專利名稱：一種用于紅外焦平面探測器背減薄的限位模具及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外焦平面探測器制造領(lǐng)域，特別涉及紅外焦平面探測器器件制備工藝，具體是指在器件背減薄工藝中采用的一種限位模具及制備方法。
背景技術(shù)：
紅外焦平面探測器由芯片(紅外光敏元)、讀出電路和寶石基板倒焊互聯(lián)而成。對焦平面探測器進(jìn)行背減薄是為了獲得在偏差范圍內(nèi)與光學(xué)系統(tǒng)相匹配的芯片厚度及光學(xué)表面，降低芯片光敏元受到的內(nèi)應(yīng)力，提高器件的低溫可靠性，同時還可以提高背照式碲鎘汞紅外焦平面探測器的背面透過率。因此，焦平面探測器背減薄工藝是影響器件性能、響應(yīng)率以及可靠性的關(guān)鍵基礎(chǔ)工藝技術(shù)。隨著集成化、多色化焦平面器件的要求，目前大規(guī)模器件一般由幾個甚至幾十個焦平面探測器作為模塊進(jìn)行無縫拼接而成。而在拼接時，系統(tǒng)要 求各個焦平面模塊的光敏元芯片處于同一焦面，對芯片的厚度一致性及均勻性進(jìn)行精確控制，這就要求在焦平面模塊背減薄拋光時有著很好的控制性和重復(fù)性?，F(xiàn)有的焦平面模塊背減薄工藝為了防止裸露在外的探測器各部分受到損傷、芯片邊緣出現(xiàn)塌邊以及獲得系統(tǒng)的需求厚度，采用的是在器件四周有高低起伏的地方依次累加同器件種類的材料、相近厚度的多層陪片進(jìn)行加工。其具體加工過程如下首先選擇不同材料的陪片，讀出電路和寶石基板采用Si片為陪片，芯片采用同芯片種類的材料為陪片；其次采用減薄、切割的方法使陪片厚度和陪片規(guī)格分別與探測器各部分厚度、規(guī)格相匹配。然后利用石蠟將下層Si基陪片、中層Si基陪片及上層芯片共12片分批融蠟?zāi)?，三層疊加的方法進(jìn)行保護(hù)。采用上述方法存在諸多不足一是無法保證每個、每批次焦平面模塊芯片厚度的一致性和均勻性；二是模塊背減薄后芯片保留厚度不能精確控制在偏差范圍內(nèi)；三是需累積多層貼多片陪片，每層陪片貼好固定后再次融蠟時容易造成陪片層間移動使操作復(fù)雜而不可控；最后，前期陪片準(zhǔn)備工作及后期中、下層陪片清洗量大，工作效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述方法進(jìn)行焦平面模塊背減薄存在的諸多問題，本發(fā)明的目的是提供一種紅外焦平面探測器背減薄厚度控制方法，公開了一種用于紅外焦平面探測器背減薄的限位模具及制備方法。本發(fā)明限位模具結(jié)構(gòu)如圖I所示，它由限位模具的左半部分a和限位模具的右半部分b組成，其中所述的限位模具的左半部分a由下層寶石片的左半部分I和上層寶石片左半部分3通過DW3低溫膠粘結(jié)后固化而成，限位模具的右半部分b由下層寶石片的左半部分2和上層寶石片右半部分4通過DW3低溫膠粘結(jié)后固化而成；所述的下層寶石片的左半部分I和下層寶石片的右半部分2的厚度與被加工的探測器寶石基板底座厚度相同，兩者合在一起構(gòu)成一矩形，其外形尺寸大于被加工的探測器寶石基板底座尺寸l_2cm，在中央有一矩形孔，孔的尺寸與被加工的探測器寶石基板底座尺寸相同；所述的上層寶石片的左半部分3和上層寶石片右半部分4的厚度為被加工的探測器寶石基板底座上的讀出電路的厚度加實際需預(yù)留的芯片厚度幾十微米，兩者合在一起構(gòu)成一同樣大小的矩形，在中間有一矩形孔，其位置及大小與被加工的探測器寶石基板底座上的讀出電路相同，當(dāng)限位模具的左半部分a和限位模具的右半部分b合在一起時，被加工的探測器剛好可嵌入限位模具中間的矩形孔中。