专利名称：一种用于红外焦平面探测器背减薄的限位模具的制作方法
技术领域：
—种用于红外焦平面探测器背减薄的限位模具技术领域[0001]本专利涉及红外焦平面探测器制造领域，特别涉及红外焦平面探测器器件制备工艺，具体是指在器件背减薄工艺中采用的一种限位模具。
背景技术：
[0002] 红外焦平面探测器由芯片(红外光敏元)、读出电路和宝石基板倒焊互联而成。对焦平面探测器进行背减薄是为了获得在偏差范围内与光学系统相匹配的芯片厚度及光学表面，降低芯片光敏元受到的内应力，提高器件的低温可靠性，同时还可以提高背照式碲镉汞红外焦平面探测器的背面透过率。因此，焦平面探测器背减薄工艺是影响器件性能、响应率以及可靠性的关键基础工艺技术。随着集成化、多色化焦平面器件的要求，目前大规模器件一般由几个甚至几十个焦平面探测器作为模块进行无缝拼接而成。而在拼接时，系统要求各个焦平面模块的光敏元芯片处于同一焦面，对芯片的厚度一致性及均匀性进行精确控制，这就要求在焦平面模块背减薄抛光时有着很好的控制性和重复性。[0003]现有的焦平面模块背减薄工艺为了防止裸露在外的探测器各部分受到损伤、芯片边缘出现塌边以及获得系统的需求厚度，采用的是在器件四周有高低起伏的地方依次累加同器件种类的材料、相近厚度的多层陪片进行加工。其具体加工过程如下首先选择不同材料的陪片，读出电路和宝石基板采用Si片为陪片，芯片采用同芯片种类的材料为陪片；其次采用减薄、切割的方法使陪片厚度和陪片规格分别与探测器各部分厚度、规格相匹配。然后利用石蜡将下层Si基陪片、中层Si基陪片及上层芯片共12片分批融蜡凝蜡，三层叠加的方法进行保护。[0004]采用上述方法存在诸多不足一是无法保证每个、每批次焦平面模块芯片厚度的一致性和均匀性；二是模块背减薄后芯片保留厚度不能精确控制在偏差范围内；三是需累积多层贴多片陪片，每层陪片贴好固定后再次融蜡时容易造成陪片层间移动使操作复杂而不可控；最后，前期陪片准备工作及后期中、下层陪片清洗量大，工作效率低下。发明内容[0005]基于上述方法进行焦平面模块背减薄存在的诸多问题，本专利的目的是提供一种红外焦平面探测器背减薄厚度控制方法，公开了一种用于红外焦平面探测器背减薄的限位模具。[0006]本专利限位模具结构如图1所示，它由限位模具的左半部分a和限位模具的右半部分b组成，其中所述的限位模具的左半部分a由下层宝石片的左半部分I和上层宝石片左半部分3通过DW3低温胶粘结后固化而成，限位模具的右半部分b由下层宝石片的左半部分2和上层宝石片右半部分4通过DW3低温胶粘结后固化而成；所述的下层宝石片的左半部分I和下层宝石片的右半部分2的厚度与被加工的探测器宝石基板底座厚度相同，两者合在一起构成一矩形，其外形尺寸大于被加工的探测器宝石基板底座尺寸l_2cm，在中央有一矩形孔，孔的尺寸与被加工的探测器宝石基板底座尺寸相同；所述的上层宝石片的左半部分3和上层宝石片右半部分4的厚度为被加工的探测器宝石基板底座上的读出电路的厚度加实际需预留的芯片厚度几十微米，两者合在一起构成一同样大小的矩形，在中间有一矩形孔，其位置及大小与被加工的探测器宝石基板底座上的读出电路相同，当限位模具的左半部分a和限位模具的右半部分b合在一起时，被加工的探测器刚好可嵌入限位模具中间的矩形孔中。[0007]限位模具的使用方法如下将所需背减薄的焦平面探测器用石蜡固定在背减薄用玻璃衬底中央，并将对应的两半三角形状限位模具从探测器两对角卡入，整体放在加热炉上，并在模具四周融蜡，用专用镊子小心压匀。将玻璃衬底取下放在操作平台，冷却，等蜡凝固再擦拭四周多余的固体蜡，即得到用限位模具保护好可进行背减薄抛光的焦平面模块。 图2是石蜡粘贴好带有限位模具的焦平面模块剖面示意图。[0008]本专利所述的限位模具制备的步骤具体如下[0009]1.选择尺寸大于探测器宝石基板尺寸(l_2cm为宜)、硬度远大于芯片衬底材料硬度的白宝石矩形片两片。