一种高可靠性红外探测芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高可靠性红外探测芯片，包括光敏芯片，所述光敏芯片底部设置有多个凸点；基板，所述基板上方设置有多个凸点，与所述光敏芯片底部的凸点一一对应，所述光敏芯片与基板通过对应凸点的压合形成互连结构；填充于所述光敏芯片与所述基板之间的底填料；以及环形薄膜，覆盖在所述光敏芯片与所述基板的互连边界区域，并与所述光敏芯片及基板搭接。基于现有的红外探测芯片在工作过程中易产生裂片甚至失效等芯片可靠性问题，本实用新型专利技术通过在传统芯片表面沉积图形化负膨胀系数的薄膜材料，利用低温膨胀的特点，平衡底填料低温收缩形成的内拉力，减小芯片形变，降低裂片风险，提高器件的成品率和使用寿命。提高器件的成品率和使用寿命。提高器件的成品率和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种高可靠性红外探测芯片


[0001]本技术涉及红外探测芯片
，具体涉及一种高可靠性红外探测芯片。

技术介绍

[0002]红外成像技术具有被动探测隐蔽性好，抗电磁干扰能力强，可24小时全天候监控等突出优点，在工业探测、夜视安防、告警导引等军民领域应用广泛。红外探测器芯片是红外热像仪内部的关键器件，其主要作用是将进入热像仪的红外光信号转换为更易于操作的电信号，并完成内部处理后对外输出，具有技术门槛高、研制周期长、工程化难度大等特点。受限于物理能带跃迁定则，红外探测器芯片所依托的光电转换材料多为化合物半导体，主要包括碲镉汞、锑化铟、量子阱、二类超晶格等，通过工艺加工制备得到光敏芯片，然而电信号的采集、处理和输出等环节依旧采用硅基读出电路。由于二者并非一体集成，故而红外芯片
通用的做法为：先在完成工艺制程的化合物光电芯片侧和硅基CMOS芯片侧，各自生长金属铟凸点；然后采用倒装焊技术完成两侧凸点的一一对准和压合；并在光电芯片和硅基CMOS芯片压合后的间隙区域填充环氧树脂胶，起到粘接和支撑作用。
[0003]为了抑制红外芯片工作时的暗电流降低噪声，提高芯片探测能力，芯片典型工作温度为深低温液氮温度(约
‑
193℃)。深低温虽然提高了芯片信噪比，但由于组成芯片的材料：化合物半导体、硅、铟、环氧树脂各自热膨胀系数不同，其中环氧树脂比其余3种材料膨胀系数高一个数量级，室温制备的芯片在深低温工作时，由于环氧树脂收缩量更大，因而芯片光敏元将承受朝向内部挤压的应力，极易在工作过程中产生裂片甚至失效等芯片可靠性问题。随着成像市场对高清视频的迫切需求，国内探测器芯片阵列规模已从早期128*128扩展至1280
×
1024，国外甚至已实现2K
×
2K的工程化，更大阵列规模芯片低温应力引起的裂片等风险已成为其成品率和使用寿命的关键因素。

技术实现思路

[0004]本技术为解决上述问题，提供了一种高可靠性红外探测芯片，在不影响红外光入射的前提下，通过在传统芯片表面沉积图形化负膨胀系数的薄膜材料，利用该材料低温膨胀的特点，平衡环氧树脂低温收缩形成的内拉力，减小芯片形变，降低裂片风险，提高器件的成品率和使用寿命。
[0005]本技术包含以下技术方案：
[0006]本技术第一方面提供了一种高可靠性红外探测芯片，包括：
[0007]光敏芯片，所述光敏芯片底部设置有多个凸点；
[0008]基板，所述基板上方设置有多个凸点，与所述光敏芯片底部的凸点一一对应，所述基板与所述光敏芯片通过对应凸点的压合形成互连结构；
[0009]以及填充于所述光敏芯片与所述基板之间的底填料；
[0010]所述红外探测芯片还包括环形薄膜，所述环形薄膜覆盖在所述光敏芯片与所述基板的互连边界区域，并与所述光敏芯片及基板搭接；所述环形薄膜的膨胀系数为负值。
[0011]进一步地，还包括从所述光敏芯片与所述基板之间空隙区域溢出的底填料，溢出部分的底填料被所述环形薄膜覆盖。利用具有负膨胀系数的环形薄膜低温膨胀的特点来平衡底填料低温收缩形成的内拉力，从而减小芯片的形变。
[0012]进一步地，所述环形薄膜的中心与所述光敏芯片的中心重合，使芯片在低温工作时，应力分布更加均匀，避免局部应力过大。
[0013]进一步地，所述环形薄膜的内环边与所述光敏芯片边缘的距离不小于100μm，以便于更好的附着和平衡应力。
[0014]进一步地，所述光敏芯片底部的凸点设置在所述光敏芯片的四周，所述基板底部围绕中心区域设置相对应的凸点。
[0015]进一步地，所述光敏芯片底部的凸点设置在所述环形薄膜内环下方的光敏芯片区域，以保证环形薄膜不影响光敏芯片中心红外光的入射；所述环形薄膜不覆盖所述基板上的焊盘引线区域，避免影响基板上引线键合等工艺的开展。
[0016]进一步地，所述环形薄膜的形状与所述光敏芯片的形状相同，当所述光敏芯片为方形，所述环形薄膜为方环形薄膜。根据光敏芯片的形状，在芯片表面沉积相同形状的负膨胀系数的环形薄膜，使芯片在低温条件下工作时的应力分布更加均匀。
[0017]进一步地，所述光敏芯片中的光电转换材料为碲镉汞、锑化铟、量子阱或二类超晶格；所述基板为硅基板；所述凸点的材质为铟；所述底填料为环氧树脂。
[0018]进一步地，所述环形薄膜的膨胀系数为E
‑
6/K量级。
[0019]进一步地，所述环形薄膜为A2M3O12结构陶瓷材料。
[0020]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：
[0021]本技术针对红外探测芯片低温应力易引起裂片等可靠性问题，提供了一种高可靠性红外探测芯片，在不影响红外光入射的前提下，通过在传统芯片表面沉积图形化负膨胀系数的薄膜材料，利用该材料低温膨胀的特点，平衡环氧树脂低温收缩形成的内拉力，减小芯片因低温应力产生的形变，从而降低裂片风险，提高器件的成品率和使用寿命，特别适用于当前大阵列规模红外探测器芯片领域。
附图说明
[0022]图1为传统红外探测芯片中光敏芯片的截面示意图；
[0023]图2为传统红外探测芯片中硅基读出电路的截面示意图；
[0024]图3为传统红外探测芯片的截面示意图；
[0025]图4为实施例1所述的红外探测芯片的截面示意图；
[0026]图5为实施例1所述的红外探测芯片的俯视图；
[0027]其中，1为硅基板、2为环氧树脂、3为光敏芯片、4为铟凸点、5为环形薄膜。
具体实施方式
[0028]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0029]由
技术介绍
可知，制备红外探测器芯片材料的热膨胀系数均为正值，且用于填充倒焊间隙的底填料(例如环氧树脂)的膨胀系数相对较高，室温制备的芯片在深低温环境下工作时，由于底填料的收缩量大，使芯片的光敏元承受较大的朝向内部挤压的应力，从而易产生裂片等可靠性问题。
[0030]为解决上述技术问题，本技术提供了一种高可靠性红外探测芯片，包括：
[0031]光敏芯片，所述光敏芯片底部设置有多个凸点；
[0032]基板，所述基板上方设置有多个凸点，与所述光敏芯片底部的凸点一一对应，所述基板与所述光敏芯片通过对应凸点的压合形成互连结构；
[0033]以及填充于所述光敏芯片与所述基板之间的底填料；
[0034]所述红外探测芯片还包括环形薄膜，所述环形薄膜覆盖在所述光敏芯片与所述基板的互连边界区域，并与所述光敏芯片及基板搭接；所述环形薄膜的膨胀系数为负值。
[0035]本技术通过在传统芯片表面沉积图形化负膨胀系数的环形薄膜，使其在不影响红外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高可靠性红外探测芯片，包括：光敏芯片，所述光敏芯片底部设置有多个凸点；基板，所述基板上方设置有多个凸点，与所述光敏芯片底部的凸点一一对应，所述基板与所述光敏芯片通过对应凸点的压合形成互连结构；以及填充于所述光敏芯片与所述基板之间空隙区域的底填料；其特征在于，还包括环形薄膜，所述环形薄膜覆盖在所述光敏芯片与所述基板的互连边界区域，并与所述光敏芯片及基板搭接；所述环形薄膜的膨胀系数为负值。2.根据权利要求1所述的高可靠性红外探测芯片，其特征在于，还包括从所述光敏芯片与所述基板之间空隙区域溢出的底填料，溢出部分的底填料被所述环形薄膜覆盖。3.根据权利要求1所述的高可靠性红外探测芯片，其特征在于，所述环形薄膜的中心与所述光敏芯片的中心重合。4.根据权利要求1所述的高可靠性红外探测芯片，其特征在于，所述环形薄膜的内环边与所述光敏芯片边缘的距离不小于100μm。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷华伟，张传杰，陈意桥，孙维国，刘志方，
申请(专利权)人：浙江拓感科技有限公司，
类型：新型
国别省市：