СПОСОБ СБОРКИ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОГО МОДУЛЯ НА ДЕРЖАТЕЛЬ Российский патент 2016 года по МПК H01L31/00 

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, гибридизируется холодной сваркой с помощью индиевых микроконтактов к кремниевой БИС считывания. После приклейки и сварки выводов БИС считывания на растр полученный матричный модуль приклеивался криостойким клеем на держатель обычным способом, как показано на фиг. 2. Матричный модуль с толстой кремниевой пластиной (1), установленный на растр (2), приклеивался криостойким клеем к держателю (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 (11) (толщиной 1 мм) посредством зондовой головки (8), давящей в центр сапфирового диска (11). Достаточно толстый диск из сапфира требуется для более равномерного распределения нагрузки по площади матричного модуля при давлении точечного зонда в центр. Одновременно при визуальном контроле под инструментальным микроскопом производится подстройка ориентации матричного модуля относительно держателя по меткам совмещения, расположенным на растре (2) и держателе (3). Такой способ сборки матричного модуля на держатель допустим, так как давление осуществляется на толстую кремниевую подложку (толщиной не менее 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 матричного модуля на держатель недопустим в случае сборки матричного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент (обычно 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 [Болтарь К.О., Власов П.В., Лопухин А.А., Полунеев В.В., Рябова А.А. Характеристики серийных матричных фотоприемных устройств на основе антимонида индия формата 320×256. Успехи прикладной физики №6, 2013, том 1, с. 733-738].

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

Сущность изобретения поясняется фигурами.

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

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

На фиг. 3 показана фотография приспособления для сборки матричного модуля на держатель типа «насадка», изготовленного из ковара.

На фиг. 4 показана фотография приспособления для сборки матричного модуля на держатель типа «насадка», надетого на матричный модуль (вид с тыльной стороны).

На фиг. 5 показана фотография, поясняющая способ сборки на держатель матричного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент.

Технический результат достигается тем, что сборка (фиг. 1) матричного модуля (1) на держатель (3) состоит в том, что приклейку криостойким клеем на держатель матричного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент (как правило до толщины 8-12 мкм из InSb) и растр (2), осуществляют с помощью приспособления типа «насадка» (4) в виде цилиндрического колпака, плотно надеваемого на растр с помощью выступов (10) на окружности основания и содержащего четыре выреза (6) под метки совмещения (9), расположенные под углом 90° по отношению соседних меток друг к другу, предназначенных для ориентации матричного модуля относительно держателя с помощью инструментального микроскопа, кроме этого, содержащего дополнительно четыре выреза по углам фоточувствительного элемента, предназначенных для бездефектного надевания «насадки» на растр, а также содержащего в центре верха колпака метку для ориентации (7) (отверстия) и коническое углубление (5) для прижима с помощью зондовой головки (8) и возможности поворота «насадки» для совмещения меток, расположенных на растре и держателе. Благодаря «насадке», надеваемой на растр с плотной посадкой, можно удобно и бездефектно манипулировать матричным модулем, содержащим утоньшенный фоточувствительный элемент, во время приклейки криостойким клеем модуля матричного на держатель и осуществлять нагрузку на модуль матричный с величиной, необходимой для уменьшения клеевого слоя до толщины 3-5 мкм (более 1 кг/см²), обеспечивающей прочное соединение криостойким клеем при охлаждении модуля матричного до рабочей температуры жидкого азота. Приспособление типа «насадка» в виде цилиндрического колпака должно быть согласовано с растром по температурному коэффициенту линейного расширения, так как для ускорения полимеризации клея применяется нагрев, который может приводить к напряжению растра, его изгибу и, следовательно, неравномерному прижиму растра к держателю. Таким образом, приспособление типа «насадка» оптимально изготовить из ковара в случае использования растра, изготовленного из сапфира, и из инвара в случае растра, изготовленного из кремния или керамики.

