本發明專利技術涉及一種弱變形紅外焦平面探測器，主要由光敏元陣列芯片（3）和硅讀出電路（1）通過銦柱陣列（2）互聯混成，硅讀出電路（1）的厚度為20μm～60μm，紅外面陣探測器中光敏元陣列（3）規模不小于128×128。本發明專利技術能夠降低了器件在熱沖擊下法線方向的熱失配變形，提高了探測器的結構可靠性。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及大面陣紅外探測器結構設計，特別是一種弱變形紅外焦平面探測器。技術背景紅外焦平面探測技術具有光譜響應波段寬、可晝夜工作等優點而廣泛應用于導彈預警、情報偵察、損毀效果評估和農、林資源調查等軍事和民用領域。如圖1所示，紅外焦平面探測器通常借助倒裝焊技術由光敏元陣列芯片3和硅讀出電路I通過銦柱陣列2互聯混成。銦柱陣列2不僅提供光敏元陣列芯片3與其對應的硅讀出電路I輸入端的電學連通，同時還起到機械支撐作用。光敏元陣列芯片3上設有抗反射涂層4。為提高銦柱焊點的可靠性，通常在光敏元陣列芯片3和硅讀出電路I的夾縫中填入底充膠5。紅外焦平面探測器通常工作于液氮溫區以提高紅外焦平面探測器的信噪比。具體關于紅外焦平面探測器結構的內容，可以參見申請號為201010591889. 7的中國專利文件《一種含底充膠的大面陣紅外探測器結構優化方法》。為提高紅外成像制導系統的靈敏度和分辨率，要求紅外焦平面探測器的陣列規模越來越大、光敏元數越來越多，加之特定的低溫工作環境，使得大面陣探測器的成品率很低，通常表現為熱沖擊下光敏元芯片上出現多條裂紋，制約著大面陣紅外探測器的批量生產能力。在探測器的結構設計中，通常需要通過分析應力/應變評估探測器結構的可靠性。鑒于光敏元芯片法線方向應變隨芯片力學參數選取的高度敏感性，結合焦平面探測器法線方向應變的可測性，通常把探測器法線方向應變大小作為評估紅外焦平面探測器結構可靠性的有效手段。為提高器件可靠性設計效率，通常借助有限元模擬法了解紅外焦平面探測器結構參數對探測器在熱沖擊下的形變規律。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種弱變形紅外焦平面探測器結構，用以解決大面陣紅外探測器在熱沖擊下因光敏元芯片變形嚴重引起的碎裂問題。為實現上述目的，本專利技術的方案包括一種弱變形紅外焦平面探測器，主要由光敏元陣列芯片(3)和硅讀出電路(I)通過銦柱陣列(2)互聯混成，所述硅讀出電路(I)的厚度為20 μ m 60 μ m，紅外面陣探測器中光敏元陣列(3)規模不小于128X128。所述光敏元陣列芯片(3)厚度不大于10 μ m。銦柱陣列(2)高度為10±5微米。光敏元陣列芯片(3)為銻化銦(InSb)芯片或碲鎘汞(HgCdTe)芯片或銦鎵砷 (InGaAs)芯片或銦砷銻(InAsSb)芯片或銦砷/鎵銻(InAs/GaSb)芯片或鎵砷/鋁鎵砷 (GaAs/AlGaAs)芯片。采用本專利技術提出的紅外焦平面結構方案，降低了器件在熱沖擊下法線方向的熱失配變形，提高了探測器的結構可靠性。附圖說明圖1是紅外焦平面探測器結構示意圖；圖2中(a)、(b)分別是硅讀出電路的厚度取300微米和20微米時，熱沖擊下探測器法線方向的應變分布圖；圖3是硅讀出電路的厚度取100微米時，熱沖擊下探測器法線方向的應變分布圖。具體實施方式下面對本專利技術做進一步詳細的說明。以下結合附圖具體說明本專利技術的方案。一種弱變形紅外焦平面探測器，其制造方法如下首先到裝焊光敏元陣列芯片3、 硅讀出電路I和銦柱2，然后減薄光敏元陣列芯片和硅讀出電路。減薄工藝采用化學機械拋光減薄法(Chemical Mechanical Polishing )或單點金剛石切削技術(Single Point Diamond Turning)。倒裝焊工藝為現有技術,在此不再贅述。由上述方法得到的弱變形紅外焦平面探測器，使其硅讀出電路的厚度為20 μ m 60 μ m,紅外面陣探測器中光敏元陣列規模不小于128 X 128。硅讀出電路的厚度為20 μ m 60 μ m時，能夠解決大面陣紅外探測器在熱沖擊下因光敏元芯片變形嚴重引起的碎裂問題， 降低器件在熱沖擊下法線方向的熱失配變形，提高探測器的結構可靠性。 