紅外焦平面探測器的可靠性篩選方法
2023-05-04 04:35:56 1
專利名稱：紅外焦平面探測器的可靠性篩選方法
技術領域：
本發明涉及紅外焦平面探測器的檢測技術，具體是指焦平面探測器的光敏感列陣晶片與讀出電路之間的電學焊接可靠性的篩選方法。
背景技術：
應紅外熱成像系統對探測器的迫切需求，紅外焦平面探測器在近二、三十年得到了快速發展。目前，紅外焦平面探測器已發展到以大面陣、小型化、多色化和集成化為主要特徵的第三代。紅外焦平面探測器是由紅外光敏感列陣晶片和其相應的讀出電路兩部分組成，並都基於金屬銦(In)凸點的倒裝晶片焊接技術來實現。這種縱向上的焊接不僅要有足夠的機械強度以保證光敏感列陣晶片和讀出電路之間的機械牢固性，而且要保證它們之間有良好的電學連通性能。
另外，紅外焦平面探測器是在室溫下製備的，而其工作是在80-90K的低溫下，因此器件要經歷成百上千次的冷熱循環。並且光敏感探測列陣晶片材料與讀出電路的矽材料之間通常都存在較大的熱膨脹失配，這會導致在冷熱循環下銦凸點的疲勞損傷，直至不能保證它們之間的機械和電學連通而致使紅外焦平面探測器性能失效。
由於光敏感列陣晶片與讀出電路之間的焊接可靠性是制約紅外焦平面探測器成品率和紅外焦平面探測器可靠性的關鍵因素，所以，通過檢測它們之間的焊接可靠性，就可以完成紅外焦平面探測器的可靠性篩選。
但是光敏感列陣晶片與讀出電路一旦焊接以後，就不能通過金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡等手段來直接判斷In凸點焊接的機械連通情況，也不能直接測量每一個In凸點焊接的單個電學連通電阻。而破壞性的推力測試、剖面測試，以及焦平面探測器性能測試，不僅不方便，而且不能實時地獲取可靠性實驗過程中焊接性能的變化信息。
經過長期的實驗研究，我們發現光敏感列陣晶片和讀出電路之間焊接的機械和電學連通性能通常是能夠得到保證的。但是，當紅外焦平面探測器規模和面積變得很大，而其光敏感列陣晶片與讀出電路的平整度，或In凸點高度的均勻性又比較差，就會出現某些部位的焊接性能達不到要求。這些較差的焊接性能主要集中在光敏感列陣晶片與讀出電路的四周位置上的In凸點電學連通性，其表現為過大的連通電阻。
並且，在冷熱循環下因光敏感列陣晶片材料與讀出電路的矽材料之間存在較大的熱膨脹失配而導致的熱失配應力，其最大值是集中在紅外焦平面探測器四周位置的焊接In凸點上。所以，這些區域的In凸點疲勞損傷是導致焊接性能失效的主要原因。且這種焊接性能失效的最顯著特徵就是In凸點焊接的單個連通電阻的突然變大。
所以，只要直接並實時測量光敏感列陣晶片與讀出電路之間四周位置上的In凸點焊接的單個連通電阻，就可判斷光敏感列陣晶片與讀出電路之間的焊接性能情況，以進行紅外焦平面探測器的可靠性篩選。
發明內容
本發明的目的就是要提供一種通過測量光敏感列陣晶片與讀出電路之間四周位置上的In凸點焊接的單個連通電阻的大小來判斷紅外焦平面探測器的In凸點焊接的可靠性篩選方法。
為了實現上述目的，本發明的可靠性篩選方法如下
首先在光敏感列陣晶片的四個角各添加一個電學互連的In凸點，或者再在每一周邊等間距添加數個電學互連的In凸點，同時在讀出電路的四個角或四周也相應添加數個電學互連的In凸點，這些添加的In凸點可在製備光敏感列陣晶片和讀出電路時順便製作，不會增加器件製備工藝步驟和複雜性。
當光敏感列陣晶片和讀出電路倒焊互連構成一個焦平面探測器後，在光敏感列陣晶片和讀出電路四周之間添加的數個In凸點就構成數個單個連通電阻，而光敏感列陣晶片和讀出電路的公共連通焊接點可看作為公共連通電阻，再將單個連通電阻和N個公共連通焊接點並聯構成一個測試迴路，用電阻測試儀進行測量，利用等式RC=R1+R2NR1,N100]]>進行In凸點電學連通性的判斷，當RC突然增大，說明器件的In凸點電學連通有問題，性能不可靠。式中，RC為測得的近似In凸點焊接的單個連通電阻，R1為真實的In凸點焊接的單個連通電阻，R2為公共連通電阻，N為公共連通電阻的個數。當公共連通焊接的個數N足夠大時，上式就成立，即RC近似等於R1。
通常紅外焦平面探測器的公共連通焊接的數目都能滿足上述要求。所以，只要逐個測試焦平面探測器四周In凸點焊接的單個連通電阻，就可以用於紅外焦平面探測器可靠性的篩選了。
