本发明专利技术涉及一种弱变形红外焦平面探测器，主要由光敏元阵列芯片（3）和硅读出电路（1）通过铟柱阵列（2）互联混成，硅读出电路（1）的厚度为20μm～60μm，红外面阵探测器中光敏元阵列（3）规模不小于128×128。本发明专利技术能够降低了器件在热冲击下法线方向的热失配变形，提高了探测器的结构可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大面阵红外探测器结构设计，特别是一种弱变形红外焦平面探测器。技术背景红外焦平面探测技术具有光谱响应波段宽、可昼夜工作等优点而广泛应用于导弹预警、情报侦察、损毁效果评估和农、林资源调查等军事和民用领域。如图1所示，红外焦平面探测器通常借助倒装焊技术由光敏元阵列芯片3和硅读出电路I通过铟柱阵列2互联混成。铟柱阵列2不仅提供光敏元阵列芯片3与其对应的硅读出电路I输入端的电学连通，同时还起到机械支撑作用。光敏元阵列芯片3上设有抗反射涂层4。为提高铟柱焊点的可靠性，通常在光敏元阵列芯片3和硅读出电路I的夹缝中填入底充胶5。红外焦平面探测器通常工作于液氮温区以提高红外焦平面探测器的信噪比。具体关于红外焦平面探测器结构的内容，可以参见申请号为201010591889. 7的中国专利文件《一种含底充胶的大面阵红外探测器结构优化方法》。为提高红外成像制导系统的灵敏度和分辨率，要求红外焦平面探测器的阵列规模越来越大、光敏元数越来越多，加之特定的低温工作环境，使得大面阵探测器的成品率很低，通常表现为热冲击下光敏元芯片上出现多条裂纹，制约着大面阵红外探测器的批量生产能力。在探测器的结构设计中，通常需要通过分析应力/应变评估探测器结构的可靠性。鉴于光敏元芯片法线方向应变随芯片力学参数选取的高度敏感性，结合焦平面探测器法线方向应变的可测性，通常把探测器法线方向应变大小作为评估红外焦平面探测器结构可靠性的有效手段。为提高器件可靠性设计效率，通常借助有限元模拟法了解红外焦平面探测器结构参数对探测器在热冲击下的形变规律。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种弱变形红外焦平面探测器结构，用以解决大面阵红外探测器在热冲击下因光敏元芯片变形严重引起的碎裂问题。为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种弱变形红外焦平面探测器，主要由光敏元阵列芯片(3)和硅读出电路(I)通过铟柱阵列(2)互联混成，所述硅读出电路(I)的厚度为20 μ m 60 μ m，红外面阵探测器中光敏元阵列(3)规模不小于128X128。所述光敏元阵列芯片(3)厚度不大于10 μ m。铟柱阵列(2)高度为10±5微米。光敏元阵列芯片(3)为锑化铟(InSb)芯片或碲镉汞(HgCdTe)芯片或铟镓砷 (InGaAs)芯片或铟砷锑(InAsSb)芯片或铟砷/镓锑(InAs/GaSb)芯片或镓砷/铝镓砷 (GaAs/AlGaAs)芯片。采用本专利技术提出的红外焦平面结构方案，降低了器件在热冲击下法线方向的热失配变形，提高了探测器的结构可靠性。附图说明图1是红外焦平面探测器结构示意图；图2中(a)、(b)分别是硅读出电路的厚度取300微米和20微米时，热冲击下探测器法线方向的应变分布图；图3是硅读出电路的厚度取100微米时，热冲击下探测器法线方向的应变分布图。具体实施方式下面对本专利技术做进一步详细的说明。以下结合附图具体说明本专利技术的方案。一种弱变形红外焦平面探测器，其制造方法如下首先到装焊光敏元阵列芯片3、 硅读出电路I和铟柱2，然后减薄光敏元阵列芯片和硅读出电路。减薄工艺采用化学机械抛光减薄法(Chemical Mechanical Polishing )或单点金刚石切削技术(Single Point Diamond Turning)。倒装焊工艺为现有技术,在此不再赘述。由上述方法得到的弱变形红外焦平面探测器，使其硅读出电路的厚度为20 μ m 60 μ m,红外面阵探测器中光敏元阵列规模不小于128 X 128。硅读出电路的厚度为20 μ m 60 μ m时，能够解决大面阵红外探测器在热冲击下因光敏元芯片变形严重引起的碎裂问题， 降低器件在热冲击下法线方向的热失配变形，提高探测器的结构可靠性。 