[发明专利]一种用于红外焦平面探测器背减薄的限位模具及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外焦平面探测器制造领域，特别涉及红外焦平面探测器器件制备工艺，具体是指在器件背减薄工艺中采用的一种限位模具及制备方法。

背景技术

红外焦平面探测器由芯片（红外光敏元）、读出电路和宝石基板倒焊互联而成。对焦平面探测器进行背减薄是为了获得在偏差范围内与光学系统相匹配的芯片厚度及光学表面，降低芯片光敏元受到的内应力，提高器件的低温可靠性，同时还可以提高背照式碲镉汞红外焦平面探测器的背面透过率。因此，焦平面探测器背减薄工艺是影响器件性能、响应率以及可靠性的关键基础工艺技术。随着集成化、多色化焦平面器件的要求，目前大规模器件一般由几个甚至几十个焦平面探测器作为模块进行无缝拼接而成。而在拼接时，系统要求各个焦平面模块的光敏元芯片处于同一焦面，对芯片的厚度一致性及均匀性进行精确控制，这就要求在焦平面模块背减薄抛光时有着很好的控制性和重复性。

现有的焦平面模块背减薄工艺为了防止裸露在外的探测器各部分受到损伤、芯片边缘出现塌边以及获得系统的需求厚度，采用的是在器件四周有高低起伏的地方依次累加同器件种类的材料、相近厚度的多层陪片进行加工。其具体加工过程如下：首先选择不同材料的陪片，读出电路和宝石基板采用Si片为陪片，芯片采用同芯片种类的材料为陪片；其次采用减薄、切割的方法使陪片厚度和陪片规格分别与探测器各部分厚度、规格相匹配。然后利用石蜡将下层Si基陪片、中层Si基陪片及上层芯片共12片分批融蜡凝蜡，三层叠加的方法进行保护。

采用上述方法存在诸多不足：一是无法保证每个、每批次焦平面模块芯片厚度的一致性和均匀性；二是模块背减薄后芯片保留厚度不能精确控制在偏差范围内；三是需累积多层贴多片陪片，每层陪片贴好固定后再次融蜡时容易造成陪片层间移动使操作复杂而不可控；最后，前期陪片准备工作及后期中、下层陪片清洗量大，工作效率低下。

发明内容

基于上述方法进行焦平面模块背减薄存在的诸多问题，本发明的目的是提供一种红外焦平面探测器背减薄厚度控制方法，公开了一种用于红外焦平面探测器背减薄的限位模具及制备方法。

本发明限位模具结构如图1所示，它由限位模具的左半部分a和限位模具的右半部分b组成，其中所述的限位模具的左半部分a由下层宝石片的左半部分1和上层宝石片左半部分3通过DW3低温胶粘结后固化而成，限位模具的右半部分b由下层宝石片的左半部分2和上层宝石片右半部分4通过DW3低温胶粘结后固化而成；所述的下层宝石片的左半部分1和下层宝石片的右半部分2的厚度与被加工的探测器宝石基板底座厚度相同，两者合在一起构成一矩形，其外形尺寸大于被加工的探测器宝石基板底座尺寸1-2cm，在中央有一矩形孔，孔的尺寸与被加工的探测器宝石基板底座尺寸相同；所述的上层宝石片的左半部分3和上层宝石片右半部分4的厚度为被加工的探测器宝石基板底座上的读出电路的厚度加实际需预留的芯片厚度几十微米，两者合在一起构成一同样大小的矩形，在中间有一矩形孔，其位置及大小与被加工的探测器宝石基板底座上的读出电路相同，当限位模具的左半部分a和限位模具的右半部分b合在一起时，被加工的探测器刚好可嵌入限位模具中间的矩形孔中。

限位模具的使用方法如下：将所需背减薄的焦平面探测器用石蜡固定在背减薄用玻璃衬底中央，并将对应的两半三角形状限位模具从探测器两对角卡入，整体放在加热炉上，并在模具四周融蜡，用专用镊子小心压匀。将玻璃衬底取下放在操作平台，冷却，等蜡凝固再擦拭四周多余的固体蜡，即得到用限位模具保护好可进行背减薄抛光的焦平面模块。图2是石蜡粘贴好带有限位模具的焦平面模块剖面示意图。

本发明所述的限位模具制备的步骤具体如下：

1.选择尺寸大于探测器宝石基板尺寸（1-2cm为宜）、硬度远大于芯片衬底材料硬度的白宝石矩形片两片。其中将厚度等于焦平面探测器宝石基板厚度的白宝石片作为下层，厚度为读出电路厚度加实际需预留的芯片厚度（几十微米）的白宝石片作为上层。

2.采用激光切割的方式，在下层矩形白宝石片中心开矩形孔，其大小与焦平面探测器宝石基板底座面积相同；根据探测器读出电路与宝石基板的相对位置，以下层矩形孔为基准，将上层白宝石片开矩形孔，其尺寸与探测器读出电路尺寸一致。

3.采用Disco切割将开有矩形孔的上、下两层白宝石片分别沿各自矩形孔对角线一切为二。

4.将设计好的4片三角形状白宝石片用铬酸浸泡，分别用三氯乙烯、乙醚、丙酮、无水乙醇超声清洗15分钟，然后用去离子水冲洗，氮气吹干。