МОЗАИЧНЫЙ ФОТОПРИЕМНИК С ПРЕДЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ: КОНСТРУКЦИИ И СПОСОБЫ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2020 года по МПК H01L27/146 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к оптоэлектронике, нано- и микроэлектронике и может быть использовано для создания мультиспектральных мозаичных фотоприемников (МФП) сверхвысокой размерности (широкоформатных, панорамных и т.п.), состоящих из заданной комбинации гибридных или монолитных фотоприемных субмодулей, например из неохлаждаемых матричных микроболометрических приемников (ММБП) излучения как инфракрасного (ИК), так и терагерцового (ТГц) диапазонов. Изобретение может быть также использовано для создания многоцветных мозаичных излучателей сверхвысокой размерности (широкоформатных, панорамных и т.п.), состоящих из заданной комбинации субмодулей многоэлементных полупроводниковых и оптоэлектронных излучателей.

Мозаичные приемники/излучатели могут быть использованы для регистрации или мониторинга огромных информационных массивов, так называемых больших данных, а также для осуществления распределенных технологий обработки и анализа больших информационных баз данных, многомерных сигналов и изображений сверхвысокого формата в ультрафиолетовом (УФ), видимом, ИК, ТГц и других областях спектра, а также для регистрации изображений и частиц в широком диапазоне энергий с высоким пространственным, временным и амплитудным разрешением и возможностью применения для С - tau фабрики.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

МОЗАИЧНЫЙ ПРИНЦИП СОЗДАНИЯ МФП

Потребность увеличения дальности действия и пространственного разрешения тепловизионных систем стимулирует создание фотоприемников сверхвысокой размерности для соответствующих спектральных диапазонов. Однако, прямое увеличение количества фоточувствительных элементов (ФЧЭ) в фотоприемнике ведет к значительному увеличению площади кристаллов интегральных схем (ИС) считывания фотосигналов, так называемых - кремниевых мультиплексоров (КМ), и матрицы ФЧЭ. Известно, что при увеличении площади кристаллов уменьшается выход годных изделий, что непосредственно определяет высокую стоимость приборов.

Мозаичная технология является одним из прорывных технических решений проблемы кардинального увеличения форматов фотоприемников, в частности при больших линейных размерах ФЧЭ, например, на основе соединения кадмий-ртуть-теллур (КРТ) или многослойных структур с квантовыми ямами (МСКЯ). МФП сверхвысокой размерности (Full HD, Ultra HD) обладают существенной, расширяющейся, индустриальной сферой применения в передовых IT-производствах. Изготавливают МФП с объединенными матрицами ФЧЭ и гораздо форматов. МФП создают различными способами прецизионной технологии микросборки стык в стык друг к другу кристаллов фотоприемных субмодулей, приемлемого для изготовления формата. В МФП субмодули могут работать параллельно, обеспечивая тем самым высокую скорость считывания кадров объединенного изображения сверхвысокой размерности при стандартной для субмодулей частоте считывания. Именно этим определяется актуальность мозаичной технологии применительно к неохлаждаемым матричным микроболометричеким приемникам (ММБП) излучения ИК и ТГц диапазонов.

ОСНОВНАЯ ПРОБЛЕМА МФП

Основная проблема МФП - наличие "слепых зон". "Слепые зоны" - это конструктивно-технологические области фокальной поверхности МФП, расположенные вдоль линий стыковки смежных кристаллов субмодулей, в которых невозможно создать ФЧЭ обычными способами. Фокальная поверхность МФП - поверхность расположения матриц ФЧЭ субмодулей, в т.ч. это может быть и фокальная плоскость. Оптическая система фокусирует изображение на элементы матриц всех субмодулей одновременно. При проецировании входного изображения - потока ИК или ТГц излучения - на объединенную матрицу МФП часть изображения теряется в "слепых зонах". Применение МФП ограничивается размерами "слепых зон" между краевыми ФЧЭ смежных субмодулей. Уменьшение количества элементов, потерянных в "слепых зонах" МФП, увеличивает эффективность преобразования изображений в МФП и объем исходных данных для видеопроцессора считываемых сигналов, в результате повышает достоверность обработки и, в конечном итоге, улучшает качество визуализируемых изображений.

Проблема наличия "слепых зон" в МФП выходит на первый план при высокой и сверхвысокой размерности объединенной фотоприемной матрицы и малом линейном размере ФЧЭ. Отсюда следует актуальность и практическая потребность в уменьшении "слепых зон" МФП, в том числе технологической части указанных зон.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ "СЛЕПЫХ ЗОН" МФП

Для количественной оценки потерь изображения можно ввести термин эффективность (η_eff) преобразования изображений в МФП:

η_eff=1-ε_mfpa,

где ε_mfpa - неэффективность преобразования изображений в МФП. В наиболее общем виде МФП состоят из субмодулей 4-х типов. Неэффективность ε_mfpa преобразования изображений можно представить в виде:

ε_mfpa=N₁ε₁+N₂ε₂+N₃ε₃+N₄ε₄,

где N₁ - количество кристаллов субмодулей, стыкуемых одной стороной (первый тип субмодулей); N₂ - количество кристаллов субмодулей, стыкуемых с двух сторон (второй тип); N₃ - количество кристаллов субмодулей, стыкуемых с трех сторон (третий тип); N₄ - количество кристаллов субмодулей, стыкуемых с четырех сторон (четвертый тип); ε_j - относительные потери элементов входного изображения в субмодуле j-го типа, приведенные к полному количеству элементов входного изображения на объединенной фотоприемной матрице МФП (относительная неэффективность преобразования изображений в субмодуле j-го типа МФП); ε_j=N_Lj/N_Rma, j=1, 2, 3, 4; N_Lj - количество элементов входного изображения, потерянных в субмодулях первого (j=1), второго (j=2), третьего (j=3) или четвертого (j=4) типов, N_Rma - полное количество элементов входного изображения, сфокусированного на объединенную фотоприемную матрицу МФП. Имеются определенные особенности использования субмодулей разных типов.

Теоретическая неэффективность преобразования изображений в произвольном i-ом субмодуле МФП, состоящего из субмодулей одного формата:

где N_Li - количество элементов входного изображения, потерянных в субмодуле МФП, N_Ri - полное количество элементов входного изображения, сфокусированного на матрицу ФЧЭ субмодуля.

Эффективность преобразования изображений в зависимости от формата объединенной матрицы и шага (L_pix) ФЧЭ представлена графически на фиг. 1 (кривые 1-4). Количество элементов в "слепых зонах" растет линейно при увеличении формата фотоприемной матрицы и уменьшается при увеличении размеров ФЧЭ (кривые 5-8). Фиг. 1 показывает, в частности, что при высоком и сверхвысоком формате фотоприемной матрицы МФП и большом шаге ФЧЭ эффективность преобразования изображений в МФП может оставаться высокой, однако количество ФЧЭ в "слепых зонах" при этом может достигать критических величин.

В более простых случаях, когда, например, МФП состоит из унифицированных субмодулей с одним и тем же шагом элементов, потери изображений в МФП можно характеризовать количеством элементов (N_L) входного изображения, проецируемых на "слепые зоны" МФП, или коэффициентом потери изображения равным 1/N_L.

Количество элементов в "слепой зоне" МФП можно выразить следующим образом:

N_L=k_xM(N/n-1)+k_y(n+k_x)(М/m-1)(N/n-1)+k_yn(М/m-1),

где n - число ФЧЭ по координате "X" фотоприемной матрицы субмодуля, m - число элементов по координате "Y" матрицы субмодуля, L_px - шаг ФЧЭ по координате "X" матрицы субмодуля, L_py - шаг элементов по координате "Y" матрицы субмодуля, N - число ФЧЭ по координате "X" объединенной матрицы МФП, М - число элементов по координате "Y" матрицы МФП, L_bx - расстояние по координате "X" между краевыми ФЧЭ смежных субмодулей, L_by - расстояние по координате "Y" между краевыми ФЧЭ смежных субмодулей, k_x=L_bx/L_px - число элементов по координате "X" в "слепой зоне" МФП, k_y=L_by/L_py - число элементов по координате "Y" в "слепой зоне".

Расстояние между краевыми ФЧЭ смежных субмодулей (размер "слепой зоны") перпендикулярно линиям стыковки определяется размерами области повреждения полупроводникового материала, возникающей в процессе разделения пластин на кристаллы, технологических зазоров между стыкуемыми кристаллами и конструктивной области размещения на кристаллах схем считывания фотосигналов. Размер "слепой зоны" МФП вдоль линий стыковки смежных субмодулей растет при увеличении формата объединенной фотоприемной матрицы и шага ФЧЭ. Численное моделирование зависимостей количества элементов в "слепой зоне" от формата МФП и от шага элементов на основе субмодулей разных форматов представлено на фиг. 2-4.

Приведенный математический аппарат позволяет оценить количество ФЧЭ в "слепых зонах" при разных исходных данных: размерах "слепой зоны", шаге (L_pix) ФЧЭ, формате фотоприемной матрицы МФП и размерности субмодулей.

АНАЛОГИ КОНСТРУКЦИИ МФП

Известен МФП форматом 8192×4096 ФЧЭ, выполненный на основе матрицы 4×2 гибридных субмодулей форматом 2048×2048 элементов (фиг. 5) [Bortoletto F., Bonoli С., D'Alessandro М., Giro Е., De Caprio V., Corcione L., Ligori S., Morgante G. Euclid Near InfraRed Spectrograph (ENIS) Focal Plane Design // Proc. SPIE, 7731, Space Telescopes and Instrumentation 2010: Optical, Infrared, and Millimeter Wave. 77312T. August 09, 2010. doi:10.1117/12.856402]. Кристаллы субмодулей размещают в открытых корпусах. Субмодуль форматом 2048×2048 в открытом корпусе представляет собой гибридную сборку двух кристаллов. Кристалл матрицы ФЧЭ и кристалл КМ соединяют друг с другом с применением индиевых микростолбов. В составе МФП субмодули в открытых корпусах выравнивают по всем координатам с использованием механических элементов и фиксируют в заданном положении на носителе.

Однако этот известный МФП (см. фиг. 5) имеет недостатки: МФП состоит из субмодулей с кристаллами матриц ФЧЭ высокой размерности, высокой себестоимости и одного спектрального диапазона; дальнейшее повышение размерности возможно только при увеличении линейных размеров применяемых кристаллов субмодулей; выравнивание субмодулей производят с помощью механических элементов крепления, что определяет большие "слепые зоны" размером 2,88 мм, что эквивалентно 160 ФЧЭ с шагом 18 мкм.

Известен гибридный МФП на основе линейчатых кристаллов ФЧЭ, в котором достигнут размер "слепой зоны" около ~46 мкм; рассмотренные здесь дизайнерские подходы применимы по большей части только для линейчатых субмодулей [Новоселов А.Р. Разработка высокоэффективных мозаичных фотоприемников на основе линеек фоточувствительных элементов // Автометрия. 2010. Т. 46. №6. С. 106-115].

Известно многокристальное фотоприемное устройство (ФПУ), содержащее гибридизированные кристаллы матриц ФЧЭ и КМ [Яковлева Н.И., Болтарь К.О., Никонов А.В. Многокристальное многоцветное ФПУ с расширенной спектральной характеристикой квантовой эффективности // Патент России №2564813. 2015]. Фоточувствительные модули в виде гибридизированных кристаллов матриц ФЧЭ и КМ расположены на подложке с минимальными зазорами между кристаллами не менее 10-20 мкм. Рассмотрен блочный технологический маршрут ручной сборки ФПУ стандартной (SD) размерности из 4-х модулей формата 384×288, размещаемых на общей коммутирующей подложке в едином корпусе.

Известный процесс сборки фоточувствительных модулей в МФП включает следующие основные операции: подготовку поверхностей модулей и коммутирующей подложки к приклеиванию; нанесение вакуумного клея; позиционирование фоточувствительных модулей с прижимом сверху при помощи микроманипуляторов и контролем зазоров между кристаллами при помощи микроскопа.

Однако, конкретная разработка конструкции и способа изготовления известного устройства для случаев высокой и сверхвысокой размерности, когда ФПУ включает более 4-х субмодулей, здесь отсутствует; зазор между субмодулями составляет не менее 10-20 мкм, что недопустимо много в случае небольших размеров ФЧЭ, при этом потери изображения в "слепой зоне" становятся существенными, снижается объем данных для последующей обработки, понижается достоверность обработки видеосигналов и ухудшается качество формируемых изображений. Кроме того, в технологии изготовления известного устройства прижим субмодулей осуществляется сверху, при помощи микроманипуляторов, что недопустимо в случае ММБП и других монолитных фотоприемников; даже для гибридных микросборок прижим сверху зачастую неприемлем.

ПРОТОТИП КОНСТРУКЦИИ МФП

Известена дизайнерская модель МФП форматом 14336×10240 (146800640) ФЧЭ, выполненный на основе матрицы 7×5 субмодулей каждый форматом 2048×2048 элементов (фиг. 6) [Sprafke Т., Beletic J.W. High-Performance Infrared Focal Plane Arrays for Space Applications // Optics and Photonics News. 2008. V. 19. №6. P. 22-27. Figure in center of p. 27. doi:10.1364/OPN.19.6.000022]. Данный МФП является наиболее близким техническим решением и может быть принят за прототип. Субмодуль форматом 2048×2048 представляет собой гибридную сборку двух кристаллов: кристалла матрицы ФЧЭ и кристалла КМ, которые соединяют друг с другом с применением индиевых микростолбов. Кристаллы субмодулей размещают в открытых корпусах. В составе МФП субмодули в открытых корпусах выравнивают по координатам "X", "Y" и "Z" с использованием механических элементов и фиксируют в заданном положении на пластине-носителе.

Однако, этот известный МФП (см. фиг. 6) имеет определенные недостатки: МФП состоит из субмодулей одного спектрального диапазона, высокой размерности и высокой себестоимости; выравнивание субмодулей производят с помощью механических элементов крепления, что в совокупности с наличием открытых корпусов определяет значительные "слепые зоны" данного известного МФП.

ПРОТОТИП СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ МФП

Известен способ изготовления гибридных фотоприемников [Клименко А.Г., Недосекина Т.Н., Карнаева Н.В., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н, Есаев Д.Е. Технология сборки крупноформатных инфракрасных фотоприемных модулей на индиевых микростолбах // Оптический журнал. 2009. Т. 76. №12. С. 63-68]. Известный способ изготовления является наиболее близким техническим решением и может быть принят за прототип способа изготовления МФП высокой и сверхвысокой размерности (фиг. 7).

Известный способ изготовления гибридного фотоприемника заключается в том, что в процессе изготовления на кристаллах КМ создают топологические (кристальные) реперные знаки, изготавливают фиксаторы, изготавливают носители внешних реперных знаков, изготавливают внешние реперные знаки, внешние реперные знаки размещают на носителях внешних реперных знаков, кристаллы КМ устанавливают на пластину-носитель, кристаллы матриц ФЧЭ ориентируют в плоскости "XY" с помощью плоских фиксаторов, эпоксидный клей вводят между фиксаторами по "XY" и опорами фиксаторов, совмещение внешних и топологических реперных знаков осуществляют с применением микроскопа, ориентацию верхнего кристалла относительно нижнего осуществляют с помощью микроманипулятора путем сдвига кристалла матриц ФЧЭ до совпадения внешних реперных знаков с топологическими реперными знаками на кристалле КМ, накладывают разравниватель, устанавливают совмещенные кристаллы КМ и матриц ФЧЭ в экспериментальную установку сборки, увеличивают вертикальную нагрузку до заданной величины, вынимают готовый гибридный фотоприемник из установки сборки (см. фиг. 7).

Методологическая основа изготовления гибридного фотоприемника частично применима при разработке и исследовании базовой технологии изготовления МФП высокой и сверхвысокой размерности. Однако способ изготовления гибридного фотоприемника непосредственно ориентирован только на микросборку двух кристаллов: матрицы ФЧЭ и мультиплексора, что ограничивает формат создаваемых фотоприемников; прямое применение данного способа для изготовления МФП высокой и сверхвысокой размерности наталкивается на непроработанные вопросы формирования предельно ровных граней кристаллов субмодулей с минимальными областями повреждения полупроводниковых материалов, прецизионного совмещения и позиционирования кристаллов при микросборке субмодулей в МФП; на практике прижим сверху является повреждающим воздействием даже для гибридных субмодулей, а для монолитных субмодулей, особенно для микроболометрических приемников, такая технологическая операция вообще не приемлема вследствие разрушающего воздействия на чувствительные элементы (ЧЭ).

ПРОТОТИП ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОГО СПОСОБА ИЗГОТОВЛЕНИЯ МФП

Известен полуавтоматический способ создания моделей МФП размерностью 2×2 субмодуля, заключающийся в следующем. На рабочую поверхность установки с помощью полуавтоматического микроманипулятора последовательно переносят четыре кристалла матриц ФЧЭ, на кристаллы матриц ФЧЭ последовательно накладывают кристаллы КМ, кристаллы КМ и кристаллы матриц ФЧЭ гибридизируют с применением индиевых микростолбов, поверх КМ устанавливают подложку, которая обеспечивает прочность гибридной микросборки в целом (фиг. 8) [Miller Т.М., Jhabvala Ch.A., Leong Ed., Costen N.P., Sharp E., Adachi Т., Benford D.J. Enabling Large Focal Plane Arrays Through Mosaic Hybridization // Proc. of SPIE. High Energy, Optical, and Infrared Detectors for Astronomy, part V. 2012. Vol. 8453. P. 2H-1-2H-7. Fig. 5. doi:10.1117/12.926491]. Данный известный способ принят за прототип полуавтоматического способа изготовления МФП.

Однако данный способ создает большие "слепые зоны" и применим для МФП, состоящих из матриц 2×2 субмодуля, 1×2 субмодуля или 2×1 субмодуль, расположение контактных площадок на двух сторонах кристаллов субмодулей ограничивает размерность МФП.

