U1 - PbSe-based photodetector module - Google Patents

PbSe-based photodetector module Download PDF

Info

Publication number
RU127908U1
RU127908U1 RU2012147426/28U RU2012147426U RU127908U1 RU 127908 U1 RU127908 U1 RU 127908U1 RU 2012147426/28 U RU2012147426/28 U RU 2012147426/28U RU 2012147426 U RU2012147426 U RU 2012147426U RU 127908 U1 RU127908 U1 RU 127908U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
photosensitive element
pbse
lsi
photosensitive
indium
Prior art date
Application number
RU2012147426/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Дмитриевич Бочков
Борис Николаевич Дражников
Ярослав Сергеевич Бычковский
Юлия Анатольевна Казарова
Нелли Александровна Беляковская
Илья Сергеевич Кондюшин
Original Assignee
Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority to RU2012147426/28U priority Critical patent/RU127908U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU127908U1 publication Critical patent/RU127908U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

Фотоприемный модуль, содержащий фоточувствительный элемент на основе PbSe, изготовленный в виде многоэлементной линейки, и БИС-считывания, отличающийся тем, что выполнен в виде гибридной сборки с использованием метода перевернутого монтажа (Flip-chip), где индиевые столбики, нанесенные на контактные площадки ламелей фоточувствительного элемента, стыкуются с индиевыми столбиками БИС-считывания, выполненной по p-канальной технологии, образуя электрическую и механическую связь.A photodetector module containing a PbSe-based photosensitive element, made in the form of a multi-element array, and an LSI reading, characterized in that it is made in the form of a hybrid assembly using the Flip-chip method, where indium columns are applied to the contact areas of the lamellas photosensitive element, are joined with indium columns LSI-reading, made by p-channel technology, forming an electrical and mechanical connection.

Description

Заявляемая полезная модель относится к области полупроводниковых приборов, которые предназначены для регистрации инфракрасного излучения и использования в оптико-электронной аппаратуре, где требуется обнаружение инфракрасного излучения. К такой аппаратуре относятся тепловизионные устройства и теплопеленгаторы, применяющиеся в различных областях техники.The inventive utility model relates to the field of semiconductor devices, which are designed for registration of infrared radiation and use in optoelectronic equipment, which requires the detection of infrared radiation. Such equipment includes thermal imaging devices and heat direction finders used in various fields of technology.

Фотоприемный модуль на основе PbSe представляет собой гибридную микросборку, состоящую из фоточувствительного элемента на основе PbSe, выполненного в виде многоэлементной линейки с контактным растром, изготовленной по усовершенствованной халькогенидной технологии на подложке из матированного кварца и кристалла БИС-считывания (мультиплексора) изготовленного по р-канальной технологии, соединенных между собой методом перевернутого монтажа (flip-chip).The PbSe-based photodetector module is a hybrid microassembly consisting of a PbSe-based photosensitive element made in the form of a multi-element line with a contact raster made using advanced chalcogenide technology on a substrate of frosted quartz and an LSI chip (multiplexer) made by r-channel technologies interconnected by the flip-chip method.

Аналогом предлагаемого устройства является сенсор, включающий массив чувствительных элементов и схему для индивидуальной адаптации чувствительных элементов [патент US №5,600,143 от 04.02.1997]. Устройство содержит фоточувствительную структуру на основе халькогенида свинца и схему съема и обработки сигнала, соединяющимися проводными связями.An analogue of the proposed device is a sensor that includes an array of sensitive elements and a circuit for individual adaptation of sensitive elements [US patent No. 5,600,143 from 02/04/1997]. The device contains a photosensitive structure based on lead chalcogenide and a signal pick-up and signal processing circuit, connected by wire connections.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого устройства является двухцветный фотопроводящий линейный детектор [патент US №5,525,801 от 11.06.1996]. Это устройство имеет в своем составе фотомодуль, находящийся на теплопроводной подложке, подобный предлагаемому. Фоточувствительный элемент выполнен в виде линейки на основе PbSe, и соединяется электрическими проводниками с помощью микросварки с мультиплексором, обеспечивающим съем и обработку сигналов с фоточувствительных элементов.The closest analogue (prototype) of the proposed device is a two-color photoconductive linear detector [US patent No. 5,525,801 from 06/11/1996]. This device incorporates a photomodule located on a heat-conducting substrate, similar to the one proposed. The photosensitive element is made in the form of a ruler based on PbSe, and is connected by electrical conductors using microwelding with a multiplexer, which provides the removal and processing of signals from photosensitive elements.

