Диссертация (1090210), страница 17
Текст из файла (страница 17)
3.17 – Общий вид корпуса «Мамонт» с мультиплексором, «жуком» иалмазной линейкой.Затем проводилась разварка 128-ти контактов «жука» с 128-ю входнымиконтактами мультиплексора. Затем проводилась разварка 25-ти контактовмультиплексора с ножками корпуса. Контакт от центральной полосы линейкитакже сваривался с одной из ножек корпуса. После этого корпус закрывалсякрышкой (пластиной из плавленого кварца) толщиной 0,5 мм.
Кварцевая крышка наклеивалось на корпус через промежуточную диэлектрическую рамку толщиной 2 мм (для того, чтобы не повредить проволочные соединения).Общий вид алмазной линейки с мультиплексором в корпусе «Мамонт» показан на рисунке 3.17.3.3.3.2 Сборка алмазных линеек с объемной проводимостью с мультиплексоромПосле изготовления всех элементов сборка алмазной линейки вместе смультиплексором проводилась в корпусе типа «Мамонт» (рисунок 3.17) с 64-мявыводами.112Рис.
3.18 – Общий вид корпуса «Мамонт» с мультиплексором и алмазнойлинейкойМультиплексор наклеивался на керамическое основание корпуса. Для линейки с объемной проводимостью «жук» наклеивался на основание корпуса непроводящим клеем.Линейка наклеивалась проводящим клеем на керамическую или сапфировую плату. Затем эта плата с линейкой наклеивалась непроводящим клеем наконтакты «жука».
Далее проводилась разварка контактов линейки 30микронной проволокой с контактами жука (64 контакта на одной стороне линейки и 64 контакта на другой стороне линейки).Затем проводилась разварка 128-ти контактов «жука» с 128-ю входнымиконтактами мультиплексора. Затем проводилась разварка 25-ти контактовмультиплексора с ножками корпуса. Контакт от проводящей платы, на которуюнаклеивалась линейка, также сваривался с одной из ножек корпуса.После этого корпус закрывался крышкой (пластиной из плавленого кварца)толщиной 0,5 мм.
Кварцевая крышка наклеивалось на корпус через промежу-113точную диэлектрическую рамку толщиной 2 мм (для того, чтобы не повредитьпроволочные соединения).Общий вид алмазной линейки с мультиплексором в корпусе «Мамонт» показан на рисунке 3.18.3.3.4 Технология изготовления алмазных многоэлементныхфотоприемников УФ диапазона формата 64х64Были разработаны два варианта матриц 64×64:1. Матрица для исследований с шагом 50×50 мкм с контактными площад-ками под разварку в корпусе.2.
Матрица с шагом 30×30 мкм для сборки с мультиплексором с помощьюиндиевых столбов.3.3.4.1 Проектирование и конструирование фотошаблонов №1 и №2 матрицыформатом 64×64 элемента с шагом 50×50 мкмОбщий вид фотошаблонов матрицы 64×64 приведен на рисунке 3.19.Рис.3.19 – Внешний вид фотошаблонов для создания матрицы 64×64 элементаСтруктура фотошаблонов для создания матрицы 64×64 приведена на рисунке 3.20.114Рис.
3.20 – Структура фотошаблонов для создания матрицы 64×64 элемента3.3.4.2 Технологический маршрут изготовления матрицы.Технологический маршрут изготовления матрицы состоит из следующихосновных операций.1. Наклейка алмазной пластины клеем «аквадак» на поликоровую илисапфировую пластину размером 20×20 мм. Толщина пластины 200…300 мкм.2. Напыление на алмазную пластину слоя титана 20 нм и слоя золота30 нм.3. Фотолитография шаблоном №1.4.
Электролитическое нанесение слоя золота толщиной 1 мкм в окна, незакрытые фоторезистом (светлые области на рисунке 3.20).5. Удаление тонких слоев золота и титана травлением ионами аргона (приэтом толстые слои золота служат маской).6. После проведения указанных операций алмазная пластина имеет сле-дующий вид1157. Отклейка алмазной пластины от поликоровой платы и последующаянаклейка на плату другой стороной8. Фотолитография шаблоном №2 с ориентацией по меткам, которыедолжны быть совмещены с метками на первой стороне алмазной пластины9. Нанесение слоя титана 20нм и платины 20 нм10.