Способ сборки на держатель матричного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, позволяет бездефектно проводить сборку и точно ориентировать матричный модуль относительно держателя во время приклейки криостойким клеем.

Предлагаемый способ сборки матричного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, на держатель 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 матричного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, на держатель

На держатель высотой 47 мм и диаметром пьедестала 15 мм наклеивался при помощи криостойкого клея марки «УК-1» растр из лейкосапфира диаметром 16,6 мм с разводкой из золотых дорожек и напылением с тыльной стороны молибдена, на котором был наклеен матричный фоточувствительный элемент на основе антимонида индия, утоньшенный до толщины 15 мкм с количеством элементов 81920, с помощью приспособления типа «насадка» из ковара. Метки совмещения, расположенные на растре под 90° по отношению соседних меток друг к другу, использовались для ориентации матричного модуля относительно разметочных рисок на пьедестале держателя при визуальном контроле под инструментальным микроскопом МИ ИМЦ 100×50, тип А. Благодаря «насадке», надеваемой на растр с плотной посадкой, удобно и бездефектно осуществлялась нагрузка величиной 1 кг на матричный модуль для уменьшения клеевого слоя до толщины 3-5 мкм, обеспечивающей прочное соединение криостойким клеем при охлаждении матричного модуля до рабочей температуры жидкого азота.

Использование: для создания многоэлементных фотоприемников. Сущность изобретения заключается в том, что способ сборки матричного модуля на держатель содержит стадии нанесения криостойкого клея на тыльную поверхность растра матричного модуля и на держатель, ориентации матричного модуля относительно держателя, прижима матричного модуля к держателю, приклеивают матричный модуль на держатель с помощью приспособления типа «насадка» в виде цилиндрического колпака, плотно надеваемого на растр с помощью выступов на окружности основания и содержащего четыре выреза под метки совмещения, расположенные под углом 90° по отношению соседних меток друг к другу, предназначенных для ориентации матричного модуля относительно держателя с помощью инструментального микроскопа, кроме этого, содержащего дополнительно четыре выреза по углам фоточувствительного элемента, предназначенные для бездефектного надевания «насадки» на растр, а также содержащего в центре верха колпака метку в виде отверстия для ориентации и коническое углубление для прижима с помощью зондовой головки и возможности поворота «насадки» для совмещения меток, расположенных на растре и держателе. Технический результат: обеспечение возможности бездефектного способа сборки матричного модуля. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ сборки матричного модуля на держатель, состоящий в том, что наносят криостойкий клей на тыльную поверхность растра матричного модуля и на держатель, ориентируют матричный модуль относительно держателя, прижимают матричный модуль к держателю, отличающийся тем, что приклеивают матричный модуль на держатель криостойким клеем с помощью приспособления типа «насадка» в виде цилиндрического колпака, плотно надеваемого на растр с помощью выступов на окружности основания и содержащего четыре выреза под метки совмещения, расположенные под углом 90° по отношению соседних меток друг к другу, предназначенных для ориентации матричного модуля относительно держателя с помощью инструментального микроскопа, кроме этого, содержащего дополнительно четыре выреза по углам фоточувствительного элемента, предназначенные для бездефектного надевания «насадки» на растр, а также содержащего в центре верха колпака метку в виде отверстия для ориентации и коническое углубление для прижима с помощью зондовой головки и возможности поворота «насадки» для совмещения меток, расположенных на растре и держателе.

2. Способ сборки матричного модуля на держатель по п. 1, отличающийся тем, что приспособление типа «насадка» в виде цилиндрического колпака изготавливают из материала с близким к материалу растра коэффициентом линейного температурного расширения.

3. Способ сборки матричного модуля на держатель по п. 2, отличающийся тем, что приспособление типа «насадка» в виде цилиндрического колпака в одном применении изготавливают из ковара, в случае использования растра, изготовленного из сапфира, в другом применении изготавливают из инвара, в случае использования растра, изготовленного из кремния или керамики.