專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多芯片倒焊互聯(lián)線(xiàn)列混成紅外焦平面探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種線(xiàn)列紅外焦平面探測(cè)器，特別是以外延薄膜材料制備的、背照射工作模式的多芯片倒焊互聯(lián)線(xiàn)列混成紅外焦平面探測(cè)器。
背景技術(shù)：
以紅外探測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的空間紅外遙感技術(shù)，是獲取信息的最重要技術(shù)之一。在國(guó)防、科學(xué)研究、資源調(diào)查等軍事、民用領(lǐng)域具有特殊的重要意義。對(duì)于空間紅外遙感，特別是以“推掃”工作模式的紅外探測(cè)系統(tǒng)，其核心部件是長(zhǎng)線(xiàn)列紅外焦平面探測(cè)器?！伴L(zhǎng)線(xiàn)列”一般是指大于1000～6000像元的線(xiàn)列紅外焦平面探測(cè)器，即紅外敏感元沿一維方向排列的探測(cè)器。從實(shí)際技術(shù)可行性與最佳性能價(jià)格比出發(fā)，一般采用多個(gè)線(xiàn)列子模塊，即100～300元線(xiàn)列子模塊拼接實(shí)現(xiàn)要求象元數(shù)的長(zhǎng)線(xiàn)列紅外焦平面探測(cè)器。
線(xiàn)列子模塊的制造，其關(guān)鍵技術(shù)是紅外光敏元線(xiàn)列芯片與讀出電路的集成技術(shù)、熱循環(huán)的可靠性技術(shù)等。由于光敏元尺寸小、密度高，采用通常的金絲鍵壓方法已無(wú)法實(shí)現(xiàn)線(xiàn)列芯片與讀出電路的互聯(lián)。所以一般采用倒焊互聯(lián)的方法，即把芯片直接倒焊在讀出電路上。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是讀出電路與線(xiàn)列芯片尺寸必須一一對(duì)應(yīng)，然而，有時(shí)為增加電荷容量，以增加動(dòng)態(tài)范圍等特殊要求，二者尺寸不相同；另外，由于讀出電路的功耗易導(dǎo)致線(xiàn)列芯片溫度上升而使探測(cè)器性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種可實(shí)現(xiàn)不同尺寸的讀出電路單元與線(xiàn)列芯片單元倒焊互聯(lián)的多芯片長(zhǎng)線(xiàn)列紅外焦平面探測(cè)器，并且讀出電路功耗不會(huì)影響光敏元的探測(cè)性能。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是通過(guò)互聯(lián)基板實(shí)現(xiàn)線(xiàn)列芯片單元與讀出電路單元輸入端的耦合。讀出電路單元尺寸與線(xiàn)列芯片單元尺寸可以相同，也可以不相同。并且可根據(jù)需要，在互聯(lián)基板上實(shí)現(xiàn)多個(gè)線(xiàn)列芯片單元與讀出電路單元輸入端的耦合，也就是說(shuō)在互聯(lián)基板上形成多個(gè)線(xiàn)列子模塊，實(shí)現(xiàn)要求象元數(shù)的長(zhǎng)線(xiàn)列紅外焦平面探測(cè)器。
本探測(cè)器包括線(xiàn)列芯片單元1、讀出電路單元2、互聯(lián)基板3。
線(xiàn)列芯片單元1由沿一維方向排列的100～300元光敏元101組成，見(jiàn)圖3。光敏元由襯底102，與襯底牢固結(jié)合的外延薄膜材料P型層103和N型層104構(gòu)成的P-N結(jié)105組成。在N型層光敏元信號(hào)引出端置有銦柱106和P型層公共端置有銦柱107，見(jiàn)圖4。所說(shuō)的線(xiàn)列芯片材料為碲鎘汞外延薄膜材料或鎵鋁砷量子阱材料。
讀出電路單元2的信號(hào)輸入端置有銦柱201、電路工作脈沖輸入端置有銦柱202，見(jiàn)圖2。
互聯(lián)基板3的一表面通過(guò)濺射或蒸發(fā)置上金屬薄膜，然后光刻、腐蝕形成線(xiàn)列芯片與讀出電路互聯(lián)的引線(xiàn)圖301，再在各引線(xiàn)的端點(diǎn)，即，與線(xiàn)列芯片光敏元信號(hào)引出端互聯(lián)的輸入端302、公共電極端303，與讀出電路輸入端互聯(lián)的304、電路工作脈沖輸入端305置上銦柱，見(jiàn)圖5。由于工作脈沖端有一定的功率消耗，為避免電流密度過(guò)高，工作脈沖輸入端的銦柱須增大面積或增加銦柱數(shù)量。所說(shuō)的互聯(lián)基板由于倒焊技術(shù)的要求，基板的不平整度要求＜2微米；由于工作脈沖外引線(xiàn)超聲鍵壓要求，金屬薄膜厚度要求＞1微米。所說(shuō)的基板材料為藍(lán)寶石。
上述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是1.可以實(shí)現(xiàn)不同尺寸的讀出電路單元與線(xiàn)列芯片單元的互聯(lián)；2.讀出電路單元與線(xiàn)列芯片單元通過(guò)互聯(lián)基板實(shí)現(xiàn)電學(xué)連接，可使線(xiàn)列焦平面探測(cè)器在增大積分電荷容量、增加動(dòng)態(tài)范圍等方面有很大的靈活性。
