直接转换化合物半导体探测器的激光辅助焊料接合制造技术

在实施例中，一种方法包括：在包括两个表面的读出集成电路IC的第一表面上配置直接转换化合物半导体传感器，所述两个表面中的每个表面上均包括焊料材料；使用红外激光照射焊料材料，以使读出IC上的焊料材料熔化并在读出IC与直接转换化合物半导体传感器之间形成焊接点；在读出IC的包含焊料材料的第二表面上配置基板；并且用红外激光照射第二表面的焊料材料以使读出IC上的焊料材料熔化并且将读出IC与基板电连接。在其他实施例中，讨论了高频辐射探测器和成像装置。

Laser-assisted solder bonding for direct conversion compound semiconductor detectors

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】直接转换化合物半导体探测器的激光辅助焊料接合
技术介绍
高频辐射探测器有许多应用。它们可以用于例如高能辐射例如X射线检测和放射性物质的辐射中。X射线探测器用于医疗和安全应用，以及放射性电子辐射检测器用于安全和军事应用。现有不同种类的探测器，例如闪烁器、气体放电探测器和也被称为直接转换探测器的固态探测器。拥有固态探测器的优点在于它们可以提供容易使用、更长的生命周期、更小的尺寸、更高的分辨率和灵敏度，以及像基于气体放电的探测器可能无法实现的移动能力。然而，固态探测器可能难以组装。常用的半导体例如硅和锗当被用作高频辐射探测器时需要冷却机构才能工作。包括直接转换化合物半导体材料例如碲化镉(CdTe)和碲锌镉(CdZnTe)的高频探测器可以在室温下工作。
技术实现思路
提供此
技术实现思路
以用简化的形式介绍以下在具体实施方式部分进一步描述的一些概念。此
技术实现思路
并非用于确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不用于限定所要求保护主题的范围。本专利技术目的在于提供直接转化化合物半导体探测器的激光辅助焊接接合。上述目的通过独立权利要求的特征实现。在从属权利要求中描述了一些实施例。在一实施例中，一种方法包括：在包括两个表面的读出集成电路(IntegratedCircuit，IC)的第一表面上配置直接转换化合物半导体传感器，所述两个表面中的每个表面上包括焊料材料；使用红外激光照射焊料材料，以使读出IC上的焊料材料熔化并在读出IC与直接转换化合物半导体传感器之间形成焊接点；在读出IC的包含焊料材料的第二表面上配置基板；并且用红外激光照射第二表面的焊料材料以使读出IC上的焊料材料熔化并且将读出IC与基板电连接。在其他实施例中，讨论了高频辐射探测器和成像装置。许多伴随的特征会变得更容易理解因为通过参考以下详细描述以及结合附图它们会变得更好理解。附图说明本描述可以根据以下对说明书附图的详细描述被更好的理解，在附图中：图1示出了根据一实施例的用于焊接直接转换化合物半导体传感器、集成电路和基板的方法的示意性流程图；图2示出了根据一实施例的独立直接转换化合物半导体探测器的部件的示意图；图3示出了根据一实施例的配置直接转换化合物半导体传感器和读出集成电路的步骤的示意图；图4示出了根据一实施例的配置直接转换化合物半导体探测器的基板的步骤的示意图；图5示出了根据另一实施例的配置直接转换化合物半导体传感器和读出集成电路的示意图；图6示出了根据一实施例的在读出集成电路上配置焊料球的示意图；图7示出了根据一实施例的配置直接转换化合物半导体探测器的基板的步骤的示意图；以及图8示出了根据一些实施例组装的完整的直接转换化合物半导体探测器的一部分的横截面图。相同的附图标记用于指示附图中相似部件。具体实施方式以下结合附图提供的详细说明意在作为对实施例的说明，而并非用于表示构建和使用实施例的唯一形式。然而，可以通过不同的实施例实现相同或等同的功能和结构。根据实施例，接合过程可以使用具有红外(IR)激光的接合工具完成。IR激光的辐射可以从探测器组件的顶部或底部发出。探测器组件包括例如直接转换化合物半导体传感器、读出IC和基板的部件。短脉冲激光束可以在比如不到一秒的时间内，加热和回流组件的各部件之间的焊料合金点。直接转换化合物半导体材料对于IR波长通常基本上是透明的，因此具有低吸收，使得当使用IR激光进行加热时对材料产生低热负荷。IR激光主要加热探测器的各部件之间非常局部的焊料合金材料并且是在非常短的时间内，从而减少了对直接转换化合物半导体材料的热负荷和对探测器其他部分的热负荷。与典型的物质回流或热压缩过程相比可以显著降低热负荷。本实施例使得能够使用电子工业标准高温焊料合金例如SAC合金作为焊料材料，该合金具有以下有利之处：可用于全自动设备；即使是小间距也是可商购的标准金属合金球；标准设备和合金具有成本效益。例如在一些实施例中，焊料材料可具有高于150摄氏度的熔点。该焊料材料可以包括如标准无铅焊料或者共晶SnPb焊料的焊料材料。尽管实施例在此处会被描述和示为与用于检测X射线的直接转换化合物半导体探测器关联地实现，但这只是高频辐射探测器的示例而并非限制。如本领域技术人员可以理解的，本实施例适用于各种不同类型的高频辐射探测器，所述各种不同类型的高频辐射探测器为例如用于探测伽马射线、用于X射线、用于X射线断层摄影、用于安全X射线扫描仪等，所述各种不同类型的高频辐射探测器包括例如基于碲化镉(CdTe)或碲锌镉(CdZnTe)的各种类型的直接转换化合物半导体传感器。制造本文所描述的瓦件的操作可以以任何合适的顺序进行，或者在适当的情况下同时进行。例如直接转换化合物半导体传感器和读出ID可以首先通过IR激光器接合。