Недостатком выбранных аналогов являются: крупные габариты, большая трудоемкость монтажа, а также низкая надежность в местах соединения контактных площадок фоточувствительного элемента со схемами считывания сигнала.The disadvantage of the selected analogues is: large dimensions, the high complexity of installation, as well as low reliability at the junction of the contact pads of the photosensitive element with signal reading circuits.

До недавнего времени, в качестве метода стыковки фоточувствительных структур на основе халькогенидов свинца и БИС-считывания применялся метод разварки контактов тонкой проволокой, как это реализовано в аналоге и прототипе фотомодуля [патент US №5,600,143 от 04.02.1997], [патент US №5,525,801 от 11.06.1996]. В связи со значительным увеличением числа фоточувствительных элементов и соответственным уменьшением их размеров этот процесс становится трудоемким. Помимо затрат времени на монтаж, такие конструкции, разваренные золотом, имеют большие массогабаритные характеристики и низкую надежность в местах сварки. На фоне вышеперечисленных, недостатков становится преимущественным использование технологии перевернутого монтажа (flip-chip) с использованием индиевых микроконтактов, которые обеспечивают электрическую и механическую связь фоточувствительного элемента с БИС-считывания, позволяя значительно снизить трудоемкость монтажа и повысить эффективность изготовления фотомодуля. Это позволяет конструктивно выполнить фотомодуль в виде гибридной сборки и расположить БИС-считывания на фоточувствительном элементе, снизить габариты и повысить надежность фотомодуля.Until recently, as a method of joining photosensitive structures based on lead chalcogenides and BIS readings, a thin wire contact welding method was used, as is implemented in the analogue and prototype photomodule [US patent No. 5,600,143 of February 4, 1997], [US patent No. 5,525,801 of 06/11/1996]. In connection with a significant increase in the number of photosensitive elements and a corresponding decrease in their size, this process becomes laborious. In addition to the time required for installation, such designs, boiled in gold, have large weight and size characteristics and low reliability in the places of welding. Against the background of the aforementioned shortcomings, it becomes preferable to use flip-chip technology using indium microcontacts, which provide electrical and mechanical connection of the photosensitive element with LSI readout, which can significantly reduce the complexity of installation and increase the efficiency of manufacturing the photomodule. This allows you to constructively execute the photomodule in the form of a hybrid assembly and place the LSI readout on the photosensitive element, reduce the size and increase the reliability of the photomodule.

Для фотоприемников на основе халькогенидов свинца (PbSe) эта конструкция является принципиально новой.For lead chalcogenide photodetectors (PbSe), this design is fundamentally new.

Задачей полезной модели является снижение габаритных размеров конструкции, повышение надежности и снижение времени и трудоемкости изготовления.The objective of the utility model is to reduce the overall dimensions of the structure, increase reliability and reduce the time and complexity of manufacturing.

Технический результат достигается тем, что фотоприемный модуль, содержащий фоточувствительный элемент на основе PbSe, изготовленный в виде многоэлементной линейки, и БИС-считывания, выполнен в виде гибридной сборки с использованием метода перевернутого монтажа (flip-chip), где индиевые столбики, нанесенные на контактные площадки ламелей фоточувствительного элемента, стыкуются с индиевыми столбиками БИС-считывания, выполненного по p-канальной технологии, образуя электрическую и механическую связь.The technical result is achieved by the fact that a photodetector module containing a PbSe-based photosensitive element, made in the form of a multi-element array, and LSI readout, is made in the form of a hybrid assembly using the flip-chip method, where indium columns are deposited on contact the slats of the photosensitive element are joined with the indium columns of the BIS-reading, made by p-channel technology, forming an electrical and mechanical connection.