限位模具的使用方法如下將所需背減薄的焦平面探測器用石蠟固定在背減薄用玻璃襯底中央，并將對應(yīng)的兩半三角形狀限位模具從探測器兩對角卡入，整體放在加熱爐上，并在模具四周融蠟，用專用鑷子小心壓勻。將玻璃襯底取下放在操作平臺，冷卻，等蠟?zāi)淘俨潦盟闹芏嘤嗟墓腆w蠟，即得到用限位模具保護(hù)好可進(jìn)行背減薄拋光的焦平面模塊。圖2是石蠟粘貼好帶有限位模具的焦平面模塊剖面示意圖。
本發(fā)明所述的限位模具制備的步驟具體如下I.選擇尺寸大于探測器寶石基板尺寸(l_2cm為宜)、硬度遠(yuǎn)大于芯片襯底材料硬度的白寶石矩形片兩片。其中將厚度等于焦平面探測器寶石基板厚度的白寶石片作為下層，厚度為讀出電路厚度加實際需預(yù)留的芯片厚度(幾十微米)的白寶石片作為上層。2.采用激光切割的方式，在下層矩形白寶石片中心開矩形孔，其大小與焦平面探測器寶石基板底座面積相同；根據(jù)探測器讀出電路與寶石基板的相對位置，以下層矩形孔為基準(zhǔn)，將上層白寶石片開矩形孔，其尺寸與探測器讀出電路尺寸一致。3.采用Disco切割將開有矩形孔的上、下兩層白寶石片分別沿各自矩形孔對角線一切為二。4.將設(shè)計好的4片三角形狀白寶石片用鉻酸浸泡，分別用三氯乙烯、乙醚、丙酮、無水乙醇超聲清洗15分鐘，然后用去離子水沖洗，氮氣吹干。5.將清洗干凈的4片三角形狀白寶石片按上、下層矩形孔位置兩兩組合，分別采用上海合成樹脂研究所生產(chǎn)的DW3低溫液體膠在光學(xué)顯微鏡下粘結(jié)，經(jīng)過特殊的變溫過程進(jìn)行固化，即在35°C、60°C環(huán)境下要求恒溫24小時，48 72小時。即獲得用于焦平面模塊背減薄拋光的限位模具。本發(fā)明的優(yōu)點是I.本發(fā)明所述的限位模具解決了現(xiàn)有方法探測器背減薄厚度的不可控性，考慮了芯片預(yù)留厚度、同等磨拋條件對不同材料的磨拋效果，達(dá)到了限位的作用。保證了不同批次的背減薄拋光焦平面模塊中芯片厚度的一致性和均勻性，在紅外成像時可根據(jù)設(shè)計的光路系統(tǒng)處于同一焦平面，達(dá)到共焦的目的；2.本發(fā)明所述厚度控制方法簡化了操作過程，避免了現(xiàn)有貼陪片背減薄工藝中多次融蠟?zāi)炦M(jìn)行多層累積貼陪片的操作不可控性；3.本發(fā)明所說限位模具原料簡單易得，制作方便，可重復(fù)利用、穩(wěn)定性高，具有廣泛的適用性。4.前期準(zhǔn)備工作及后期陪片清洗工作量大大減少，提高了工作效率，節(jié)約了勞動力。


圖I是限位模具結(jié)構(gòu)示意圖中，(a)是限位模具的左半部分；(b)是限位模具的右半部分；其中，(I)是下層寶石片的左半部分；(2)是下層寶石片右半部分；(3)是上層寶石片左半部分；(4)是下層寶石片右半部分。圖2是石蠟粘貼好帶有限位模具的焦平面模塊剖面示意圖。
