СПОСОБ СБОРКИ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО МОДУЛЯ НА РАСТР Российский патент 2016 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к конструкции матричных полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения.

Известен способ изготовления матричного фотоприемника, описанный в патенте RU 2343590 C1, в котором утоньшенный фоточувствительный элемент, приклеенный криостойким клеем к толстой несущей подложке из кремния, гибридизировался холодной сваркой с помощью индиевых микроконтактов к кремниевой БИС считывания. Полученный фоточувствительный модуль приклеивался криостойким клеем на растр (типично из сапфира) обычным способом, как показано на фиг. 2. Фоточувствительный модуль с толстой кремниевой пластиной (2), гибридизированный с БИС считывания (1), приклеивался криостойким клеем к растру (3). При этом, для обеспечения растекания клея до толщины 3-5 мкм, необходимой для надежного соединения при охлаждении до температуры жидкого азота, осуществлялась нагрузка (более 1 кг/см²) через прозрачный толстый диск из сапфира (5) (толщиной 1 мм) посредством зондовой головки (4) (типично из латуни или нержавеющей стали) давящей в центр сапфирового диска (5). Достаточно толстый диск из сапфира требуется для более равномерного распределения нагрузки по площади фоточувствительного модуля при давлении точечного зонда в центр. Одновременно происходит фиксация фоточувствительного модуля относительно растра после подстройки ориентации фоточувствительного модуля относительно растра, которая проводится под инструментальным микроскопом по меткам совмещения, расположенным на растре (3) и БИС считывания (1). Такой способ сборки фоточувствительного модуля на растр допустим, так как давление осуществляется на толстую кремниевую подложку (толщиной более 300 мкм) и на индиевые микроконтакты, которые выдерживают гораздо большее давление при гибридизации фоточувствительного элемента и БИС считывания (более 15 кг/см²).

Однако такой способ сборки фоточувствительного модуля на растр недопустим в случае сборки фоточувствительного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент (как правило, до толщины 8-12 мкм из InSb), так как при такой толщине полупроводиковые ориентированные кристаллы становятся чрезвычайно хрупкими и ломкими даже при незначительном механическом воздействии. Такой способ изготовления матричного фотоприемника (варианты) описан в патенте RU 2460174 C1, а серийные характеристики исследованых МФПУ - в [1].

Задача предложенного изобретения заключается в создании технологичного и бездефектного способа сборки фоточувствительного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, на растр.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

На фиг. 1 показан рисунок, поясняющий способ сборки на растр фоточувствительного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент.

На фиг. 2 показан рисунок, поясняющий обычный способ сборки на растр фоточувствительного модуля, содержащего толстый фоточувствительный элемент.

На фиг. 3 показан рисунок, поясняющий способ сборки на растр фоточувствительного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, при помощи шести симметрично расположенных зондовых головок.

На фиг. 4 показана фотография, поясняющая способ сборки на растр фоточувствительного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, с помощью контактного устройства с фиксированным расположением зондов (УКФ), предназначенного для контроля кристаллов БИС считывания.

Технический результат достигается тем, что сборка (фиг. 1) фоточувствительного модуля (1), содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент (2) (типично до толщины 8-12 мкм из InSb), на растр (3) отличается тем, что приклейку криостойким клеем на растр фоточувствительного модуля осуществляют с помощью многоконтактной зондовой головки с симметричным расположением 2n (n=1, 2…) зондов (обычно из латуни или нержавеющей стали), которые находятся точно на контактных площадках БИС считывания, предназначенных для вывода сигналов посредством сварки (обычно золотых) выводов на растр. Поскольку давить на утоньшенный фоточувствительный элемент недопустимо, то остается периферийная область шириной обычно не более 500 мкм под действие прижима. Однако осуществлять давление по всей периферийной области небезопасно, так как в этой области находится схема БИС считывания, которую можно повредить. Поэтому нагрузку необходимо осуществлять на наиболее защищенные от повреждения области, которыми являются контактные площадки, предназначенные для тестирования БИС считывания и разварки на растр. На фиг. 1 показан способ сборки фоточувствительного модуля на растр при помощи двух симметрично расположенных зондов. Однако для более равномерного распределения давления на БИС считывания используют, например, конструкцию из шести симметрично расположенных зондов, как показано на фиг. 3. В общем случае нагрузку осуществляют с помощью многоконтактной зондовой головки с симметричным расположением 2n (n=1, 2…) зондов, где число зондов n ограничено размерами зондовых головок. При типичном количестве контактных площадок (~16 шт.) на одну сторону БИС считывания приклейку криостойким клеем фоточувствительного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, на растр в одном из способов осуществляют с помощью УКФ, предназначенного для контроля кристаллов БИС считывания. Такие контактные устройства хорошо известны и описаны в многочисленных патентах (см. ссылки, например, в патенте US 8410806 В2). Наиболее подходящими для сборки фоточувствительного модуля на растр из этих контактных устройств являются контактные устройства с фиксированным расположением зондов, которые выпускаются многочисленными фирмами [2-5]. Такие устройства используют достаточно жесткие зонды из вольфрама с давлением 0.06 г/мкм², что обеспечивает в среднем давление порядка 1 кг/см² при типичном количестве контактных площадок порядка 30 шт. на кристалл БИС считывания, что позволяет осуществлять нагрузку на фоточувствительный модуль с величиной, необходимой для уменьшения клеевого слоя до толщины 3-5 мкм, обеспечивающей прочное соединение криостойким клеем при охлаждении фоточувствительного модуля до рабочей температуры жидкого азота. Таким образом, предложенные способы сборки на растр фоточувствительного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, позволяют бездефектно и качественно проводить сборку фоточувствительного модуля на растр во время приклейки криостойким клеем.