Снижение габаритных размеров, по сравнению с конструкцией разваренной тонкой проволокой, достигается установкой БИС-считывания на фоточувствительный элемент с образованием электрической и механической связи, следовательно, не требуется дополнительная фиксация схемы считывания относительно фоточувствительного элемента.The reduction in overall dimensions, compared with the design of a boiled thin wire, is achieved by installing an LSI readout on a photosensitive element with the formation of electrical and mechanical coupling, therefore, additional fixation of the readout circuit relative to the photosensitive element is not required.

Повышение надежности, по сравнению с использованием тонкой проволоки, достигается увеличением площади контактирующих поверхностей, и защитой соединений от внешних воздействий корпусом БИС-считывания.The increase in reliability, compared with the use of thin wire, is achieved by increasing the area of the contacting surfaces, and by protecting the connections from external influences by the BIS-reading housing.

Снижение времени и трудоемкости изготовления достигается применением метода групповой холодной сварки, где стыковка контактов проводите и одновременно, за одну операцию с помощью специальной установки. Разварка контактов проволокой проводится последовательно и занимает значительно больше времени.Reducing the time and complexity of manufacturing is achieved by applying the method of group cold welding, where the contacts are docked and simultaneously, in one operation using a special installation. Welding of contacts with wire is carried out sequentially and takes much longer.

Предлагаемые решения поясняются следующими иллюстрациями:The proposed solutions are illustrated by the following illustrations:

фиг.1 - фотомодуль. Фоточувствительные элементы и ламели в выделенной области увеличены и показаны условно;figure 1 - photomodule. Photosensitive elements and lamellas in the selected area are enlarged and shown conditionally;

фиг.2 - фрагмент фоточувствительного элемента;figure 2 is a fragment of a photosensitive element;

Фотомодуль включает в себя:The photomodule includes:

1 - фоточувствительный элемент на основе PbSe;1 - a photosensitive element based on PbSe;

2 - фоточувствительные элементы расположенные в виде линейки;2 - photosensitive elements located in the form of a ruler;

3 - ламели;3 - lamellas;

4 - БИС-считывания;4 - LSI reading;

5 - подложку;5 - substrate;

6 - индиевые столбики.6 - indium columns.

Конструкция фотомодуля позволяет обеспечить раздельное изготовление и контроль фоточувствительных элементов, автономное изготовление и контроль мультиплексоров с последующей сборкой фотомодуля, что позволяет обеспечить удовлетворительный процент выхода годных фотомодулей.The design of the photomodule allows for the separate manufacture and control of photosensitive elements, the autonomous manufacture and control of multiplexers with the subsequent assembly of the photomodule, which ensures a satisfactory yield of suitable photomodules.

На контактные площадки фоточувствительного элемента и БИС-считывания наносятся микроконтакты, выполненные в виде индиевых столбиков, затем проводится точная стыковка контактных площадок фоточувствительного элемента и БИС-считывания. При комнатной температуре под давлением на кристалл БИС-считывания происходит диффузия индиевых микроконтактов друг в друга с образованием электрического и механического соединения, между фоточувствительным элементом и кристаллом БИС-считывания.Microcontacts made in the form of indium columns are applied to the contact pads of the photosensitive element and the LSI readout, then the contact pads of the photosensitive element and the LSI readout are precisely joined. At room temperature, under pressure on the LSI chip, the indium microcontacts diffuse into each other with the formation of an electrical and mechanical connection between the photosensitive element and the LSI chip.

Индиевые контактные столбики обеспечивают механическое и электрическое соединение функциональных узлов полупроводниковых приборов собранных методом групповой холодной сварки (flip-chip), к прочности их соединения предъявляются жесткие требования.Indium contact posts provide mechanical and electrical connection of functional units of semiconductor devices assembled by group cold welding (flip-chip), stringent requirements are imposed on the strength of their connection.