此外要求光敏元芯片厚度不大于10 μ m，这是高探测率的保障，铟柱高度取10微米左右，这受铟柱阵列制备工艺的限制。光敏元阵列芯片为锑化铟(InSb)芯片或碲镉汞 (HgCdTe)芯片或铟镓砷(InGaAs)芯片或铟砷锑(InAsSb)芯片或铟砷/镓锑(InAs/GaSb) 芯片或镓砷/铝镓砷(GaAs/AlGaAs)芯片。以下对128X128阵列规模的锑化铟(InSb)红外焦平面探测器进行结构设计，分析本专利技术的弱变形红外焦平面探测器的有益效果。结构设计分析方法具体参见申请号为 201010591889. 7的中国专利文件《一种含底充胶的大面阵红外探测器结构优化方法》。1.基于等效方法建立红外焦平面探测器的结构分析模型，考虑计算效率，这里我们选用32X32等效128 X 128阵列规模。2.设定探测器的具体结构参数，包括铟柱、底充胶、光敏元阵列芯片和硅读出电路三维尺寸及局部形貌；材料参数和材料分析模型；网格划分。这里设定硅读出电路为300微米。3.施加边界条件和初始条件，这里边界条件指在对称面处施加面对称条件，同时对硅读出电路的下表面中心点施加零自由度约束；初始条件为整个器件的温度为室温。进行有限元分析求解得出光敏元阵列芯片法线方向的应变值和应变分布。这里利用ANSYS软件进行结构应变分析，具体步骤包括1、建立工作文件名和工作标题，2、定义单元类型，3、 定义材料性能参数，4、创建几何模型、划分网格，5、加载求解，6、查看求解结果。重新设定硅读出电路的厚度，从300微米减薄到20微米。这里只改变硅读出电路的厚度，保持其余的结构参数不变，重复步骤2-3，可得出128X128阵列规模红外探测器法线方向应变与硅读出电路厚度之间的关系。如图2，当硅读出电路的厚度分别取300微米和20微米时模拟得到的InSb面阵 探测器法线方向形变俯视图。从图2中可以看出，当硅读出电路的厚度从300微米减薄到 20微米时，InSb光敏元芯片上表面的周期性凸起和凹陷消失，起伏幅度从4. 695微米减弱 到O. 254微米，降低了 94. 6%，看起来很平整。如图3，当硅读出电路的厚度取100微米时模拟得到的InSb面阵探测器法线方向 形变俯视图。从图3中可以看出，当娃读出电路的厚度从300微米减薄到100微米时,铟柱 阵列上方区域的应变与其它区域的应变更为接近，考虑到整个器件的厚度从320微米降低 到120微米，这样InSb光敏元芯片上表面的周期性凸起和凹陷幅度大幅降低，从4. 695微 米减弱到1. 718微米,减小了 63%,看起来较平整。结合器件减薄工艺的可靠度,在本专利 中，硅读出电路厚度的取值区间设定为20微米至60微米，这有助于大幅降低热冲击下面阵 探测器的碎裂几率。权利要求1.一种弱变形红外焦平面探测器，主要由光敏元阵列芯片(3)和硅读出电路(I)通过铟柱阵列(2 )互联混成，其特征在于，所述硅读出电路(I)的厚度为20 μ m 60 μ m，红外面阵探测器中光敏元阵列(3)规模不小于128X 128。2.根据权利要求1所述的一种弱变形红外焦平面探测器，其特征在于，所述光敏元阵列芯片(3)厚度不大于10 μ Hlo3.根据权利要求1所述的一种弱变形红外焦平面探测器，其特征在于，铟柱阵列(2)高度为10±5微米。4.根据权利要求1所述的一种弱变形红外焦平面探测器，其特征在于，光敏元阵列芯片(3)为锑化铟(InSb)芯片或碲镉汞(HgCdTe)芯片或铟镓砷(InGaAs)芯片或铟砷锑本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种弱变形红外焦平面探测器，主要由光敏元阵列芯片（3）和硅读出电路（1）通过铟柱阵列（2）互联混成，其特征在于，所述硅读出电路（1）的厚度为20μm～60μm，红外面阵探测器中光敏元阵列（3）规模不小于128×128。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓玲，孟庆端，张茉莉，李艳霞，高艳平，李鹏飞，贵磊，张立文，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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