本發明的優點是1.本發明添加的In凸點是器件製備過程中順便製作的，不會給製備工藝帶來任何難度。
2.本發明通過測量紅外焦平面探測器四周位置的In凸點焊接的單個連通電阻，就可方便、可靠地進行紅外焦平面探測器可靠性的篩選。
3.由於是直接測量器件四周位置的單個焊接連通電阻，所以能避免焦平面探測器光敏感信號在檢測過程中的幹擾，提高了篩選的準確性。
4.本發明只需要關心紅外焦平面探測器四周位置的In凸，特別是四個角位置上的In凸點焊接的單個連通電阻信息，所以檢測的速度很快，數據量也較小，易於實現可靠性實時檢測。
圖1為本發明的光敏感列陣晶片和讀出電路的結構示意圖；圖2為本發明的電學測試迴路結構示意圖；圖3為本實施例測得的單個連通電阻情況，(a)為剛製備完器件測得的連通電阻值，(b)為經過液氮衝擊100次後測得的連通電阻值。
具體實施例方式
下面結合附圖，對本發明的具體實施方式
作詳細說明本發明以HgCdTe紅外焦平面探測器為實施例，GaAs襯底的HgCdTe紅外光敏元列陣晶片4的面積為4×6mm2，Si基讀出電路5的基座面積為6×9mm2。在設計器件時，在光敏元列陣晶片四周等間距添加了40個In凸點，同時在Si基讀出電路四周也相應添加了40個In凸點，這些添加的In凸點可在製備光敏感列陣晶片和讀出電路時順便製作，不會增加器件的製備工藝步驟和複雜性。當光敏感列陣晶片和讀出電路倒焊互連後，在其四周之間添加的In凸點就構成40個單個連通電阻2，公共連通焊接點直接採用器件的公共連通電極3獲得，共有200個並聯的In凸點焊接點。因此，它可利用等式RC=R1+R2NR1,N100,]]>進行測量，式中，RC為測得的近似In凸點焊接的單個連通電阻，R1為添加的真實的In凸點焊接的單個連通電阻，R2由器件的公共連通電極獲得，N為公共連通電阻的個數。
單個連通電阻的測量是在Keithley(吉時利公司)4200型的I-V測試系統1上完成的。測量時，採用小電壓源的I-V測試，電壓範圍為-0.5V到+0.5V，掃描間隔為0.005V，並可直接讀取測試部分的電阻。
見圖3，測試結果表明In凸點焊接的單個連通電阻約為幾個歐姆，大小比較均勻，且在液氮衝擊100次以後變化不大。同時，進行焦平面探測器性能的測試，發現它們在液氮衝擊100次前後也沒有明顯變化。這說明採用焦平面探測器四周的單個連通電阻信息實時檢測的技術方案，來進行焦平面探測器可靠性篩選是合理的、可行的。
權利要求
1.一種紅外焦平面探測器的可靠性篩選方法，其特徵在於具體步驟如下A.首先在光敏感列陣晶片的四個角各添加一個電學互連的In凸點，或者再在每一周邊等間距添加數個電學互連的In凸點，同時在讀出電路的四個角或四周也相應添加數個電學互連的In凸點；B.當光敏感列陣晶片和讀出電路倒焊互連構成一個焦平面探測器後，在光敏感列陣晶片和讀出電路四周之間添加的數個In凸點就構成數個單個連通電阻，而光敏感列陣晶片和讀出電路的公共連通焊接點可看作為公共連通電阻，再將單個連通電阻和N個公共連通焊接點並聯構成一個測試迴路，用電阻測試儀進行單個連通電阻測量，利用等式RC=R1+R2NR1,N100]]>進行In凸點電學連通性的判斷，當RC突然增大，說明器件的In凸點電學連通有問題，性能不可靠；上式中，RC為測得的近似In凸點焊接的單個連通電阻，R1為真實的In凸點焊接的單個連通電阻，R2為公共連通電阻，N為公共連通電阻的個數。
全文摘要
本發明公開了一種紅外焦平面探測器的可靠性篩選方法，特別是指器件In凸點電學連通的可靠性篩選方法，該方法採用在光敏感列陣晶片的四周添加數個電學互連的In凸點，同時在讀出電路的四周也相應添加數個電學互連的In凸點。當光敏感列陣晶片和讀出電路倒焊互連構成一個焦平面探測器後，添加的數個In凸點就構成數個單個連通電阻，而光敏感列陣晶片和讀出電路的公共連通焊接點可看作為公共連通電阻，再將單個連通電阻和N個公共連通焊接點並聯構成一個測試迴路，用電阻測試儀進行測量，對測得的阻值進行判斷，就可以用於紅外焦平面探測器的可靠性篩選了。本發明的優點是測量簡單，檢測速度快，數據量也較小，易於實現實時可靠性檢測。
文檔編號G01R31/00GK1794438SQ20051003079
公開日2006年6月28日 申請日期2005年10月27日 優先權日2005年10月27日
發明者葉振華, 胡曉寧, 廖清君 申請人:中國科學院上海技術物理研究所