Технология гибридной сборки на индиевых микростолбиках

Для механической и электрической связи матричного фотоприемника (МФЧЭ) и мультиплексора (МП) при помощи индиевых микростолбиков, сформированных на МФЧЭ и МП. используется установка стыковки, которая обеспечивает:

совмещение МП и МФЧЭ между собой в плоскости x-y с точностью не хуже половины зазора между индиевыми микростолбиками, минимальное значение которого для больших форматов не превышает 5 мкм, т.е. с точностью не хуже 2 мкм;

параллельность стыкуемых поверхностей МП и МФЧЭ до касания жестко закрепленных относительно друг друга МП и МФЧЭ с точностью не более величины деформации индиевых столбиков после приложения давления, либо «сомоустановку» параллельности при касании стыкуемых поверхностей МП и МФЧЭ при минимальных давлениях, не приводящих к деформации микростолбиков;

возможность изменения давления на индиевые микростолбики в широких пределах для стыковки МП и МФЧЭ от формата 64х64 элементов до 288х384 элементов.

Стыковка МП и МФЧЭ состоит из следующих основных операций:

1. Отмывка в органических растворителях поверхностей стыкуемых кристаллов.

2. Очистка от окислов индия и остатков органических растворителей пучком ионов аргона с энергией 400600 эВ в течение 30 мин.

3. Установка луча лазера (8) перпендикулярно нижнему столу (5), при этом микроскоп (6) и верхний стол (4) находятся вне лазерного луча.

4. Установка стола (2) с шаровой опорой и образца МФЧЭ индиевыми контактами в направлении лазерного луча, включение вакуумной присоски и юстировка поверхности МФЧЭ перпендикулярно лазерному лучу.

5. Установка образца МП (3) нерабочей стороной на съемную платформу (4), включение вакуумного присоса и закрепление платформы (4) на верхнем столе. Юстировка поверхности МП перпендикулярно лучу лазера (8).

6. Установка микроскопа (6) в рабочее положение. Нахождение изображения знаков совмещения на образце МФЧЭ через прозрачные области в МП путем перемещения микроскопа по осям X, Y, Z и нижнего столика (5).

7. Перемещение нижнего столика (5) по оси Z до появления резкого изображения одновременно знаков совмещения на МП и МФЧЭ.

8. Совмещение по четырем углам знаков совмещения на МП и МФЧЭ путем вращения и перемещения по осям X и Y нижнего столика (5).

Перемещение верхнего стола (4) по оси Z до касания стыкуемых поверхностей.

Выдержка под давлением не менее 30 минут.

Рис. 3. Схематическое изображение установки стыковки на индиевых микростолбиках: 1- МФЧЭ, 2- самоустанавливающийся столик, 3- МП, 4- верхний столик, 5- нижняя платформа, 6- микроскоп, 7- электронно-оптический преобразователь, 8- гелий-неоновый лазер

Многочисленные эксперименты показали, что точность стыковки в плоскости X-Y определяется в основном четкостью изображения знаков совмещения, которая, в свою очередь, зависит от качества обработки тыловой поверхности МП. На рис.4(а) представлена микрофотография следов индия на золотых контактах МФЧЭ после расстыковки. Видно, что точность совмещения не хуже 5 мкм. Не плоскостность предварительной установки стыкуемых поверхностей полностью компенсируется самоустанавливающимся столиком. На рисунке 4(б) приведены изображения части состыкованных МП и МФЧЭ элементов с шагом 35 мкм при Т=300К при напряжении на затворе согласующего транзистора большем, чем разброс его пороговых напряжений. Темные точки на рисунке 5 соответствуют не состыкованным пикселям. Видно, что отсутствуют протяженные не состыкованные области, а не состыковка отдельных пикселей обусловлена, вероятно, отсутствием индиевых микростолбиков, либо обрывом шин на мультиплексоре. В целом, число состыкованных пикселей не менее 99,99%

а) б)

Рис. 5. Микрофотография следов индиевых микростолбиков на МП после расстыковки (а) и дефектных пикселей после гибридизации (б)