、互連后的銦柱陣列、底充膠和硅 讀出電路三維尺寸及局部形貌；材料參數(shù)和材料模型；網(wǎng)格劃分。這里設(shè)定光敏元芯片的 厚度為10微米，互連后的銦柱的高度取10微米，底充膠的厚度取10微米，銦柱陣列與底充 膠相間排列，硅讀出電路的厚度為300微米。其中銦柱選用八棱柱，直徑設(shè)定為36微米。
[0034] c.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(jìn) 行有限元分析求解得出液氮溫度下整個紅外焦平面探測器法線方向的應(yīng)變值和應(yīng)變分布。 這里利用ANSYS軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)變分析。
[0035] d.重新設(shè)定銦柱直徑大小，銦柱高度固定為10微米，銦柱直徑從36微米開始，以 4微米的步長逐步減小到12微米，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變。重復(fù)步驟b-c，可得出液氮溫度 下128X 128陣列規(guī)模紅外探測器法線方向應(yīng)變隨銦柱直徑的演化曲線，如圖3所示。從圖 3中可以看出，當(dāng)銦柱直徑大于24微米時（見圖3中，銦柱直徑分別取28微米，32微米和 36微米），InSb紅外焦平面探測器法線方向的最大應(yīng)變近似直線快速增加。當(dāng)銦柱直徑小 于24微米時（見圖3中，銦柱上表面直徑分別取20微米、12微米和16微米），InSb紅外 焦平面探測器法線方向的最大應(yīng)變值圍繞在0. 052附近，逐漸小幅緩慢減小。
[0036] 圖4是本實施例中，銦柱直徑設(shè)定為36微米，高固定為10微米時，液氮沖擊后模 擬得到的InSb紅外焦平面探測器法線方向的應(yīng)變分布圖。
[0037] 圖5是本實施例中，銦柱直徑設(shè)定為24微米，高固定為10微米時，液氮沖擊后模 擬得到的InSb紅外焦平面探測器法線方向的應(yīng)變分布圖。
[0038] 圖6是本實施例中，銦柱直徑設(shè)定為12微米，高固定為10微米時，液氮沖擊后模 擬得到的InSb紅外焦平面探測器法線方向的應(yīng)變分布圖。
[0039] 顯然，當(dāng)銦柱直徑大于24微米時，見圖4,在光敏元陣列區(qū)域，沿法線方向，凡是與 銦快陣列連接的光敏元芯片往上凸起明顯，凡是與底充膠相連接的光敏元芯片往下凹陷明 顯，二者在應(yīng)變云圖上的顏色差別較大，清晰可見。當(dāng)銦柱直徑小于24微米時，見圖6,在光 敏元陣列區(qū)域，沿法線方向，與銦快陣列連接的光敏元芯片往上有凸起，與底充膠相連接的 光敏元芯片往下有凹陷，二者在應(yīng)變云圖上的顏色幾乎沒有區(qū)別，上凸與下凹之間的界限 模糊不清。從應(yīng)變數(shù)據(jù)上看，此時InSb紅外焦平面探測器的表面起伏幅度明顯減弱，平整 度顯著提高。當(dāng)銦柱直徑等于24微米時，見圖5,在光敏元陣列區(qū)域，沿法線方向，與銦快 陣列連接的光敏元芯片往上有凸起，與底充膠相連接的光敏元芯片往下有凹陷，凸起和凹 陷幅度較為接近，最大形變幅度約為〇. 053,從應(yīng)變數(shù)據(jù)上看，此時InSb紅外焦平面探測器 的表面起伏幅度較小，平整度較高。以24微米為分界線，對兩側(cè)的模擬數(shù)據(jù)點分別作線性 擬合，擬合后的直線交叉點在25微米處，故此我們選取25微米作為銦柱直徑設(shè)計范圍的上 限，此時探測器中光敏元間距設(shè)定為50微米。根據(jù)銦柱與底充膠相間排列的事實，當(dāng)銦柱 直徑取25微米時，銦柱的體積填充比約為25%，銦柱的橫斷面占比約為25%。
[0040] 所建模型中采用等效建模思想，模擬結(jié)果中，擬合直線交點的位置由光敏元間距 決定，交點位置約為光敏元間距的一半。在這一前提下，模擬得到的探測器形變幅度保持在 較小的值。由此可計算出銦柱的體積填充比和銦柱的橫斷面占比均不大于25%的銦柱直徑 設(shè)計依據(jù)。得出的銦柱直徑設(shè)計依據(jù)是無量綱的，與光敏元間距有關(guān)。反過來，根據(jù)本發(fā)明 總結(jié)的銦柱直徑設(shè)計依據(jù)，可推算出因柱直徑選擇范圍，即不大于光敏元間距的一半。
[0041 ] 本實施例中光敏元間距設(shè)定為50微米，根據(jù)銦柱直徑設(shè)計依據(jù)：銦柱的體積填充 比和銦柱的橫斷面占比均不大于25%，可得出銦柱直徑的選擇范圍為：銦柱直徑小于25微 米。當(dāng)然作為其他實施方式，光敏元間距也可設(shè)定為30微米，20微米，10微米等等，光敏元 間距可根據(jù)實際的紅外焦平面陣列大小進(jìn)行選擇，根據(jù)銦柱直徑設(shè)計依據(jù)：銦柱的體積填 充比和銦柱的橫斷面占比均不大于25%，可得出相應(yīng)的銦柱直徑選擇范圍分別為：光敏元 間距為30微米時，銦柱直徑小于15微米；光敏元間距為20微米時，銦柱直徑小于10微米； 光敏元間距為10微米時，銦柱直徑小于5微米。這里不再一一列舉。
[0042] 作為其他實施方式，光敏元芯片還可為蹄鎘萊（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。
【主權(quán)項】
1. 紅外焦平面探測器，該紅外焦平面探測器包括光敏元芯片、銦柱陣列、底充膠和硅讀 出電路，光敏元芯片通過銦柱陣列與硅讀出電路互連，底充膠填充在光敏元芯片與硅讀出 電路之間的夾縫中，其特征在于，所述銦柱陣列中銦柱的直徑不大于光敏元間距的1/2。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外焦平面探測器，其特征在于，所述銦柱的體積填充比不 大于25%，所述體積填充比定義為銦柱的體積除以銦柱和底充膠組成的中間層的體積。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外焦平面探測器，其特征在于，所述銦柱的橫斷面占比不 大于25 %，所述橫斷面占比定義為銦柱的橫斷面面積除以銦柱和底充膠組成的中間層的橫 斷面面積。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述紅外焦平面探測器，其特征在于，所述光敏元芯片為銻 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。
【專利摘要】本發(fā)明涉及紅外焦平面探測器，該紅外焦平面探測器包括光敏元芯片、銦柱陣列、底充膠和硅讀出電路，光敏元芯片通過銦柱陣列與硅讀出電路互連，底充膠填充在光敏元芯片與硅讀出電路之間的夾縫中，所述銦柱陣列中銦柱的直徑不大于光敏元間距的1/2。本發(fā)明的紅外焦平面探測器降低了光敏元芯片碎裂概率和探測器四周邊緣處的銦柱互連失效概率。
【IPC分類】H01L27/144, G01J5/02
【公開號】CN105244355
【申請?zhí)枴緾N201510638128
【發(fā)明人】孟慶端, 張曉玲, 趙旭輝, 宋璐, 李娜, 司樂飛
【申請人】河南科技大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月30日