В 2013 г. разработан и исследован базовый технологический блок операций лазерного скрайбирования в составе прототипа прецизионной технологии микросборки кремниевых кристаллов в МФП [Демьяненко М.А., Козлов А.И., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. О мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемниках инфракрасного и терагерцового диапазонов // Автометрия. 2016. Т. 52. №2. С. 115-121; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Исследование технологии создания мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемников инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Труды Первой Российско-Белорусской научно-технической конференции "Элементная база отечественной радиоэлектроники", 11-14 сентября 2013 г. Нижний Новгород: Научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2013. С. 30-33; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Исследование конструктивно-технологических путей создания неохлаждаемых микроболометрических приемников изображений инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Тезисы докладов XI Российской конференции по физике полупроводников «Полупроводники-2013», 16-20 сентября 2013 г. - Санкт-Петербург: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, 2013. С. 43; Новоселов А.Р. Способ уменьшения зазора между чипами в мозаичных фотоприемных модулях // Автометрия. 2016. Т. 52. №1. С. 116-121; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Преобразование изображений в мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемниках инфракрасного и терагерцового диапазонов форматом до 3072×576 и более // Оптический журнал. 2014. Т. 81. №3. С. 35-43; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Разработка мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемников инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Успехи прикладной физики. 2014. Т. 2. №2. С. 123-130]. Для практической реализации конструкции МФП был применен следующий технологический подход с микросборкой кремниевых кристаллов ММБП. В пластине были созданы технологические отверстия для фиксации кристаллов вакуумом. Пластина устанавливалась под микроскопом на столик с подведенной вакуумной линией. Кристалл ММБП с нанесенным на непланарную (нерабочую) сторону слоем клея минимальной толщины устанавливался на заданное место, а затем при помощи вакуума удерживался до полимеризации клея. После этого аналогично устанавливался следующий кристалл ММБП [Демьяненко М.А., Козлов А.И., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. О мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемниках инфракрасного и терагерцового диапазонов // Автометрия. 2016. Т. 52. №2. С. 115-121; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Исследование технологии создания мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемников инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Труды Первой Российско-белорусской научно-технической конференции "Элементная база отечественной радиоэлектроники", 11-14 сентября 2013 г. Нижний Новгород: Научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2013. С. 30-33; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Исследование конструктивно-технологических путей создания неохлаждаемых микроболометрических приемников изображений инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Тезисы докладов XI Российской конференции по физике полупроводников «Полупроводники-2013», 16-20 сентября 2013 г. - Санкт-Петербург: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, 2013. С. 43; Новоселов А.Р. Способ уменьшения зазора между чипами в мозаичных фотоприемных модулях // Автометрия. 2016. Т. 52. №1. С. 116-121; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Преобразование изображений в мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемниках инфракрасного и терагерцового диапазонов форматом до 3072×576 и более // Оптический журнал. 2014. Т. 81. №3. С. 35-43; Demyanenko М.А., Kozlov A.I., Novoselov A.R., Esaev D.G., Ovsyuk V.N. Sviluppo Principio Mosaico di Creare Panoramico con Raffreddamento Microbolometro Detector Immagine a Infrarossi e Terahertz Intervallo Spettrale // Italian Science Review. 2015. №7 (28). P. 11-15; Демьяненко M.A., Есаев Д.Г., Клименко A.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Разработка мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемников инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Успехи прикладной физики. 2014. Т. 2. №2. С. 123-130].

Однако при использовании данного технологического подхода для создания МФП суммарный размер технологической части "слепой зоны" между краевыми ФЧЭ смежных кристаллов субмодулей составляет около 30 мкм [Демьяненко М.А., Козлов А.И., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. О мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемниках инфракрасного и терагерцового диапазонов // Автометрия. 2016. Т. 52. №2. С. 115-121; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Исследование технологии создания мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемников инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Труды Первой Российско-Белорусской научно-технической конференции "Элементная база отечественной радиоэлектроники", 11-14 сентября 2013 г. Нижний Новгород: Научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2013. С. 30-33; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Исследование конструктивно-технологических путей создания неохлаждаемых микроболометрических приемников изображений инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Тезисы докладов XI Российской конференции по физике полупроводников «Полупроводники-2013», 16-20 сентября 2013 г. - Санкт-Петербург: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, 2013. С. 43; Новоселов А.Р. Способ уменьшения зазора между чипами в мозаичных фотоприемных модулях // Автометрия. 2016. Т. 52. №1. С. 116-121; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Преобразование изображений в мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемниках инфракрасного и терагерцового диапазонов форматом до 3072×576 и более // Оптический журнал. 2014. Т. 81. №3. С. 35-43; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Разработка мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемников инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Успехи прикладной физики. 2014. Т. 2. №2. С. 123-130; Demyanenko М.А., Kozlov A.I., Novoselov A.R., Esaev D.G., Ovsyuk V.N. Sviluppo Principio Mosaico di Creare Panoramico con Raffreddamento Microbolometro Detector Immagine a Infrarossi e Terahertz Intervallo Spettrale // Italian Science Review. 2015. №7 (28). P. 11-15].

НЕДОСТАТКИ ИЗВЕСТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МФП:

1. Главным недостатком известных конструкций МФП является наличие значительных "слепых зон" между краевыми ФЧЭ смежных субмодулей. Размер технологической части "слепой зоны" МФП это минимальное расстояние между краевыми ФЧЭ смежных субмодулей. Размер технологической части "слепой зоны" МФП определяется размерами областей повреждения полупроводниковых материалов и многослойных структур, неровности стыкуемых краев кристаллов и зазоров между кристаллами смежных субмодулей. Фирмы-изготовители МФП стремятся к уменьшению размеров "слепых зон".

В 2003 г. «слепая зона» МФП составляла 7641 мкм, что эквивалентно 283 ФЧЭ [Finger G., Beletic J.W. Review of the State of Infrared Detectors for Astronomy in Retrospect of the June 2002 // Proc. of SPIE. Workshop on Scientific Detectors for Astronomy. 2003. Vol. 4841. P. 839-852], в 2004 г. - 7128 мкм или 264 ФЧЭ [Dorn R.J., Finger G., Huster G., Hans-Ulrich K., Jean-Louis L., Leander M., Manfred M., Jean-Francois P., Armin S., Stegmeier J., Moorwood A.F.-M. The CRIRES InSb Megapixel Focal Plane Array Detector Mosaic // Proc. of SPIE. 2004. Vol. 5499. P. 510-517] и в 2009 г. - около 367 мкм или 35 ФЧЭ [Scowen P.A., Jansen R.H., Beasley M.N., Macenka S.A., Shaklan S.B., Calzetti D., Desch S., Fullerton A.W., Gallagher J.S., Malhotra S., McCaughrean M.J., Nikzad S., O'Connell R.W., Oey S., Padgett D.L., Rhoads J.E., Roberge A., Siegmund O.H.W., Smith N., Stern D., Tumlinson J., Windhorst R., Woodruff R.A., Spergel D., Sembach K. Design and Implementation of the Widefield High-Resolution UV/Optical Star Formation Camera for the THEIA Mission // Proc. of the 213 Conference of American Astronomical Society. January, 2009. Vol. 41. №1. P. 361]. В 2010 г. достигнуто значение размера "слепой зоны" ≥46 мкм [Новоселов А.Р. Разработка высокоэффективных мозаичных фотоприемников на основе линеек фоточувствительных элементов // Автометрия. 2010. Т. 46. №6. С. 106-115]. Фирма LSST Corporation (USA) при создании МФП, состоящего из 568 фотоприемников форматом 2048×2048 с шагом 10 мкм, рассчитывает уменьшить размер "слепой зоны" до 100 мкм (10 ФЧЭ).

С 2013 г. проводятся исследования и оптимизация прототипа технологии создания МФП с суммарным размером технологической части "слепой зоны" между краевыми ФЧЭ соседних кристаллов ММБП около 30 мкм, включая области неровности края кристаллов и зазора между смежными кристаллами размером около 20 мкм [Демьяненко М.А., Козлов А.И., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. О мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемниках инфракрасного и терагерцового диапазонов // Автометрия. 2016. Т. 52. №2. С. 115-121; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Исследование технологии создания мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемников инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Труды Первой Российско-Белорусской научно-технической конференции "Элементная база отечественной радиоэлектроники", 11-14 сентября 2013 г. Нижний Новгород: Научно-техническое общество радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2013. С. 30-33; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Исследование конструктивно-технологических путей создания неохлаждаемых микроболометрических приемников изображений инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Тезисы докладов XI Российской конференции по физике полупроводников «Полупроводники-2013», 16-20 сентября 2013 г. - Санкт-Петербург: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, 2013. С. 43; Новоселов А.Р. Способ уменьшения зазора между чипами в мозаичных фотоприемных модулях // Автометрия. 2016. Т. 52. №1. С. 116-121; Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов А.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Преобразование изображений в мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемниках инфракрасного и терагерцового диапазонов форматом до 3072×576 и более // Оптический журнал. 2014. Т. 81. №3. С. 35-43; Demyanenko М.А., Kozlov A.I., Novoselov A.R., Esaev D.G., Ovsyuk V.N. Sviluppo Principio Mosaico di Creare Panoramico con Raffreddamento Microbolometro Detector Immagine a Infrarossi e Terahertz Intervallo Spettrale // Italian Science Review. 2015. №7 (28). P. 11-15; Демьяненко M.A., Есаев Д.Г., Клименко А.Г., Козлов A.И., Марчишин И.В., Новоселов А.Р., Овсюк В.Н. Разработка мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемников инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Успехи прикладной физики. 2014. Т. 2. №2. С. 123-130]. С 2014 г. АО «НПО "Орион"» предполагает довести размер области зазора до величины не менее 10-20 мкм [Яковлева Н.И., Болтарь К.О., Никонов А.В. Многокристальное многоцветное ФПУ с расширенной спектральной характеристикой квантовой эффективности // Патент России №2564813. 2015].

Если зазор между кристаллами смежных субмодулей составляет 10-20 мкм или более, то для случая, когда определяющими являются кристаллы КМ, размер технологической части "слепой зоны" МФП, т.е. расстояние между краевыми ФЧЭ смежных субмодулей составит 21-31 мкм, что соответствует потере 2-3 ФЧЭ с шагом 10 мкм в каждой строке или столбце (с коррекцией фоточувствительности в видеопроцессоре или КМ). В случае, когда определяющими являются другие полупроводниковые материалы, например для гетероэпитаксиальных слоев HgCdTe на GaAs-подложке, расстояние между краевыми ФЧЭ смежных субмодулей составит 27-37 мкм, что соответствует потере в каждой строке или столбце 3-4 ФЧЭ с тем же шагом (табл.).

Если же зазор между кристаллами смежных субмодулей отсутствует или составляет не более 2 мкм, как в предлагаемом изобретении, то при прецизионном формировании стыкуемых краев кристаллов КМ с минимальной областью повреждения расстояние между ФЧЭ смежных субмодулей составит 11-13 мкм, что соответствует потере одного ФЧЭ с шагом 10 мкм в каждой строке или столбце. В случае, других полупроводниковых материалов, расстояние между ФЧЭ смежных субмодулей составит 17-19 мкм, что соответствует потере двух ФЧЭ в каждой строке или столбце (см. табл.).

При применении в МФП технических решений из п.п. 9-12 формулы изобретения, когда "слепые зоны" виртуально или физически перекрыты краевыми ФЧЭ смежных субмодулей, расстояние между ФЧЭ смежных субмодулей составит 1-3 мкм и обеспечит отсутствие потерь элементов в каждой строке или столбце, т.е. считывания фотосигналов будет происходить без потерь информации в каждом кадре изображения, что соответствует достижению предельной (100%) эффективности преобразования изображений в МФП (см. табл.).

Наличие более полного объема исходных данных при последующей обработке сигналов в видеопроцессоре при прочих равных условиях повышает достоверность обработки и, в конечном итоге, улучшает качество визуализируемых изображений.

2. Кроме того, в качестве субмодулей известных аналогов МФП используют линейчатые и матричные фотоприемники в открытых корпусах или на собственных пластинах-носителях. Фотоприемные субмодули представляют собой в монолитном исполнении кристаллы КМ с дополнительно интегрированными на них массивами ФЧЭ, либо в гибридном исполнении - гибридные микросборки из двух кристаллов: кристалла матрицы ФЧЭ и кристалла КМ, соединенных индиевыми микростолбами. Фотоприемные субмодули размещают в открытых корпусах, либо на собственных пластинах-носителях, затем микросборку устанавливают на общую подложку. Из-за наличия у субмодулей корпусов, механических разъемов, дополнительных подложек и носителей конструкции и способы изготовления известных аналогов МФП основывают на механических креплениях и механосборочных операциях, что принципиально ограничивает возможности минимизации значительной "слепой зоны" известных МФП, а также возможности автоматизации сборочных процессов и тестирования субмодулей в процессе изготовления МФП.

3. Из-за больших габаритных размеров и значительной массы возникают также ограничения широкого применения известных МФП для прорывного индустриального развития таких отраслей экономики РФ, как современное станкостроение и приборостроение, автоматизация и робототехника, высокотехнологичная медицина будущего, геоинформационные и телекоммуникационные технологии, исследование природных ресурсов.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель и предлагаемые технические решения.

С целью уменьшения количества потерянных элементов в "слепых зонах" и предельного увеличения эффективности преобразования изображений в МФП субмодули изготавливают с обеспечением минимальных (5-8 мкм) областей повреждения многослойных микроструктур и полупроводниковых материалов на стыкуемых краях кристаллов и размещают на единственной пластине-носителе без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами между субмодулями.

При этом в предлагаемых нано- и микроэлектронных конструкциях МФП и способах их изготовления в качестве линейчатых и матричных фотоприемных субмодулей используют: в монолитном исполнении бескорпусные кристаллы КМ с дополнительно интегрированными на них массивами ФЧЭ, в гибридном исполнении -бескорпусные гибридные сборки из двух кристаллов: кристалла матрицы ФЧЭ и кристалла КМ.

Из нижеследующего подробного описания должно быть ясно, что возможны другие варианты реализации настоящего изобретения, причем различные варианты реализации изобретения показаны ниже для примера. Понятно, что изобретение применимо к другим, отличающимся вариантам реализации, и различные его детали могут быть модифицированы в различных аспектах, но без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, чертежи и подробное описание, по существу, имеют иллюстративный характер и не означают ограничений. Возможные варианты реализации настоящего изобретения и ограничения заключаются в формуле настоящего изобретения.

Техническими результатами изобретения по конструкции МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений являются:

1. достижение предельной эффективности преобразования изображений в МФП путем устранения "слепых зон" между краевыми элементами смежных субмодулей или уменьшения количества потерянных элементов в "слепой зоне", а также обеспечение компактности конструкции и расширение области применения;

2. увеличение вероятности обнаружения визуализируемых объектов и повышение качества изображений путем создания комбинированной, совмещающей широкополосную и узкополосную части, спектральной характеристики фоточувствительности МФП;

3. сохранение заданного шага ФЧЭ в области стыковки кристаллов субмодулей и уменьшение (устранение) потери визуализируемой информации;

4. увеличение площади сбора потока излучения, поступающего на уменьшенные краевые ФЧЭ смежных субмодулей, вплоть до величины площади сбора ФЧЭ внутри матрицы.

Техническими результатами изобретения по способам изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений являются: расширение технологической области применения вариантов способа изготовления, упрощение технологии изготовления, уменьшение трудоемкости изготовления, повышение выхода годных изделий, уменьшение себестоимости МФП, расширение области применения создаваемых МФП и предельное увеличение эффективности преобразования изображений в МФП путем уменьшения количества потерянных элементов в "слепой зоне" за счет достижения минимальной области повреждения на краях кристаллов, увеличения точности позиционирования субмодулей, миниатюризации конструкции МФП и микросборки кристаллов субмодулей с минимальными зазорами или без зазоров.

Обобщенными техническими результатами изобретения являются:

1. Уменьшение размеров "слепой зоны" и количества потерянных элементов и, следовательно, увеличение эффективности преобразования изображений в МФП достигается уменьшением областей повреждения на стыкуемых краях кристаллов при скрайбировании и разделении приборных пластин на кристаллы, а также при прецизионном формировании стыкуемых граней кристаллов субмодулей, устранением или принципиальным уменьшением зазоров между субмодулями до величины не более 2 мкм, обеспечивающих минимальное расстояние между краевыми ФЧЭ смежных кристаллов субмодулей для разных ограничивающих материалов.

При применении прецизионного формирования стыкуемых граней кристаллов с обеспечением минимальной области повреждения краев кристаллов КМ зазор между кристаллами смежных субмодулей отсутствует или составляет не более 2 мкм, расстояние между ФЧЭ смежных субмодулей составит 11-13 мкм, что соответствует потере одного ФЧЭ с шагом 10 мкм в каждой строке или столбце. В случае других полупроводниковых материалов расстояние между ФЧЭ смежных субмодулей составит около 11-13 мкм для GaAs/AlGaAs фотодетекторов и не более 17-19 мкм для HgCdTe фотодиодов, что соответствует потере двух ФЧЭ в каждой строке или столбце.

2. Применение в МФП технических решений, в которых "слепые зоны" виртуально или физически перекрыты областями фоточувствительности смежных ФЧЭ, обеспечит расстояние между ФЧЭ смежных субмодулей ≤1-3 мкм и отсутствие потерь элементов в каждой строке или столбце, т.е. считывания фотосигналов будет происходить без потерь информации в каждом кадре изображения, что соответствует достижению предельной (100%-ой) эффективности преобразования изображений в МФП. Более полный объем исходных данных при последующей обработке сигналов при прочих равных условиях повышает достоверность обработки и, в конечном итоге, улучшает качество визуализируемых изображений.

3. Увеличение точности совмещения субмодулей, связанное с устранением или уменьшением зазоров между смежными субмодулями до величины не более 2 мкм, сохранение заданного шага ФЧЭ в областях стыковки кристаллов субмодулей и полное в большинстве случаев устранение потерь визуализируемой информации в МФП обеспечивают предельную эффективность преобразования изображений и увеличение форматов МФП до сверхвысокой размерности, определяемой лишь техническими требованиями и экономическими возможностями.

4. Формирование комбинированной спектральной характеристики фоточувствительности МФП, совмещающей широкополосную и узкополосную части, за счет использования разных кристаллов субмодулей на основе различных ФЧЭ: например, КРТ-фотодиодов и МСКЯ-фотодетекторов разных ИК спектральных диапазонов, или микроболометров, работающих в ИК и ТГц диапазонах.

5. Увеличение точности фокусировки за счет выравнивания субмодулей по координате "Z" на фокальной поверхности объединенной фотоприемной матрицы с величиной неоднородности по высоте, меньшей допускаемой глубиной резкости оптической системы, что обеспечивается: сортировкой кристаллов по толщине, применением заданного количества удерживающего материала и вакуума для фиксации кристаллов субмодулей, а при необходимости ограничителей выравнивания кристаллов по высоте. Количество материала в удерживающих слоях определяется расчетно-экспериментальным путем.

6. Увеличение технологичности способа изготовления МФП, упрощение технологии изготовления, уменьшение трудоемкости изготовления; упрощение конструкции МФП, уменьшение массогабаритных характеристик; повышение процента выхода годных МФП, в том числе, за счет возможности замены вышедших из строя субмодулей на заведомо годные кристаллы в процессе изготовления; снижение себестоимости и расширение области применения МФП.

СУЩНОСТЬ ПРЕДЛАГАЕМЫХ КОНСТРУКЦИЙ МФП СВЕРХВЫСОКОЙ РАЗМЕРНОСТИ С ПРЕДЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Технический результат достигается восьмью основными вариантами изобретения.

Технический результат первого варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений, состоящем из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули устанавлены стык встык друг к другу на пластине-носителе, фотоприемные субмодули в монолитном исполнении изготавлены как бескорпусные монолитные фотоприемники в виде кристаллов КМ с дополнительно интегрированными на них массивами ФЧЭ, а в гибридном исполнении как бескорпусные гибридные микросборки из кристалла матрицы ФЧЭ и кристалла КМ, при необходимости предусматривают зазор между строками матрицы n×m субмодулей для размещения микрошлейфов с металлической разводкой и электрическое соединение микрошлейфов с контактными площадками субмодулей и с контактными площадками пластины-носителя,

бескорпусные монолитные или гибридные фотоприемные субмодули МФП изготавлены с обеспечением минимальных (5-8 мкм) областей повреждения многослойных микроструктур и полупроводниковых материалов на стыкуемых краях кристаллов субмодулей,

бескорпусные монолитные или гибридные фотоприемные субмодули с минимальными областями повреждения полупроводниковых материалов на стыкуемых краях кристаллов непосредственно размещены фотоприемной стороной вверх на единственной пластине-носителе без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами между смежными кристаллами субмодулей (фиг. 9).

Технический результат второго варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции)

в качестве пластины-носителя МФП применен единственный большой кристалл КМ,

в качестве субмодулей применены кристаллы матриц ФЧЭ, размещенные на единственной пластине-носителе - кристалле КМ,

при этом сигнальные контактные площадки (поз. 36) КМ электрически соединены с контактными площадками (поз. 38) субмодулей - кристаллов матриц ФЧЭ с применением микростолбов (фиг. 10).

Технический результат третьего варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции)

в качестве пластины-носителя МФП применен единственный большой кристалл матрицы ФЧЭ,

в качестве субмодулей применены кристаллы КМ, размещенные на единственной пластине-носителе - кристалле матрицы ФЧЭ,

при этом сигнальные и управляющие контактные площадки (поз. 38) субмодулей - КМ электрически соединены с контактными площадками (поз. 36) кристалла матрицы ФЧЭ с применением микростолбов (фиг. 11).

Технический результат четвертого варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции)

единый принцип считывания фотосигналов и адресация к ФЧЭ обеспечены применением микропроводников или микрошлейфов, соединяющих соответствующие сигнальные и управляющие (в т.ч. адресные) контактные площадки смежных кристаллов субмодулей (фиг. 12).

Технический результат пятого варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции)

субмодули МФП выполнены в монолитном исполнении как бескорпусные монолитные фотоприемники в виде кристаллов КМ с дополнительно интегрированными на них массивами ФЧЭ,

монолитные фотоприемные субмодули непосредственно размещены на единственной пластине-носителе,

крепление бескорпусных монолитных субмодулей на пластине-носителе выполнено с применением микростолбов (фиг. 13) или небольшим заданным количеством (слоями) вакуумного теплопроводящего удерживающего материала под каждым субмодулем,

при необходимости пластину-носитель выполняют из материала, прозрачного в заданном рабочем спектральном диапазоне.

Технический результат шестого варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции)

охлаждаемые гибридные субмодули на основе ФЧЭ различных типов, например, КРТ-фотодиодов и МСКЯ-фотодетекторов, фоточувствительных в разных заданных спектральных диапазонах, размещены одновременно и в заданных комбинациях на единственной пластине-носителе (фиг. 14).

Дополнительный технический результат шестого варианта изобретения достигается тем, что МФП в этом случае обладает комбинированной, т.е. совмещающей широкополосную (КРТ-фотодиодов) и узкополосную (МСКЯ-фотодетекторов) части, спектральной характеристикой фоточувствительности за счет использования разных фотоприемных кристаллов субмодулей на основе ФЧЭ различных типов: КРТ-фотодиодов и МСКЯ-фотодетекторов, работающих в разных ИК спектральных диапазонах.

Технический результат седьмого варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции)

неохлаждаемые монолитные субмодули на основе микроболометрических элементов различных типов, чувствительных в разных заданных ИК и ТГц диапазонах, размещены одновременно и в заданных комбинациях на единственной пластине-носителе (фиг. 15).

Дополнительный технический результат седьмого варианта изобретения достигается тем, что МФП в этом случае обладает комбинированной, т.е. совмещающей широкополосную и узкополосную части, спектральной характеристикой чувствительности за счет использования разных кристаллов субмодулей на основе микроболометрических элементов различных типов, работающих в разных ИК и ТГц диапазонах.

Технический результат восьмого варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции)

краевые ФЧЭ субмодулей выполнены меньше по площади относительно размеров ФЧЭ, размещаемых внутри матрицы,

а соответствующая коррекция сигналов ФЧЭ обеспечена в видеопроцессоре и/или в КМ.

Дополнительный технический результат восьмого варианта изобретения достигается тем, что в МФП в областях стыковки смежных кристаллов сохранен заданный шаг ФЧЭ и уменьшаются потери визуализируемой информации.

В случае применения первых семи вариантов изобретения совместно с восьмым вариантом может оказаться невозможным обеспечение последующей коррекции сигналов ФЧЭ в видеопроцессоре и/или в КМ по требованиям стандартизации или по системным требованиям. В таком случае необходимо обеспечить выравнивание сигналов ФЧЭ в МФП посредством увеличения площади сбора потока излучения, поступающего на уменьшенные краевые ФЧЭ кристаллов смежных субмодулей, вплоть до величины площади сбора ФЧЭ внутри матрицы.

Технический результат в этом случае достигается шестью дополнительными вариантами изобретения.

Технический результат девятого варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по 1-7 вариантам конструкции)

над каждым краевым ФЧЭ меньшей площади размещена индивидуальная интегральная бифокальная линза соответствующего спектрального диапазона, фокусирующая на каждый уменьшенный краевой элемент субмодуля излучение с большей площади, эквивалентной площади ФЧЭ внутри матрицы (фиг. 16).

Технический результат десятого варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по 1-7 вариантам конструкции)

над "слепыми зонами" размещены оптические призмы соответствующих спектральных диапазонов, передающие на каждый уменьшенный краевой элемент субмодулей излучение с большей площади, эквивалентной площади ФЧЭ внутри матрицы,

при этом линейные размеры оптических призм соответствуют размерам "слепых зон" (фиг. 17а).

Технический результат одиннадцатого варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по 10-му обобщенному варианту конструкции)

оптические призмы заданных спектральных диапазонов, размещенные над "слепыми зонами", выполнены в виде различных конструкций разной (простой и сложной) формы для сбора потока излучения уменьшенными краевыми ФЧЭ субмодулей МФП с большей площади, эквивалентной площади ФЧЭ внутри матрицы;

указанные оптические призмы изготовлены в виде поворотных и неподвижных конструкций треугольной, ромбовидной, трапециидальной, сложной трапециидальной, угловой, простой и сложной "М"- и "Δ"-образной формы; в виде оптических волновых каналов, передающих на уменьшенные краевые элементы субмодулей излучение с площади, равной площади ФЧЭ внутри матрицы;

соответствующие оптические призмы выполнены из различных материалов, прозрачных в заданных спектральных диапазонах, обладающих разными коэффициентами преломления и имеющих в своем составе полупрозрачные и непрозрачные зеркальные поверхности для соответствующих спектральных диапазонов (фиг. 17а-с).

Технический результат двенадцатого варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по 1-7 вариантам конструкции)

краевые, чувствительные в ИК или ТГц диапазонах микроболометрические элементы выполнены так, что части микроболометрических элементов перекрывают области повреждения многослойных микроструктур и полупроводниковых материалов на стыкуемых краях смежных субмодулей, а в некоторых случаях и области зазоров между субмодулями, устраняя тем самым "слепую зону" (фиг. 18а-з).

Технический результат тринадцатого варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по 1-7 вариантам изобретения)

краевые микроболометрические элементы с антеннами, чувствительными в ТГц диапазоне, выполнены так, что части антенн, несимметричные относительно микроболометрических элементов, перекрывают области повреждения многослойных микроструктур и полупроводниковых материалов на стыкуемых краях смежных субмодулей, устраняя тем самым "слепую зону" (фиг. 19).

Технический результат четырнадцатого варианта изобретения достигается тем, что в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции)

в качестве ЧЭ применены индивидуальные антенные конструкции, диаграмма направленности и коэффициент передачи которых в заданном диапазоне оптимизированы посредством выравнивания чувствительности к излучению краевых элементов и элементов, расположенных внутри приемной матрицы субмодулей.

СУЩНОСТЬ ПРЕДЛАГАЕМЫХ СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МФП СВЕРХВЫСОКОЙ РАЗМЕРНОСТИ С ПРЕДЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Разработанные варианты способов создания МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений включают лазерное скрайбирование приборных пластин, разделение пластин на рабочие кристаллы и прецизионное формирование стыкуемых краев кристаллов с минимальной (≥5-8 мкм) областью повреждения полупроводникового материала и многослойных микроструктур, бескорпусные (гибридные и/или монолитные) субмодули размещают на единственную пластину-носитель без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами. Предлагаемые авторами варианты способа изготовления предполагают более плотную микросборку субмодулей в МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по сравнению с аналогами и прототипом, и соответственно, обеспечивают наличие более полного объема исходных данных при последующей обработке сигналов, что при прочих равных условиях повышает достоверность обработки и, в конечном итоге, улучшает качество визуализируемых изображений. На фиг. 20 представлен пример, иллюстрирующий способ изготовления МФП сверхвысокой размерности с применением реперных знаков. Количество (один, два или более) реперных знаков на один субмодуль определяется линейными размерами субмодулей.

Техническими результатами изобретения вариантов способа изготовления МФП являются: предельное увеличение эффективности преобразования изображений в МФП сверхвысокой размерности за счет обеспечения минимальной области повреждения на краях кристаллов, прецизионной микросборки кристаллов субмодулей в МФП без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами, увеличения точности позиционирования субмодулей в составе МФП, обеспечения микроминиатюризации конструкции, расширение технологической области применения вариантов способа изготовления, повышения технологичности способа изготовления МФП, упрощения технологии изготовления, повышение выхода годных изделий и уменьшение стоимости МФП, расширение области применения создаваемых МФП.

Технический результат достигается в первом варианте способа изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений, заключающемся в том, что

изготавливают пластину-носитель соответствующих размеров с внешними реперными знаками,

изготавливают (гибридные и/или монолитные) субмодули с топологическими и дополнительными топологическими реперными знаками,

исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов,

выполняют подготовку поверхностей кристаллов гибридных или монолитных субмодулей к фиксации на поверхности пластины-носителя,

выполняют подготовку поверхности пластины-носителя к фиксации кристаллов гибридных или монолитных субмодулей,

изготавливают носители реперных знаков с внешними реперными знаками,

выполняют нанесение слоев (или капель) удерживающего материала в местах предполагаемого размещения субмодулей,

установку, позиционирование и фиксацию кристаллов субмодулей выполняют в виде матрицы n×m субмодулей на пластине-носителе, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или m=1),

при n=1, m=2 или при n=2, m=1 формирование края производят на одной грани кристаллов, при n=2, m=2 - на двух гранях кристаллов, при n=3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞ и m=2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞ - на двух гранях кристаллов, размещаемых в углах матрицы n×m субмодулей, на трех гранях кристаллов субмодулей, размещаемых на краях матрицы n×m субмодулей (за исключением угловых), на четырех гранях кристаллов, размещаемых внутри матрицы n×m субмодулей,

позиционирование субмодулей выполняют при помощи микроманипуляторов,

выполняют контроль зазоров между кристаллами при помощи микроскопа и/или видеокамеры,

субмодули удерживают на месте до полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала;

дополнительное прецизионное формирование стыкуемых граней кристаллов всех субмодулей, признанных годными и необходимых для сборки МФП, с обеспечением минимальной области повреждения краев кристаллов выполняют следующим образом:

на фронтальную (рабочую) поверхность кристалла субмодуля наносят защитный слой фоторезиста,

формируют с фронтальной стороны канавку и стыкуемые края кристалла лазерным излучением с заданной длиной волны в многопроходном режиме с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности обрабатываемого кристалла,

выполняют откол края кристалла с применением клина, смещенного под кристалл,

дополнительно формируют стыкуемые края кристалла посредством повторного удаления (испарения) лазерным излучением наклонной части (бывшей канавки) и выступа (в области дна бывшей канавки) на боковой поверхности кристалла с тыльной, нерабочей стороны кристалла,

выполняют технологическую операцию снятия слоя фоторезиста с обрабатываемого кристалла;

в пластине-носителе в местах предполагаемого размещения субмодулей создают отверстия, количество отверстий на один субмодуль определяют в каждом случае индивидуально расчетно-экспериментальным путем,

к каждому отверстию в пластине-носителе, соответствующему месту размещения устанавливаемого субмодуля, снизу подводят вакуумные линии,

точное позиционирование и фиксацию субмодулей осуществляют с помощью микроманипуляторов и вакуумных захватов стык встык друг к другу на единственную теплопроводящую пластину-носитель без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами между смежными кристаллами субмодулей,

при этом позиционирование субмодулей осуществляют до совпадения топологических реперных знаков и/или дополнительных топологических реперных знаков на устанавливаемых субмодулях с внешними реперными знаками на пластине-носителе или на носителях реперных знаков, при необходимости применяют ограничители выравнивания кристаллов по высоте,

подают вакуум на вакуумный захват на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под каждым установленным субмодулем на пластине-носителе,

в процессе установки и фиксации субмодулей на пластине-носителе осуществляют дополнительное исследование работоспособности и разбраковку по параметрам субмодулей, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов,

при необходимости выполняют замену субмодулей, вышедших из строя в процессе изготовления МФП, посредством удаления забракованных субмодулей и установки на их место заведомо годных субмодулей способом, описанным выше (фиг. 20).

Во втором варианте способа изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений

позиционирование субмодулей на поверхности пластины-носителя (поз. 33) производят с помощью микроманипуляторов;

ориентацию субмодулей при позиционировании осуществляют с применением микроскопа и/или видеокамеры до совпадения топологических реперных знаков на устанавливаемом субмодуле с внешними реперными знаками на индивидуальном для каждого субмодуля носителе реперных знаков (поз. 52);

по сравнению с первым вариантом способа индивидуальные носители реперных знаков (поз. 52), например, для первой строки субмодулей, закрепляют на одной опорной планке (поз. 51) (фиг. 21а), либо для второй и последующих строк субмодулей - на кристаллах предыдущих строк субмодулей (фиг. 21б).

В третьем варианте способа изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений

позиционирование субмодулей на поверхности пластины-носителя (поз. 33) производят с помощью микроманипуляторов;

ориентацию субмодулей при позиционировании осуществляют с применением микроскопа и/или видеокамеры до совпадения топологических реперных знаков на устанавливаемом субмодуле с внешними реперными знаками на едином для всей строки субмодулей носителе реперных знаков (поз. 52);

по сравнению с первым вариантом способа единый для всей строки субмодулей носитель реперных знаков (поз. 52) закрепляют на двух опорных планках (поз. 51) (фиг. 22).

В четвертом варианте способа изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений

позиционирование субмодулей на поверхности пластины-носителя (поз. 33) производят с помощью микроманипуляторов;

по сравнению с первым вариантом способа ориентацию субмодулей при позиционировании осуществляют с применением системы технического зрения, выполненной на основе видеокамеры и обеспечивающей совмещение соответствующих реперных знаков (поз. 54-55) кристаллов смежных строк субмодулей (фиг. 23).

В пятом варианте способа изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений

по сравнению с первым вариантом способа опорную планку выполняют в виде прямоугольной рамки, внутренние размеры которой соответствуют размерам создаваемого МФП,

количество отверстий в пластине-носителе на один субмодуль определяют в каждом случае индивидуально расчетно-экспериментальным путем,

субмодули устанавливают на заданные места пластины-носителя,

при необходимости применяют ограничители выравнивания кристаллов субмодулей по высоте,

фиксацию всех субмодулей осуществляют одновременно, подключением вакуумных линий к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под установленными субмодулями на пластине-носителе (фиг. 24).

В шестом варианте способа изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений

по сравнению с пятым вариантом способа внутри опорной планки, выполненной в виде соответствующей прямоугольной рамки, по краям с каждой стороны располагают четыре дополнительные опорные планки-вкладыши с размерами, соответствующими размерам создаваемого МФП;

внутренние размеры опорной планки в виде прямоугольной рамки соответствуют размерам создаваемого МФП с учетом размещения дополнительных опорных планок-вкладышей;

формирование внутренних граней дополнительных опорных планок-вкладышей выполняют прецизионно, с обеспечением шероховатости края не более 1 мкм (фиг. 25).

В седьмом варианте способа изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений

по сравнению с первым вариантом способа позиционирование, установку и фиксацию субмодулей при прецизионной микросборке МФП без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами между кристаллами смежных субмодулей, а при необходимости и совмещение внешних реперных знаков на пластине-носителе или на носителе внешних реперных знаков и топологических реперных знаков на устанавливаемых субмодулях производят с применением полуавтоматического микроманипулятора.

В полуавтоматическом варианте способа изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений, заключающемся в том, что

изготавливают пластину-носитель соответствующих размеров с топологическими реперными знаками, соответствующими месту размещения каждого субмодуля в составе МФП,

изготавливают субмодули соответствующих форматов в виде бескорпусных монолитных или гибридных фотоприемников с топологическими реперными знаками,

исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов,

установку, позиционирование и фиксацию субмодулей выполняют последовательно, кристалл за кристаллом, стык встык друг к другу в виде матрицы n×m субмодулей на пластине - носителе, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или m=1),

при n=1, m=2 или при n=2, m=1 формирование края производят на одной грани кристаллов, при n=2, m=2 - на двух гранях кристаллов, при n=3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞ и m=2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞ - на двух гранях кристаллов, размещаемых в углах матрицы n×m субмодулей, на трех гранях кристаллов субмодулей, размещаемых на краях матрицы n×m субмодулей (за исключением угловых), на четырех гранях кристаллов, размещаемых внутри матрицы n×m субмодулей,

фиксацию субмодулей на поверхности пластины-носителя выполняют с применением микростолбов или небольшим заданным количеством (слоями) вакуумного теплопроводящего удерживающего материала под каждым субмодулем,

контроль ориентации и позиционирование устанавливаемых субмодулей осуществляют с помощью системы двусторонней визуализации и совмещения на основе микроскопа и/или видеокамеры, при этом каждый раз выполняют прецизионную микросборку субмодулей с уже установленными субмодулями до тех пор, пока на пластине-носителе не будет собран МФП требуемой размерности n×m субмодулей,

причем в случае m=2 первый и последний субмодуль в каждой строке устанавливают с близкой стыковкой по двум сторонам, второй и последующие субмодули (за исключением последнего) в каждой строке устанавливают с близкой стыковкой по трем сторонам,

а в случае m>2 угловые субмодули устанавливают с близкой стыковкой по двум сторонам, краевые субмодули (за исключением угловых) устанавливают с близкой стыковкой по трем сторонам, а субмодули, размещаемые внутри матрицы субмодулей, устанавливают с близкой стыковкой по четырем сторонам,

при необходимости предусматривают зазор между строками матрицы n×m субмодулей для размещения микрошлейфов с металлической разводкой и электрическое соединение микрошлейфов с контактными площадками субмодулей и с контактными площадками пластины-носителя;

дополнительное прецизионное формирование стыкуемых граней кристаллов всех субмодулей, признанных годными и необходимых для сборки МФП, с обеспечением минимальной области повреждения краев кристаллов выполняют следующим образом:

на фронтальную поверхность кристалла субмодуля наносят защитный слой фоторезиста,

формируют с фронтальной стороны канавку и стыкуемые края кристалла лазерным излучением с заданной длиной волны в многопроходном режиме с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности обрабатываемого кристалла,

выполняют откол края кристалла с применением клина, смещенного под кристалл,

дополнительно формируют стыкуемые края кристалла посредством повторного удаления лазерным излучением наклонной части и выступа на боковой поверхности кристалла с тыльной, нерабочей стороны кристалла,

выполняют технологическую операцию снятия слоя фоторезиста с обрабатываемого кристалла;

процесс изготовления МФП выполняют циклически, в рамках каждого цикла:

размещают и фиксируют вакуумной присоской субмодуль на верхней части установки микросборки,

размещают пластину-носитель МФП на нижней, подвижной (по "Z") части установки микросборки и фиксируют вакуумным захватом,

посредством подъема нижней подвижной части установки микросборки на заданную высоту осуществляют размещение и фиксацию субмодуля на пластине-носителе без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами между смежными кристаллами субмодулей,

после окончательного закрепления субмодуля на пластине-носителе нижнюю подвижную часть установки микросборки опускают в нижнее положение,

на вакуумном захвате нижней части установки микросборки отключают вакуум,

осуществляют перемещение (по "X" и/или "Y") пластины-носителя на расстояние, равное размерам устанавливаемых субмодулей,

фиксируют подачей вакуума пластину-носитель на новом заданном месте нижней части установки микросборки,

выполняют следующий цикл для установки следующего субмодуля;

в процессе установки и фиксации субмодулей на пластине-носителе осуществляют дополнительное исследование работоспособности и разбраковку по параметрам субмодулей, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов,

при необходимости выполняют замену субмодулей, вышедших из строя в процессе изготовления МФП, посредством удаления забракованных субмодулей и установки на их место заведомо годных субмодулей способом, описанным выше.

В автоматическом варианте способа изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений, заключающийся в том, что

изготавливают пластину-носитель соответствующих размеров с внешними реперными знаками, соответствующими местам размещения каждого субмодуля в составе МФП,

изготавливают субмодули соответствующих форматов в виде бескорпусных монолитных или бескорпусных гибридных фотоприемников с топологическими реперными знаками,

исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов,

установку, позиционирование и фиксацию субмодулей выполняют последовательно, кристалл за кристаллом, стык встык друг к другу в виде матрицы n×m субмодулей на пластине-носителе, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или m=1),

при n=1, m=2 или при n=2, m=1 формирование края производят на одной грани кристаллов, при n=2, m=2 - на двух гранях кристаллов, при n=3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞ и m=2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞ - на двух гранях кристаллов, размещаемых в углах матрицы n×m субмодулей, на трех гранях кристаллов субмодулей, размещаемых на краях матрицы n×m субмодулей (за исключением угловых), на четырех гранях кристаллов, размещаемых внутри матрицы n×m субмодулей,

фиксацию субмодулей на поверхности пластины-носителя выполняют с применением микростолбов или небольшим заданным количеством (слоями) вакуумного теплопроводящего удерживающего материала под каждым субмодулем,

контроль ориентации и позиционирование устанавливаемых субмодулей осуществляют с помощью системы двусторонней визуализации и совмещения на основе микроскопа и/или видеокамеры, при этом каждый раз выполняют прецизионную близкую стыковку субмодулей с уже установленными субмодулями до тех пор, пока на пластине-носителе не будет собран МФП требуемой размерности n×m субмодулей,

причем в случае m=2 первый и последний субмодуль в каждой строке устанавливают с близкой стыковкой по двум сторонам, второй и последующие субмодули (за исключением последнего) в каждой строке устанавливают с близкой стыковкой по трем сторонам,

а в случае m>2 угловые субмодули устанавливают с близкой стыковкой по двум сторонам, краевые субмодули (за исключением угловых) устанавливают с близкой стыковкой по трем сторонам, а субмодули, размещаемые внутри матрицы субмодулей, устанавливают с близкой стыковкой по четырем сторонам,

при необходимости предусматривают зазор между строками матрицы n×m субмодулей для размещения микрошлейфов с металлической разводкой и электрическое соединение микрошлейфов с контактными площадками субмодулей и с контактными площадками пластины-носителя;

дополнительное прецизионное формирование стыкуемых граней кристаллов всех субмодулей, признанных годными и необходимых для сборки МФП, с обеспечением минимальной области повреждения краев кристаллов выполняют следующим образом:

на фронтальную поверхность кристалла субмодуля наносят защитный слой фоторезиста,

формируют с фронтальной стороны канавку и стыкуемые края кристалла лазерным излучением с заданной длиной волны в многопроходном режиме с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности обрабатываемого кристалла,

выполняют откол края кристалла с применением клина, смещенного под кристалл,

дополнительно формируют стыкуемые края кристалла посредством повторного удаления (испарения) лазерным излучением наклонной части и выступа на боковой поверхности кристалла с тыльной, нерабочей стороны кристалла,

выполняют технологическую операцию снятия слоя фоторезиста с обрабатываемого кристалла;

позиционирование, установку и фиксацию субмодулей при прецизионной микросборке МФП без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами между смежными кристаллами субмодулей, а при необходимости и совмещение внешних реперных знаков на пластине-носителе или на носителе внешних реперных знаков и топологических реперных знаков на устанавливаемых субмодулях производят с применением автоматического микроманипулятора-робота;

в процессе установки и фиксации субмодулей на пластине-носителе осуществляют дополнительное исследование работоспособности и разбраковку по параметрам субмодулей, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов,

при необходимости выполняют замену субмодулей, вышедших из строя в процессе изготовления МФП, посредством удаления забракованных субмодулей и установки на их место заведомо годных субмодулей способом, описанным выше.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ (и иных материалов)

Сущность вариантов изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами.

На фиг. 1 приведены зависимости эффективности преобразования изображений (кривые 1-4) в МФП и количества (кривые 5-8) элементов в "слепых зонах" от формата и шага (L_pix) фотоприемной матрицы: 1 - зависимость эффективности преобразования изображений (кривая 1) в МФП при L_pix=102 мкм; 2 - зависимость эффективности преобразования изображений (кривая 2) в МФП при L_pix=51 мкм; 3 - зависимость эффективности преобразования изображений (кривая 3) в МФП при L_pix=17 мкм; 4 - зависимость эффективности преобразования изображений (кривая 4) в МФП при L_pix=10 мкм; 5 - зависимость количества элементов (кривая 5) в "слепых зонах" МФП при L_pix=10 мкм; 6 - зависимость количества элементов (кривая 6) в "слепых зонах" МФП при L_pix=17 мкм; 7 - зависимость количества элементов (кривая 7) в "слепых зонах" МФП при L_pix=51 мкм; 8 - зависимость количества элементов (кривая 8) в "слепых зонах" МФП при L_pix=102 мкм.

На фиг. 2 приведена диаграмма уменьшения количества элементов, потерянных в "слепой зоне" перпендикулярно линиям стыковки смежных субмодулей, при увеличении шага ФЧЭ и при разном размере технологической части "слепой зоны" МФП: 9 - размер технологической части "слепой зоны" МФП равен 13 мкм; 10 - размер технологической части "слепой зоны" МФП равен 17 мкм; 11 - размер технологической части "слепой зоны" МФП равен 22 мкм; 12 - размер технологической части "слепой зоны" МФП равен 30 мкм.

На фиг. 3 приведены зависимости количества элементов в "слепой зоне" от формата МФП на основе субмодулей разных форматов: кривая 13 - 256×256, 14 - 512×512, 15 - 1024×1024, 16 - 2048×2048, размер технологической части "слепой зоны" равен 13 мкм, шаг элементов - 25 мкм.

На фиг. 4 приведены зависимости количества элементов в "слепой зоне" от шага (L_pix) элементов на основе комбинаций субмодулей разных форматов и МФП разной размерности ("комбинаций субмодулей и формат субмодулей"/"размерность МФП"): кривая 17 - 8×8×512/4096, 18 - 4×4×1024/4096, 19 - 2×2×2048/4096, 20 - 4×4×512/2048, 21 - 2×2×1024/2048, 22 - 4×4×256/1024, 23 - 2×2×512/1024).

На фиг. 5 приведен известный МФП в виде матрицы 4×2 субмодуля (первый аналог).

На фиг. 6 приведен известный МФП в виде матрицы 5×7 субмодулей (прототип).

На фиг. 7 (а, б) приведен известный способ изготовления: а - матрица ФЧЭ и КМ, совмещенные перед сборкой (вид сверху): 24 - матрица ФЧЭ, 25 - КМ, 26 - фиксаторы перемещений по "ху", 27 - опоры фиксаторов, 28 - реперные знаки на матрице ФЧЭ; б - фрагмент совмещаемых кристаллов вблизи выносного реперного знака (вид сверху и вид сбоку): 24 - матрица ФЧЭ, 25 - КМ, 29 - носитель реперного знака, 30 - прозрачный полиамид, 31 - индиевые микростолбы, 32 - слой клея.

На фиг. 8 приведен известный полуавтоматический способ изготовления МФП.

На фиг. 9 приведен первый вариант МФП на основе гибридных и монолитных бескорпусных субмодулей с применением микрошлейфов и разводкой на пластине-носителе, где n - количество субмодулей в МФП по горизонтали (пример n=3), m - количество субмодулей в МФП по вертикали (пример m=3), 33 - пластина-носитель, 34 - бескорпусной фотоприемный субмодуль (гибридный или монолитный), 35 - изолирующая пластина (при необходимости), 36 - контактная площадка пластины-носителя, 37 - микрошлейф с металлической разводкой и контактными площадками, 38 - контактная площадка бескорпусного фотоприемного субмодуля.

На фиг. 10 приведен второй вариант МФП на основе большого единого кристалла КМ в качестве пластины-носителя и кристаллов матриц ФЧЭ в качестве субмодулей, соединенных с применением микростолбов, где n - количество субмодулей в МФП по горизонтали (пример n=3), m - количество субмодулей в МФП по вертикали (пример m=3), 33.1 - пластина-носитель в виде большого единого кристалла КМ, 34.1 - субмодуль в виде бескорпусного кристалла матрицы ФЧЭ (бескорпусная ИС), 36 - контактная площадка пластины-носителя, 38 - контактная площадка фотоприемного субмодуля.

На фиг. 11 приведен третий вариант МФП на основе большого единого кристалла матрицы ФЧЭ в качестве пластины-носителя и кристаллов КМ в качестве субмодулей, соединенных с применением микростолбов, где n - количество субмодулей в МФП по горизонтали (пример n=3), m - количество субмодулей в МФП по вертикали (пример m=3), 33.2 - пластина-носитель в виде большого единого кристалла матрицы ФЧЭ, 34.2 - субмодуль в виде бескорпусного кристалла КМ (бескорпусная ИС), 36 - контактная площадка пластины-носителя, 38 - контактная площадка фотоприемного субмодуля.

На фиг. 12 приведен четвертый вариант МФП на основе гибридных или монолитных бескорпусных субмодулей с применением микрошлейфов и разводкой на кристаллах КМ, где n - количество субмодулей в МФП по горизонтали (пример n=3), m - количество субмодулей в МФП по вертикали (пример m=3), 33 - пластина-носитель, 34 - бескорпусной гибридный или монолитный фотоприемный субмодуль, 38 - контактная площадка фотоприемного субмодуля, 39 - микрошлейф с металлической разводкой и контактными площадками.

На фиг. 13 приведен пятый вариант МФП на основе бескорпусных монолитных субмодулей с применением микростолбов, где n - количество субмодулей в МФП по горизонтали (пример n=3), m - количество субмодулей в МФП по вертикали (пример m=3), 33 - пластина-носитель, 34.3 - бескорпусной монолитный фотоприемный субмодуль, 36 - контактная площадка пластины-носителя, 38.3 - контактная площадка бескорпусного монолитного фотоприемного субмодуля; 40 - фоточувствительный элемент (ФЧЭ).

На фиг. 14 приведен широкоформатный двухспектральный (двухцветный) МФП (шестой вариант) на основе бескорпусных субмодулей, стыкуемых с 3-х сторон, где n - количество субмодулей в МФП по горизонтали (пример n=3), m - количество субмодулей в МФП по вертикали (пример m=2), 33 - пластина-носитель, 34.4 - бескорпусной фотоприемный субмодуль одного спектрального диапазона, например, на основе КРТ-фотодиодов, 34.5 - бескорпусной фотоприемный субмодуль второго спектрального диапазона, например, на основе МСКЯ-фотодетекторов.

На фиг. 15 приведен широкоформатный (панорамный, форматом 3072×576) двухспектральный (двухцветный) мозаичный микроболометрический приемник, чувствительный в ИК и ТГц диапазонах одновременно (седьмой вариант), где n=8 - количество субмодулей в МФП по горизонтали, m=2 - количество субмодулей в МФП по вертикали, 33 - пластина-носитель, 34.6 - бескорпусной фотоприемный микроболометрический субмодуль, например, ИК спектрального диапазона форматом 384×288 элементов, 34.7 - бескорпусной фотоприемный микроболометрический субмодуль, например, ТГц диапазона размерностью 384×288.

На фиг. 16 приведен принцип технологического дизайна областей стыковки смежных кристаллов субмодулей в МФП по девятому варианту с индивидуальными интегральными бифокальными линзами соответствующих спектральных диапазонов (эскиз), где 33 - пластина-носитель; 34 - бескорпусной монолитный или гибридный фотоприемный субмодуль, на фиг. показан пример на основе монолитных фотоприемных субмодулей - кристаллов КМ с расположенными на них в специально отведенных местах ФЧЭ; 41 - линза, 42 - бифокальная линза, 43 - область стыковки субмодулей, 44 - область повреждения полупроводникового материала.

На фиг. 17 (а-с) приведены принципы технологического дизайна областей стыковки смежных кристаллов субмодулей в МФП по десятому и одиннадцатому вариантам с оптическими призмами соответствующих спектральных диапазонов; эскизы вариантов исполнения (а-с), где 33 - пластина-носитель; 34 - бескорпусной (монолитный или гибридный) фотоприемный субмодуль, на фиг. показан пример на основе монолитных фотоприемных субмодулей - кристаллов КМ с расположенными на них в специально отведенных местах ФЧЭ; 43 - область стыковки субмодулей, 44 - область повреждения полупроводникового материала, 45 - призма, 46 - зеркало; - коэффициент преломления i-ой среды ( - для менее плотной среды, - для плотной среды, - для более плотной среды); поз. 46 применяют при необходимости. Показано возможное предельное расположение по горизонтали оптической призмы треугольной формы {штриховая линия на фиг. 17 (a)}.

На фиг. 18 (а-з) приведена область стыковки кристаллов в МФП по двенадцатому варианту на основе чувствительных элементов (ЧЭ) - микроболометров ИК спектрального диапазона, где 33 - пластина-носитель, 34.6 - бескорпусной приемный микроболометрический субмодуль - кристалл КМ с ЧЭ, расположенными в специально отведенных местах, 43 - область стыковки субмодулей, 44 - область повреждения полупроводникового материала, 47 - чувствительный элемент, 48 - столбиковый микроконтакт.

На фиг. 19 приведена область стыковки кристаллов в МФП по тринадцатому варианту на основе ЧЭ - микроболометров с антеннами ТГц диапазона, где 33 - пластина-носитель, 34.7 - бескорпусной приемный микроболометрический субмодуль - кристалл КМ с ЧЭ, расположенными в специально отведенных местах, 43 - область стыковки субмодулей, 44 - область повреждения полупроводникового материала, 47 - чувствительный элемент, 49 - антенна ТГц диапазона, 50 - микроконтакт.

На фиг. 20 (а, б) представлена иллюстрация способа изготовления МФП с применением реперных знаков: (а) - один реперный знак на каждый бескорпусной субмодуль, (б) - два реперных знака на каждый субмодуль, где 33 - пластина-носитель, 34 - бескорпусной гибридный или монолитный фотоприемный субмодуль, 51 - опорная планка, 52 - носитель внешнего реперного знака, 53 - внешний реперный знак.

На фиг. 21 (а, б) представлена иллюстрация первого метода ориентации субмодулей при позиционировании с применением измерительного микроскопа и/или видеокамеры, топологических реперных знаков на устанавливаемом субмодуле и внешними реперными знаками на индивидуальных для каждого субмодуля носителях реперных знаков, закрепленных: на одной опорной планке (а: 1-ый вариант) или на кристаллах предыдущей строки субмодулей (б: 2-ой вариант), где 33 - пластина-носитель, 34 - фотоприемный субмодуль, 43 - область стыковки субмодулей, 51 - опорная планка, 52 - носитель внешнего реперного знака, 53 - внешний реперный знак, 54 - топологический реперный знак, 55 - дополнительный реперный знак.

На фиг. 22 представлена иллюстрация второго метода ориентации субмодулей при позиционировании с применением микроскопа и/или видеокамеры, топологических реперных знаков на устанавливаемом субмодуле с внешними реперными знаками на едином для всей строки субмодулей носителе реперных знаков, закрепленном на двух опорных планках, где 33 - пластина-носитель, 34 - фотоприемный субмодуль, 43 - область стыковки субмодулей, 51 - опорная планка, 52 - носитель внешнего реперного знака, 53 - внешний реперный знак, 54 - топологический реперный знак, 55 - дополнительный реперный знак.

На фиг. 23 представлена иллюстрация третьего метода ориентации субмодулей при позиционировании с применением системы технического зрения, выполненной на основе видеокамеры и обеспечивающей совмещение соответствующих (топологических и дополнительных топологических) реперных знаков кристаллов смежных строк субмодулей, где 33 - пластина-носитель, 34 - фотоприемный субмодуль, 43 - область стыковки субмодулей, 54 - топологический реперный знак, 55 - дополнительный реперный знак.

На фиг. 24 представлена иллюстрация второго способа изготовления МФП с применением опорной планки 51 в виде прямоугольной рамки, где 33 - пластина-носитель, 34 - фотоприемный субмодуль, 43 - область стыковки субмодулей, 52 - носитель внешнего реперного знака, 53 - внешний реперный знак.

На фиг. 25 представлена иллюстрация третьего способа изготовления МФП с применением опорной планки 51.1 в виде прямоугольной рамки и дополнительных опорных планок-вкладышей 51.2, где 33 - пластина-носитель, 34 - фотоприемный субмодуль, 43 - область стыковки субмодулей, 52 - носитель внешнего реперного знака, 53 - внешний реперный знак.

На фиг. 26 представлены фотография беззазорной микросборки кремниевых кристаллов, размещенных аналогично кристаллам бескорпусных субмодулей в МФП в виде матрицы 3×3 субмодуля (а); и фотографии совмещенных кремниевых кристаллов, вид сбоку (б), где 56 - стенка канавки, 57 - поверхность раскола, 58 - кремниевый кристалл, 59 - стенка канавки при повторном скрайбировании.

На фиг. 27 представлен принцип формирования края кристалла лазерным излучением (а) с заданной длиной волны в многопроходном режиме (120 мкм/сек); профили формируемых канавок для разных углов отклонения оптической оси излучения относительно нормали к поверхности кристалла (б), где 60 - фокусирующая линза; распределение энергии в пятне излучения: 61 - зона 1, 62 - зона 2, 63 - зона 3; 64 - фоторезист, 65 - SiO₂, 66 - край кристалла, 67 - кристалл, 68 - канавка, сформированная излучением с оптической осью, совпадающей с нормалью к поверхности, 69 - канавка, сформированная излучением с оптической осью, отклоненной относительно нормали к поверхности на 12'' (оптимальный угол), 70 - канавка, сформированная излучением с оптической осью, отклоненной относительно нормали к поверхности на 24'' [Новоселов А.Р. Способ уменьшения зазора между чипами в мозаичных фотоприемных модулях // Автометрия. 2016. Т. 52. №1. С. 116-121; Пат. РФ №2509391].