其中将厚度等于焦平面探测器宝石基板厚度的白宝石片作为下层，厚度为读出电路厚度加实际需预留的芯片厚度(几十微米)的白宝石片作为上层。[0010]2.采用激光切割的方式，在下层矩形白宝石片中心开矩形孔，其大小与焦平面探测器宝石基板底座面积相同；根据探测器读出电路与宝石基板的相对位置，以下层矩形孔为基准，将上层白宝石片开矩形孔，其尺寸与探测器读出电路尺寸一致。[0011]3.采用Disco切割将开有矩形孔的上、下两层白宝石片分别沿各自矩形孔对角线一切为二。[0012]4.将设计好的4片三角形状白宝石片用铬酸浸泡，分别用三氯乙烯、乙醚、丙酮、 无水乙醇超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，氮气吹干。[0013]5.将清洗干净的4片三角形状白宝石片按上、下层矩形孔位置两两组合，分别采用上海合成树脂研究所生产的DW3低温液体胶在光学显微镜下粘结，经过特殊的变温过程进行固化，即在35°C、60°C环境下要求恒温24小时，48 72小时。即获得用于焦平面模块背减薄抛光的限位模具。[0014]本专利的优点是[0015]1.本专利所述的限位模具解决了现有方法探测器背减薄厚度的不可控性，考虑了芯片预留厚度、同等磨抛条件对不同材料的磨抛效果，达到了限位的作用。保证了不同批次的背减薄抛光焦平面模块中芯片厚度的一致性和均匀性，在红外成像时可根据设计的光路系统处于同一焦平面，达到共焦的目的；[0016]2.本专利所述厚度控制方法简化了操作过程，避免了现有贴陪片背减薄工艺中多次融蜡凝蜡进行多层累积贴陪片的操作不可控性；[0017]3.本专利所说 限位模具原料简单易得，制作方便，可重复利用、稳定性高，具有广泛的适用性。[0018]4.前期准备工作及后期陪片清洗工作量大大减少，提高了工作效率，节约了劳动力。
[0019]图1是限位模具结构示意图；[0020]图中，Ca)是限位模具的左半部分；[0021](b)是限位模具的右半部分；[0022]其中，(I)是下层宝石片的左半部分；[0023](2)是下层宝石片右半部分；[0024](3)是上层宝石片左半部分；[0025](4)是下层宝石片右半部分。[0026]图2是石蜡粘贴好带有限位模具的焦平面模块剖面示意图。[0027]图3是实施例32x4焦平面模块限位模具的组成部分，其中图(a)为下层宝石片的左半部分结构图，图(b)为下层宝石片的右半部分结构图，图(c)为上层宝石片的左半部分结构图，图(d)为上层宝石片的左半部分结构图。
具体实施方式
下面以光敏元阵列为32x4的碲镉汞红外焦平面器件为实例对本专利的实施方式进行详细说明[0029]本实例中的32x4的碲镉汞红外焦平面器件上层芯片为GaAs衬底材料，中间层读出电路为Si基材料，基板材料为宝石片。其中衬底GaAs厚度为350 μ m，中间电路厚度为 450 μ m,下层宝石基板厚度为330 μ m。根据项目要求最后芯片预留厚度为20 μ m。[0030]采用本专利所述的红外焦平面探测器背减薄厚度控制方法，根据32x4焦平面模块的具体规格制备相应的限位模具。[0031]首先，选择厚度适中、尺寸合适的矩形白宝石片两片。选择厚度为330μπι的矩形白宝石片作为模具的下层、厚度为470 μ m的矩形白宝石片作为模具上层。焦平面器件宝石基板底座的面积为9. 0x7. 3mm2, Si基读出电路底座的面积为6. 6x5. 2mm2，选择两块矩形白宝石片尺寸为20. 2x16. 3mm2。[0032]其次，确定激光切割中心矩形孔的尺寸。根据实例中焦平面器件Si基读出电路和宝石基板的底座面积，采用激光切割将限位模具上、下两层白宝石片进行中心开矩形孔，上层孔大小为Si基读出电路面积即6. 6x5. 2mm2、下层孔尺寸为宝石基板底座面积 9. 0x7. 3mm2。