硅微透镜阵列与红外焦平面阵列的集成器件的制备与性能(特邀)

为了提高红外焦平面阵列性能,分别制备了硅衍射微透镜阵列和InSb红外焦平面阵列并将两者集成在一起。采用光学系统和焦平面测试系统进行了测试。结果显示双面镀制有增透膜的硅衍射微透镜阵列的衍射效率为83.6%;电压响应图显示器件没有裂纹;集成器件的工作波段为3.7~4.8μm,此时平均黑体响应率和探测率分别为4.85×10^(7)V/W和7.12×10^(9)cm·Hz^(1/2)·W^(1)。结果表明硅微透镜阵列不仅可以提高焦平面阵列占空因子,而且可以通过优化焦平面应力匹配来解决芯片裂纹问题,集成器件性能优于现有焦平面性能。

高精度倒装焊机光学对位系统研制及算法研究

针对国内红外焦平面倒装焊机对高精度光学对位系统的迫切需求,对光学对位系统进行了设计及验证,并对该系统用到的平行调整、光学对位及坐标系误差补偿算法进行研究。文章首先对倒装焊接光学对位工艺进行分析;然后对平行性调整及光学对位算法进行介绍,并根据光学对位系统测试流程,提出更加合理的误差补偿算法;最后,以上述算法为理论依据,设计光学对位系统,其包括准直系统、显微成像系统和激光测距三部分。所设计的光学系统可实现平行性粗调,特征点识别及平行性精调功能。试验结果表明,准直系统准直效果较好,显微成像系统分辨率高,成像质量较好,激光测距系统的测距精度为0.084μm。设计的高精度光学对位系统解决了国内红外焦平面倒装焊机对高精度光学对位系统的迫切需求,已经在国内某型号的倒装焊机中得到应用,对于提高国产高端集成电路的自主研发和生产能力具有非常重要的意义。

大规模红外焦平面阵列探测器的有效像元率研究

随着大规模红外焦平面阵列探测器应用的日益广泛,用户对其有效像元率指标提出了越来越高的要求。分析了有效像元率提升的难点。通过优化基于垂直布里奇曼法的衬底生长以及表面加工等工艺,提高了液相外延材料质量,获得了低缺陷中波碲镉汞薄膜外延材料;通过开发碲镉汞探测器背面平坦化工艺和优化探测器与读出电路倒装互连工艺,提高了成品率。最终提升了有效像元率指标(大于99.8%),获得了良好的效果。

混成式焦平面阵列芯片倒装互连技术研究

介绍了为保证倒装焊接性能，设备所采取的措施。对比了不同形貌铟柱的优缺点，分析了互连可靠性与铟柱高度的关系，介绍了考核互连可靠性的方法。通过互连技术研究，我们实现了较高性能的倒装互连，互连条件选择温度在60℃-140℃范围，压力范围0．1克／铟柱-0．5克／铟柱。互连连通率〉99．9％，互连后的芯片组件在低温（77K）与常温（23℃）间不少于100次的反复冲击的情况下，测试接触性能及InSb二极管性能都无变化，满足了互连器件可靠性要求。

利用单片可编程系统对红外焦平面阵列进行实时非均匀性校正

针对红外焦平面阵列(IRFPA)非均匀性多点校正过程中涉及的数据量大,难于实现实时校正的特点,提出了利用Altera公司的单片可编程系统(SOPC)对红外焦平面阵列进行多点实时校正的方法。利用SOPC的NiosII处理器定制指令功能,实现了软件算法的硬件化,有效提高了红外焦平面阵列实时非均匀性校正速度。实验结果表明:对相同的多点校正算法,利用SOPC硬件实现算法的校正速度比TMS320C6201 DSP硬件快1.5倍,且校正过程简单灵活,图像效果理想,能够很好地满足红外焦平面阵列实时非均匀性校正要求。

基于Nios红外图像实时非均匀性校正研究

针对红外成像系统在图像处理中所涉及的数据量大,实时处理难于实现的特点,运用Altera公司SOPC-Nios嵌入式软核心处理器技术,提出一种利用FPGA硬件实现红外焦平面阵列实时非均匀性两点校正的方法.该方法针对非均匀性校正关键的内部循环和耗时算法,创建Nios嵌入式处理器的定制指令,将复杂的顺序指令简化为硬件实现的单指令,用硬件实现校正算法,极大地提高了系统的处理速度和性能,有效地解决了红外成像技术中实时性难题.