Взрывная фотолитография металла, открывающая окна.11. Электролитическое осаждение золота на слой «титан-платина».После проведения указанных операций структура алмазной пластиныдолжна иметь вид, представленный на рисунках 3.21, 3.22.Внешний вид изготовленных фотоприемных матричных структур форматом 64×64 элемента на природном алмазе приведен на рисунке 3.23.Рис.3.21 – Структура первой стороны алмазной пластины116Рис.3.22 – Структура второй стороны алмазной пластиныРис.3.23 – Внешний вид изготовленной матричной структуры 64×64 на алмазе с шагом 50×50 мкм2.3.4.3 Сборка чувствительного элемента матрицы форматом 64х643.3.4.3.1 Проектирование и изготовление переходной платы – «жука»Структура «жука» приведена на рисунке 3.24.117Рис.3.24 – Структура «жука» для матрицы 64×64 с шагом 50×50 мкм «Жук»изготовляется на пластине из плавленого кварца.
Темные структуры – это металлизация алюминием.3.3.4.3.2 Монтаж алмазной матрицы и соединение с элементами «жука»Алмазная пластина наклеивается проводящим клеем второй стороной вцентр «жука», так что центр пластины находится в центре «жука». Далее тестовые структуры алмазной матрицы соединяются с контактами «жука» малыхразмеров золотой проволокой диаметром 30 мкм.В центре керамической платы корпуса «Мамонт» просверливается отверстие диаметром 6 мм для УФ засветки матрицы со стороны общего электрода.Плата «жука» приклеивается к керамической плате корпуса и контакты «жука»больших размеров соединяются золотой проволокой диаметром 60 мкм с выводами корпуса «Мамонт».
Собранная в корпусе «Мамонт» матрица 64×64 показана на рисунке 3.25.118Рис. 3.25 – Матрица 64×64 в корпусе c отверстием в центре для УФ−засветкис обратной стороны матрицы3.3.4.4 Проектирование и конструирование фотошаблона №1 матрицыформатом 64×64 элемента с шагом 30×30 мкмРис.3.26 – Фрагмент фотошаблона матрицы 64×64 с шагом 30×30 мкм.119Алмазные матрицы формата 64×64 предназначены для последующего соединения с мультиплексорами ISC 9705 INDIGO. Мультиплексоры поставляются с индиевыми столбиками, нанесенными на элементы, предназначенныедля соединения.Фрагмент фотошаблона, сконструированного для изготовления матриц,изображен на рисунке 3.26.
Формат матрицы 64×64, размеры площадок 25×25мкм и шаг 30×30 мкм; таким образом, зазоры между элементами равны 5 мкм.3.3.4.5 Технология изготовления матрицы 64х64Технология изготовления матрицы состоит из следующих основных этапов1. Наклейка алмазной пластины клеем «аквадаг» на поликоровую илисапфировую пластину размером 20×20 мм. Толщина пластины 200…300 мкм.2. Отмывка алмазной пластины на поликоре3. Напыление на алмазную пластину слоя платины 10 нм.4. Отклейка алмазной пластины и отмывка от аквадага5.
Повторная наклейка алмазной пластины клеем «аквадаг» на поликоро-вую или сапфировую пластину стороной, где напылена платина.6. Отмывка алмазной пластины на поликоре7. Напыление на алмазную пластину слоев «титан» (50 нм), «золото»(50 нм), «титан» (50 нм),8. Нанесение фоторезиста и его сушка9. Фотолитография шаблоном, приведенным на рисунке 3.2410. Электролитическое нанесение слоя золота толщиной 0,7-1 мкм в окна,не закрытые фоторезистом (темные области на рисунке 3.24).11. Удаление участков с фоторезистом (светлые области на рисунке 3.24).12. Удаление тонких слоев золота травлением ионами аргона (при этомтолстые слои золота служат маской).13. Удаление тонких слоев титана химическим травлением.После проведения указанных операций алмазная пластина с матрицей64×64 имеет вид, показанный на 2.25 и 2.26.120Далее проводятся следующие операции:14.