可选的，上述过程也可以由IR激光器接合读出IC和基板开始。此外，当组件是垂直设置而并非通常的水平设置的情况下，IR激光可以从下方或者底部发出，例如向上或者向下发出到要被制造的组件，或者侧向发出。图1示出了根据一实施例的组装直接转换化合物半导体传感器的方法的示意性流程图。所述方法包括步骤20、步骤21、步骤22和步骤23。在步骤20中，将直接转换化合物半导体传感器(化合物半导体传感器)配置在读出集成电路(IC)上。直接转换化合物半导体传感器由直接转换化合物半导体例如碲化镉(CdTe)或碲锌镉(CdZnTe)制成，以及直接转换化合物半导体传感器包括顶表面和底表面。直接转换化合物半导体传感器被配置为将从其顶表面上入射的高频辐射例如X射线转换成可通过导电点例如其底表面上的焊盘传输的电信号。读出集成电路(IC)有两个表面，顶表面和底表面。根据一实施例，读出IC可以是硬件可编程逻辑器件例如现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复合可编程逻辑器件(CPLD)等。读出IC的顶表面具有可以设置焊料材料的电连接点。如此布置的焊料材料的间距以及下面的连接点与直接转换化合物半导体传感器的底表面上的导电焊盘的间距相匹配。完成直接转换化合物半导体传感器的放置使得直接转换化合物半导体传感器的底表面上的导电焊盘接触读出IC上的焊料材料。直接转换化合物半导体传感器和读出IC可以通过施加物理力来接合。然而，对于一些实施例，这可以不是必须的。施加的物理力足够大到至少可以暂时接合焊料材料和直接转换化合物半导体传感器底表面上的导电焊盘。读出IC具有将来自直接转换化合物半导体传感器的电信号转换为数字形式所必须的电路，增加包括例如信号在平面坐标系中的位置的信息。此外，读出IC在其底表面上还具有电连接点，通过所述电连接点，数字化信号和相关信息可以与其他的电路通信。这些电连接可以通过顶表面到底表面的硅通孔与读出IC的电路连接。根据一实施例，焊料球可以在步骤1之前或者步骤2之后配置在读出IC底部的连接点上。步骤21包括用红外(IR)激光在短时间内持续照射直接转换化合物半导体传感器和读出IC之间的焊料材料。选择IR激光的波长以使直接转换化合物半导体传感器和/或读出IC对所述波长透明。IR激光打开的持续时间取决于直接转换化合物半导体传感器和读出IC之间的焊料的熔点。激光照射焊料材料足够长时间来加热和熔化焊料材料，焊料材料在冷却和凝固后在直接转换化合物半导体传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：在包括两个表面的读出集成电路IC的第一表面上配置直接转换化合物半导体传感器，所述两个表面中的每个表面上均包括焊料材料；使用红外激光照射所述焊料材料以使所述读出IC上的所述焊料材料熔化并且在所述读出IC与所述直接转换化合物半导体传感器之间形成焊接点；在所述读出IC的包括焊料材料的第二表面上配置基板；以及使用所述红外激光照射所述第二表面的焊料材料以使所述读出IC上的所述焊料材料熔化并且电连接所述读出IC与所述基板。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.27 EP 17153476.11.一种方法，包括：在包括两个表面的读出集成电路IC的第一表面上配置直接转换化合物半导体传感器，所述两个表面中的每个表面上均包括焊料材料；使用红外激光照射所述焊料材料以使所述读出IC上的所述焊料材料熔化并且在所述读出IC与所述直接转换化合物半导体传感器之间形成焊接点；在所述读出IC的包括焊料材料的第二表面上配置基板；以及使用所述红外激光照射所述第二表面的焊料材料以使所述读出IC上的所述焊料材料熔化并且电连接所述读出IC与所述基板。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述直接转换化合物半导体传感器被配置在所述读出IC的所述第一表面上并且所述红外激光的辐射在到达所述读出IC的所述第一表面上的所述焊料材料之前穿过所述直接转换化合物半导体传感器。3.根据任意前述权利要求所述的方法，其中，所述基板被配置在所述读出IC的所述第二表面上，并且所述红外激光的辐射在到达所述读出IC的所述第二表面上的所述焊料材料之前穿过所述基板。4.根据任意前述权利要求所述的方法，其中，所述直接转换化合物半导体传感器被配置在所述读出IC的所述第一表面上并且所述红外激光的辐射在到达所述读出IC的所述第一表面上的所述焊料材料之前穿过所述读出IC。5.根据任意前述权利要求所述的方法，其中，所述基板被配置在所述读出IC的所述第二表面上，并且所述红外激光的辐射在到达所述读出IC的所述第二表面上的所述焊料材料之前穿过所述基板。6.根据任意前述权利要求所述的方法，其中，选择所述红外激光的波长以使所述直接转换化合物半导体传感器对所述红外激光基本透明。7.根据任意前述权利要求所述的方法，其中，所述焊料材料通过喷射被配置在所述读出IC的所述两个表面上。8.根据任意前述权利要求所述的方法，其中，所述直接转换化合物半导体传感器通过接合被配置在所述读出IC的所述第一表面上，其中，所述接合包括将所述直接转换化合物半导体传感器放置到所述读出IC上以使被配置在所述直接转换化合物半导体传...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得里·海基宁，迈克尔·约翰逊，
申请(专利权)人：芬兰探测技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI