СПОСОБ СБОРКИ ФОТОПРИЕМНИКОВ НА ОСНОВЕ СЕРНИСТОГО СВИНЦА С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА ПОЛИМЕРНОЙ ГЕРМЕТИЗАЦИИ Российский патент 2007 года по МПК H01L21/98 

Изобретение относится к технологии изготовления фотоприемников и фотоприемных устройств на основе полупроводниковых соединений из поликристаллического сульфида свинца с разным числом элементов (от одного до 256), в корпусном и бескорпусном исполнении, охлаждаемых и неохлаждаемых и предназначенных для оптико-электронной аппаратуры специального назначения и гражданского применения (контроль технологических процессов в промышленности, использование в медицинском приборостроении и теплопеленгационной аппаратуре для обнаружения очагов пожаров и теплоизлучения ракет из космоса).

Изобретение предназначено для технологической защиты фоточувствительных слоев элементов в период сборки фотоприемников в металлостеклянном корпусе и обеспечения надежной работы фотоприемников в бескорпусном исполнении.

Изобретение также используется для фотоприемников на основе других полупроводниковых соединений (CdHgTe, InSb и InSn) для технологической защиты фоточувствительных элементов, а также способа сборки сернистосвинцовых фотоприемников иммерсионного типа, где одновременно с герметизацией фоточувствительного слоя требуется приклейка иммерсионных линз из различных материалов (германия, стекла ТФ-5 и др.) непосредственно на его поверхность фоточувствительного слоя и в приемниках инфракрасного излучения (ИК-излучения) с узкой полосой поглощения для приклейки диафрагм.

Герметизация фоточувствительных элементов рассматриваемого типа фотоприемников необходима в процессе их сборки, поскольку фоточувствительные слои из сернистого свинца весьма чувствительны ко всякого рода химическим и механическим воздействиям.

Известен способ технологической защиты фоточувствительных элементов фотоприемников на основе халькогенидов, включающий нанесение неорганического защитного покрытия на фоточувствительный элемент и последующую сборку на поверхности фоточувствительных элементов оптических деталей, который принят в качестве прототипа, где в качестве защитных покрытий применяются напыленные в вакууме пленки из неорганических соединений As₂ S₃ (Фотопроводящие свойства химически осажденного сульфида свинца с диэлектрическими покрытиями. J.Apply Phisic. Vol.48.8, 1971. G.H.Blount, M.K.Prite ).

Однако этот способ применим для улучшения фотоэлектрических параметров сернистосвинцовых фотоприемников, поскольку защитное покрытие представляет собой тонкую пленку (0,3-0,4 мкм) и обеспечивает только кратковременную защиту фоточувствительного слоя в период технологической сборки, а для работы фотоприемников в условиях эксплуатации требуется заключение его в герметичный металлостеклянный корпус.

Задачей изобретения являлось создание метода герметизации фоточувствительных слоев сернисто-свинцовых фотоприемников, который не оказывал бы отрицательного влияния на фотоэлектрические параметры герметизированных элементов в период технологического цикла сборки и обеспечивал надежную их защиту в тех случаях, когда по габаритным требованиям возможно было изготовление фотоприемника только в бескорпусном исполнении.

Поставленная задача достигается тем, что в способе сборки фотоприемников на основе сульфида свинца, включающем нанесение на фоточувствительный элемент неорганического защитного покрытия, последующую сборку на поверхности фоточувствительных элементов оптических деталей, после нанесения защитного покрытия производят герметизацию фоточувствительного элемента нанесением на его поверхность полимерных клеев-герметиков на основе полиорганосилоксануретанов с последующей приклейкой оптических деталей, при этом для одноэлементных фотоприемников и эксплуатации их при температурах от +50°С до -60°С используют клей-герметик

а при сборке многоэлементных фотоприемников с числом элементов от 64 до 256 и эксплуатации при температурах от +50°С до -196°С наносят клей-герметик

Герметизирующее покрытие на основе полиорганосилоксареутанов позволяет перекрывать фоточувствительную рабочую площадку и выполняет функцию клеев-герметиков.