Отклейка алмазной пластины от поликоровой платы.15. Отмывка алмазной пластиныТаким образом, на одной стороне алмазной пластины имеются 64×64 элемента в виде золотых столбиков, а на другой стороне алмазной пластины имеется полупрозрачный слой платины.Для проверки пропускания слоя платины в ультрафиолетовой областиспектра проведено напыление указанного слоя одновременно на алмазные образцы и на контрольную полированную пластинку сапфира.Рис.3.27 – Элементы матрицы 64×64. Промежутки между элементами 8 мкм.Шаг – 30 мкм.3.3.4.6 Сборка матрицы формата 64×64В ходе выполнения настоящей работы нами была отработана технологиясборки АМФД, которая основывалась на имеющихся в ООО ПТЦ «УралАлмазИнвест» технологических возможностях формирования омических контактовпосредством специально высаженных индиевых столбиков и имеющемся сборочном оборудовании.После многочисленных экспериментов нами был выбран способ «flip-chip»сборки, когда индиевые столбики формируются на каждой из собираемых частей АМФД: на линейке фотоприемников и на микросхеме выделения сигналовили мультиплексоре.
При использовании данного способа соединения частейАМФД (метод перевернутого монтажа) имеется возможность наиболее точного121совмещения, требуются меньшие усилия при контактировании, что позволяет вменьшей степени подвергать нагрузкам мультиплексор – наиболее уязвимуючасть гибридной фотоприемной структуры.Кроме того, в этом случае обеспечивается большая площадь соприкосновения столбиков при усадке и, как следствие, более надежный контакт. Передначалом отработки процессов сборки нам было известно, что: качество соединения собираемых частей АМФД зависит от степени чистоты поверхности соединяемых материалов [95], а так же режимов сборки, таких как: температурасобираемых частей, механическая сила, прикладываемая к ним, время, в течение которого прикладывается усилие [95]; режимы сборки в значительной степени определяются формой и геометрическими размерами индиевых столбиков[95,109]: наилучшей является ситуация, когда отношение высоты индиевогостолбика к его поперечному размеру приближается или превышает «1»; рекомендуемые в зарубежных источниках информации [110,111] режимы сборкиследующие: механическое давление на границе соединяемых поверхностей составляет около 0.5 кг/мм² и может меняться в широких пределах, например,уменьшаться до 0,3 кг/мм² при температуре соединяемых частей около 900 С,при времени воздействия давления около 1 мин.Цель проведенной работы заключалась в отработке процессов flip-chipсборки гибридного АМФД форматом 64×64 элементов на основе природногоалмаза 2а группы (с низким содержанием азотной примеси порядка 10171018ат/мм3) и кремниевой микросхемы выделения сигналов (в данном случаеэто интегральная микросхема ISC 9705 INDIGO).
Габаритные размеры мультиплексора в плане 11,5×10,5 мм; по периметру прямоугольника организованы 38контактных площадок выводов сигналов управления и съёма сигналов, в центральной зоне имеется матрица ячеек (пикселов) форматом 320×256 с шагомпикселов равным 30 мкм. С таким же шагом располагаются центры элементовфотоприемной матрицы. В результате проведенных исследований сформировался технологический маршрут сборки, основные этапы которого описаныниже.122Индиевые столбики (рисунок 3.28), которые формировались на мультиплексоре, имели размеры: высота – 6 мкм, площадь поперечного сечения – 14×14мкм у основания с переходом на конус у вершины.
Размер активного элементаФП составляет 30×30 мкм. Индиевые столбики на поверхности ФП имели высоту 6 мкм и площадь около 25×25 мкм. Такие соотношения позволяли надеяться на получение равновысоких и равномерных по ширине, после усадки,контактов, что и подтвердилось на практике.Рис.3.28 – Пластина с индиевыми столбами высотой 6 мкм.Известно, что наличие окисла (толщина окисной пленки составляет свыше100Ǻ) на поверхности индиевых столбиков препятствует созданию надежногоконтакта между ними [95].
Для предотвращения влияния окисла после формирования индиевых столбиков поверхности их содержащие – мультиплексор иФП, – покрывались слоем фоторезиста, который удалялся непосредственно перед сборкой.Экспериментально было установлено, что для получения качественногосоединения частей ГФС ее сборка должна проводиться в течение не более 4-5часов, чтобы избежать окисления поверхности индиевых столбиков на воздухе.Сборка ГФС производилась на установке М9-А производства фирмы R&DAutomation, (США), которая по нашим данным является одной из лучших всвоем классе по соотношению цена/качество (рисунок 3.29).123Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
