[发明专利]一种红外焦平面探测器

说明书

本发明涉及一种红外焦平面探测器，该红外焦平面探测器包括光敏元芯片、铟块阵列、底充胶和硅读出电路，光敏元芯片通过铟块阵列与硅读出电路互连，底充胶填充在光敏元芯片与硅读出电路之间的夹缝中，所述铟块阵列中每一个铟块的上表面和下表面均为N边形或圆形，与光敏元芯片连接的铟块上表面面积小于与硅读出电路连接的铟块下表面面积，铟块的纵向切面整体上呈梯形，其中N≥3。本发明的红外焦平面探测器结构用于减少液氮冲击中光敏元芯片碎裂概率和降低探测器四周边缘处铟块互连失效概率，以提高大面阵探测器的结构可靠性。

技术领域

本发明涉及红外焦平面探测器结构的可靠性设计，具体涉及一种降低热变形的红外焦平面探测器。

背景技术

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，带有铟块阵列的光敏元芯片3与带有铟块阵列的硅读出电路1通过倒焊互连工艺连接在一起，互连后形成铟块阵列2。铟块阵列2不仅提供光敏元芯片3与其对应的硅读出电路1输入端的电学连通，同时还起到机械支撑作用。光敏元芯片3上设有抗反射涂层4。为提高铟块焊点的可靠性，通常在光敏元芯片3和硅读出电路1之间的夹缝中填入底充胶5。

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做越大、光敏元数目也越来越多，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，通常表现为液氮冲击中光敏元芯片碎裂和探测器四周边缘处的铟块互连失效。

在红外焦平面探测器的结构设计中，需要分析液氮冲击中探测器内部生成的热应力/应变以评估探测器的结构可靠性。鉴于红外焦平面探测器法线方向应变最易测量，在本申请中，以红外焦平面探测器法线方向应变大小作为评估液氮冲击中红外焦平面探测器结构变形大小的依据。

在现有的红外焦平面探测器中，互连后的铟柱阵列的结构一般为上、下表面尺寸大小相同，，整体上呈现为柱状特征，这就要求互联前铟柱的形态需采用柱状或者锥状形态。

如果互连前铟柱的形态采用上端粗、下端细的形态，此时铟柱下端与光敏元芯片或者硅读出电路连接，互连后的铟柱将呈现出中间粗、两端细的特征。此外在制备铟柱阵列时出现在铟柱粗端边缘的残留铟层容易引起铟柱互连中相邻铟柱之间发生短路失效。这一现象在铟柱阵列中心距变小时尤为明显。

在专利文献《一种用于红外焦平面倒焊互连的铟柱及其制备方法》(发明专利申请号：201010565090.0)针对上述缺陷，提出了一种解决方案：在倒焊互连前，在探测器芯片上制备底部(接触探测器芯片的铟柱端面)大，顶部小的铟柱阵列，在信号读出电路上也制备底部(接触信号读出电路的铟柱端面)大，顶部小的铟柱阵列，然后将带有铟柱阵列的探测器芯片与带有铟柱阵列的信号读出电路通过倒焊互连工艺连接在一起，这样使互连后的铟柱阵列呈现中间细、两端粗的特征，该发明公布的铟柱结构虽然避免了在倒焊互连时由于铟柱形变而短路的问题，但是不涉及如何降低液氮冲击下红外焦平面探测器的热变形问题。

发明内容

本发明提供了一种红外焦平面探测器，用以解决液氮冲击中因光敏元芯片碎裂问题，以及周期性液氮冲击中在探测器四周边缘处的铟块互连失效问题。

为了解决上述技术问题，本发明的红外焦平面探测器包括光敏元芯片、铟块阵列、底充胶和硅读出电路，光敏元芯片通过铟块阵列与硅读出电路互连，底充胶填充在光敏元芯片与硅读出电路之间的夹缝中，其特征在于，所述铟块阵列中每一个铟块的上表面和下表面均为N边形或圆形，与光敏元芯片连接的铟块上表面面积小于与硅读出电路连接的铟块下表面面积，铟块的纵向切面整体上呈梯形，其中N≥3。

所述光敏元芯片通过铟块阵列与硅读出电路互连的方法为：分别在光敏元芯片和硅读出电路的电极上制备铟块阵列，借助倒装焊设备把两个铟块阵列通过冷压焊的方式连接成一个铟块阵列。