[发明专利]焦平面阵列探测器倒装焊对接方法

说明书

本发明提供一种焦平面阵列探测器倒装焊对接方法，包括：在焦平面探测器芯片和读出电路芯片两芯片中的一个上形成定位柱阵列，另一个上形成与定位柱阵列对应的定位孔阵列，两芯片上都设置有凸点阵列，定位柱阵列和定位孔阵列环绕对应的凸点阵列，定位柱阵列中定位柱的底面截面积和定位孔阵列中定位孔的表面截面积大于凸点阵列中凸点的底面截面积；利用倒装焊机使定位柱阵列与定位孔阵列对齐，将定位柱推到对应定位孔内，从而实现预对准；加热所述两芯片，使凸点阵列熔化，在凸点液态表面张力作用下，两芯片朝着对齐方向相对移动，实现了对位偏差的修正，并且凸点液态冷却后重回固态，将两芯片焊接为一体；移除定位柱阵列。本发明提高了对位准确度。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种焦平面阵列探测器倒装焊对接方法。

背景技术

倒装焊是一种高性能的半导体芯片装配技术，该技术是根据焦平面探测器芯片PDA(Photo-Diode Array，光电二极管阵列)上探测单元的分布情况，为每个探测单元上的电极制备球形焊料，从而在焦平面探测器芯片和读出电路芯片上分别形成凸点阵列，通过专用倒装焊机对焦平面探测器芯片PDA和对应读出电路芯片ROIC(Read out integratedcircuit，读出集成电路)进行对位焊接，形成焦平面器件FPA(Focal plane array，焦平面阵列)。焦平面探测器芯片PDA与读出电路芯片ROIC之间的凸点阵列在焊接互连后形成若干个独立的信号传输通道，从而实现焦平面探测器芯片PDA上各个探测单元电信号向读出电路芯片ROIC的独立传输。

InGaAs(砷镓铟)焦平面阵列探测器是典型的倒装焊结构芯片，制约焦平面阵列探测器倒装焊工艺的因素有：

(1)焦平面器件FPA像元规模数的增加和芯片总体尺寸的减小两方面的需求，使得焦平面器件FPA上单个像元的尺寸被不断压缩，从而需要微米级的对准精度来实现焦平面探测器芯片PDA与读出电路芯片ROIC上对应像元的对准。在工艺过程中，容易出现像元错位引起器件短路。

(2)焦平面探测器芯片PDA为背面进光的结构，为了提高焦平面探测器芯片PDA的响应度，需要通过背面减薄工艺降低背面衬底厚度。减薄后的焦平面探测器芯片PDA容易发生翘曲变形，在倒装焊接过程中造成应力分布不均，造成局部像元的焊点脱焊。

发明内容

本发明提供一种焦平面阵列探测器倒装焊对接方法，以解决目前倒装焊对位准确度较低的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种焦平面阵列探测器倒装焊对接方法，包括：

在焦平面探测器芯片和读出电路芯片两芯片中的一个上形成定位柱阵列，另一个上形成与所述定位柱阵列对应的定位孔阵列，所述两芯片上都设置有凸点阵列，所述定位柱阵列和定位孔阵列环绕对应的凸点阵列，所述定位柱阵列中定位柱的底面截面积和定位孔阵列中定位孔的表面截面积大于所述凸点阵列中凸点的底面截面积；

利用倒装焊机使所述定位柱阵列与定位孔阵列对齐，并将定位柱推到对应定位孔内，从而实现预对准；

加热所述两芯片，使所述凸点阵列熔化，在凸点液态表面张力作用下，所述两芯片朝着对齐方向相对移动，实现了对位偏差的修正，并且凸点液态冷却后重回固态，将所述两芯片焊接为一体；以及移除所述定位柱阵列。

在一种可选的实现方式中，所述定位柱阵列按照以下步骤制作：在对应芯片上涂覆光刻胶，通过曝光显影的方式移除多余光刻胶，保留定位柱区域的光刻胶；高温烘烤对应芯片，使光刻胶液化，在液体张力作用下，在对应芯片上收缩形成球冠状的多个定位柱，从而构成定位柱阵列。

在另一种可选的实现方式中，所述定位孔阵列按照以下步骤制作：在对应芯片上制备钝化层；通过光刻的方式，在除定位孔以外的区域用光刻胶进行保护；采用湿法腐蚀的方法，在对应芯片上形成倒梯形方孔，从而构成定位孔阵列。