Поскольку очень тонкая пленка неорганического защитного покрытия не обеспечивала защиту фоточувствительного слоя от вредных органических веществ, потребовался подбор инертных по отношению к сульфиду свинца органических соединений, составляющих основу полимерного клея.

С целью подбора необходимых полимерных клеев был сформулирован комплекс требований к полимерному соединению, составляющему основу клея, и разработана методика проверки соответствия его требованиям, предъявляемым к сернисто-свинцовым фоторезисторам. В результате исследования более 100 различных полимерных материалов на основе почти всех известных классов органических соединений (кремнийорганических, эпоксидных, полиэтилена, фторопласта, эфиракрилатов, полиуретанов и др.) был выбран класс соединений, представляющий комбинацию кремнийорганики и полиуретанов, так называемый класс полиорганосилоксануретанов.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности сборки при использовании материалов, обладающих инертностью к фоточувствительным слоям из сульфида свинца, адгезией к материалам конструкции фотоприемников, влагостойкостью, оптической прозрачностью, механической прочностью, требуемой термо- и морозостойкостью.

Для достижения указанного технического результата используют материалы, которые представляют собой 2-х компонентные системы из гидроксилсодержащих соединений (кремнийорганических спиртов) и различных типов изоцианатов (толуилендиизоцианата, гексафтордиизоцианата), готовящихся непосредственно перед применением в соответствующем стехиометрическом соотношении.

Такие клеевые композиции на основе триола и толуилендиизоцианата и диола с гексафтордиизоцианатом получили название соответственно клеи-герметики марок УК-1 и УК-2.

Свойства этих материалов представлены в таблице.

Образование клея-герметика УК-1 происходит при взаимодействии трехатомного кремнийорганического спирта (ТСФ-1) и толулендиизоцината (102-Т) при стехиометрическом соотношении:

1 в.ч. ТСФ - 1-1,5. 171.х/3.17.100 в.ч. 102-Т, где

х - весовой процент гидроксильных групп в ТСФ-1;

171 - молекулярный вес 102-Т;

17 - молекулярный вес групп ОН;

Образование колея - герметика УК-2 идет при взаимодействии 2-х атомного олигомерного диола (ОКД-1) и гексафтордиизоцианата (ГФДИ), взятых в соотношении:

1 в.ч. ОКД - 1-386.x.2.17.100 в.ч. ГФДИ, где:

386 - молекулярный вес ГФДИ;

17 молекулярный вес групп ОН;

Клеи-герметики УК-1 и УК-2, применяемые в заявляемом способе сборки, используются как клеи для герметизации в процессе сборки, поскольку после вакуумирования представляют собой прозрачную клеевую массу с жизнеспособностью 1,5-2 часа, на которую производят приклейку оптических деталей на поверхность фоточувствительных элементов фотоприемников, причем приклейка производится в удобном технологическом режиме.

Режим отверждения клеев подбирался в пределах, соответствующих рабочим температурам фотоприемника, и составлял:

при температуре +20°С от 24 до 48 часов и при температуре от +50°С от 16 до 18 часов соответственно для клеев-герметиков УК-1 и УК-2.

Выбор того или иного клея-герметика определялся конструктивными особенностями фотоприемников, в частности размером рабочей поверхности фоточувствительного элемента и условиями эксплуатации готового изделия. Клей марки УК-1 применялся в основном при сборке одноэлементных фотоприемников с рабочей площадкой фоточувствительного слоя от 200×200 до 1700×1700 мкм и эксплуатации их как в корпусном, так и в бескорпусном исполнении при температурах от +50°С до -60°С. Клей марки УК-2 предназначался для сборки многоэлементных фотоприемников с числом фоточувствительных площадок от 64 до 256 (размер площадок 40-100 мкм²), выполненных в металлостеклянном корпусе и работающих при температурах от +50°С до -196°С.

