一种增加红外焦平面电学连通率的电极结构及其制备方法

专利2025-05-21  8


本发明属于红外及光电子领域,具体涉及一种增加红外焦平面像元电学连通率的电极结构及其制备方法,在倒焊偏移存在的情况下,提高光敏芯片与读出电路耦合互连的电学连通率。


背景技术:

1、红外探测器作为红外探测系统的核心,至今已经经历三代:以线列、小面阵结构为主(像元数在103以下)的第一代分立型探测器、像元规模在103~106的第二代扫描型与凝视型探测器以及强调超大规模阵列、高工作温度以及多波长响应的第三代凝视型百万、千万像素焦平面探测器。光敏芯片和读出电路芯片通过铟柱倒装互连产生机械和电学连接形成焦平面器件,在倒焊互连过程中容易发生随机偏移,使得上下一一对应的铟柱产生错位,无法形成有效电学连接,从而导致焦平面盲元率的升高。随着红外焦平面像元规模不断增加,像元尺寸不断减小,光敏芯片与读出电路耦合难度不断增加。因此,有必要通过设计新的凸点下电极结构,在倒焊偏移存在的情况下增加光敏芯片电极和铟柱与读出电路铟柱的接触面积,进而增加光敏芯片与读出电路间单像元的电学连通概率,提升大规模高密度红外焦平面探测器的有效像元率。


技术实现思路

1、基于上述大规模高密度红外焦平面探测器倒焊互连中存在的问题,本发明创新性地提出了一种增加红外焦平面电学连通率的电极结构及其制备方法。

2、光敏芯片上依据实际倒焊互连偏移规律设计矩形扩展电极结构,铟柱采用常规设计;读出电路上铟柱阵列采用常规设计及工艺制备。在倒焊互连过程中,增加读出电路铟柱与光敏芯片矩形电极和铟柱的接触面积,在倒焊偏移存在的情况下,提高了光敏芯片与读出电路耦合互连的电学连通率。

3、若中心距为c的光敏芯片铟柱(5)直径为d0,铟凸点下矩形扩展电极(3)长为a1,宽为b1;倒焊偏移x轴分量为a0,y轴分量为b0,偏移角度为α;则光敏芯片上矩形扩展电极(3)结构设计如下:

4、矩形扩展电极(3)长a1,满足

5、矩形扩展电极(3)宽b1,满足(d0+1)≤b1<a1;

6、矩形扩展电极(3)长边与x轴所成角度为α,满足α=tan(a0/b0)(0°≤α≤90°)。

7、增加红外焦平面电学连通率的电极结构制备方法如下:第一步制备芯片铟凸点下矩形扩展电极(3);第二步在芯片矩形电极区域生长铟柱阵列(5);其具体制备步骤如下:

8、1)第一次光刻:将清洗镜检烘干后的芯片样品旋涂薄胶、烘烤、曝光、显影、显影后烘;

9、2)制备铟凸点下矩形扩展电极:采用离子束溅射制备铟凸点下矩形扩展电极,铟凸点下电极的厚度为0.1~0.5微米,形状为宽3~12微米、长3~15微米的矩形,与水平方向夹角为0~90度;

10、3)浮胶剥离:芯片样品在丙酮中浸泡后分别在丙酮、酒精溶液中拖洗干净,获得铟凸点下矩形扩展电极阵列;

11、4)第二次光刻:将生长矩形扩展电极后的芯片样品进行厚胶旋涂、烘烤、曝光、显影、显影后烘;

12、5)生长铟柱:采用热蒸发或电镀生长铟柱凸点阵列,铟柱直径为2~11微米,高度为2~10微米;

13、6)浮胶剥离:丙酮水浴加热芯片样品后,超声清洗,剥离芯片上多余的铟层,获得铟柱阵列;

14、本发明的有益效果

15、1、本发明可以增大光敏芯片与读出电路互连凸点之间的接触面积,减小单像元凸点互连出现断路的现象,增加红外焦平面电学连通率;2、本发明可以有效提升大规模高密度焦平面探测器的倒焊成品率;3、本发明的方法不受焦平面阵列规模增大和像元尺寸缩小等限制,可以方便地应用于各种面阵器件。



技术特征:

1.一种增加红外焦平面电学连通率的电极结构,其特征在于:

2.根据权利要求1所述的电极结构,其特征在于:

3.一种基于权利要求1所述的增加红外焦平面电学连通率的电极结构的制备方法,其特征在于所述方法如下:第一步制备芯片铟凸点下矩形扩展电极(3);第二步在芯片矩形电极区域生长铟柱阵列(5);具体制备步骤如下:


技术总结
本发明公开了一种增加红外焦平面电学连通率的电极结构及其制备方法。该方法依据光敏芯片与读出电路倒焊互连时的偏移规律,设计并制备光敏芯片矩形电极结构;在倒焊互连过程中,增加读出电路铟柱与光敏芯片矩形电极和铟柱的接触面积,在倒焊偏移存在的情况下,提高了光敏芯片与读出电路耦合互连的电学连通率。本发明不受阵列规模和像元尺寸限制,尤其适用于对倒焊偏差容忍度低的高密度小像元焦平面阵列,有效降低红外焦平面探测器盲元率。

技术研发人员:李雪,宝鹏飞,朱宪亮,邵秀梅,于春蕾,杨波,刘大福
受保护的技术使用者:中国科学院上海技术物理研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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