用于高长宽比红外焦平面探测器的减薄抛光模具及方法技术

本发明专利技术公开了一种用于高长宽比红外焦平面探测器的减薄抛光模具及方法，模具包括：刻有凹槽的夹具基板、电极保护衬片、高度补偿垫片和芯片保护衬片。其使用方法为：将电极保护衬片粘贴于光敏芯片两侧的读出电路凸出部位；将红外焦平面探测器和高度补偿垫片分别固定于夹具基板的中央和凹槽内；将芯片保护衬片固定于高度补偿垫片中央；在该结构下对红外焦平面探测器进行减薄抛光。本发明专利技术的优点在于：①解决高长宽比焦平面探测器在机械减薄过程中易碎裂的问题，可实现百微米量级的减薄；②能够精确控制减薄厚度，并保证减薄后探测器表面具有良好的平面度；③显著降低减薄过程中对探测器带来的物理损伤，避免因此所导致的探测器性能的下降。

Thinning and polishing die and method for high aspect ratio infrared focal plane detector

The invention discloses a thinning and polishing die and method for high aspect ratio infrared focal plane detector. The die comprises a grooved fixture substrate, an electrode protection lining, a height compensation gasket and a chip protection lining. The application method is as follows: the electrode protection lining is pasted on the protruding part of the readout circuit on both sides of the photosensitive chip; the infrared focal plane detector and the highly compensating gasket are fixed in the center and groove of the fixture substrate respectively; the chip protection lining is fixed in the center of the highly compensating gasket; and the infrared focal plane detector is thinned and polished under this structure. The advantages of the present invention lie in: (1) resolving the fragile problem of the high aspect ratio focal plane detector in the process of mechanical thinning, realizing thinning in the order of 100 microns; (2) accurately controlling the thinning thickness and ensuring good flatness of the detector surface after thinning; (3) significantly reducing the physical damage to the detector in the process of thinning, so as to avoid the resulting detector performance. The decline.