На фиг. 28 представлена иллюстрация методологии лазерного скрайбирования с экранированием излучения. Зависимости "темнового" тока ФЧЭ (71) от расстояния до канавки. Лазерное скрайбирование с экранированием излучения выполнено в многопроходном режиме (50 проходов) при плотности энергии 2,6 Дж/см², получена глубина канавки 26 мкм. Точки (71) на графиках соответствуют значениям токов в ФЧЭ после скрайбирования. Горизонтальные линии (72, 73) на графиках соответствует разбросу токов ФЧЭ до скрайбирования, где 72 - уровень максимальных значений токов в ФЧЭ, 73 - уровень минимальных значений токов в ФЧЭ. Ширина области повреждения без фоторезиста (а) составляет около 13 мкм, с фоторезистом (б) - 8 мкм. [Новоселов А.Р. Разработка высокоэффективных мозаичных фотоприемников на основе линеек фоточувствительных элементов // Автометрия. 2010. Т. 46, №6, С. 106-115; Пат. РФ №2509391].

На фиг. 29 (а-б) представлен достигнутый технологический уровень на примере кремниевой технологии. Разработанный метод формирования краев кристалла обеспечивает ровную перпендикулярную планарной стороне стыкуемую грань кристалла и позволяет совмещать смежные субмодули без зазора (а). Зависимости обратного тока (74, 75) р-n переходов в кристаллах от расстояния до стенки канавки (б), где 74 - значения обратного тока для LOCOS-технологии, 75 - значения обратного тока для МОП-технологии со стоп-диффузией. Напряжение обратного смещения р-n переходов равно 8,2 В. Ширина области повреждения составляет около 5 мкм. [Клименко А.Г., Козлов А.И., Новоселов А.Р., Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Марчишин И.В., Овсюк В.Н. Разработка мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемников инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Успехи прикладной физики. 2014. 2, №2. С. 123-130; Козлов А.И., Новоселов А.Р., Демьяненко М.А., Овсюк В.Н. Повышение эффективности преобразования изображений в мозаичных микроболометрических приемниках // Оптический журнал. 2018. Т. 85, №2. С. 60-66].

На фиг. 30 представлен пример МФП форматом 1152×576 элементов с указанием мест размещения "слепой зоны" и ее технологической части, где 33 - пластина-носитель, 34 - фотоприемный субмодуль, 43 - область стыковки субмодулей, 54 - топологический реперный знак.

На фиг. 31 (а-е) представлена иллюстрация примера способа изготовления МФП форматом 1152×576 элементов с применением реперных знаков, этапы 1-6 - последовательная установка шести субмодулей, где 33 - пластина-носитель, 34 - фотоприемный субмодуль, 43 - область стыковки субмодулей, 51 - опорная планка, 52 - носитель внешнего реперного знака, 53 - внешний реперный знак, 54 - топологический реперный знак.

На фиг. 32 представлен пример МФП, состоящего из матрицы размером 3×2 субмодуля, с указанием мест размещения "слепой зоны" и ее технологической части, с вариантом расположения ИК изображения на матрицах ФЧЭ субмодулей и с последующей электронной сборкой результирующего теплового изображения в видеопроцессоре в ОЗУ с произвольной адресацией, где 33 - пластина-носитель, 34 - фотоприемный субмодуль, 43 - область стыковки субмодулей, 76 - ОЗУ с произвольной адресацией.

На фиг. 33 (а-д) представлена иллюстрация второго примера способа изготовления МФП форматом 1152×864 элементов с применением реперных знаков, этапы 1-3 - последовательная установка девяти субмодулей, где 33 - пластина-носитель, 34 - фотоприемный субмодуль, 43 - область стыковки субмодулей, 51 - опорная планка, 52 - носитель внешнего реперного знака, 53 - внешний реперный знак, 54 - топологический реперный знак.

На фиг. 34 представлена иллюстрация пятого примера способа изготовления МФП форматом 1152×864 элементов с применением дополнительных реперных знаков, этапы 1-3 - последовательная установка девяти субмодулей, показан этап 3, где 33 - пластина-носитель, 34 - фотоприемный субмодуль, 43 - область стыковки субмодулей, 51 - опорная планка, 52 - носитель внешнего реперного знака, 53 - внешний реперный знак, 54 - топологический реперный знак, 55 - дополнительный реперный знак.

На фиг. 35 (а-м) представлена иллюстрация шестого примера способа (полуавтоматического) изготовления МФП форматом 1152×864 элементов: этапы 1-12 - последовательная установка первых трех субмодулей, где 33 - пластина-носитель, 34 - бескорпусной фотоприемный субмодуль, 77 - упор для выравнивания, 78 - шарнир, 79 - верхняя, неподвижная (по "Z") часть установки микросборки, 80 - откидной люк установки микросборки для предварительного размещения фотоприемного субмодуля, 81 - нижняя, подвижная (по "Z") часть установки микросборки, 82 - система визуализации и совмещения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первый вариант МФП (фиг. 9) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе, фотоприемные субмодули в монолитном исполнении изготовлены как бескорпусные монолитные фотоприемники в виде кристаллов КМ с дополнительно интегрированными на них массивами ФЧЭ, а в гибридном исполнении как бескорпусные гибридные микросборки из кристалла матрицы ФЧЭ и кристалла КМ, контактные площадки субмодулей электрически соединены с контактными площадками пластины-носителя с применением микрошлейфов,

бескорпусные монолитные или гибридные фотоприемные субмодули МФП изготовлены с обеспечением минимальных (5-8 мкм) областей повреждения многослойных микроструктур и полупроводниковых материалов на стыкуемых краях кристаллов субмодулей,

бескорпусные монолитные или гибридные фотоприемные субмодули с минимальными областями повреждения многослойных микроструктур и полупроводниковых материалов на стыкуемых краях кристаллов непосредственно размещены фотоприемной стороной вверх на единственной пластине-носителе без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами между кристаллами смежных субмодулей.

При необходимости более плотной микросборки субмодулей в МФП и для изоляции тыльной поверхности субмодулей от металлической разводки на пластине-носителе применяют изолирующие пластины (поз. 35).

Второй вариант МФП (фиг. 10) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

в качестве пластины-носителя МФП применен единственный большой кристалл КМ,

в качестве субмодулей применены кристаллы матриц ФЧЭ,

субмодули изготовлены с обеспечением предельно минимальных (5-8 мкм) областей повреждения полупроводниковых материалов и многослойных микроструктур на стыкуемых краях кристаллов,

субмодули с предельно минимальными областями повреждения полупроводниковых материалов и многослойных микроструктур на стыкуемых краях кристаллов непосредственно размещены фотоприемной стороной вверх на единственной пластине-носителе без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами между кристаллами смежных субмодулей,

при этом сигнальные контактные площадки (поз. 36) КМ электрически соединены с контактными площадками (поз. 38) субмодулей - кристаллов матриц ФЧЭ с применением микростолбов.

Третий вариант МФП (фиг. 11) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

в качестве пластины-носителя МФП применен единственный большой кристалл матрицы ФЧЭ,

в качестве субмодулей применены кристаллы КМ,

субмодули изготовлены с обеспечением предельно минимальных (5-8 мкм) областей повреждения полупроводниковых материалов и многослойных микроструктур на стыкуемых краях кристаллов,

субмодули с предельно минимальными областями повреждения полупроводниковых материалов и многослойных микроструктур на стыкуемых краях кристаллов непосредственно размещены на единственной пластине-носителе без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами между кристаллами смежных субмодулей,

при этом сигнальные и управляющие контактные площадки (поз. 38) субмодулей - КМ электрически соединены с контактными площадками (поз. 36) кристалла матрицы ФЧЭ с применением микростолбов.

Четвертый вариант МФП (фиг. 12) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

бескорпусные монолитные или гибридные фотоприемные субмодули МФП изготовлены с обеспечением предельно минимальных (5-8 мкм) областей повреждения полупроводниковых материалов и многослойных микроструктур на стыкуемых краях кристаллов,

бескорпусные монолитные или гибридные фотоприемные субмодули с предельно минимальными областями повреждения полупроводниковых материалов и многослойных микроструктур на стыкуемых краях кристаллов непосредственно размещены на единственной пластине-носителе без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами между кристаллами смежных субмодулей.

единый принцип считывания фотосигналов и адресация к ФЧЭ в МФП обеспечены применением микропроводников или микрошлейфов, соединяющих соответствующие сигнальные и управляющих (в т.ч. адресные) контактные площадки смежных кристаллов субмодулей.

Пятый вариант МФП (фиг. 13) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

субмодули мозаичного фотоприемника выполнены в монолитном исполнении как бескорпусные монолитные фотоприемники в виде кристаллов КМ с дополнительно интегрированными на них массивами ФЧЭ,

бескорпусные монолитные фотоприемные субмодули МФП изготовлены с обеспечением предельно минимальных (5-8 мкм) областей повреждения полупроводниковых материалов и многослойных микроструктур на стыкуемых краях кристаллов,

бескорпусные монолитные фотоприемные субмодули непосредственно размещены на единственной пластине-носителе,

крепление бескорпусных монолитных субмодулей на пластине-носителе выполнено с применением микростолбов или небольшим заданным количеством (слоями) вакуумного теплопроводящего удерживающего материала под каждым субмодулем,

при необходимости пластина-носитель выполняется из материала, прозрачного в рабочем спектральном диапазоне.

Шестой вариант МФП (фиг. 14) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

охлаждаемые бескорпусные гибридные субмодули на основе ФЧЭ различных типов, например, KPT-фотодиодов и МСКЯ-фотодетекторов, фоточувствительных в разных заданных спектральных диапазонах, размещены одновременно и в заданных комбинациях на единственной пластине-носителе.

МФП по шестому варианту обладает комбинированной, т.е. совмещающей широкополосную (КРТ) и узкополосную (МСКЯ) части, спектральной характеристикой фоточувствительности за счет использования разных фотоприемных кристаллов субмодулей на основе ФЧЭ различных типов: KPT-фото диодов и МСКЯ-фотодетекторов, работающих в разных ИК спектральных диапазонах (фиг. 14).

Седьмой вариант МФП (фиг. 15) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

неохлаждаемые бескорпусные монолитные субмодули на основе микроболометрических элементов различных типов, чувствительных в разных заданных спектральных ИК и ТГц диапазонах, размещены одновременно и в заданных комбинациях на единственной пластине-носителе.

МФП по седьмому варианту обладает комбинированной, т.е. совмещающей широкополосную и узкополосную части, спектральной характеристикой чувствительности за счет использования разных кристаллов субмодулей на основе микроболометрических элементов различных типов, работающих в разных ИК и ТГц диапазонах (фиг. 15).

Восьмой вариант МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

краевые ФЧЭ субмодулей выполнены меньше по площади относительно размеров ФЧЭ, расположенных внутри матрицы,

а соответствующая коррекция сигналов ФЧЭ обеспечена в видеопроцессоре и/или в КМ.

Девятый вариант МФП (фиг. 16) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

над каждым краевым ФЧЭ меньшей площади размещена индивидуальная интегральная бифокальная линза соответствующего спектрального диапазона, фокусирующая на каждый уменьшенный краевой элемент субмодуля излучение с большей площади, эквивалентной площади ФЧЭ внутри матрицы.

Десятый вариант МФП (фиг. 17а) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

над "слепыми зонами" размещены оптические призмы соответствующих спектральных диапазонов, передающие на каждый уменьшенный краевой элемент субмодулей излучение с большей площади, эквивалентной площади ФЧЭ внутри матрицы, линейные размеры оптических призм соответствуют размерам "слепых зон";

при этом поз. 46 применяют при необходимости, оптические призмы соответствующих конструкций и форм изготавливают из соответствующих материалов (подробнее см. одиннадцатый вариант).

Одиннадцатый вариант МФП (фиг. 17а-с) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по десятому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

оптические призмы заданных спектральных диапазонов, размещенные над "слепыми зонами", выполнены в виде различных конструкций разной (простой и сложной) формы для сбора потока излучения уменьшенными краевыми ФЧЭ субмодулей МФП с большей площади, эквивалентной площади ФЧЭ внутри матрицы;

указанные оптические призмы изготовлены в виде поворотных и неподвижных конструкций треугольной, ромбовидной, трапециидальной, сложной трапециидальной, угловой, простой и сложной "М"- и "Δ"-образной формы; в виде оптических волновых каналов, передающих на уменьшенные краевые элементы субмодулей излучение с площади, равной площади ФЧЭ внутри матрицы;

соответствующие оптические призмы выполнены из различных материалов, прозрачных в заданных спектральных диапазонах, обладающих разными коэффициентами преломления и имеющих в своем составе полупрозрачные и непрозрачные зеркальные поверхности для соответствующих спектральных диапазонов.

Двенадцатый вариант МФП (фиг. 18а-з) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

краевые, чувствительные в ИК или ТГц диапазонах микроболометрические элементы выполнены так, что части микроболометрических элементов перекрывают области повреждения полупроводниковых материалов на стыкуемых краях смежных субмодулей, а в некоторых случаях и области зазоров между субмодулями, устраняя тем самым "слепую зону".

Тринадцатый вариант МФП (фиг. 19) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

краевые микроболометрические элементы с антеннами, чувствительными в ТГц диапазоне, выполнены так, что части антенн, несимметричные относительно микроболометрических элементов, перекрывают области повреждения полупроводниковых материалов на стыкуемых краях смежных субмодулей, устраняя тем самым "слепую зону".

Четырнадцатый вариант МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений (по первому варианту конструкции) состоит из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, m = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞, (n≠m при n=1 или при m=1), фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе,

в качестве ЧЭ применены индивидуальные антенные конструкции, диаграмма направленности и коэффициент передачи которых в заданном диапазоне оптимизированы посредством выравнивания чувствительности к излучению краевых элементов и элементов, расположенных внутри приемной матрицы субмодулей.

Достижение технического результата в вариантах способа изготовления МФП базируется на установке, позиционировании и фиксации кристаллов субмодулей стык встык друг к другу непосредственно на единственной теплопроводящей пластине-носителе с минимальными (не более 2 мкм) зазорами или без зазоров между смежными кристаллами субмодулей (фиг. 26), на оригинальном прецизионном формировании граней кристаллов субмодулей с обеспечением предельно минимальных (5-8 мкм) областей повреждения многослойных микроструктур и полупроводниковых материалов на стыкуемых краях кристаллов, на формировании отверстий в пластине-носителе в местах предполагаемого размещения кристаллов субмодулей, количество отверстий на один субмодуль определяется в каждом случае индивидуально расчетно-экспериментальным путем, на применении вакуумного захвата, вакуумной линии и вакуумного насоса для фиксации кристаллов субмодулей в процессе изготовления МФП, на применении опорной планки в виде прямоугольной рамки, при необходимости с дополнительными вкладышами и/или с ограничителями выравнивания кристаллов субмодулей по высоте, на дополнительном исследовании работоспособности кристаллов и разбраковке по параметрам субмодулей, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов, по результатам которых выполняют замену субмодулей, забракованных и вышедших из строя в процессе изготовления МФП, и на применении полуавтоматического микроманипулятора и/или автоматического микроманипулятора-робота.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ БАЗА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вышеизложенные результаты получены при инициативном поисковом исследовании влияния лазерного излучения и режимов лазера на разные полупроводниковые материалы и многослойные микроструктуры при скрайбировании и формировании краев кристаллов на различных оригинальных экспериментальных установках, а также при исследовании технологических принципов создания прототипов высокой и сверхвысокой размерности, прецизионной микросборки гибридных ИС, способов выполнения и режимов технологической операции прецизионного скрайбирования и формирования краев кристаллов, прецизионной микросборки кристаллов субмодулей высокой и сверхвысокой размерности на экспериментальных и промышленных автоматизированных установках [Клименко А.Г., Новоселов А.Р., Недосекша Т.Н., Карнаева Н.В., Марчишин И.В., Овсюк В.Н, Есаев Д.Е. Технология сборки крупноформатных инфракрасных фотоприемных модулей на индиевых микростолбах // Оптический журнал. 2009. Том. 76, №12. С. 63-68; Новоселов А.Р. Разработка высокоэффективных мозаичных фотоприемников на основе линеек фоточувствительных элементов // Автометрия. 2010. Т. 46, №6. С.106-115; Клименко А.Г., Козлов А.И., Новоселов А.Р., Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Марчишин И. В., Овсюк В.Н Преобразование изображений в мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемниках инфракрасного и терагерцового диапазонов форматом до 3072×576 и более // Оптический журнал. 2014. Т. 81, №3. С.35-43; Клименко А.Г., Козлов А.И., Новоселов А.Р., Демьяненко М.А., Есаев Д.Г., Марчишин И.В., Овсюк В.Н. Разработка мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемников инфракрасного и терагерцового спектральных диапазонов форматом до 3072×576 и более // Успехи прикладной физики. 2014. 2, №2. С.123-130; Козлов А.И., Новоселов А.Р., Демьяненко М.А., Овсюк В.Н. О мозаичных неохлаждаемых микроболометрических приемниках инфракрасного и терагерцового диапазонов // Автометрия. 2016. Т. 52, №2. С.115-121; Новоселов А.Р. Способ уменьшения зазора между чипами в мозаичных фотоприемных модулях // Автометрия. 2016. Т. 52, №1. С.116-121; Козлов А.И., Новоселов А.Р., Демьяненко М.А., Овсюк В.Н. Повышение эффективности преобразования изображений в мозаичных микроболометрических приемниках // Оптический журнал. 2018. Т. 85, №2. С.60-66] (фиг. 25).

Достигнутый технологический уровень операции формирования стыкуемых краев кристаллов лазерным излучением представлен на фиг. 27-29. Лазерное формирование краев кристаллов осуществляют в многопроходном режиме (скорость 120 мкм/сек), с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности. При таком способе формирования стенка канавки со стороны кристалла имеет минимальное отклонение от нормали к поверхности, на планарной стороне кристалла расплав материала отсутствует (фиг. 27). Для уменьшения ширины области повреждения многослойных микроструктур и полупроводниковых материалов необходимо ограничить пятно излучения двумя областями: центральной областью, в которой плотности энергии излучения достаточно для перехода материала в газообразное состояние, и областью, в которой плотность энергии выше порога плавления. Для этого на поверхность фотоприемника наносят непрозрачный на заданной длине волны защитный слой фоторезиста (фиг. 28). Разработанный метод формирования краев кристаллов с выбранным способом откола края кристалла обеспечивает ровную, перпендикулярную планарной стороне боковую поверхность кристалла субмодуля и позволяет совмещать смежные субмодули без зазоров или с минимальными зазорами (фиг. 26б); шероховатость края кристалла составляет около 1 мкм или менее. Зависимости изменения тока р-n переходов в КМ от расстояния до края канавки скрайбирования, изображенные на фиг. 29, подтверждают полученные теоретические и экспериментальные данные.

ПРИНЦИП РАБОТЫ МФП СВЕРХВЫСОКОЙ РАЗМЕРНОСТИ С ПРЕДЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Изображение визуализируемой сцены фокусируют на фокальную поверхность расположения ФЧЭ матриц МФП. Бескорпусные гибридные субмодули, состоящие из кристаллов матриц ФЧЭ и кристаллов КМ, или бескорпусные монолитные субмодули в виде кристаллов КМ с размещенными на них в специально отведенных местах ФЧЭ, располагают на единственную пластину-носитель без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами между смежными кристаллами. Матрицы ФЧЭ субмодулей могут быть прямоугольными или квадратными, состоять из одного, двух, трех, четырех (например, в виде массива 2×2) и более элементов, что определяется требуемым пространственным разрешением МФП (фиг. 20б, фиг. 24, фиг. 25, фиг. 30, фиг. 32).

