[发明专利]一种应用于线列红外焦平面探测器的高稳定性倒焊基板

说明书

技术领域

本发明涉及一种倒焊基板，具体涉及一种应用于背照射线列红外焦平面探测器的高稳定性倒焊基板。

背景技术

红外焦平面探测器是红外探测系统的核心部件，制约着红外遥感仪器的水平和发展。在线列红外焦平面探测器的制造过程中，通常采用三种方式实现光敏芯片和读出电路的耦合互连：(1)光敏芯片与读出电路通过金属丝键压等平面互连；(2)光敏芯片与读出电路通过基板间接倒焊互连，见专利01277172.4；(3)光敏芯片与读出电路直接倒焊互连。第一种方式适用于像元中心距大于50μm的正照射结构的线列焦平面探测器，当像元中心距较小时，键压焊点密度很高，工艺难度大，可靠性低。对于焊接密度较高的线列红外焦平面探测器，光敏芯片一般采用背照射结构，通过倒焊的方式实现光敏芯片和读出电路的互连，即第二种、第三种方式。第二种方式被采用通常是为了解决光敏芯片与读出电路之间较大的应力问题，有利于保持线列光敏芯片的热平衡，间接倒焊的互连基板对于焦平面探测器的性能如盲元率、均匀性十分重要。

线列红外焦平面探测器常用的倒焊基板是在蓝宝石或陶瓷衬底上沉积接触层Cr、导电层Au，通过刻蚀形成金属互连区，制备绝缘层后，蒸发In柱作为互连凸点。该基板在高温烘烤的条件下存在稳定性问题。In和Au在高温条件下很容易合金化，从而造成In柱高度降低，导致了焦平面探测器中无效像元的增加。采用多层金属化结构制作高稳定性的倒焊基板，可以提高线列红外焦平面探测器的可靠性，对于红外遥感仪器的发展具有重要意义。

发明内容

本发明提出一种高稳定性倒焊基板，应用于背照射线列红外焦平面探测器的倒焊互连。

本发明的主要特征在于：为解决间接倒焊互连基板的高温稳定性问题，在抛光的蓝宝石或陶瓷衬底上制备多层金属膜系，包括接触层、导电层、阻挡层、粘附层，通过干法刻蚀和湿法腐蚀形成与光敏芯片和读出电路互连的图形，连通率达到99％以上，然后制作绝缘层，最后沉积互连的In柱凸点。这种多层金属薄膜结构的倒焊基板具有良好的热稳定性，烘烤温度可以达到85℃以上，可以实现具有高温稳定性的线列红外焦平面探测器。

本发明的技术方案如下：在厚度为0.3mm的抛光蓝宝石或陶瓷衬底1上，依次沉接触层2、导电层3、阻挡层4、粘附层5。其中，接触层2采用与衬底接触良好的金属Cr，厚度20nm～30nm；导电层3采用低导通电阻的金属Au，厚度300nm～800nm；阻挡层4采用与凸点金属粘附性差的金属Cr，厚度20nm～40nm；粘附层5采用与凸点金属浸润性好的金属Au，厚度30nm～50nm。通过光刻定义与光敏芯片和读出电路互连的图形，然后采用干法刻蚀出图形，见附图2所示。采用光刻定义粘附层5的图形，然后采用湿法腐蚀出图形。通过光刻定义绝缘层7的图形，绝缘层7采用负光刻胶、SiO₂等微电子工艺常用的绝缘材料，厚度1μm～1.5μm。最后制备In柱倒焊凸点6，厚度7μm～10μm。在焊点区域，接触层2、导电层3、阻挡层4、粘附层5、倒焊凸点6的中心一致，其中接触层2、导电层3、阻挡层4与焦平面探测器的光敏元尺寸一致，粘附层5的边长是光敏元边长的50％～70％，倒焊凸点6的边长是光敏元边长的30％～40％。

本发明的优点在于：

①粘附层5采用与In柱凸点浸润性好的金属材料Au，与In形成良好的粘附，有利于实现高连通率；

②阻挡层4采用与In柱凸点粘附性差的金属材料Cr，同时有效控制粘附层5的图形区域，防止In与焊区金属形成化合物；

③合理设计各层金属膜的厚度和结构尺寸，可以实现高连通率、低导通电阻、高温度稳定性的倒焊基板。

附图说明

图1为线列红外焦平面探测器模块结构示意图。

图2为线列红外焦平面探测器倒焊基板示意图。

图3为倒焊基板的局部剖面示意图。

图4为倒焊基板的局部俯视示意图。

其中：

A——倒焊基板；

B——线列光敏芯片；

C——读出电路；

1——基板衬底；

2——接触层；

3——导电层；

4——阻挡层；

5——粘附层；

6——倒焊凸点；

7——绝缘层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施作进一步的描述。

本实施例是128×1线列红外焦平面探测器倒焊基板，图1、图2分别是焦平面模块和倒焊基板的结构示意图，其中光敏元尺寸为25μm×25μm，像元中心距50μm。在厚度为0.3mm的1英寸双面抛光蓝宝石衬底上，采用离子束溅射依次沉积Cr、Au、Cr、Au，厚度分别为30nm、4000nm、30nm、40nm；采用常规微电子工艺的光刻、刻蚀，形成与光敏芯片和读出电路互连的图形，焊点区域的尺寸为25μm×25μm；光刻粘附层的图形，尺寸为14μm×14μm；采用负胶光刻形成绝缘层，厚度约1μm；正厚胶光刻In柱图形，胶层厚度9μm～10μm，In孔尺寸10μm×10μm，沉积高度7μm～8μm的In，剥离多余的In和正厚胶，形成倒焊凸点。