Предлагаемый способ сборки фоточувствительного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, на растр был опробован на предприятии - изготовителе при создании экспериментальных и опытных образцов матричных фотоприемных устройств на основе антимонида индия. Однако предлагаемый способ сборки применим и к матричным фотоприемным устройствам на основе других полупроводниковых материалов.

Пример способа сборки фоточувствительного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, на растр показан на фиг. 1.

На растр из лейкосапфира диаметром 16,6 мм с разводкой из золотых дорожек и напылением с тыльной стороны молибдена наклеивался при помощи криостойкого клея марки «УК-1» матричный фоточувствительный элемент на основе антимонида индия, утоньшенный до толщины 12 мкм. Фоточувствительный элемент имел формат 640×512 с количеством элементов 327680 и шагом 15 мкм. В качестве прижима при приклейке использовалось симметричное двухзондовое приспособление. Метки совмещения, расположенные на растре и на БИС считывания, использовались для их совместной ориентации, которая проводилась под инструментальным микроскопом типа МИ ИМЦ 100×50. Благодаря двум зондам из латуни технологично и бездефектно осуществлялась нагрузка величиной ~1 кг на фоточувствительный модуль для уменьшения толщины клеевого слоя до 3-5 мкм, обеспечивающей прочное соединение при охлаждении фоточувствительного модуля до рабочей температуры жидкого азота.

Литература

1. Болтарь К.О., Власов П.В., Лопухин Α.Α., Полунеев В.В., Рябова А.А. Характеристики серийных матричных фотоприемных устройств на основе антимонида индия формата 320×256. Успехи прикладной физики, 2013, №6, том 1, с. 733-738.

2. Автомат зондового контроля ЭМ-6290 компании ПЛАНАР-СО, ОАО, Минск (Беларусь).

http://planar-so.all.biz/m/avtomat-zondovogo-kontrolya-em-6290-g176176

3. Устройство контактное с фиксированным расположением зондов - УКФ, КБТЭМ-СО, УП, Минск (Беларусь).

http://belarus.oborudunion.ru/companv.php?comp=2461065

4. Устройства для зондового контроля полупроводниковых приборов, НП ООО СПЕКТРИН, Минская область, г. Держинск (Беларусь).

http://www.spektrin.com/ru/about/

5. Устройства контактные с фиксированной топологией зондов УКФ, УП «Аранэй», Минская область, Минский район, район деревни Боровая 1 (Беларусь).

http://araney.com/ru/production/probe_cards/

Изобретение относится к конструкции матричных полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения. Сборка фоточувствительного модуля на растр заключается в том, что приклейку криостойким клеем фоточувствительного модуля осуществляют с помощью многоконтактной зондовой головки с симметричным расположением 2n (n=1, 2…) зондов (обычно из нержавеющей стали), которые находятся точно на контактных площадках БИС считывания, предназначенных для вывода сигналов посредством сварки (обычно золотых) выводов на растр. Поскольку давить на утоньшенный фоточувствительный элемент недопустимо, а осуществлять давление по всей периферийной области небезопасно, так как в этой области находится схема БИС считывания, которую можно повредить, то нагрузку необходимо осуществлять на наиболее защищенные от повреждения области, которыми являются контактные площадки, предназначенные для тестирования БИС считывания и сварки выводов на растр. При типичном количестве контактных площадок (~30 шт.) на БИС считывания приклейку криостойким клеем фоточувствительного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, на растр осуществляют с помощью штатного контактного устройства с фиксированным расположением зондов (типично из вольфрама), предназначенного для контроля кристаллов БИС считывания, которое позволяет осуществлять равномерную нагрузку на фоточувствительный модуль с величиной, необходимой для уменьшения клеевого слоя до толщины 3-5 мкм, обеспечивающей прочное соединение криостойким клеем при охлаждении до рабочей температуры жидкого азота. Изобретение позволяет бездефектно и качественно проводить сборку фоточувствительного модуля на растр во время приклейки криостойким клеем. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ сборки фоточувствительного модуля на растр, заключающийся в том, что наносят криостойкий клей на тыльную поверхность фоточувствительного модуля и на растр, ориентируют фоточувствительный модуль относительно растра, прижимают фоточувствительный модуль к растру, отличающийся тем, что приклеивают фоточувствительный модуль криостойким клеем на растр с помощью многоконтактной зондовой головки с симметричным расположением 2n (n=1,2…) зондов, расположенных точно на контактных площадках БИС считывания, предназначенных для вывода сигналов посредством сварки выводов на растр.

2. Способ сборки фоточувствительного модуля на растр по п. 1, отличающийся тем, что с целью увеличения надежности приклейки равномерное прижатие фоточувствительного модуля к растру осуществляют с помощью штатной многоконтактной зондовой головки с фиксированным расположением зондов, предназначенной для контроля кристаллов БИС считывания.