Надежность предложенного способа герметизации подтверждалась сохранностью фотоэлектрических параметров одноэлементных сернистосвинцовых фотоприемников (темнового сопротивления R_T, вольтовой чувствительности S_u и пороговой чувствительности Ф_П) в бескорпусном исполнении при длительном хранении и в различных условиях эксплуатации (см. чертеж).

Предложенный способ герметизации может также применятся для технологической защиты фоточувствительных слоев в одноэлементных и многоэлементных (до 256 и больше) фотоприемниках на основе сульфида свинца охлаждаемого и неохлаждаемого типа в герметичном исполнении; для приклейки иммерсионных линз в приемниках иммерсионного типа и для приклейки специальных диафрагм в приемниках узкого диапазона ИК-спектра (2,35-2,45 мкм) с одновременной герметизацией фоточувствительного слоя.

Заявляемый способ обладает определенными технологическими преимуществами перед известным и является на сегодня единственным позволяющим сохранять фотоэлектрические параметры фоточувствительных элементов не только в период технологической сборки, но и при эксплуатации изделий, выполненных в корпусном и бескорпусном варианте, в условиях климатических воздействий.

Заявляемый способ сборки внедрен в промышленную технологию изготовления одно- и многоэлементных фотоприемников на основе сульфида свинца на заводах оптикомеханической отрасли.

ТаблицаП/ННаименование характеристик.Марки клеев-герметиков  Ед. измерУк-1Ук-2123451СоставКомпонентыТриол (ТСФ)-1 ТолуилендиизоцианатДиол (ОКД)-1 Гексафтордиизоцианат2Внешний вид Твердая прозрачная массаЭластичная масса3Жизнеспособностьчасы1,5-22-2,54  1)20°-241)20°-48 Режим°С, часы2)50°-162)50°-24 отверждения 3)100°-13)100°-3     5Усадка%2,546Диапазон рабочих температур.°С-196÷+100-196÷+1007Коэффициент преломления 1,51-1,521,45-1,58Прочность при равномерном отрыве (в склейке кварц-кварц)Мпа759ρvОм. см2,3·10¹⁵8·10¹⁴ ρs 8,1·10¹²4,8·10¹²10Коэффициент пропускания в ИК-спектре 0,4÷5,0 мкм%80-9080-90

Изобретение относится к технологии изготовления фотоприемников ИК-излучения на основе химически осажденного сульфида свинца с различным числом фоточувствительных элементов. Сущность изобретения: в способе сборки фотоприемников на основе сульфида свинца с применением метода полимерной герметизации, включающем нанесение на фоточувствительный элемент неорганического защитного покрытия и последующую сборку на поверхности фоточувствительных элементов оптических деталей, после нанесения защитного покрытия производят герметизацию фоточувствительного элемента нанесением на его поверхность полимерных клеев-герметиков на основе полиорганосилоксануретанов с последующей приклейкой оптических деталей. Для одноэлементных фотоприемников и эксплуатации их при температурах от +50°С до -60°С и для многоэлементных фотоприемников с числом элементов от 64 до 256 и эксплуатации при температурах от +50°С до -196°С наносят различный клей-герметик. Использование изобретения не оказывает отрицательного влияния на фотоэлектрические параметры герметизированных элементов в период технологического цикла сборки и обеспечивает надежную их защиту при всех условиях эксплуатации даже в бескорпусном исполнении. 1 ил.

Способ сборки фотоприемников на основе сульфида свинца с применением метода полимерной герметизации, включающий нанесение на фоточувствительный элемент неорганического защитного покрытия, последующую сборку на поверхности фоточувствительных элементов оптических деталей, отличающийся тем, что после нанесения защитного покрытия производят герметизацию фоточувствительного элемента нанесением на его поверхность полимерных клеев - герметиков на основе полиорганосилоксануретанов с последующей приклейкой оптических деталей, причем для одноэлементных фотоприемников и эксплуатации их при температурах от +50 до -60°С наносят клей - герметик

а для многоэлементных фотоприемников с числом элементов от 64 до 256 и эксплуатации при температурах от +50 до -196°С наносят клей - герметик