焦平面探测器铟柱等离子回流成球方法与流程

本发明涉及焦平面探测器铟柱等离子回流成球方法，具体是指探测器芯片与读出电路倒装焊互连的铟柱回流成球的一种方法。

背景技术：

焦平面探测器是现代成像系统的核心部件，一般采用混合集成。混合集成的优点是可以对光敏芯片和读出电路分别进行优化，再互连在一起。与传统的导线连接相比，倒装互连结构能实现更高的I/O接口密度和性能，以及散热能力和可靠性上都有很大的提高。

焦平面探测器的互连不仅要求探测器阵列芯片探测像元与对应读出电路输入端提供机械和电学连接，而且还要能缓冲探测器芯片和读出电路在低温下的热膨胀失配。由于铟在低温能保持优良的延展特性，可以使焦平面探测器和读出电路因热膨胀而产生的应力减到最小，因此在焦平面器件的研制中通常采用铟柱倒装互连焊接。将焦平面器件的阵列芯片和读出电路芯片分别制备，然后在阵列芯片和读出电路表面制备出相对应的铟电极，再光刻剥离铟电极制备出铟柱。互连时把阵列芯片与读出电路柱面对面一一对准，压焊在一起。因此高质量的铟膜生长技术，铟柱制备技术，铟柱回流成球技术等工艺是整个焦平面探测器制作的关键，将直接影响到焦平面器件的光电性能和成像质量。

铟柱回流是指给铟柱加温使其融化，通过侵润作用和表面张力使铟柱收缩成球。回流后铟球的表面更光滑，均匀性更好；高度也得到提升，这样能降低焊接压力，减小焊接后的横向剪切拉力，提高器件的可靠性。但是铟易氧化，铟柱制备完成后一旦与空气接触极易形成In₂O₃，该氧化物熔点高，比重大，延展性差，回流过程中将以固体形态包裹在铟柱表面，抑制铟柱成球和热熔焊接。铟柱回流过程中，目前通常采用助熔剂ZnCl₂或者甲酸来来去除表面的氧化物。但是，助熔剂在去除了氧化物的同时引入了新的离子，造成新的污染，从而影响焦平面探测器的储存寿命；具有一定毒性的甲酸在使用时需要在量上进行严格控制，过多的甲酸残留将影响焊接质量。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明的目的是：基于现有技术中的铟柱回流成球方法的问题，提供一种焦平面探测器铟柱等离子回流成球方法，采用氩气和氢气的等离子体来实现铟柱回流成球。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种焦平面探测器铟柱等离子回流成球方法，其包括以下步骤：

S1：读出电路制备底层金属；

S2：通过电阻加热蒸发铟膜，剥离制备铟柱；

S3：将制备好铟柱的读出电路放入等离子刻蚀设备中回流成球。

其中，所述步骤S1中，用有机溶剂清洗读出电路芯片，清洗干净后进行光刻，然后沉积底层金属结构。

其中，所述底层金属结构为Ti/Pt/Au/Cr。

其中，所述步骤S2中，在有底层金属的读出电路芯片上光刻，利用电阻热蒸发的方法沉积铟膜，利用超声辅助剥离形成所需厚度的铟柱。

其中，所沉积铟膜厚度为3～5um。

其中，剥离形成铟柱后，涂胶保护并划片。

其中，所述步骤S3中，将制备好铟柱的的读出电路芯片清洗干净后放入等离子刻蚀设备中，等离子刻蚀设备为感应耦合等离子刻蚀设备或反应离子刻蚀设备。

其中，所述读出电路芯片放入等离子刻蚀设备中至后，在高真空的状态下，通入Ar和H₂，调整射频功率、压强、温度、气体流量刻蚀参数以获得均匀可靠的铟球。

其中，通入Ar：6sccm；H₂：25sccm；等离子刻蚀设备的刻蚀参数为：射频功率为300W，压强3Pa，温度180℃，时间240S。

其中，还包括步骤：

S4：取出已经做好回流成球的读出电路芯片进行倒装焊接

取出铟柱已回流成球的读出电路芯片，测试阵列铟球的高度和直径，高度和直径的均匀性，满足倒装焊接要求的进行倒装焊接。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的焦平面探测器铟柱等离子回流成球方法，利用氩气和氢气的等离子体还原铟柱成球，不需要助熔剂，避免了助熔剂引入新的离子造成污染；该方法方便可靠，对焦平面探测器无任何负面影响，回流工艺易于控制，回流均匀性、重复性好。

附图说明

图1为未回流的铟柱。

图2为回流后的铟柱。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明的焦平面探测器铟柱等离子回流成球方法具体包括以下步骤：

S1：读出电路制备底层金属

用有机溶剂清洗读出电路芯片，清洗干净后进行光刻，待沉积出底层金属薄膜Ti/Pt/Au/Cr后通过剥离的方式制备出底层金属Ti/Pt/Au/Cr。

Au的表面增加一层Cr可以有效阻止Au与In形成合金。

S2：通过电阻加热蒸发铟膜，剥离方式制备铟柱

继续在有底层金属的读出电路芯片上光刻，利用电阻热蒸发的方法沉积3～5um铟膜，利用超声辅助剥离形成所需厚度的铟柱，最后涂胶保护，划片后待用。

S3：将制备好铟柱的读出电路放入等离子刻蚀设备中回流成球

将制备好铟柱的的读出电路芯片清洗干净后放入等离子刻蚀设备中，在高真空的状态下，通入Ar和H₂，调整射频功率、压强、温度、气体流量等刻蚀参数以获得均匀可靠的铟球

通入Ar：6sccm；H₂：25sccm。

等离子刻蚀设备的刻蚀参数为：射频功率为300W，压强3Pa，温度180℃，时间240S。

等离子刻蚀设备为感应耦合等离子刻蚀设备或反应离子刻蚀设备。

S4：取出已经做好回流成球的读出电路芯片进行倒装焊接

取出铟柱已回流成球的读出电路芯片，测试阵列铟球的高度和直径，高度和直径的均匀性满足倒装焊接要求的可进行倒装焊接。

图1是未回流的铟柱照片，图2是回流后的铟球照片，回流后的照片显示铟柱回流效果好，回流均匀，64×64焦平面探测器用该方法回流成球进行倒装焊接成像效果较好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。