3.選擇熱膨脹系數(shù)介于讀出電路材料與線(xiàn)列芯片材料兩者之間的材料作互聯(lián)基板，可以降低由于讀出電路材料與芯片材料熱膨脹系數(shù)失匹，在低溫下引起的內(nèi)部應(yīng)力增加的問(wèn)題，提高線(xiàn)列焦平面探測(cè)器冷熱循環(huán)的機(jī)械可靠性。
4.由于線(xiàn)列芯片不直接與讀出電路接觸，有利于紅外光敏元線(xiàn)陣芯片保持熱平衡，不致因電路功耗導(dǎo)致芯片溫度上升而使探測(cè)器性能下降。
5.各子模塊可用于長(zhǎng)線(xiàn)列焦平面探測(cè)器的無(wú)盲元拼接，實(shí)現(xiàn)大于1000象元的長(zhǎng)線(xiàn)列焦平面器件的制造。


圖1為多芯片倒焊互聯(lián)線(xiàn)列混成紅外焦平面探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖面結(jié)構(gòu)圖；圖3為線(xiàn)列紅外光敏元示意圖；
圖4為圖3的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為倒焊互聯(lián)基板金屬薄膜引線(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，線(xiàn)列芯片為碲鎘汞外延薄膜材料，按上述各部件的結(jié)構(gòu)制備完成后，利用FC150倒焊機(jī)的多用途功能，分別把線(xiàn)列芯片單元1、讀出電路2倒焊到互聯(lián)基板3上，完成長(zhǎng)線(xiàn)列焦平面器件的倒焊互聯(lián)。值得特別指出，本技術(shù)方案實(shí)施過(guò)程中，各部分的銦柱制備質(zhì)量、互聯(lián)基板平整度、讀出電路與芯片單元表面平整度都有很高的要求，這些要求也是本技術(shù)成敗的關(guān)鍵。
權(quán)利要求1.一種多芯片倒焊互聯(lián)線(xiàn)列混成紅外焦平面探測(cè)器，包括線(xiàn)列芯片單元(1)、讀出電路單元(2)和互聯(lián)基板(3)，線(xiàn)列芯片單(1)由沿一維方向排列的100～300元光敏元(101)組成，光敏元由襯底(102)，與襯底牢固結(jié)合的外延薄膜材料P型層(103)和N型層(104)構(gòu)成的P-N結(jié)(105)組成，在N型層光敏元信號(hào)引出端置有銦柱(106)和P型層公共端置有銦柱(107)；讀出電路單元(2)的信號(hào)輸入端置有銦柱(201)、電路工作脈沖輸入端置有銦柱(202)；其特征在于A.線(xiàn)列芯片單元(1)與讀出電路單元(2)是通過(guò)互聯(lián)基板(3)實(shí)現(xiàn)電學(xué)連結(jié)的，讀出電路單元尺寸與線(xiàn)列芯片單元尺寸可以相同，也可以不相同，并且可根據(jù)需要，在互聯(lián)基板上實(shí)現(xiàn)多個(gè)線(xiàn)列芯片單元與讀出電路單元電學(xué)連接，也就是說(shuō)在互聯(lián)基板上形成多個(gè)線(xiàn)列子模塊，實(shí)現(xiàn)所要求的象元數(shù)長(zhǎng)線(xiàn)列紅外焦平面探測(cè)器；B.所說(shuō)的互聯(lián)基板(3)的一表面通過(guò)濺射或蒸發(fā)置上金屬薄膜，然后光刻、腐蝕形成線(xiàn)列芯片與讀出電路實(shí)現(xiàn)電學(xué)連結(jié)的引線(xiàn)圖(301)，再在各引線(xiàn)的端點(diǎn)，即，與線(xiàn)列芯片光敏元(101)信號(hào)引出互聯(lián)的輸入端(302)、公共電極端(303)，與讀出電路輸入端互聯(lián)的(304)、電路工作脈沖輸入端(305)置上銦柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1一種多芯片倒焊互聯(lián)線(xiàn)列混成紅外焦平面探測(cè)器，其特征在于所說(shuō)的線(xiàn)列芯片為碲鎘汞外延薄膜材料或鎵鋁砷量子阱材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1一種多芯片倒焊互聯(lián)線(xiàn)列混成紅外焦平面探測(cè)器，其特征在于所說(shuō)的基板材料為藍(lán)寶石。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多芯片倒焊互聯(lián)線(xiàn)列混成紅外焦平面探測(cè)器,該器件包括:線(xiàn)列芯片單元、讀出電路單元、互聯(lián)基板。線(xiàn)列芯片單元與讀出電路單元是通過(guò)互聯(lián)基板上的引線(xiàn)圖實(shí)現(xiàn)電學(xué)連結(jié)的。并且可根據(jù)需要,在互聯(lián)基板上實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同尺寸線(xiàn)列芯片單元與讀出電路單元電學(xué)連接的長(zhǎng)線(xiàn)列紅外焦平面探測(cè)器。這種器件結(jié)構(gòu)在增加動(dòng)態(tài)范圍等方面有很大的靈活性,由于線(xiàn)列芯片不直接與讀出電路接觸,有利于紅外光敏元線(xiàn)列芯片保持熱平衡,提高探測(cè)器的性能。
文檔編號(hào)G01J1/04GK2511954SQ0127717
公開(kāi)日2002年9月18日 申請(qǐng)日期2001年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月29日
發(fā)明者張勤耀, 王建新, 何力 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所