CN1794438A - 红外焦平面探测器的可靠性筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外焦平面探测器的可靠性筛选方法，特别是指器件In凸点电学连通的可靠性筛选方法，该方法采用在光敏感列阵芯片的四周添加数个电学互连的In凸点，同时在读出电路的四周也相应添加数个电学互连的In凸点。当光敏感列阵芯片和读出电路倒焊互连构成一个焦平面探测器后，添加的数个In凸点就构成数个单个连通电阻，而光敏感列阵芯片和读出电路的公共连通焊接点可看作为公共连通电阻，再将单个连通电阻和N个公共连通焊接点并联构成一个测试回路，用电阻测试仪进行测量，对测得的阻值进行判断，就可以用于红外焦平面探测器的可靠性筛选了。本发明的优点是：测量简单，检测速度快，数据量也较小，易于实现实时可靠性检测。

Description

红外焦平面探测器的可靠性筛选方法

技术领域

本发明涉及红外焦平面探测器的检测技术，具体是指焦平面探测器的光敏感列阵芯片与读出电路之间的电学焊接可靠性的筛选方法。

背景技术

应红外热成像***对探测器的迫切需求，红外焦平面探测器在近二、三十年得到了快速发展。目前，红外焦平面探测器已发展到以大面阵、小型化、多色化和集成化为主要特征的第三代。红外焦平面探测器是由红外光敏感列阵芯片和其相应的读出电路两部分组成，并都基于金属铟(In)凸点的倒装芯片焊接技术来实现。这种纵向上的焊接不仅要有足够的机械强度以保证光敏感列阵芯片和读出电路之间的机械牢固性，而且要保证它们之间有良好的电学连通性能。

另外，红外焦平面探测器是在室温下制备的，而其工作是在80-90K的低温下，因此器件要经历成百上千次的冷热循环。并且光敏感探测列阵芯片材料与读出电路的硅材料之间通常都存在较大的热膨胀失配，这会导致在冷热循环下铟凸点的疲劳损伤，直至不能保证它们之间的机械和电学连通而致使红外焦平面探测器性能失效。

由于光敏感列阵芯片与读出电路之间的焊接可靠性是制约红外焦平面探测器成品率和红外焦平面探测器可靠性的关键因素，所以，通过检测它们之间的焊接可靠性，就可以完成红外焦平面探测器的可靠性筛选。

但是光敏感列阵芯片与读出电路一旦焊接以后，就不能通过金相显微镜、扫描电子显微镜等手段来直接判断In凸点焊接的机械连通情况，也不能直接测量每一个In凸点焊接的单个电学连通电阻。而破坏性的推力测试、剖面测试，以及焦平面探测器性能测试，不仅不方便，而且不能实时地获取可靠性实验过程中焊接性能的变化信息。

经过长期的实验研究，我们发现光敏感列阵芯片和读出电路之间焊接的机械和电学连通性能通常是能够得到保证的。但是，当红外焦平面探测器规模和面积变得很大，而其光敏感列阵芯片与读出电路的平整度，或In凸点高度的均匀性又比较差，就会出现某些部位的焊接性能达不到要求。这些较差的焊接性能主要集中在光敏感列阵芯片与读出电路的四周位置上的In凸点电学连通性，其表现为过大的连通电阻。

并且，在冷热循环下因光敏感列阵芯片材料与读出电路的硅材料之间存在较大的热膨胀失配而导致的热失配应力，其最大值是集中在红外焦平面探测器四周位置的焊接In凸点上。所以，这些区域的In凸点疲劳损伤是导致焊接性能失效的主要原因。且这种焊接性能失效的最显著特征就是In凸点焊接的单个连通电阻的突然变大。

所以，只要直接并实时测量光敏感列阵芯片与读出电路之间四周位置上的In凸点焊接的单个连通电阻，就可判断光敏感列阵芯片与读出电路之间的焊接性能情况，以进行红外焦平面探测器的可靠性筛选。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种通过测量光敏感列阵芯片与读出电路之间四周位置上的In凸点焊接的单个连通电阻的大小来判断红外焦平面探测器的In凸点焊接的可靠性筛选方法。

为了实现上述目的，本发明的可靠性筛选方法如下：

首先在光敏感列阵芯片的四个角各添加一个电学互连的In凸点，或者再在每一周边等间距添加数个电学互连的In凸点，同时在读出电路的四个角或四周也相应添加数个电学互连的In凸点，这些添加的In凸点可在制备光敏感列阵芯片和读出电路时顺便制作，不会增加器件制备工艺步骤和复杂性。

当光敏感列阵芯片和读出电路倒焊互连构成一个焦平面探测器后，在光敏感列阵芯片和读出电路四周之间添加的数个In凸点就构成数个单个连通电阻，而光敏感列阵芯片和读出电路的公共连通焊接点可看作为公共连通电阻，再将单个连通电阻和N个公共连通焊接点并联构成一个测试回路，用电阻测试仪进行测量，利用等式：