МФП по шестому и/или седьмому вариантам состоят из различных комбинаций субмодулей, фоточувствительных в разных (УФ, видимом, ИК, ТГц и/или др.) спектральных диапазонах и выполненных на основе приборов с зарядовой связью, кремниевых фотодиодов, KPT-фотодиодов, МСКЯ-фотодетекторов, детекторов на основе сверхрешеток или микроболометров, в зависимости от задачи, решаемой тепловизионным прибором, в который входит данный МФП. МФП по седьмому варианту, например представленный на фиг.15, обладает комбинированной спектральной характеристикой чувствительности за счет использования разных типов кристаллов субмодулей на основе микроболометров, работающих одновременно в разных спектральных диапазонах: ИК и ТГц.

Разделение падающего на матрицы ФЧЭ потока излучения или фотонов осуществляют в заданных спектральных диапазонах светоделителями. В некоторых случаях оптическую систему не применяют. Каждый субмодуль работает в своем заданном диапазоне. Длинноволновую границу фоточувствительности, например, в ИК спектральном диапазоне обеспечивают конструкцией ФЧЭ, а коротковолновую границу фоточувствительности - "отрезающим" оптическим фильтром. КМ субмодулей обеспечивают параллельное считывание и обработку сигналов матриц ФЧЭ заданных спектральных диапазонов. Последующую обработку и совмещение изображений в разных спектральных диапазонах от отдельных субмодулей осуществляют сигнальным видеопроцессором.

ПРИМЕРЫ ПРЕДЛАГАЕМЫХ ВАРИАНТОВ СПОСОБА СОЗДАНИЯ МФП СВЕРХВЫСОКОЙ РАЗМЕРНОСТИ С ПРЕДЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ

В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления вариантов способа изготовления МФП сверхвысокой размерности с достижением указанного технического результата, приводим нижеследующие примеры реализации.

Пример 1

Рассмотрим пример изготовления МФП форматом 1152×576 элементов из бескорпусных субмодулей размерностью 384×288 элементов (фиг. 30-31). Изготовление МФП на основе матрицы 3×2 субмодуля осуществляют с применением реперных знаков; минимальный зазор по координатам "X" и "Y" между кристаллами смежных субмодулей отсутствует или не превышает 2 мкм.

Подготовительный этап (фиг. 31а):

Изготавливают пластину-носитель (поз. 33) соответствующих размеров, изготавливают кристаллы и субмодули соответствующих форматов, в процессе изготовления на кристаллах субмодулей создают топологические реперные знаки. Исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов. Изготавливают опорные планки (поз. 51), длиной не менее суммарной длины трех стыкуемых смежных субмодулей, и высотой больше высоты кристалла субмодуля (~ 10 мкм), изготавливают носители внешних реперных знаков (поз. 52), изготавливают внешние реперные знаки. При необходимости применяют по два носителя внешних реперных знаков на один субмодуль.

С фронтальной стороны кристаллов формируют лазерным излучением стыкуемые края всех признанных годными и необходимых для микросборки МФП кристаллов субмодулей. Дополнительное прецизионное формирование краев кристаллов субмодулей выполняют следующим образом: на фронтальную поверхность кристалла субмодуля, наносят защитный слой фоторезиста, затем формируют края кристалла лазерным излучением с заданной длиной волны в многопроходном режиме с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности обрабатываемого кристалла, откол края кристалла с применением клина, смещенного под кристалл, дополнительно формируют стыкуемые края кристалла посредством повторного удаления (испарения) лазерным излучением наклонной части и выступа на боковой поверхности кристалла с тыльной, нерабочей стороны кристалла, после этого выполняют технологическую операцию снятия слоя фоторезиста с обрабатываемого кристалла.

В теплопроводящей пластине-носителе (поз. 33) в местах предполагаемого размещения кристаллов субмодулей формируют отверстия. Количество отверстий на один субмодуль определяют в каждом случае индивидуально. Перед установкой субмодуля на поверхность пластины-носителя (поз. 33) на место предполагаемого размещения кристалла наносят небольшое заданное количество (слои) вакуумного теплопроводящего удерживающего материала. Установку и фиксацию кристаллов субмодулей осуществляют последовательно, кристалл за кристаллом, стык встык друг к другу непосредственно на единственную теплопроводящую пластину-носитель.

Этап 1 (фиг. 31а):

Параллельно верхнему краю пластины-носителя (поз. 33) устанавливают опорную планку (поз. 51). К первому отверстию (группе отверстий) в пластине-носителе (поз. 33), соответствующему месту предполагаемого размещения первого субмодуля, снизу подводят вакуумную линию. С помощью микроманипуляторов захватывают и устанавливают первый субмодуль на место предполагаемого размещения на пластине-носителе (поз. 33). Позиционирование первого и последующих субмодулей на поверхности пластины-носителя (поз. 33) проводят с помощью микроманипуляторов и с применением микроскопа и/или видеокамеры до совпадения топологических реперных знаков на устанавливаемом субмодуле с внешними реперными знаками на носителе реперных знаков (поз. 52). Здесь и далее при необходимости применяют ограничители выравнивания кристаллов субмодулей по высоте (по "Z"). Слой вакуумного теплопроводящего удерживающего материала под кристаллом обеспечивает плавное передвижение субмодулей по поверхности пластины-носителя (поз. 33) для окончательного позиционирования. Затем вакуумную линию подключают к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под устанавливаемым первым кристаллом на пластине-носителе (поз. 33), при этом первый субмодуль придерживают на месте с помощью микроманипуляторов.

Рассмотрим подробнее позиционирование субмодулей на поверхности пластины-носителя (поз. 33), которое проводят с помощью микроманипуляторов. Ориентацию субмодулей при позиционировании можно осуществлять тремя методами. Во-первых, ориентацию субмодулей при позиционировании можно осуществить с применением микроскопа и/или видеокамеры до совпадения топологических реперных знаков на устанавливаемом субмодуле с внешними реперными знаками на индивидуальном для каждого субмодуля носителе реперных знаков (поз. 52). Индивидуальные носители реперных знаков (поз. 52), например, для первой строки субмодулей, могут быть закреплены на одной опорной планке (поз. 51), как показано на фиг. 21а, либо на кристаллах предыдущей строки субмодулей, как показано на фиг. 21б. Во-вторых, ориентацию субмодулей при позиционировании можно осуществить с применением микроскопа и/или видеокамеры до совпадения топологических реперных знаков на устанавливаемом субмодуле с внешними реперными знаками на едином для всей строки субмодулей носителе реперных знаков (поз. 52). Единый для всей строки субмодулей носитель реперных знаков (поз. 52) может быть закреплен на двух опорных планках (поз. 51), как показано на фиг. 22. В-третьих, ориентацию субмодулей при позиционировании можно осуществить с применением системы технического зрения, выполненной на основе видеокамеры и обеспечивающей совмещение соответствующих реперных знаков (поз. 54-55) кристаллов смежных строк субмодулей (фиг. 23).

Этап 2 (фиг. 31б):

Ко второму отверстию (группе отверстий) в пластине-носителе (поз. 33), соответствующему месту предполагаемого размещения второго субмодуля снизу подводят вакуумную линию. Устанавливают второй субмодуль на заданное место пластины-носителя (поз. 33). Захват второго субмодуля, прецизионную близкую стыковку второго субмодуля с закрепленным первым субмодулем, перемещение второго субмодуля по поверхности пластины-носителя (поз. 33) выполняют с помощью микроманипуляторов до совпадения топологических реперных знаков на устанавливаемом втором субмодуле с внешними реперными знаками на носителе реперных знаков (поз. 52). Затем вакуумную линию подключают к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под устанавливаемым вторым субмодулем на пластине-носителе (поз. 33).

Этап 3 (фиг. 31в):

К третьему отверстию (группе отверстий) в пластине-носителе (поз. 33), соответствующему месту предполагаемого размещения третьего субмодуля снизу подводят вакуумную линию. Захват, установку, перемещение третьего субмодуля с учетом ориентации по краю кристалла уже установленного второго субмодуля выполняют с помощью микроманипуляторов до совпадения соответствующих внешних реперных знаков на носителе реперных знаков (поз. 52) с топологическими реперными знаками на устанавливаемом третьем субмодуле, затем вакуумную линию подключают к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под устанавливаемым третьим субмодулем на пластине-носителе (поз. 33).

Этап 4 (фиг. 31г):

Параллельно левому краю пластины-носителя (поз. 33) устанавливают вторую опорную планку (поз. 51). Четвертый субмодуль устанавливают и перемещают до совпадения соответствующих реперных знаков с помощью микроманипуляторов, и затем удерживают на месте до полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала с помощью микроманипуляторов и вакуума аналогично тому, как это выполнено для первого, второго и третьего субмодулей.

Этап 5 (фиг. 31д):

Параллельно нижнему краю пластины-носителя (поз. 33) устанавливают третью опорную планку (поз. 51). Пятый субмодуль устанавливают и перемещают до совпадения соответствующих реперных знаков с помощью микроманипуляторов, и затем удерживают на месте до полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала с помощью микроманипуляторов и вакуума способом, описанным выше.

Этап 6 (фиг. 31е):

Шестой субмодуль устанавливают и перемещают до совпадения соответствующих реперных знаков с помощью микроманипуляторов, и затем удерживают на месте до полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала с помощью микроманипуляторов и вакуума способом, описанным выше.

В процессе изготовления МФП на пластине-носителе осуществляют дополнительное исследование работоспособности кристаллов субмодулей и разбраковку по параметрам, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов, по результатам которых выполняют замену субмодулей, забракованных и вышедших из строя посредством удаления забракованных субмодулей и установки на их место заведомо годных субмодулей способом, описанным выше.

На фиг. 32 представлен МФП размерностью 1152×576 в виде матрицы размером 3×2 субмодуля форматом 384×288, с указанием мест размещения "слепой зоны" и ее технологической части, с вариантом расположения ИК изображения на матрицах ФЧЭ субмодулей и с последующей электронной сборкой результирующего теплового изображения в видеопроцессоре в ОЗУ с произвольной адресацией.

МФП форматом 1152×576 работает следующим образом (фиг. 32). На матрицы ФЧЭ субмодулей с помощью оптической системы проецируют входное изображение визуализируемой сцены. В каждом субмодуле в ФЧЭ происходит преобразование падающего излучения в электрические сигналы, которые обрабатывают и считывают с применением КМ. Выходные сигналы КМ субмодулей передают в видеопроцессор, в котором в ОЗУ с произвольной адресацией производят электронную сборку результирующего теплового изображения. Полученное тепловое изображение может быть выведено на монитор для визуализации.

Пример 2

Рассмотрим пример изготовления МФП размерностью 1152×864 элементов на основе бескорпусных субмодулей форматом 384×288 ФЧЭ (фиг. 33). Изготовление МФП на основе матрицы 3×3 субмодуля осуществляют с применением реперных знаков; минимальный зазор по координатам "X" и "Y" между кристаллами смежных субмодулей отсутствует или не превышает 2 мкм.

Подготовительный этап (фиг. 33а):

Изготавливают пластину-носитель (поз. 33) соответствующих размеров, изготавливают кристаллы и субмодули соответствующих форматов, в процессе изготовления на кристаллах субмодулей создают топологические реперные знаки; реперные знаки в случае, приведенном на фиг. 30, интегрированы в кристалл матрицы ФЧЭ. Исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов. Изготавливают опорные планки (поз. 51), длиной не менее суммарной длины трех стыкуемых смежных субмодулей, и высотой больше высоты кристалла субмодуля (~10 мкм), изготавливают носители внешних реперных знаков (поз. 52), изготавливают внешние реперные знаки. При необходимости применяют по два носителя внешних реперных знаков на один субмодуль.

С фронтальной стороны кристаллов формируют лазерным излучением стыкуемые края всех признанных годными и необходимых для микросборки МФП кристаллов субмодулей. Дополнительное прецизионное формирование краев кристаллов субмодулей выполняют следующим образом: на фронтальную поверхность кристалла субмодуля, наносят защитный слой фоторезиста, затем формируют края кристалла лазерным излучением с заданной длиной волны в многопроходном режиме с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности обрабатываемого кристалла, откол края кристалла с применением клина, смещенного под кристалл, дополнительно формируют стыкуемые края кристалла посредством повторного удаления лазерным излучением наклонной части и выступа на боковой поверхности кристалла с тыльной, нерабочей стороны кристалла, после этого выполняют технологическую операцию снятия слоя фоторезиста с обрабатываемого кристалла.

В теплопроводящей пластине-носителе (поз. 33) в местах предполагаемого размещения кристаллов субмодулей формируют отверстия. Перед установкой субмодуля на поверхность пластины-носителя (поз. 33) на место установки кристалла наносят небольшое заданное количество (слои) вакуумного теплопроводящего удерживающего материала. Установку и фиксацию кристаллов субмодулей осуществляют последовательно, кристалл за кристаллом, стык встык друг к другу непосредственно на единственную теплопроводящую пластину-носитель.

Этап 1 (фиг. 33а):

Параллельно верхнему краю пластины-носителя (поз. 33) устанавливают опорную планку (поз. 51). К первому отверстию (группе отверстий) в пластине-носителе (поз. 33), соответствующему месту предполагаемого размещения первого субмодуля, снизу подводят вакуумную линию. С помощью микроманипуляторов захватывают и устанавливают первый субмодуль на пластину-носитель (поз. 33) на место предполагаемого размещения, выравнивают субмодуль на пластине-носителе (поз. 33) по осям "X" и "Y". Здесь и далее при необходимости применяют ограничители выравнивания кристаллов субмодулей по высоте (по "Z"). Позиционирование первого и последующих субмодулей на поверхности пластины-носителя (поз. 33) проводят с помощью микроманипуляторов и с применением микроскопа и/или видеокамеры до совпадения топологических реперных знаков на устанавливаемом субмодуле с внешними реперными знаками на носителе реперных знаков (поз. 52). Затем вакуумную линию подключают к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под устанавливаемым первым кристаллом на пластине-носителе (поз. 33).

Ко второму отверстию (группе отверстий) в пластине-носителе (поз. 33), соответствующему месту предполагаемого размещения второго субмодуля снизу подводят вакуумную линию. Устанавливают второй субмодуль на заданное место пластины-носителя. Захват второго субмодуля, прецизионную близкую стыковку второго субмодуля с закрепленным первым субмодулем, перемещение второго субмодуля по поверхности пластины-носителя (поз. 33) выполняют с помощью микроманипуляторов до совпадения топологических реперных знаков на устанавливаемом втором субмодуле с внешними реперными знаками на носителе реперных знаков (поз. 52). Затем вакуумную линию подключают к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под устанавливаемым вторым субмодулем на пластине-носителе (поз. 33).

К третьему отверстию (группе отверстий) в пластине-носителе (поз. 33), соответствующему месту предполагаемого размещения третьего субмодуля снизу подводят вакуумную линию. Захват, установку, перемещение третьего субмодуля с учетом ориентации по краю кристалла уже установленного второго субмодуля выполняют с помощью микроманипуляторов до совпадения соответствующих внешних реперных знаков на носителе реперных знаков (поз. 52) с топологическими реперными знаками на устанавливаемом третьем субмодуле, затем вакуумную линию подключают к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под устанавливаемым третьим субмодулем на пластине-носителе (поз. 33).

Этап 2 (фиг. 33б):

Параллельно левому краю пластины-носителя (поз. 33) устанавливают вторую опорную планку (поз. 51). Четвертый субмодуль устанавливают и перемещают до совпадения соответствующих реперных знаков с помощью микроманипуляторов, и затем удерживают на месте до полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала с помощью микроманипуляторов и вакуума аналогично тому, как это выполнено для первого, второго и третьего субмодулей.

Этап 3 (фиг. 33в):

Параллельно нижнему краю пластины-носителя (поз. 33) на ее поверхность устанавливают третью опорную планку (поз. 51). Пятый и шестой субмодули устанавливают и перемещают до совпадения соответствующих реперных знаков с помощью микроманипуляторов, и затем удерживают на месте до полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала с помощью микроманипуляторов и вакуума способом, описанным выше.

Этап 4 (фиг. 33г):

Параллельно левому краю пластины-носителя (поз. 33) устанавливают четвертую опорную планку (поз. 51). Седьмой субмодуль устанавливают и перемещают до совпадения соответствующих реперных знаков с помощью микроманипуляторов, и затем удерживают на месте до полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала с помощью микроманипуляторов и вакуума способом, описанным выше.

Этап 5 (фиг. 33д):

Параллельно нижнему краю пластины-носителя (поз. 33) устанавливают пятую опорную планку (поз. 51). Восьмой и девятый субмодули устанавливают и перемещают до совпадения соответствующих реперных знаков с помощью микроманипуляторов, и затем удерживают на месте до полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала с помощью микроманипуляторов и вакуума способом, описанным выше.

Пример 3

Рассмотрим пример изготовления МФП размерностью 1152×864 элементов из бескорпусных субмодулей форматом 384×288 ФЧЭ с применением опорной планки (поз. 51) в виде прямоугольной рамки (фиг. 24). Изготовление МФП происходит на основе матрицы 3×3 субмодуля; минимальный зазор по координатам "X" и "Y" между кристаллами смежных субмодулей отсутствует или не превышает 2 мкм.

Изготавливают пластину-носитель (поз. 33) соответствующих размеров, изготавливают кристаллы и субмодули соответствующих форматов, в процессе изготовления на кристаллах субмодулей создают топологические реперные знаки и дополнительные реперные знаки; реперные знаки и дополнительные реперные знаки в случае, приведенном на фиг. 24, интегрированы в кристалл матрицы ФЧЭ. Исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов. Изготавливают носители внешних реперных знаков (поз. 52), изготавливают внешние реперные знаки. При необходимости применяют по два носителя внешних реперных знаков на один субмодуль. Изготавливают опорную планку (поз. 51) в виде прямоугольной рамки, внутренние размеры которой соответствуют размерам создаваемого МФП, в пластине-носителе в местах предполагаемого размещения субмодулей создают отверстия. Перед установкой субмодуля на поверхность пластины-носителя (поз. 33) на место установки кристалла наносят небольшое заданное количество (слои) вакуумного теплопроводящего удерживающего материала.

С фронтальной стороны кристаллов формируют лазерным излучением стыкуемые края всех признанных годными и необходимых для микросборки МФП кристаллов субмодулей. Дополнительное прецизионное формирование краев кристаллов субмодулей выполняют следующим образом: на фронтальную поверхность кристалла субмодуля, наносят защитный слой фоторезиста, затем формируют края кристалла лазерным излучением с заданной длиной волны в многопроходном режиме с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности обрабатываемого кристалла, откол края кристалла с применением клина, смещенного под кристалл, дополнительно формируют стыкуемые края кристалла посредством повторного удаления лазерным излучением наклонной части и выступа на боковой поверхности кристалла с тыльной, нерабочей стороны кристалла, после этого выполняют снятие слоя фоторезиста с обрабатываемого кристалла.