Прочность соединения определяется величиной прикладываемого при сборке давления, которое, в свою очередь, обусловлено величиной площади соединяемых поверхностей с образованием контакта, а также их чистотой, в частности, наличием и толщиной естественного окисла, так как наиболее качественная сварка достигается при слипании чистого индия.The strength of the joint is determined by the pressure applied during assembly, which, in turn, is due to the size of the surfaces to be joined to form a contact, as well as their purity, in particular, the presence and thickness of natural oxide, since the highest quality welding is achieved by sticking together pure indium.

Фоточувствительный элемент изготовлен на подложке, в качестве которой традиционно для пленок PbSe применена подложка из полированного фотостекла размером 25,0×25,0 мм2 с линейкой фоточувствительных площадок по 256 элементов в каждой.The photosensitive element is made on a substrate, which is traditionally used for PbSe films with a substrate of polished photo glass measuring 25.0 × 25.0 mm 2 with a line of photosensitive areas of 256 elements each.

Фоточувствительные элементы имеют размеры 40×60 мкм, зазор между соседними элементами в одном ряду 10 мкм.Photosensitive elements have dimensions of 40 × 60 μm, the gap between adjacent elements in the same row of 10 μm.

Подложка с фоточувствительными элементами делится на две зоны: собственно фоточувствительный элемент с рядом фоточувствительных площадок и контактным растром с ламелями, шириной 60 мкм и шагом 80 мкм, на которые после изготовления фоточувствительного элемента и растра наносятся индиевые контакты высотой ~5 мкм, необходимые для электрической и механической стыковки с БИС-считывания. Качественная реализация этого процесса сложна из-за значительной толщины напыляемого слоя индия, зернистой структуры пленки, низкой механической прочности и малой температуры плавления.The substrate with photosensitive elements is divided into two zones: the photosensitive element itself with a number of photosensitive sites and a contact raster with lamellas, 60 μm wide and 80 μm pitch, onto which, after the photosensitive element and the raster are made, indium contacts ~ 5 μm high are necessary for electrical and mechanical docking with LSI readout. The qualitative implementation of this process is difficult due to the significant thickness of the sprayed layer of indium, the granular structure of the film, low mechanical strength and low melting point.

Покрытие подложки состоит из трех компонентов - Cr, Pd, Au общей толщиной около 0,2 мкм. Омический контакт золото-селенид свинца обеспечивается золотой пленкой, которая наносится в вакуумном процессе с использованием процесса обратной фотолитографии. На этой стадии сформированы фоточувствительные линейки шириной 40 мкм и общий электрод шириной 80 мкм. Фоточувствительные площадки и контактный растр формируются ионно-плазменным травлением через фоторезистивную маску.The substrate coating consists of three components - Cr, Pd, Au with a total thickness of about 0.2 microns. The ohmic contact of lead gold-selenide is provided by a gold film, which is deposited in a vacuum process using the reverse photolithography process. At this stage, photosensitive lines 40 μm wide and a common electrode 80 μm wide are formed. Photosensitive sites and a contact raster are formed by ion-plasma etching through a photoresist mask.

Для стабилизации параметров фоточувствительных площадок и предохранения контактного растра от механических воздействий весь фоточувствительный элемент, за исключением ламелей под разварку, покрывается защитным покрытием - фоторезистом.To stabilize the parameters of the photosensitive pads and protect the contact raster from mechanical influences, the entire photosensitive element, with the exception of weld lamellas, is coated with a protective coating - a photoresist.

Для стыковки БИС-считывания с фоточувствительным элементом непосредственно через индиевые столбики невозможно использовать классическую технологию, где контактный растр фоточувствительного элемента представляет собой подслой из трех металлов Cr-Pd-Au, так как подслой из Au при контакте с индием подвергается деградации с ухудшением электрических и механических параметров. В стандартную технологию изготовления фоточувствительных элементов дополнительно введены новые операции, такие как нанесения на контактные площадки поверх основного подслоя подслоев из хрома и индия, это позволило получить фоточувствительные элементы готовые к стыковке с БИС-считывания.It is impossible to use the classical technology for docking an LSI reading with a photosensitive element directly through indium columns, where the contact raster of the photosensitive element is a sublayer of three Cr-Pd-Au metals, since the Au sublayer undergoes degradation upon contact with indium, with deterioration of electrical and mechanical parameters. New operations, such as coating on the pads over the main sublayer of chromium and indium sublayers, were additionally introduced into the standard technology for the production of photosensitive elements, which made it possible to obtain photosensitive elements ready for docking with LSI readouts.

