用于红外焦平面器件低温底充胶固化温度的优化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及红外焦平面器件的可靠性，特别涉及影响器件性能及可靠性的低温底充胶，具体是指一种低温底充胶的固化温度的优化方法。
【背景技术】
[0002]第三代红外系统的发展对红外焦平面技术提出了新的挑战，需要其具备更大的焦平面规模和红外多光谱同时集成的探测能力。随着对焦平面性能要求的不断提高和焦平面器件规模的不断扩大，大面阵器件在经受多次的温度循环时，可靠性问题逐渐显现出来。大面阵红外焦平面器件主要由芯片、读出电路和引线基板组成，芯片和读出电路通过铟柱进行倒焊互连。当器件从室温下降到工作温度(约80K)时，器件芯片与读出电路之间较大的热应力会导致芯片与读出电路脱离而失效。因此在红外焦平面器件制备过程中，须在芯片和读出电路间填充环氧树脂胶进行固化，以提高焦平面器件的低温可靠性。
[0003]红外器件一般工作在液氮温度，而底充工艺在常温进行，填充的环氧树脂底充胶的热学力学参数与芯片和读出电路的参数相差很大，所以通过优化低温底充胶的固化温度，获得底充胶从工作温度到室温最优的力学性能与热学性能是提高红外焦平面器件的低温可靠性的关键。一般固化过程的力学分析采用通过流变仪来解决，而流变仪适合粘度低的液体，不适用固化过程中粘度值从低到高变化的红外器件所特用的低温环氧树脂底充胶，因此需要借助FTIR原位测试手段对固化过程进行分析。在力学性能评估方面，常温下的力学性能可以方便的通过常规仪器测试，而低温力学性能测试则少见报道。对低温下模量测试来说，常规设备不具有精确的降温与控温装置，并且低温底充胶的模量较低，需要测试设备具有较高的精度;而对低温热膨胀系数测试来说，一般设备适用于高模量物质的高温测试，低温测试除了需要控温以外，还需要对施加的应力和形变量进行精确控制(较小恒力，不能超出弹性形变区)，本文通过动态热机械性能分析仪完成了关键参数测定，帮助底充胶固化温度的优化配制。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种红外焦平面器件用低温底充胶固化温度的优化方法，通过优化低温底充胶的固化温度，获得底充胶从工作温度到室温最优的力学性能与热学性能，提高红外焦平面器件的低温可靠性。
[0005]按照本发明提供的技术方案，通过探索原位FTIR测试不同温度特定组分低温底充胶固化过程的成分、价键与基团结构演化，作为底充胶固化是否完成的判断标准;采用精确控温设备动态热机械性能分析仪(DMA8000)对固定尺寸完全固化的低温底充胶进行多温度下力学性能、低温热膨胀系数和玻璃态转变温度的测试研究；最后对不同温度固化的低温胶不断测试热、力学性能，确定最优固化温度，保证焦平面器件的可靠性。其中动态热机械性能测试，包括DMA(变温、动态测试)方式下的多种模式测量(压缩、拉伸)、DMA方式下数据的特殊处理方法(静态位移变化来观察热膨胀过程和测试热膨胀系数等)、TMA(变温、静态测试)方式下观察热膨胀过程和测试热膨胀系数以及不同温度下应力-应变模式测量模量和强度。
[0006]上述技术方案的底充胶的成分变化采用FTIR光谱原位测试，以避免常规方法多次取样造成样品质量与厚度带来的误差；采用不参与反应的苯环的环振动特征吸收带(1600cm—1附近)作为内标，观察象征开环缩聚反应的环氧特征吸收峰(900cm—1附近)峰位消失确定底充胶固化完全。固化过程中环氧基团峰位相对强度如图2所示，峰强变化快对应底充胶开环缩聚反应速率较快，随着反应的进行峰强的变化越趋缓慢，直至峰位逐渐消失，固化过程中化学反应基本完成。
[0007]对完全固化的底充胶，模拟底充胶由焦平面器件工作环境(液氮温度)到常温的复杂环境变化，利用动态热机械分析仪进行不同的形变模式测试对比。首先通过切割、打磨低温底充胶成固定尺寸。而后采用拉伸形变模式，对底充胶进行低温和常温恒温条件下的应力-应变测试，分析曲线弹性形变区的斜率，获得样品的弹性模量，还可从曲线中得到弹性区大小、屈服强度以及应变变化过程。对变温下的力学性能测量则需要考虑测试的静态力和动态力，样品所受合力不超过其弹性形变区。通过测试不同温度下(恒温)的应力-应变曲线来确定弹性形变区，再通过选择合适的静态力、动态力和频率等参数采用DMA模式测试变温下(-150°C-200°C)储能模量、损耗模量与损耗角的变化，获得变温条件下的模量参数，研究其在变温过程的相变选择，获得底充胶在玻璃态转变区(0_80°C)的玻璃态温度(Tg)。采用TMA模式恒力变温测试静态位移的变化，通过曲线拟合分析不同温度下的热膨胀系数。由此，即获得特定固化温度焦平面器件用底充胶在常温、低温、变温下的力学性能及底充胶的低温热膨胀系数。综合焦平面器件的可靠性需求，改变固化温度不断重复测试即可找到最优底充胶配制温度。
[0008]本发明的优点是:
[0009]I本发明所述的特殊低温底充胶固化温度的优化配制方法简单易控；
[0010]2本发明所述的采用原位FTIR测试底充胶固化过程的成分变化分析解决了不能利用旋转流变仪对底充胶从粘度低到粘度高甚至形成固体的固化过程分析的缺陷；
[0011]3本发明所述利用动态热机械分析仪不同的测试、形变模式测试底充胶的低温、常温模量，得到了其弹性区大小、屈服强度以及应力应变变化过程；
[0012]4本发明采用较小、恒定的静态力测试出底充胶变温过程及计算出低温热膨胀系数，克服了常规测试仅能测试常温热膨胀系数的不足，为底充胶改性奠定了基础，从而避免器件在多次高-低温冲击过程中的热失配问题。
【附图说明】
[0013]图1是低温底充胶固化温度的优化配制技术流程图；