Захват и установку каждого субмодуля на пластину-носитель на заданные места внутри прямоугольной рамки выполняют с помощью микроманипуляторов без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами по координатам "X" и "Y" между смежными кристаллами, при необходимости применяют ограничители выравнивания кристаллов субмодулей по высоте (по "Z"), к каждому отверстию (группе отверстий) в пластине-носителе, соответствующему месту предполагаемого размещения устанавливаемого субмодуля, снизу подводят вакуумные линии, после установки всех субмодулей на заданные места пластины-носителя фиксацию субмодулей осуществляют одновременно, подключением вакуумных линий к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под установленными субмодулями на пластине-носителе (фиг. 24).

Пример 4

Рассмотрим пример изготовления МФП размерностью 1152×864 элементов из бескорпусных субмодулей форматом 384×288 ФЧЭ с применением опорной планки (поз. 51) в виде прямоугольной рамки и дополнительных опорных планок-вкладышей (фиг. 25). Изготовление МФП осуществляют на основе матрицы 3×3 субмодуля; минимальный зазор по координатам "X" и "Y" между кристаллами субмодулей не превышает 2 мкм.

Изготавливают пластину-носитель (поз. 33) соответствующего размера, изготавливают кристаллы и субмодули соответствующих форматов, в процессе изготовления на кристаллах субмодулей создают топологические реперные знаки и дополнительные реперные знаки; реперные знаки и дополнительные реперные знаки в случае, приведенном на фиг. 20, интегрированы в кристалл матрицы ФЧЭ. Исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов. Изготавливают носители внешних реперных знаков (поз. 52), изготавливают внешние реперные знаки. При необходимости применяют по два носителя внешних реперных знаков на один субмодуль. Изготавливают опорную планку (поз. 51) в виде прямоугольной рамки, внутренние размеры которой соответствуют размерам создаваемого МФП с учетом необходимости размещения дополнительных опорных планок-вкладышей, в пластине-носителе в местах предполагаемого размещения субмодулей создают отверстия (группы отверстий). Перед установкой субмодуля на поверхность пластины-носителя (поз. 33) на место установки кристалла наносят небольшое заданное количество (слои) вакуумного теплопроводящего удерживающего материала.

Внутри опорной планки, выполненной в виде соответствующей прямоугольной рамки, по краям с каждой стороны располагают четыре дополнительные опорные планки-вкладыши, длиной, соответствующей размерам создаваемого МФП (фиг. 25).

С фронтальной стороны кристаллов формируют лазерным излучением стыкуемые края всех признанных годными и необходимых для микросборки МФП кристаллов субмодулей. Дополнительное прецизионное формирование краев кристаллов субмодулей выполняют следующим образом: на фронтальную поверхность кристалла субмодуля, наносят защитный слой фоторезиста, затем формируют края кристалла лазерным излучением с заданной длиной волны в многопроходном режиме с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности обрабатываемого кристалла, откол края кристалла с применением клина, смещенного под кристалл, дополнительно формируют стыкуемые края кристалла посредством повторного удаления лазерным излучением наклонной части и выступа на боковой поверхности кристалла с тыльной, нерабочей стороны кристалла, после этого выполняют снятие слоя фоторезиста с обрабатываемого кристалла.

Захват и установку каждого субмодуля на пластину-носитель на заданные места внутри прямоугольной рамки выполняют с помощью микроманипуляторов без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами между смежными кристаллами, при необходимости применяют ограничители выравнивания кристаллов субмодулей по высоте (по "Z"), к каждому отверстию (группе отверстий) в пластине-носителе, соответствующему месту предполагаемого размещения субмодуля, снизу подводят вакуумные линии, после установки всех субмодулей на заданные места пластины-носителя фиксацию субмодулей осуществляют одновременно, подключением вакуумных линий к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под установленными субмодулями на пластине-носителе (фиг. 25).

Пример 5

Рассмотрим пример изготовления МФП размерностью 1152×864 ФЧЭ из бескорпусных субмодулей форматом 384x288 элементов с применением дополнительных реперных знаков (фиг. 21-23, 34). Изготовление МФП проводят на основе матрицы 3×3 субмодуля; минимальный зазор по координатам "X" и "Y" между кристаллами субмодулей не превышает 2 мкм.

Подготовительный этап (фиг. 21а):

Изготавливают пластину-носитель (поз. 33) соответствующего размера, изготавливают кристаллы и субмодули соответствующих форматов, в процессе изготовления на кристаллах субмодулей создают топологические реперные знаки и дополнительные реперные знаки; реперные знаки и дополнительные реперные знаки в случае, приведенном на фиг. 34, интегрированы в кристалл матрицы ФЧЭ. Исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов. Изготавливают опорные планки (поз. 51), длиной не менее суммарной длины трех стыкуемых смежных субмодулей, и высотой больше высоты кристалла субмодуля (~10 мкм), изготавливают носители внешних реперных знаков (поз. 52), изготавливают внешние реперные знаки. При необходимости применяют по два носителя внешних реперных знаков на один субмодуль.

С фронтальной стороны кристаллов формируют лазерным излучением стыкуемые края всех признанных годными и необходимых для микросборки МФП кристаллов субмодулей. Дополнительное прецизионное формирование краев кристаллов субмодулей выполняют следующим образом: на фронтальную поверхность кристалла субмодуля, наносят защитный слой фоторезиста, затем формируют края кристалла лазерным излучением с заданной длиной волны в многопроходном режиме с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности обрабатываемого кристалла, откол края кристалла с применением клина, смещенного под кристалл, дополнительно формируют стыкуемые края кристалла посредством повторного удаления лазерным излучением наклонной части и выступа на боковой поверхности кристалла с тыльной, нерабочей стороны кристалла, после этого выполняют технологическую операцию снятия слоя фоторезиста с обрабатываемого кристалла.

В теплопроводящей пластине-носителе (поз. 33) в местах предполагаемого размещения кристаллов субмодулей формируют отверстия. Перед установкой субмодуля на поверхность пластины-носителя (поз. 33) на место установки кристалла наносят небольшое заданное количество (слои) вакуумного теплопроводящего удерживающего материала. Установку и фиксацию кристаллов субмодулей осуществляют последовательно, кристалл за кристаллом, стык встык друг к другу непосредственно на единственную теплопроводящую пластину-носитель.

Этап 1 (фиг. 21а):

Параллельно верхнему краю пластины-носителя (поз. 33) устанавливают опорную планку (поз. 51). К первому отверстию (группе отверстий) в пластине-носителе (поз. 33), соответствующему месту предполагаемого размещения первого субмодуля снизу подводят вакуумную линию. С помощью микроманипуляторов захватывают и устанавливают первый субмодуль на пластину-носитель (поз. 33) на место предполагаемого размещения, выравнивают субмодуль на пластине-носителе (поз. 33) по осям "X" и "Y" с использованием опорных планок (поз. 51), носителей реперных знаков (поз. 52) и собственно реперных знаков. При необходимости применяют ограничители выравнивания кристаллов субмодулей по высоте (по "Z"). Позиционирование субмодулей на поверхности пластины-носителя (поз. 33) проводят с помощью микроманипуляторов. Ориентацию субмодулей при позиционировании можно осуществлять тремя методами (см. пример 1). После выполнения прецизионного позиционирования субмодуля вакуумную линию подключают к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под устанавливаемым первым кристаллом на пластине-носителе (поз. 33).

Ко второму отверстию (группе отверстий) в пластине-носителе (поз. 33), соответствующему месту предполагаемого размещения второго субмодуля снизу подводят вакуумную линию. Устанавливают второй субмодуль на заданное место пластины-носителя (поз. 33). Захват второго субмодуля, прецизионную близкую стыковку устанавливаемого второго субмодуля с закрепленным первым субмодулем, перемещение второго субмодуля по поверхности пластины-носителя (поз. 33) с учетом ориентации по краю кристалла уже установленного первого субмодуля выполняют с помощью микроманипуляторов до совпадения соответствующих реперных знаков. При необходимости применяют ограничители выравнивания кристаллов субмодулей по высоте (по "Z"). Затем вакуумную линию подключают к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под устанавливаемым вторым субмодулем на пластине-носителе (поз. 33).

К третьему отверстию (группе отверстий) в пластине-носителе (поз. 33), соответствующему месту предполагаемого размещения третьего субмодуля снизу подводят вакуумную линию. Захват, установку и перемещение устанавливаемого третьего субмодуля с учетом ориентации по краю кристалла уже установленного второго субмодуля выполняют с помощью микроманипуляторов до совпадения соответствующих реперных знаков, при необходимости применяют ограничители выравнивания кристаллов субмодулей по высоте (по "Z"), затем вакуумную линию подключают к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под устанавливаемым третьим субмодулем на пластине- носителе (поз. 33).

Этап 2 (фиг. 21б, 22, 23):

Четвертый, пятый и шестой субмодули устанавливают и перемещают с помощью микроманипуляторов до совпадения соответствующих реперных знаков, и затем удерживают на месте до полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала с помощью микроманипуляторов и вакуума аналогично тому, как это выполнено для первого, второго и третьего субмодулей.

Этап 3 (фиг. 34):

Вариация №1 третьего этапа (вариант показан на фиг. 34)

Седьмой, восьмой и девятый субмодули устанавливают и перемещают с помощью микроманипуляторов до совпадения соответствующих реперных знаков, и затем удерживают на месте до полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала с помощью микроманипуляторов и вакуума аналогично тому, как это выполнено для четвертого, пятого и шестого субмодулей.

Вариация №2 третьего этапа (вариант показан на фиг. 33д)

Параллельно нижнему краю пластины-носителя (поз. 33) устанавливают опорную планку (поз. 51) с носителями реперных знаков (поз. 52). Седьмой, восьмой и девятый субмодули устанавливают и перемещают до совпадения соответствующих реперных знаков с помощью микроманипуляторов, и затем удерживают на месте до полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала с помощью микроманипуляторов и вакуума способом, описанным выше.

Пример 6

Полуавтоматический способ изготовления МФП (фиг. 35а-м).

Изготавливают пластины-носители соответствующих размеров, изготавливают субмодули соответствующих форматов в виде бескорпусных монолитных или гибридных фотоприемников, в процессе изготовления на кристаллах субмодулей создают топологические реперные знаки. Исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов.

Формируют края кристаллов всех признанных годными и необходимых для микросборки субмодулей, причем при n=1, m=2 или при n=2, m=1 формирование края производят на одной грани кристаллов, при n=2, m=2 - на двух гранях кристаллов, при n=3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞ и m=2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … ∞ - на двух гранях кристаллов, размещаемых в углах матрицы n×m субмодулей, на трех гранях кристаллов субмодулей, размещаемых на краях матрицы n×m субмодулей (за исключением угловых), на четырех гранях кристаллов, размещаемых внутри матрицы n×m субмодулей.

Дополнительное прецизионное формирование краев кристаллов субмодулей выполняют следующим образом: на фронтальную поверхность кристалла субмодуля, наносят защитный слой фоторезиста, затем формируют края кристалла лазерным излучением с заданной длиной волны в многопроходном режиме с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности обрабатываемого кристалла, откол края кристалла с применением клина, смещенного под кристалл, дополнительно формируют стыкуемые края кристалла посредством повторного удаления лазерным излучением наклонной части и выступа на боковой поверхности кристалла с тыльной, нерабочей стороны кристалла, после этого выполняют технологическую операцию снятия слоя фоторезиста с обрабатываемого кристалла.

На единственной пластине-носителе (поз. 33) создают топологические реперные знаки, соответствующие месту размещения каждого субмодуля в составе МФП, на нижней подвижной (по "Z") части установки микросборки размещают и фиксируют вакуумной присоской пластину-носитель МФП, процесс изготовления МФП выполняют циклически: в рамках каждого цикла размещают и фиксируют вакуумной присоской субмодуль на верхней части установки микросборки, размещение и фиксацию субмодуля на пластине-носителе без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами по координатам "X" и "Y" между смежными кристаллами выполняют посредством подъема нижней подвижной части установки микросборки на заданную высоту, затем подвижную часть установки микросборки опускают в нижнее положение, на захвате нижней части отключают вакуум, осуществляют перемещение (по "X" и/или "Y") пластины-носителя на расстояние, равное размерам устанавливаемых субмодулей, фиксируют подачей вакуума пластину-носитель (поз. 33) на новом заданном месте, выполняют установку следующего субмодуля (фиг. 35а-м).

Контроль ориентации и позиционирование устанавливаемых субмодулей осуществляют с помощью системы двусторонней визуализации и совмещения на основе микроскопа и/или видеокамеры, при этом каждый раз осуществляют прецизионную близкую стыковку субмодулей с уже установленными субмодулями до тех пор, пока на пластине-носителе не будет собран МФП требуемой размерности n×m субмодулей, причем в случае m=2 первый и последний субмодуль в каждой строке устанавливают с близкой стыковкой по двум сторонам, второй и последующие субмодули (за исключением последнего) в каждой строке устанавливают с близкой стыковкой по трем сторонам, а в случае m>2 угловые субмодули устанавливают с близкой стыковкой по двум сторонам, краевые субмодули (за исключением угловых) устанавливают с близкой стыковкой по трем сторонам, субмодули, размещаемые внутри матрицы субмодулей, устанавливают с близкой стыковкой по четырем сторонам, при которой, при необходимости, предусматривают зазор между строками матрицы n×m субмодулей для размещения микрошлейфов, выполняют установку и электрическое соединение микрошлейфов с контактными площадками субмодулей и с контактными площадками пластины-носителя.

Фиксацию субмодулей на поверхности пластины-носителя выполняют с применением микростолбов или небольшим заданным количеством (слоями) вакуумного теплопроводящего удерживающего материала под каждым субмодулем.

В процессе установки и фиксации субмодулей на пластине-носителе осуществляют дополнительное исследование работоспособности и разбраковку по параметрам субмодулей, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов, по результатам которых выполняют замену субмодулей, забракованных и вышедших из строя в процессе изготовления МФП посредством удаления забракованных субмодулей и установки на их место заведомо годных субмодулей способом, описанным выше.

Пример 7

Автоматический способ изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений.

Изготавливают пластины-носители соответствующих размеров, изготавливают субмодули соответствующих форматов в виде бескорпусных монолитных или бескорпусных гибридных фотоприемников, в процессе изготовления на кристаллах субмодулей создают топологические реперные знаки. Исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов.

Совмещение внешних реперных знаков на пластине-носителе (поз. 33) или на носителе внешних реперных знаков и топологических реперных знаков на устанавливаемых субмодулях, а также перемещение, установку и фиксацию субмодулей при прецизионной сборке МФП без зазоров или с минимальными (не более 2 мкм) зазорами по координатам "X" и "Y" между смежными кристаллами производят с применением автоматического микроманипулятора-робота.

Фиксацию субмодулей на поверхности пластины-носителя выполняют с применением микростолбов или небольшим заданным количеством (слоями) вакуумного теплопроводящего удерживающего материала под каждым субмодулем.

В процессе установки и фиксации субмодулей на пластине-носителе осуществляют дополнительное исследование работоспособности и разбраковку по параметрам субмодулей, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов, по результатам которых выполняют замену субмодулей, забракованных и вышедших из строя в процессе изготовления МФП посредством удаления забракованных субмодулей и установки на их место заведомо годных субмодулей.

Изобретение относится к оптоэлектронике, нано- и микроэлектронике и может быть использовано для создания мозаичных фотоприемников (МФП) сверхвысокой размерности, в том числе мультиспектральных. В МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений, состоящем из матрицы n×m бескорпусных фотоприемных субмодулей, для уменьшения количества потерянных элементов в "слепой зоне", обеспечения компактности конструкции и расширения области применения бескорпусные субмодули изготовлены с обеспечением минимальных областей повреждения на стыкуемых краях кристаллов субмодулей, субмодули размещены на единственной пластине-носителе с минимальными зазорами или без зазоров. Предложены варианты исполнения области стыковки смежных субмодулей и МФП в целом. В способе изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений для увеличения точности позиционирования субмодулей, повышения технологичности способа изготовления и снижения себестоимости МФП дополнительное прецизионное формирование стыкуемых граней кристаллов субмодулей с обеспечением минимальных (5-8 мкм) областей повреждения выполняют определенным образом, установку субмодулей на единственную пластину-носитель с отверстиями осуществляют с помощью вакуумных захватов и микроманипуляторов с минимальными (≤2 мкм) зазорами или без зазоров. Предложены варианты способов создания МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений. Полученные результаты могут быть применимы и при создании мозаичных излучателей, состоящих из заданной комбинации субмодулей-излучателей различных диапазонов. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 78 ил., 1 табл.

1. Мозаичный фотоприемник (МФП) сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений, состоящий из матрицы n×m фотоприемных субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, …, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, …, n≠m при n=1 или при m=1, при этом фотоприемные субмодули установлены стык встык друг к другу на пластине-носителе, фотоприемные субмодули в монолитном исполнении изготовлены как бескорпусные монолитные фотоприемники в виде кристаллов КМ с дополнительно интегрированными на них массивами ФЧЭ, а в гибридном исполнении - как бескорпусные гибридные микросборки из кристалла матрицы ФЧЭ и кристалла КМ, при этом предусматривают зазор между строками матрицы n×m субмодулей для размещения микрошлейфов с металлической разводкой и электрическое соединение микрошлейфов с контактными площадками субмодулей и с контактными площадками пластины-носителя, отличающийся тем, что

монолитные или гибридные фотоприемные субмодули МФП изготавливают с обеспечением минимальных 5-8 мкм областей повреждения многослойных микроструктур и полупроводниковых материалов на стыкуемых краях кристаллов субмодулей,

монолитные или гибридные фотоприемные субмодули с минимальными областями повреждения многослойных микроструктур и полупроводниковых материалов на стыкуемых краях кристаллов непосредственно размещены фотоприемной стороной вверх на единственной пластине-носителе без зазоров или с минимальными не более 2 мкм зазорами между смежными кристаллами субмодулей.

2. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 1, отличающийся тем, что

в качестве пластины-носителя МФП применен единственный большой кристалл КМ,

в качестве субмодулей применены кристаллы матриц ФЧЭ, размещенные на единственной пластине-носителе - кристалле КМ,

при этом сигнальные контактные площадки КМ электрически соединены с контактными площадками субмодулей - кристаллов матриц ФЧЭ с применением микростолбов.

3. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 1, отличающийся тем, что

в качестве пластины-носителя МФП применен единственный большой кристалл матрицы ФЧЭ,

в качестве субмодулей применены кристаллы КМ, размещенные на единственной пластине-носителе - кристалле матрицы ФЧЭ,

при этом сигнальные и управляющие контактные площадки субмодулей - КМ электрически соединены с контактными площадками кристалла матрицы ФЧЭ с применением микростолбов.

4. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 1, отличающийся тем, что

единый принцип считывания фотосигналов и адресация к ФЧЭ в МФП обеспечены применением микропроводников или микрошлейфов, соединяющих соответствующие сигнальные и управляющие, в том числе адресные, контактные площадки смежных кристаллов субмодулей.

5. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 1, отличающийся тем, что

субмодули МФП выполнены в монолитном исполнении как бескорпусные монолитные фотоприемники в виде кристаллов КМ с дополнительно интегрированными на них массивами ФЧЭ,

монолитные фотоприемные субмодули непосредственно размещены на единственной пластине-носителе,

крепление бескорпусных монолитных субмодулей на пластине-носителе выполнено с применением микростолбов или небольшим заданным количеством вакуумного теплопроводящего удерживающего материала под каждым субмодулем,

при этом пластину-носитель выполняют из материала, прозрачного в рабочем спектральном диапазоне.

6. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 1, отличающийся тем, что

содержит охлаждаемые гибридные субмодули на основе ФЧЭ различных типов, например KPT-фотодиодов и МСКЯ-фотодетекторов, фоточувствительных в разных заданных спектральных диапазонах, размещенные одновременно и в заданных комбинациях на единственной пластине-носителе.

7. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 1, отличающийся тем, что

содержит неохлаждаемые монолитные субмодули на основе микроболометрических элементов различных типов, чувствительных в разных заданных спектральных ИК- и ТГц-диапазонах, размещенные одновременно и в заданных комбинациях на единственной пластине-носителе.

8. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что

краевые ФЧЭ смежных субмодулей выполнены меньше по площади относительно размеров ФЧЭ внутри матрицы,

а соответствующая коррекция сигналов ФЧЭ обеспечена в видеопроцессоре и/или в КМ.

9. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 8, отличающийся тем, что

над каждым краевым ФЧЭ меньшей площади размещена индивидуальная интегральная бифокальная линза соответствующего спектрального диапазона, фокусирующая на каждый уменьшенный краевой элемент субмодулей излучение с большей площади, эквивалентной площади ФЧЭ внутри матрицы, перекрывая тем самым "слепые зоны" с двух сторон.

10. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 9, отличающийся тем, что

над "слепыми зонами" размещены оптические призмы соответствующих спектральных диапазонов, передающие на каждый уменьшенный краевой элемент субмодулей излучение с большей площади, эквивалентной площади ФЧЭ внутри матрицы,

при этом линейные размеры оптических призм соответствуют размерам "слепых зон".

11. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 10, отличающийся тем, что

оптические призмы заданных спектральных диапазонов, размещенные над "слепыми зонами", выполнены в виде различных конструкций разной, простой и сложной формы для сбора потока излучения уменьшенными краевыми ФЧЭ субмодулей МФП с большей площади, эквивалентной площади ФЧЭ внутри матрицы;

указанные оптические призмы изготовлены в виде поворотных и неподвижных конструкций треугольной, ромбовидной, трапецеидальной, сложной трапецеидальной, угловой, простой и сложной М- и Δ-образной формы; в виде оптических волновых каналов, передающих на уменьшенные краевые элементы субмодулей излучение с площади, равной площади ФЧЭ внутри матрицы;

соответствующие оптические призмы выполнены из различных материалов, прозрачных в заданных спектральных диапазонах, обладающих разными коэффициентами преломления и имеющих в своем составе полупрозрачные и непрозрачные зеркальные поверхности для соответствующих спектральных диапазонов.

12. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что

краевые, чувствительные в ИК- или ТГц-диапазонах микроболометрические элементы выполнены так, что части микроболометрических элементов перекрывают области повреждения многослойных микроструктур и полупроводниковых материалов на стыкуемых краях смежных субмодулей, а в некоторых случаях и области зазоров между субмодулями, устраняя тем самым "слепую зону".

13. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что

краевые микроболометрические элементы с антеннами, чувствительными в ТГц-диапазоне, выполнены так, что части антенн, несимметричные относительно микроболометрических элементов, перекрывают области повреждения многослойных микроструктур и полупроводниковых материалов на стыкуемых краях смежных субмодулей, устраняя тем самым "слепую зону".

14. МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 1, отличающийся тем, что

в качестве ЧЭ применены индивидуальные антенные конструкции, диаграмма направленности и коэффициент передачи которых в заданном диапазоне оптимизированы посредством выравнивания чувствительности к излучению краевых элементов и элементов, расположенных внутри приемной матрицы субмодулей.

15. Способ изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений, заключающийся в том, что

изготавливают пластину-носитель соответствующих размеров с внешними реперными знаками,

изготавливают гибридные или монолитные субмодули с топологическими и дополнительными топологическими реперными знаками,

исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов,

выполняют подготовку поверхностей кристаллов гибридных или монолитных субмодулей к фиксации на поверхности пластины-носителя,

выполняют подготовку поверхности пластины-носителя к фиксации кристаллов гибридных или монолитных субмодулей,

изготавливают носители реперных знаков с внешними реперными знаками,

выполняют нанесение слоев или капель удерживающего материала в местах предполагаемого размещения субмодулей,

установку, позиционирование и фиксацию кристаллов субмодулей на пластине-носителе выполняют в виде матрицы n×m субмодулей, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, …, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, …, n≠m при n=1 или m=1,

при n=1, m=2 или при n=2, m=1 формирование края производят на одной грани кристаллов, при n=2 и m=2 - на двух гранях кристаллов, при n=3, 4, 5, 6, 7, 8, … и m=2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … - на двух гранях кристаллов, размещаемых в углах матрицы n×m субмодулей, на трех гранях кристаллов субмодулей, размещаемых на краях матрицы n×m субмодулей, за исключением угловых кристаллов, на четырех гранях кристаллов, размещаемых внутри матрицы n×m субмодулей,

позиционирование субмодулей на поверхности пластины-носителя выполняют при помощи микроманипуляторов,

выполняют контроль зазоров между кристаллами при помощи измерительного микроскопа и/или видеокамеры,

субмодули удерживают на месте до полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала,

при этом предусматривают зазор между строками матрицы n×m субмодулей для размещения микрошлейфов с металлической разводкой и электрическое соединение микрошлейфов с контактными площадками субмодулей и с контактными площадками пластины-носителя, отличающийся тем, что

дополнительное прецизионное формирование стыкуемых граней кристаллов всех субмодулей, признанных годными и необходимых для микросборки МФП, с обеспечением предельно минимальной области повреждения краев кристаллов выполняют следующим образом:

на фронтальную поверхность кристалла субмодуля наносят защитный слой фоторезиста,

формируют с фронтальной стороны канавку и стыкуемые края кристалла лазерным излучением с заданной длиной волны в многопроходном режиме с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности обрабатываемого кристалла,

выполняют откол края кристалла с применением клина, смещенного под кристалл,

дополнительно формируют стыкуемые края кристалла посредством повторного удаления лазерным излучением наклонной части бывшей канавки и выступа в области дна бывшей канавки на боковой поверхности кристалла с тыльной, нерабочей стороны кристалла,

выполняют технологическую операцию снятия слоя фоторезиста с обрабатываемого кристалла;

в пластине-носителе в местах предполагаемого размещения субмодулей создают отверстия, при этом количество отверстий на один субмодуль определяют в каждом случае индивидуально расчетно-экспериментальным путем,

к каждому отверстию в пластине-носителе, соответствующему месту предполагаемого размещения устанавливаемого субмодуля, снизу подводят вакуумные линии,

точное позиционирование и фиксацию субмодулей осуществляют с помощью микроманипуляторов и вакуумных захватов стык встык друг к другу на единственную теплопроводящую пластину-носитель без зазоров или с минимальными не более 2 мкм зазорами между смежными кристаллами субмодулей,

при этом позиционирование субмодулей осуществляют до совпадения топологических реперных знаков и/или дополнительных топологических реперных знаков на устанавливаемых субмодулях с внешними реперными знаками на пластине-носителе или на носителях реперных знаков, для выравнивания кристаллов по высоте применяют ограничители,

подают вакуум на вакуумный захват на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под каждым установленным субмодулем на пластине-носителе,

в процессе установки и фиксации субмодулей на пластине-носителе осуществляют дополнительное исследование работоспособности и разбраковку по параметрам субмодулей, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов,

выполняют замену субмодулей, вышедших из строя в процессе изготовления МФП, посредством удаления забракованных субмодулей и установки на их место заведомо годных субмодулей способом, описанным выше.

16. Способ изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 15, отличающийся тем, что

индивидуальные носители реперных знаков закрепляют, например, для первой строки субмодулей на одной опорной планке, для второй и последующих строк субмодулей на кристаллах предыдущих строк субмодулей;

ориентацию субмодулей при позиционировании осуществляют с применением микроскопа и/или видеокамеры до совпадения топологических реперных знаков на устанавливаемом субмодуле с внешними реперными знаками на индивидуальном для каждого субмодуля носителе реперных знаков.

17. Способ изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 15, отличающийся тем, что

единый носитель реперных знаков закрепляют на двух опорных планках индивидуально для каждой строки субмодулей;

ориентацию субмодулей при позиционировании осуществляют с применением микроскопа и/или видеокамеры до совпадения топологических реперных знаков на устанавливаемом субмодуле с внешними реперными знаками на едином для всей строки субмодулей носителе реперных знаков.

18. Способ изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 15, отличающийся тем, что

ориентацию субмодулей при позиционировании осуществляют с применением топологических реперных знаков, дополнительных реперных знаков и системы технического зрения, выполненной на основе видеокамеры и обеспечивающей процесс совмещения соответствующих реперных знаков кристаллов смежных строк субмодулей.

19. Способ изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 15, отличающийся тем, что

опорную планку выполняют в виде прямоугольной рамки, внутренние размеры которой соответствуют размерам создаваемого МФП,

количество отверстий в пластине-носителе на один субмодуль определяют в каждом случае индивидуально расчетно-экспериментальным путем,

субмодули устанавливают на заданные места пластины-носителя, при этом для выравнивания кристаллов субмодулей по высоте применяют ограничители,

фиксацию всех субмодулей осуществляют одновременно подключением вакуумных линий к вакуумному насосу на время для полимеризации/затвердевания слоев удерживающего материала под субмодулями, установленными на пластине-носителе.

20. Способ изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по п. 19, отличающийся тем, что

внутри опорной планки, выполненной в виде соответствующей прямоугольной рамки, по краям с каждой стороны располагают четыре дополнительные опорные планки-вкладыши с размерами, соответствующими размерам создаваемого МФП;

внутренние размеры опорной планки в виде прямоугольной рамки соответствуют размерам создаваемого МФП с учетом размещения дополнительных опорных планок-вкладышей;

формирование внутренних граней дополнительных опорных планок-вкладышей выполняют прецизионно, с обеспечением шероховатости края не более 1 мкм.

21. Способ изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений по любому из пп. 15-20, отличающийся тем, что

позиционирование, установку и фиксацию субмодулей при прецизионной микросборке МФП выполняют без зазоров или с минимальными не более 2 мкм зазорами между смежными кристаллами субмодулей, а совмещение внешних реперных знаков на пластине-носителе или на носителе внешних реперных знаков и топологических реперных знаков на устанавливаемых субмодулях производят с применением полуавтоматического микроманипулятора.

22. Способ изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений, заключающийся в том, что

изготавливают пластину-носитель соответствующих размеров с внешними реперными знаками, соответствующими местам размещения каждого субмодуля в составе МФП,

изготавливают субмодули соответствующих форматов в виде бескорпусных монолитных или бескорпусных гибридных фотоприемников с топологическими реперными знаками,

исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов,

установку, позиционирование и фиксацию субмодулей выполняют последовательно, кристалл за кристаллом, стык встык друг к другу в виде матрицы n×m субмодулей на пластине-носителе, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, …, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, …, n≠m при n=1 или m=1,

при n=1, m=2 или при n=2, m=1 формирование края производят на одной грани кристаллов, при n=2 и m=2 - на двух гранях кристаллов, при n=3, 4, 5, 6, 7, 8, … и m=2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, …. - на двух гранях кристаллов, размещаемых в углах матрицы n×m субмодулей, на трех гранях кристаллов субмодулей, размещаемых на краях матрицы n×m субмодулей, за исключением угловых кристаллов, на четырех гранях кристаллов, размещаемых внутри матрицы n×m субмодулей,

фиксацию субмодулей на поверхности пластины-носителя выполняют с применением микростолбов или небольшим заданным количеством вакуумного теплопроводящего удерживающего материала под каждым субмодулем,

контроль ориентации и позиционирование устанавливаемых субмодулей осуществляют с помощью системы двусторонней визуализации и совмещения на основе микроскопа и/или видеокамеры, при этом каждый раз осуществляют прецизионную микросборку субмодулей с уже установленными субмодулями до тех пор, пока на пластине-носителе не будет собран МФП требуемой размерности n×m субмодулей,

причем в случае m=2 первый и последний субмодуль в каждой строке устанавливают с близкой стыковкой по двум сторонам, второй и последующие субмодули в каждой строке, за исключением последнего, устанавливают с близкой стыковкой по трем сторонам,

в случае m>2 угловые субмодули устанавливают с близкой стыковкой по двум сторонам, краевые субмодули, за исключением угловых, устанавливают с близкой стыковкой по трем сторонам, а субмодули, размещаемые внутри матрицы субмодулей, устанавливают с близкой стыковкой по четырем сторонам,

при этом предусматривают зазор между строками матрицы n×m субмодулей для размещения микрошлейфов с металлической разводкой и электрическое соединение микрошлейфов с контактными площадками субмодулей и с контактными площадками пластины-носителя, отличающийся тем, что

дополнительное прецизионное формирование стыкуемых граней кристаллов всех субмодулей, признанных годными и необходимых для микросборки МФП, с обеспечением минимальной области повреждения краев кристаллов выполняют следующим образом:

на фронтальную поверхность кристалла субмодуля наносят защитный слой фоторезиста,

формируют с фронтальной стороны канавку и стыкуемые края кристалла лазерным излучением с заданной длиной волны в многопроходном режиме с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности обрабатываемого кристалла,

выполняют откол края кристалла с применением клина, смещенного под кристалл,

дополнительно формируют стыкуемые края кристалла посредством повторного удаления лазерным излучением наклонной части и выступа на боковой поверхности кристалла с тыльной, нерабочей стороны кристалла,

выполняют технологическую операцию снятия слоя фоторезиста с обрабатываемого кристалла;

процесс изготовления МФП выполняют циклически, в рамках каждого цикла:

размещают и фиксируют вакуумным захватом субмодуль на верхней части установки микросборки,

размещают пластину-носитель МФП на нижней, подвижной по Z части установки микросборки и фиксируют вакуумным захватом,

посредством подъема нижней подвижной части установки микросборки на заданную высоту осуществляют размещение и фиксацию субмодуля на пластине-носителе без зазоров или с минимальными не более 2 мкм зазорами между смежными кристаллами субмодулей,

после окончательного закрепления субмодуля на пластине-носителе нижнюю подвижную часть установки микросборки опускают в нижнее положение,

на вакуумном захвате нижней части установки микросборки отключают вакуум,

осуществляют перемещение по X и/или Y пластины-носителя на расстояние, равное размерам устанавливаемых субмодулей,

фиксируют подачей вакуума пластину-носитель на новом заданном месте нижней части установки микросборки,

выполняют следующий цикл для установки следующего субмодуля;

в процессе установки и фиксации субмодулей на пластине-носителе осуществляют дополнительное исследование работоспособности и разбраковку по параметрам субмодулей, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов,

выполняют замену субмодулей, вышедших из строя в процессе изготовления МФП, посредством удаления забракованных субмодулей и установки на их место заведомо годных субмодулей способом, описанным выше.

23. Способ изготовления МФП сверхвысокой размерности с предельной эффективностью преобразования изображений, заключающийся в том, что

изготавливают пластину-носитель соответствующих размеров с внешними реперными знаками, соответствующими местам размещения каждого субмодуля в составе МФП,

изготавливают субмодули соответствующих форматов в виде бескорпусных монолитных или бескорпусных гибридных фотоприемников с топологическими реперными знаками,

исследуют работоспособность и разбраковывают по параметрам субмодули, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов,

установку, позиционирование и фиксацию субмодулей выполняют последовательно, кристалл за кристаллом, стык встык друг к другу в виде матрицы n×m субмодулей на пластине-носителе, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, …, m=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, …, n≠m при n=1 или m=1,

при n=1, m=2 или при n=2, m=1 формирование края производят на одной грани кристаллов, при n=2 и m=2 - на двух гранях кристаллов, при n=3, 4, 5, 6, 7, 8, … и m=2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, … - на двух гранях кристаллов, размещаемых в углах матрицы n×m субмодулей, на трех гранях кристаллов субмодулей, размещаемых на краях матрицы n×m субмодулей, за исключением угловых кристаллов, на четырех гранях кристаллов, размещаемых внутри матрицы n×m субмодулей,

фиксацию субмодулей на поверхности пластины-носителя выполняют с применением микростолбов или небольшим заданным количеством вакуумного теплопроводящего удерживающего материала под каждым субмодулем,

контроль ориентации и позиционирование устанавливаемых субмодулей осуществляют с помощью системы двусторонней визуализации и совмещения на основе микроскопа и/или видеокамеры, при этом каждый раз выполняют прецизионную микросборку субмодулей с уже установленными субмодулями до тех пор, пока на пластине-носителе не будет собран МФП требуемой размерности n×m субмодулей,

причем в случае m=2 первый и последний субмодуль в каждой строке устанавливают с близкой стыковкой по двум сторонам, второй и последующие субмодули в каждой строке, за исключением последнего, устанавливают с близкой стыковкой по трем сторонам,

в случае m>2 угловые субмодули устанавливают с близкой стыковкой по двум сторонам, краевые субмодули, за исключением угловых, устанавливают с близкой стыковкой по трем сторонам, а субмодули, размещаемые внутри матрицы субмодулей, устанавливают с близкой стыковкой по четырем сторонам,

при этом предусматривают зазор между строками матрицы n×m субмодулей для размещения микрошлейфов с металлической разводкой и электрическое соединение микрошлейфов с контактными площадками субмодулей и с контактными площадками пластины-носителя, отличающийся тем, что

дополнительное прецизионное формирование стыкуемых граней кристаллов всех субмодулей, признанных годными и необходимых для микросборки МФП, с обеспечением минимальной области повреждения краев кристаллов выполняют следующим образом:

на фронтальную поверхность кристалла субмодуля наносят защитный слой фоторезиста,

формируют с фронтальной стороны канавку и стыкуемые края кристалла лазерным излучением с заданной длиной волны в многопроходном режиме с заданным углом наклона оптической оси излучения к нормали поверхности обрабатываемого кристалла,

выполняют откол края кристалла с применением клина, смещенного под кристалл,

дополнительно формируют стыкуемые края кристалла посредством повторного удаления лазерным излучением наклонной части и выступа на боковой поверхности кристалла с тыльной, нерабочей стороны кристалла,

выполняют технологическую операцию снятия слоя фоторезиста с обрабатываемого кристалла;

позиционирование, установку и фиксацию субмодулей при прецизионной микросборке МФП без зазоров или с минимальными не более 2 мкм зазорами между смежными кристаллами субмодулей и совмещение внешних реперных знаков на пластине-носителе или на носителе внешних реперных знаков и топологических реперных знаков на устанавливаемых субмодулях производят с применением автоматического микроманипулятора-робота;

в процессе установки и фиксации субмодулей на пластине-носителе осуществляют дополнительное исследование работоспособности и разбраковку по параметрам субмодулей, в том числе по неровности краев и толщине кристаллов,

выполняют замену субмодулей, вышедших из строя в процессе изготовления МФП, посредством удаления забракованных субмодулей и установки на их место заведомо годных субмодулей способом, описанным выше.