[0033]采用Disco切割方式，分别沿两片白宝石片中心矩形孔对角线一切为二。其中 Disco切割硬刀刀片缝宽为200 μ m。图3是32x4焦平面模块限位模具的组成部分。其中 (a)、(b)分别是模具下层白宝石片Disco切割的两部分，(C)、Cd)分别是模具上层白宝石片Disco切割的两部分。[0034]最后，制作红外焦平面模块背减薄用限位模具。将设计好的白宝石片(a)、(b)(c)、 (d)用铬酸浸泡4h，依次用三氯乙烯、乙醚、丙酮、无水乙醇超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，氮气吹干。将宝石片(a)、(c)和(b)、(d)组合，利用预先配制好的DW3低温液体胶将在光学显微镜下粘结、固化。擦拭干净边缘挤出的液体低温胶，将其整体依次放入35°C、 60°C恒温箱烘烤24小时，48 72小时。即获得焦平面模块背减薄限位模具，其结构示意图如图1所示。[0035]将需要进行背减薄抛光的32x4焦平面模块放在减薄抛光玻璃衬底中央，四周放入少量固体蜡加热至蜡融化；然后将图1所示的两半三角形形状限位模具，从两侧面卡入，用专用镊子小心压匀。将整体取下放入操作平台，冷却，等蜡凝固再擦拭四周多余的固体蜡，得到用限位模具保护好可进行背减薄抛光的焦平面模块，如图2所示。[0036]将背减薄抛光好的32x4焦平面模块进行厚度测试及边缘形貌表征。芯片边缘没有出现明显的塌边现象；通过光学显微镜测试其厚度均匀性好，跟实际需要预留的厚度一致；而且整个过程操作简单，可控性强；由于宝石片硬度较GaAs大很多，芯片磨抛条件对模具几乎没有作用，取片后该限位模具可重复利用。这说明采用本专利的厚度控制方法进行焦平面模块背减薄有效易行，方法中采用的限`位模具合理，能解决现有贴陪片法进行模块背减薄抛光存在的诸多问题。
权利要求1.一种用于红外焦平面探测器背减薄的限位模具，它由限位模具的左半部分(a)和限位模具的右半部分(b)组成，其特征在于所述的限位模具的左半部分(a)由下层宝石片的左半部分(I)和上层宝石片左半部分(3)通过DW3低温胶粘结后固化而成，限位模具的右半部分(b)由下层宝石片的左半部分(2)和上层宝石片右半部分(4)通过DW3低温胶粘结后固化而成；所述的下层宝石片的左半部分(I)和下层宝石片的右半部分(2)的厚度与被加工的探测器宝石基板底座厚度相同，两者合在一起构成一矩形，其外形尺寸大于被加工的探测器宝石基板底座尺寸l-2cm，在中央有一矩形孔，孔的尺寸与被加工的探测器宝石基板底座尺寸相同；所述的上层宝石片的左半部分(3)和上层宝石片右半部分(4)的厚度为被加工的探测器宝石基板底座上的读出电路的厚度加实际需预留的芯片厚度，两者合在一起构成一同样大小的矩形，在中间有一矩形孔，其位置及大小与被加工的探测器宝石基板底座上的读出电路相同，当限位模具的左半部分(a)和限位模具的右半部分(b)合在一起时， 被加工的探测器刚好可嵌入限位模具中间的矩形孔中。
专利摘要本实用新型公开了一种用于红外焦平面探测器背减薄的限位模具。该限位模具特殊的限位设计能精确控制探测器芯片厚度的一致性和均匀性；模具主材为硬度非常大的两块白宝石片，探测器芯片背减薄磨抛条件对其几乎不起作用；根据探测器的特征尺寸将两块白宝石片利用激光进行中心开矩形孔并用Disco切割沿矩形孔对角线将其一分为二；再用特殊的DW3低温胶将两层粘结固化而成。本实用新型设计的限位模具原料简单易得；具备精准的厚度控制性；工艺过程可控，操作流程少；模具可重复利用，具有广泛的适用性。
文档编号H01L31/18GK202888217SQ201220542719
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者钟艳红, 廖清君, 曹菊英, 王建新, 吴廷琪, 俞君, 吴云, 杨勇斌, 何高胤 申请人:中国科学院上海技术物理研究所