[发明专利]一种光电传感器冷压焊倒装互连方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电传感器冷压焊倒装互连方法，属于探测器设备技术领域。

背景技术

光电焦平面探测器组件是获取目标信息的重要器件，按照探测器敏感的不同波段可以分成两种：可见光光电焦平面探测器和非可见光焦平面探测器。可见光焦平面探测器主要由硅基材料制备，非可见光焦平面探测器的材料不仅仅限于硅，还有非硅半导体和其他材料，这些材料不能采用标准硅工艺进行一体化集成制造。但无论是何种材料制备，都只使用硅集成电路完成光电传感器信号的放大和读出。

光电传感器为实现较高空间分辨率，探测器的光敏元件中心间距较小。如图1所示的采用软金属回流球1倒装互连的垂直互连工艺，其光电传感器2的电信号经过电极4，到达软金属回流球1，进入硅集成的信号放大读出电路3，实现每个独立探测器单元的电信号放大和读出。

在光电传感器的倒装互连工艺中有两个特点：1）、在信号放大读出电路3上进行第一次高温回流，使得软金属回流球1收缩熔化成为球状，提高互连软金属回流球1的高度；2）、光电传感器2一侧不制备软质互连金属，在完成光电传感器2与信号放大读出电路3的倒装互连以后，通过第二次高温加热使软金属回流球1与光电传感器2和信号放大读出电路3上的焊接金属5共融，从而形成从光电传感器2到信号放大读出电路3的电信号通路，并且通过互连软金属回流球1与焊接金属5的共融实现光电传感器2与信号放大读出电路3的自对准。

目前已有的倒装互连焊接工艺中存在两个加温的过程，所施加的温度均必须超过100℃，在加工过程中相当一部分光电敏感材料因不能承受如此高的温度而无法采用现有倒装互连工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电传感器冷压焊倒装互连方法，整个互连工艺过程均在室温下完成，信号读出电路和光电敏感单元——即光电传感器不需要经历高温，使得对温度承受度差的光电敏感单元能够完整的焊接到信号读出电路上。该方法在保证电信号良好连通的同时降低了工艺复杂程度，从根本上解决了因加热带来的工艺复杂，以及光电敏感材料因不能承受高温而无法完成倒装互连的问题。

本发明通过下列技术方案实现：一种光电传感器冷压焊倒装互连方法，经过下列各步骤：

第一步、在玻璃基底上用蜡粘接光电敏感元件，并在光电敏感元件上通过常规沉积方法间隔沉积厚度为200～500nm的第一粘接金属，再在第一粘接金属表面通过常规沉积方法沉积厚度为2000～4000nm的第一软质金属，得到光电敏感单元；

第二步、在信号放大读出电路上通过常规沉积方法间隔沉积厚度为200～500nm的第二粘接金属，再在第二粘接金属表面通过常规沉积方法沉积厚度为5000～8000nm的第二软质金属，使成型后的第二软质金属的上端面的面积为光电敏感元件上第一软质金属面积的25～50%，得到信号处理单元；

第三步、将第二步所得信号处理单元的第二软质金属和第一步所得光电敏感单元的第一软质金属对准，并在室温下施加3～4Kg的压力，并持续5～10min，即完成冷压焊，使信号处理单元的第二软质金属发生形变，并嵌入到光电敏感单元的第一软质金属中，实现同种金属的融合，形成从光电敏感单元到信号处理元的电信号通路，再去除玻璃基底和蜡，即得到倒装互连的光电传感器。

所述第一粘接金属和第二粘接金属为CrAu合金、Cr、Ti、TiAu合金中的任意一种。

所述第一软质金属和第二软质金属为In、Se、InSe合金、PbSe合金中的任意一种。

所述第二步中使成型后的信号处理单元的第二软质金属的上端面的面积为光电敏感单元上的第一软质金属面积的25～50%，是通过常规的离子束刻蚀、反应等离子体刻蚀、化学腐蚀或电感耦合等离子体刻蚀的方法，对第二软质金属的上端面进行刻蚀，从而使上端面的面积为光电敏感单元上第一软质金属面积的25～50%。