圖3是實施例32x4焦平面模塊限位模具的組成部分，其中圖(a)為下層寶石片的左半部分結(jié)構(gòu)圖，圖(b)為下層寶石片的右半部分結(jié)構(gòu)圖，圖(C)為上層寶石片的左半部分結(jié)構(gòu)圖，圖(d)為上層寶石片的左半部分結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面以光敏元陣列為32x4的碲鎘汞紅外焦平面器件為實例對本專利的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明本實例中的32x4的碲鎘汞紅外焦平面器件上層芯片為GaAs襯底材料，中間層讀出電路為Si基材料，基板材料為寶石片。其中襯底GaAs厚度為350 iim，中間電路厚度為450 V- m,下層寶石基板厚度為330 u m。根據(jù)項目要求最后芯片預(yù)留厚度為20 u m。采用本發(fā)明所述的紅外焦平面探測器背減薄厚度控制方法，根據(jù)32x4焦平面模塊的具體規(guī)格制備相應(yīng)的限位模具。首先，選擇厚度適中、尺寸合適的矩形白寶石片兩片。選擇厚度為330 的矩形白寶石片作為模具的下層、厚度為470 u m的矩形白寶石片作為模具上層。焦平面器件寶石基板底座的面積為9. 0x7. 3mm2, Si基讀出電路底座的面積為6. 6x5. 2mm2，選擇兩塊矩形白寶石片尺寸為20. 2x16. 3mm2。其次，確定激光切割中心矩形孔的尺寸。根據(jù)實例中焦平面器件Si基讀出電路和寶石基板的底座面積，采用激光切割將限位模具上、下兩層白寶石片進(jìn)行中心開矩形孔，上層孔大小為Si基讀出電路面積即6. 6x5. 2mm2、下層孔尺寸為寶石基板底座面積
9.0x7. 3mm2。采用Disco切割方式，分別沿兩片白寶石片中心矩形孔對角線一切為二。其中Disco切割硬刀刀片縫寬為200 ii m。圖3是32x4焦平面模塊限位模具的組成部分。其中(a)、(b)分別是模具下層白寶石片Disco切割的兩部分，(C)、Cd)分別是模具上層白寶石片Disco切割的兩部分。最后，制作紅外焦平面模塊背減薄用限位模具。將設(shè)計好的白寶石片(a)、(b)(c)、(d)用鉻酸浸泡4h，依次用三氯乙烯、乙醚、丙酮、無水乙醇超聲清洗15分鐘，然后用去離子水沖洗，氮氣吹干。將寶石片(a)、(c)和(b)、(d)組合，利用預(yù)先配制好的DW3低溫液體膠將在光學(xué)顯微鏡下粘結(jié)、固化。擦拭干凈邊緣擠出的液體低溫膠，將其整體依次放入35°C、60°C恒溫箱烘烤24小時，48 72小時。即獲得焦平面模塊背減薄限位模具，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示。將需要進(jìn)行背減薄拋光的32x4焦平面模塊放在減薄拋光玻璃襯底中央，四周放入少量固體蠟加熱至蠟融化；然后將圖I所示的兩半三角形形狀限位模具，從兩側(cè)面卡入，用專用鑷子小心壓勻。將整體取下放入操作平臺，冷卻，等蠟?zāi)淘俨潦盟闹芏嘤嗟墓腆w蠟，得到用限位模具保護(hù)好可進(jìn)行背減薄拋光的焦平面模塊，如圖2所示。將背減薄拋光好的32x4焦平面模塊進(jìn)行厚度測試及邊緣形貌表征。芯片邊緣沒有出現(xiàn)明顯的塌邊現(xiàn)象；通過光學(xué)顯微鏡測試其厚度均勻性好，跟實際需要預(yù)留的厚度一致；而且整個過程操作簡單，可控性強；由于寶石片硬度較GaAs大很多，芯片磨拋條件對模具幾乎沒有作用，取片后該限位模具可重復(fù)利用。這說明采用本發(fā)明的厚度控制方法進(jìn)行焦平面模塊背減薄有效易行，方法中采用的限位模具合理，能解決現(xiàn)有貼陪片法進(jìn)行模塊 背減薄拋光存在的諸多問題。
權(quán)利要求