【技术实现步骤摘要】
用于高长宽比红外焦平面探测器的减薄抛光模具及方法
本专利技术涉及半导体芯片制造
，具体涉及用于高长宽比红外焦平面探测器的减薄抛光模具及方法，适用于长度15～40mm、长宽比2～6、厚度800～1400μm的包含读出电路、互连层和光敏芯片的红外焦平面探测器的减薄抛光，并能够实现对具有高长宽比的红外焦平面探测器进行薄衬底、高精度、低损伤的减薄抛光。
技术介绍
红外焦平面探测器通常由红外光敏芯片、互连层和读出电路三部分组成，依据光敏芯片中光敏元的排列形式可分为线列和面阵两种结构，可分别用于扫描和凝视红外系统。红外焦平面的出现给红外系统带来了革命性的变化：简化甚至取消了光机扫描系统；因光敏元数量的增加，系统的分辨率、灵敏度、响应速度、可靠性等性能指标得到大大提高。因此，红外焦平面探测器在航天遥感、微光夜视、军事侦察、空间天文等领域有重要需求，并且受到各国的高度重视和大力发展。目前，红外焦平面探测器正朝着大规模、集成化的方向发展，因此需要对探测器进行适当的减薄，以减小探测器尺寸、降低重量和制冷功耗，从而满足更多方面应用的需求。目前，针对红外焦平面探测器的常用减薄方法为机械研磨和化学机械抛光工艺，利用机械研磨作用和化学试剂腐蚀作用对探测器进行减薄。减薄过程中，需要使浸满抛光液的抛光盘保持一定的角速度进行转动，并使探测器夹具以同样的方向和固定角速度进行转动，所以在以适当压力将探测器压在抛光盘上的同时，待减薄面会得到抛光液的均匀覆盖，从而在抛光盘与探测器之间形成由研磨颗粒和化学试剂构成的抛光液薄膜。在探测器转动过程中，将同时发生机械研磨和化学氧化作用，从而实现探测器的减薄抛光。但随着红外焦平面探测器规模的不断增大，其尺寸和长宽比也在逐渐增大，这就给减薄抛光技术带来了新的挑战。同时，为了降低后续加工的操作难度以及拓宽应用范围，主要采用探测器模块的形式进行减薄，而传统工艺在对此类探测器减薄时，由于长宽比和规模的增大，难以保证探测器水平旋转且表面受力均匀，因此在机械旋转研磨过程中通常会引入较大物理损伤，同时难以对减薄厚度和抛光平面度进行精确控制，从而导致减薄后探测器的性能出现下降。因此，研究用于高长宽比红外焦平面探测器的减薄抛光模具及方法具有非常重要的实际应用价值。
技术实现思路
针对上述提到的传统红外焦平面探测器减薄抛光工艺所存在的问题和发展需求，本专利技术创新性的提出了用于高长宽比红外焦平面探测器的减薄抛光模具及方法。本专利技术是在传统红外焦平面探测器减薄抛光工艺基础上进行结构和技术改进，首先增加了电极保护衬片，防止读出电路上的电极在减薄抛光过程中受损，影响其电学性能；其次采用高度补偿垫片和芯片保护衬片组合的方式实现减薄抛光过程中对光敏芯片的保护，以及对减薄厚度和减薄面平整度的精确控制，从而降低了减薄抛光工艺对光敏芯片性能的影响；再者在夹具基板上刻出凹槽，使高度补偿垫片能够嵌入其中，进一步增加减薄时衬片的稳定性，保证减薄工艺质量。本专利技术的侧面结构示意图如图1所示，俯视结构示意图如图2所示，它由夹具基板1、读出电路2、互连层3、光敏芯片4、电极保护衬片5、高度补偿垫片6和芯片保护衬片7组成。其中的读出电路2、互连层3和光敏芯片4通过在互连层3内注入低温胶进行固化，形成探测器整体，然后用光刻胶在光敏芯片4两侧的读出电路2凸出部位粘贴电极保护衬片5，再用石蜡分别将探测器和高度补偿垫片6固定在夹具基板1的中央和凹槽内，最后用石蜡将芯片保护衬片7固定于高度补偿垫片6的上表面中央。本专利技术所涉及的关键工艺步骤如附图3所示，1)充胶固化，2)粘贴电极保护衬片，3)固定探测器，4)固定高度补偿垫片，5)固定芯片保护衬片，6)粗抛，7)精抛，8)取样清洗。具体工艺流程步骤如下：1充胶固化，在互连层3内充入DW-3环氧型胶黏剂，室温下固化～72h；2粘贴电极保护衬片，用光刻胶将电极保护衬片5粘贴于光敏芯片4两侧的读出电路2凸出部位，水平放置，65℃热烘～5h；3固定探测器，用石蜡将红外焦平面探测器固定于夹具基板1的中央；4固定高度补偿垫片，用石蜡将高度补偿垫片6固定在夹具基板1的凹槽内；5固定芯片保护衬片，用石蜡将芯片保护衬片7固定在高度补偿垫片6的上表面中央，然后将夹具基板1置于20℃控温台冷却～5min；6粗抛，进行分步粗抛，减薄20-550μm，粗抛条件为：压力0.1-0.4kg/cm2，转速40-80r/min；7精抛，进行一步精抛，减薄5-20μm，精抛条件为：压力0.2-0.5kg/cm2，转速50-90r/min；8取样清洗，75℃热板加热夹具基板1进行取样，之后依次采用三氯乙烯、丙酮和乙醇清洗探测器；本专利技术的优点在于：A.可有效解决高长宽比焦平面探测器在机械减薄过程中的易碎裂问题，降低减薄过程中对探测器带来的物理损伤；B.保证减薄后探测器表面具有良好的平面度；C.可适用百微米量级的减薄厚度，并能够实现精确控制。附图说明图1为本专利技术的侧面结构示意图。图2为本专利技术的俯视结构示意图。图3为本专利技术的减薄抛光工艺流程图。图中：1——夹具基板；2——读出电路；3——互连层；4——光敏芯片；5——电极保护衬片；6——高度补偿垫片；7——芯片保护衬片。具体实施方式以下结合附图和具体的实施例对本专利技术做进一步的说明，但是不作为本专利技术的限定。实施例一：1充胶固化，在互连层3内充入DW-3环氧型胶黏剂，室温下固化～72h；2粘贴电极保护衬片，用光刻胶将电极保护衬片5粘贴于光敏芯片4两侧的读出电路2凸出部位，电极保护衬片5的材料为磷化铟，尺寸为15.5mm×0.6mm×0.35mm，水平放置，65℃热烘～5h；3固定探测器，用石蜡将红外焦平面探测器固定于夹具基板1中央，尺寸为31.4mm×5.5mm×1.07mm，其中光敏芯片4厚度为0.33mm；4固定高度补偿垫片，用石蜡将高度补偿垫片6固定在夹具基板1的凹槽内，其中凹槽尺寸为30.5mm×5.5mm×0.1mm，高度补偿垫片6尺寸为30mm×5mm×0.85mm；5固定芯片保护衬片，用石蜡将芯片保护衬片7固定在高度补偿垫片6的上表面中央，芯片保护衬片材料为磷化铟，尺寸为29mm×4mm×0.36mm，然后将夹具基板1置于20℃控温台冷却～5min；6粗抛，进行分步粗抛，共减薄200μm，粗抛条件为：压力0.2kg/cm2，转速60r/min；7精抛，进行一步精抛，共减薄5μm，精抛条件为：压力0.3kg/cm2，转速70r/min；8取样清洗，75℃热板加热夹具基板1进行取样，之后依次采用三氯乙烯、丙酮和乙醇清洗探测器；实施例二：1充胶固化，在互连层3内充入DW-3环氧型胶黏剂，室温下固化～72h；2粘贴电极保护衬片，用光刻胶将电极保护衬片5粘贴于光敏芯片4两侧的读出电路2凸出部位，电极保护衬片5的材料为磷化铟，尺寸为14.5mm×1mm×0.36mm，水平放置，65℃热烘～5h；3固定探测器，用石蜡将红外焦平面探测器固定于夹具基板1中央，尺寸为30mm×9.2mm×0.81mm，其中光敏芯片4厚度为0.35mm；4固定高度补偿垫片，用石蜡将高度补偿垫片6固定在夹具基板1的凹槽内，其中凹槽尺寸为29.5mm×8.5mm×0.1mm，高度补偿垫片6尺寸为29mm×8mm×0.59mm；5固定芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高长宽比红外焦平面探测器的减薄抛光模具，包括夹具基板(1)、电极保护衬片(5)、高度补偿垫片(6)和芯片保护衬片(7)，其特征在于：所述的电极保护衬片(5)位于光敏芯片(4)的两侧，覆盖读出电路(2)凸出部位，且在夹具基板(1)上刻有四个深度0.1mm的凹槽，宽度5.5～10.5mm，长度20.5～30.5mm，每个凹槽距夹具基板(1)的中心30mm，高度补偿垫片(6)嵌于凹槽内，芯片保护衬片(7)位于高度补偿垫片(6)上表面中央。