此外要求光敏元芯片厚度不大于10 μ m，這是高探測率的保障，銦柱高度取10微米左右，這受銦柱陣列制備工藝的限制。光敏元陣列芯片為銻化銦(InSb)芯片或碲鎘汞 (HgCdTe)芯片或銦鎵砷(InGaAs)芯片或銦砷銻(InAsSb)芯片或銦砷/鎵銻(InAs/GaSb) 芯片或鎵砷/鋁鎵砷(GaAs/AlGaAs)芯片。以下對128X128陣列規模的銻化銦(InSb)紅外焦平面探測器進行結構設計，分析本專利技術的弱變形紅外焦平面探測器的有益效果。結構設計分析方法具體參見申請號為 201010591889. 7的中國專利文件《一種含底充膠的大面陣紅外探測器結構優化方法》。1.基于等效方法建立紅外焦平面探測器的結構分析模型，考慮計算效率，這里我們選用32X32等效128 X 128陣列規模。2.設定探測器的具體結構參數，包括銦柱、底充膠、光敏元陣列芯片和硅讀出電路三維尺寸及局部形貌；材料參數和材料分析模型；網格劃分。這里設定硅讀出電路為300微米。3.施加邊界條件和初始條件，這里邊界條件指在對稱面處施加面對稱條件，同時對硅讀出電路的下表面中心點施加零自由度約束；初始條件為整個器件的溫度為室溫。進行有限元分析求解得出光敏元陣列芯片法線方向的應變值和應變分布。這里利用ANSYS軟件進行結構應變分析，具體步驟包括1、建立工作文件名和工作標題，2、定義單元類型，3、 定義材料性能參數，4、創建幾何模型、劃分網格，5、加載求解，6、查看求解結果。重新設定硅讀出電路的厚度，從300微米減薄到20微米。這里只改變硅讀出電路的厚度，保持其余的結構參數不變，重復步驟2-3，可得出128X128陣列規模紅外探測器法線方向應變與硅讀出電路厚度之間的關系。如圖2，當硅讀出電路的厚度分別取300微米和20微米時模擬得到的InSb面陣 探測器法線方向形變俯視圖。從圖2中可以看出，當硅讀出電路的厚度從300微米減薄到 20微米時，InSb光敏元芯片上表面的周期性凸起和凹陷消失，起伏幅度從4. 695微米減弱 到O. 254微米，降低了 94. 6%，看起來很平整。如圖3，當硅讀出電路的厚度取100微米時模擬得到的InSb面陣探測器法線方向 形變俯視圖。從圖3中可以看出，當娃讀出電路的厚度從300微米減薄到100微米時,銦柱 陣列上方區域的應變與其它區域的應變更為接近，考慮到整個器件的厚度從320微米降低 到120微米，這樣InSb光敏元芯片上表面的周期性凸起和凹陷幅度大幅降低，從4. 695微 米減弱到1. 718微米,減小了 63%,看起來較平整。結合器件減薄工藝的可靠度,在本專利 中，硅讀出電路厚度的取值區間設定為20微米至60微米，這有助于大幅降低熱沖擊下面陣 探測器的碎裂幾率。權利要求1.一種弱變形紅外焦平面探測器，主要由光敏元陣列芯片(3)和硅讀出電路(I)通過銦柱陣列(2 )互聯混成，其特征在于，所述硅讀出電路(I)的厚度為20 μ m 60 μ m，紅外面陣探測器中光敏元陣列(3)規模不小于128X 128。2.根據權利要求1所述的一種弱變形紅外焦平面探測器，其特征在于，所述光敏元陣列芯片(3)厚度不大于10 μ Hlo3.根據權利要求1所述的一種弱變形紅外焦平面探測器，其特征在于，銦柱陣列(2)高度為10±5微米。4.根據權利要求1所述的一種弱變形紅外焦平面探測器，其特征在于，光敏元陣列芯片(3)為銻化銦(InSb)芯片或碲鎘汞(HgCdTe)芯片或銦鎵砷(InGaAs)芯片或銦砷銻本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種弱變形紅外焦平面探測器，主要由光敏元陣列芯片（3）和硅讀出電路（1）通過銦柱陣列（2）互聯混成，其特征在于，所述硅讀出電路（1）的厚度為20μm～60μm，紅外面陣探測器中光敏元陣列（3）規模不小于128×128。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張曉玲，孟慶端，張茉莉，李艷霞，高艷平，李鵬飛，貴磊，張立文，
申請(專利權)人：河南科技大學，
類型：發明
國別省市：
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