1.一種用于紅外焦平面探測器背減薄的限位模具，它由限位模具的左半部分(a)和限位模具的右半部分(b)組成，其特征在于所述的限位模具的左半部分(a)由下層寶石片的左半部分(I)和上層寶石片左半部分(3)通過DW3低溫膠粘結(jié)后固化而成，限位模具的右半部分(b)由下層寶石片的左半部分(2)和上層寶石片右半部分(4)通過DW3低溫膠粘結(jié)后固化而成；所述的下層寶石片的左半部分(I)和下層寶石片的右半部分(2)的厚度與被加工的探測器寶石基板底座厚度相同，兩者合在一起構(gòu)成一矩形，其外形尺寸大于被加工的探測器寶石基板底座尺寸l-2cm，在中央有一矩形孔，孔的尺寸與被加工的探測器寶石基板底座尺寸相同；所述的上層寶石片的左半部分(3)和上層寶石片右半部分(4)的厚度為被加工的探測器寶石基板底座上的讀出電路的厚度加實際需預(yù)留的芯片厚度，兩者合在一起構(gòu)成一同樣大小的矩形，在中間有一矩形孔，其位置及大小與被加工的探測器寶石基板底座上的讀出電路相同，當(dāng)限位模具的左半部分(a)和限位模具的右半部分(b)合在一起時，被加工的探測器剛好可嵌入限位模具中間的矩形孔中。
2.一種如權(quán)力要求I所述用于紅外焦平面探測器背減薄的限位模具的制備方法，其特征在于包括以下步驟 1)選擇不同厚度、尺寸合適的矩形白寶石片兩片作為上、下層，其中，矩形白寶石片的硬度遠(yuǎn)大于芯片襯底材料硬度，芯片襯底減薄拋光條件對其幾乎不作用；選擇厚度為探測器寶石基板厚度的白寶石片作為下層，厚度為讀出電路厚度加實際需預(yù)留的芯片厚度幾十微米的白寶石片作為上層；考慮到減薄拋光時會存在不同程度的塌邊現(xiàn)象，白寶石片四周邊長應(yīng)大于探測器寶石基板邊長以保護(hù)芯片邊緣、讀出電路和寶石基板； 2)將步驟I)中所選上、下層矩形白寶石片按照探測器讀出電路和寶石基板的尺寸采用激光切割的方式進(jìn)行中心開矩形孔，下層寶石片矩形孔大小與所需背減薄探測器的寶石基板大小相同，上層寶石片矩形孔大小與讀出電路尺寸一致； 3)將步驟2)中獲得的兩片帶有矩形孔、不同厚度的兩片白寶石片利用Disco切割分別沿矩形孔對角線一分為二； 4)將步驟3)中設(shè)計好的4片白寶石片用鉻酸浸泡，分別用三氯乙烯、乙醚、丙酮、無水乙醇超聲清洗，然后用去離子水沖洗，氮氣吹干； 5)將步驟4)中清洗干凈的上、下白寶石片分別以中心矩形孔為基準(zhǔn)，利用上海合成樹脂研究所生產(chǎn)的DW3低溫液體膠在光學(xué)顯微鏡下粘結(jié)，再在35°C、60°C環(huán)境下要求分別恒溫24小時，48 72小時，獲得具限位作用的探測器背減薄用模具，清洗干凈即可。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于紅外焦平面探測器背減薄的限位模具及制備方法。該限位模具特殊的限位設(shè)計能精確控制探測器芯片厚度的一致性和均勻性；模具主材為硬度非常大的兩塊白寶石片，探測器芯片背減薄磨拋條件對其幾乎不起作用；根據(jù)探測器的特征尺寸將兩塊白寶石片利用激光進(jìn)行中心開矩形孔并用Disco切割沿矩形孔對角線將其一分為二；再用特殊的DW3低溫膠將兩層粘結(jié)固化而成。本發(fā)明設(shè)計的限位模具原料簡單易得；具備精準(zhǔn)的厚度控制性；工藝過程可控，操作流程少；模具可重復(fù)利用，具有廣泛的適用性。
文檔編號H01L31/18GK102969394SQ20121040575
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者鐘艷紅, 廖清君, 曹菊英, 王建新, 吳廷琪, 俞君, 吳云, 楊勇斌, 何高胤 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所