红外焦平面硅基通孔加工及电极互连技术

通过硅通孔技术实现红外焦平面电极垂直互连,提高像元占空比,缩短了互连引线长度,降低了信号延迟。用单晶硅湿法刻蚀方法形成通孔,利用直写技术将耐高温Ag-Pd导体浆料填充通孔,实现红外焦平面阵列底电极与硅基片背面倒装焊凸点互连。

平板电封装工程中的凸点实现及其在紫外焦平面成像阵列中的应用

紫外焦平面成像系统主要用以观测日光下高压输电系统的电晕放电现象。焦平面成像系统主要由信号采集系统、控制系统、信号处理系统和信号存储系统构成,再加上后端的显示器件,就可以完成视频信号的采集、处理、运算、传输和显示等功能。本文在设计紫外焦平面成像系统的时候,参考了发展相对成熟的非制冷型红外焦平面成像系统的技术结构。为了将采集图像的焦平面探测阵列与后端的电路系统连接起来,关键技术是以凸点制作为基础的倒装焊技术。由于焦平面探测阵列的引出点阵的密集性,最好采用性能指标较好的光刻结合电镀的倒装焊工艺。为了保证焊接过程不影响紫外探测元件的性能,凸点材料选择了焊点较低的软金属In,并介绍了这种焊点的制作工艺。

红外探测器芯片表面应力释放技术比较研究

红外焦平面探测器产品易受特殊工作环境、材料热应力失配影响而出现芯片断裂等失效现象,因此,为确保可靠性,对探测器芯片提出了更为迫切的要求。专利技术是法定的知识产权保护手段,专利所披露的探测器芯片可靠性问题的技术路线和解决方案,更加贴近产品实际问题的解决。文中利用技术专利的研究方法,挖掘出国内外业界对恶劣工作环境中芯片热失配问题的三种技术解决方案。文中深入比较了表面设置应力释放图案技术路线中的应力释放点、应力释放槽和应力释放环,这三种具体专利技术路线实现方式,进一步提出了镀膜增强的新方案,供业界制造红外焦平面探测器芯片时比较选择。

混合式红外焦平面用对焊机的研制

对焊工艺是制备混合红外焦平面器件的关键工艺。本文介绍了我们根据对焊工艺要求自行研制的 HDD-1型红外对焊机的原理、性能及测试方法,并给出了该机在红外焦平面列阵对焊工艺中的试用结果。

背减薄过程中面阵探测器形变研究

为提高Insb面阵探测器的探测率,需要借助背减薄工序把Insb光敏元芯片从300tzm减薄到10μm,这一过程通常决定了面阵探测器的成品率。为了解面阵探测器在背减薄工序中的形变规律,针对典型器件结构,借助ANSYS软件,基于等效建模思路,建立了适用于Insb面阵探测器的三维结构模型,调整Insb光敏元芯片厚度,模拟探测器形变特征及分布随背减薄工艺实施过程的变化规律。模拟结果表明:当InSb光敏元芯片较厚时,面阵探测器的整体形变以弯曲变形为主,其中心区域上凸明显;随着InSb光敏元芯片逐步减薄,其中心区域的上凸变形逐步弱化,当InSb光敏元芯片厚度减薄到12μm时,探测器上表面屈曲变形占优,且随着Insb光敏元芯片厚度的减小而愈加清晰可见,此时探测器整体弯曲变形很弱。

高精度倒装焊机的研制

针对大规模集成电路器件发展的要求,提出了高精度倒装焊机研制的必要性。阐述了设备的结构功能及研制攻克的技术难点,有效地解决了第三代红外焦平面器件对倒装焊接的工艺要求,实现了芯片与基板的高精度对位、大焊接压力的精确控制,极大地提高了产品的适应性。

基于SOPC的非制冷红外图像校正系统的研究

为解决传统红外热成像系统在图像校正处理过程中因其对处理浮点数的系统资源以及算法复杂度要求很高而导致的处理速度缓慢、无法实时处理图像的问题，文章提出研制基于片上可编程（system on programmable chip，SOPC）的非制冷红外图像校正系统。该系统的实现是在两点校正原理的基础上，考虑现场可编程门阵列（field—programmable gate array，FPGA）的结构特点，利用将浮点校正系数转化为定点型数据设计的思想创建Nios嵌入式处理器的定制指令，将复杂的顺序指令简化为硬件实现单指令，用硬件实现校正算法。实验结果表明：基于SOPC的红外图像校正系统生成的图像比较清晰，校正过程简单，能够有效提高红外焦平面阵列非均匀性校正的速度，从而解决红外成像技术中的实时性难题。