Сочетание описанных особенностей конструкции позволило создать компактный, технологичный фотомодуль.The combination of the described design features made it possible to create a compact, technologically advanced photomodule.

Claims (1)

Фотоприемный модуль, содержащий фоточувствительный элемент на основе PbSe, изготовленный в виде многоэлементной линейки, и БИС-считывания, отличающийся тем, что выполнен в виде гибридной сборки с использованием метода перевернутого монтажа (Flip-chip), где индиевые столбики, нанесенные на контактные площадки ламелей фоточувствительного элемента, стыкуются с индиевыми столбиками БИС-считывания, выполненной по p-канальной технологии, образуя электрическую и механическую связь.
Figure 00000001
A photodetector module containing a PbSe-based photosensitive element, made in the form of a multi-element array, and an LSI reading, characterized in that it is made in the form of a hybrid assembly using the Flip-chip method, where indium columns are applied to the contact areas of the lamellas photosensitive element, are joined with indium columns of the BIS-reading, made by p-channel technology, forming an electrical and mechanical connection.
Figure 00000001
RU2012147426/28U 2012-11-07 2012-11-07 PbSe-based photodetector module RU127908U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012147426/28U RU127908U1 (en) 2012-11-07 2012-11-07 PbSe-based photodetector module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012147426/28U RU127908U1 (en) 2012-11-07 2012-11-07 PbSe-based photodetector module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU127908U1 true RU127908U1 (en) 2013-05-10

Family

ID=48803961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012147426/28U RU127908U1 (en) 2012-11-07 2012-11-07 PbSe-based photodetector module

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU127908U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5751544B2 (en) Silicon-on-insulator (SOI) complementary metal oxide semiconductor (CMOS) wafers used in manufacturing uncooled microbolometers
KR940003274B1 (en) Infrared ray sensor and method of manufacturing the same
TW201322756A (en) Interposer based imaging sensor for high-speed image acquisition and inspection systems
CN205621732U (en) Many cameras module
US10483326B2 (en) Image sensor and manufacturing method thereof
US4197633A (en) Hybrid mosaic IR/CCD focal plane
US4286278A (en) Hybrid mosaic IR/CCD focal plane
US9129880B2 (en) Imaging device
CN105206640A (en) Camera module and assembling method thereof
TWI645210B (en) Radiation detector, method of manufacturing radiation detector, imaging unit, and imaging and display system
US4275407A (en) Durable insulating protective layer for hybrid CCD/mosaic IR detector array
CN104112753A (en) Infrared detector and infrared imaging system, and preparation methods thereof
RU127908U1 (en) PbSe-based photodetector module
JP5531275B2 (en) Infrared sensor and manufacturing method thereof
CN103855238B (en) A kind of back of the body incident immersion thermosensitive film type Infrared Detectors
EP2857866B1 (en) X-ray sensor and method of manufacturing the same
RU128008U1 (en) PbS-based photodetector module
CN201556621U (en) Back-illuminated type tellurium-cadmium-mercury long wave infrared detector
CN113447148A (en) Infrared focal plane detector
JPH09199699A (en) Thin film image sensor
RU2515190C1 (en) METHOD OF MAKING PHOTODETECTOR MODULE BASED ON PbSe
RU2515960C1 (en) METHOD FOR MANUFACTURE OF PbS-BASED PHOTORECEIVING MODULE
CN102928089A (en) Uncooled pyroelectric linear focal plane and manufacturing method thereof
CN100541808C (en) The preparation method of HgCdTe long wave photoconductive infrared array detector and multi-layered electrode
CN203774352U (en) Back-incident immersed type thermosensitive film infrared detector

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20130519