$R_C=R_1+\frac{R_2}{N}\≈R_1,N\≥100$

进行In凸点电学连通性的判断，当RC突然增大，说明器件的In凸点电学连通有问题，性能不可靠。式中，RC为测得的近似In凸点焊接的单个连通电阻，R₁为真实的In凸点焊接的单个连通电阻，R₂为公共连通电阻，N为公共连通电阻的个数。当公共连通焊接的个数N足够大时，上式就成立，即RC近似等于R₁。

通常红外焦平面探测器的公共连通焊接的数目都能满足上述要求。所以，只要逐个测试焦平面探测器四周In凸点焊接的单个连通电阻，就可以用于红外焦平面探测器可靠性的筛选了。

本发明的优点是：

1.本发明添加的In凸点是器件制备过程中顺便制作的，不会给制备工艺带来任何难度。

2.本发明通过测量红外焦平面探测器四周位置的In凸点焊接的单个连通电阻，就可方便、可靠地进行红外焦平面探测器可靠性的筛选。

3.由于是直接测量器件四周位置的单个焊接连通电阻，所以能避免焦平面探测器光敏感信号在检测过程中的干扰，提高了筛选的准确性。

4.本发明只需要关心红外焦平面探测器四周位置的In凸，特别是四个角位置上的In凸点焊接的单个连通电阻信息，所以检测的速度很快，数据量也较小，易于实现可靠性实时检测。

附图说明

图1为本发明的光敏感列阵芯片和读出电路的结构示意图；

图2为本发明的电学测试回路结构示意图；

图3为本实施例测得的单个连通电阻情况，(a)为刚制备完器件测得的连通电阻值，(b)为经过液氮冲击100次后测得的连通电阻值。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明：

本发明以HgCdTe红外焦平面探测器为实施例，GaAs衬底的HgCdTe红外光敏元列阵芯片4的面积为4×6mm²，Si基读出电路5的基座面积为6×9mm²。在设计器件时，在光敏元列阵芯片四周等间距添加了40个In凸点，同时在Si基读出电路四周也相应添加了40个In凸点，这些添加的In凸点可在制备光敏感列阵芯片和读出电路时顺便制作，不会增加器件的制备工艺步骤和复杂性。当光敏感列阵芯片和读出电路倒焊互连后，在其四周之间添加的In凸点就构成40个单个连通电阻2，公共连通焊接点直接采用器件的公共连通电极3获得，共有200个并联的In凸点焊接点。因此，它可利用等式：

$R_C=R_1+\frac{R_2}{N}\≈R_1,N\≥100,$

进行测量，式中，R_C为测得的近似In凸点焊接的单个连通电阻，R₁为添加的真实的In凸点焊接的单个连通电阻，R₂由器件的公共连通电极获得，N为公共连通电阻的个数。

单个连通电阻的测量是在Keithley(吉时利公司)4200型的I-V测试***1上完成的。测量时，采用小电压源的I-V测试，电压范围为-0.5V到+0.5V，扫描间隔为0.005V，并可直接读取测试部分的电阻。

见图3，测试结果表明In凸点焊接的单个连通电阻约为几个欧姆，大小比较均匀，且在液氮冲击100次以后变化不大。同时，进行焦平面探测器性能的测试，发现它们在液氮冲击100次前后也没有明显变化。这说明采用焦平面探测器四周的单个连通电阻信息实时检测的技术方案，来进行焦平面探测器可靠性筛选是合理的、可行的。

Claims (1)

1.一种红外焦平面探测器的可靠性筛选方法，其特征在于具体步骤如下：

A.首先在光敏感列阵芯片的四个角各添加一个电学互连的In凸点，或者再在每一周边等间距添加数个电学互连的In凸点，同时在读出电路的四个角或四周也相应添加数个电学互连的In凸点；

B.当光敏感列阵芯片和读出电路倒焊互连构成一个焦平面探测器后，在光敏感列阵芯片和读出电路四周之间添加的数个In凸点就构成数个单个连通电阻，而光敏感列阵芯片和读出电路的公共连通焊接点可看作为公共连通电阻，再将单个连通电阻和N个公共连通焊接点并联构成一个测试回路，用电阻测试仪进行单个连通电阻测量，利用等式：

$R_C=R_1+\frac{R_2}{N}\≈R_1,N\≥100$

进行In凸点电学连通性的判断，当R_C突然增大，说明器件的In凸点电学连通有问题，性能不可靠；

上式中，R_C为测得的近似In凸点焊接的单个连通电阻，R₁为真实的In凸点焊接的单个连通电阻，R₂为公共连通电阻，N为公共连通电阻的个数。

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