【技术特征摘要】
1.一种用于高长宽比红外焦平面探测器的减薄抛光模具，包括夹具基板(1)、电极保护衬片(5)、高度补偿垫片(6)和芯片保护衬片(7)，其特征在于：所述的电极保护衬片(5)位于光敏芯片(4)的两侧，覆盖读出电路(2)凸出部位，且在夹具基板(1)上刻有四个深度0.1mm的凹槽，宽度5.5～10.5mm，长度20.5～30.5mm，每个凹槽距夹具基板(1)的中心30mm，高度补偿垫片(6)嵌于凹槽内，芯片保护衬片(7)位于高度补偿垫片(6)上表面中央。2.根据权利要求1所述的用于高长宽比红外焦平面探测器的减薄抛光模具，其特征在于：所述的电极保护衬片(5)的材料与光敏芯片(4)衬底材料相同，厚度300～670μm，宽度0.5～1.5mm，长度10～20mm。3.根据权利要求1所述的用于高长宽比红外焦平面探测器的减薄抛光模具，其特征在于：所述的高度补偿垫片(6)的材料为蓝宝石双抛片，厚度350～800μm，宽度5～10mm，长度20～30mm。4.根据权利要求1所述的用于高长宽比红外焦平面探测器的减薄抛光模具，其特征在于：所述的芯片保护衬片(7)的材料与光敏芯片(4)衬底材料相同，厚度330～700μm，宽度4～9mm，长度19～29mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙夺，杨波，于一榛，李雪，邵秀梅，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31