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在红外焦平面芯片的制备过程中,铟凸点阵列制作及其倒装焊技术是其中的关键技术,利用该技术可实现红外探测器件与读出电路间的岛密度互连。在该应用中,选择铟作为互连材料是由此类光电器件的互连要和铟自身的特有性质决定的:铟具有良好的塑性和冷焊性能,可克服由不同材料问的热适配带来的可靠性问题及实现较低温度下焊接,可满足该类应用中的特殊要求。另外,铟可制备小凸点、小间距、大规模、一致性好的凸点阵列,使焦平面阵列与读出电路间实现超高密度互连成为可能。
当前用于制作铟凸点阵列的方法主要有两种,即蒸镀法和电镀法。蒸镀法工艺成熟但依赖价格昂贵的设备,且制作过程中铟浪费较为严重,是一种制作成本较高的方法;而电镀法对设备要求低,制作过程中几乎不存在铟浪费,利用该法制作铟凸点阵列成本相对低廉,但缺点是技术不成熟。迄今对电镀法铟凸点技术的研究较少,本论文中着重研究电镀法铟凸点阵列制备技术及其倒装互连技术,具体内容包括以下几个方面:
(1)电镀工艺条件的研究:研究了氨基磺酸铟镀槽的电镀工艺条件对电镀效果的影响,包括电流密度、溶液PH值变化、电镀时间等因素;利用一种较简单的工艺步骤研究了电镀条件对电镀铟凸点的一致性影响;
(2)电镀法铟凸点阵列制备的工艺研究:设计电镀法工艺流程;对电镀法工艺流程中的工艺难点进行研究;研究凸点回流工艺;通过以上的工艺研究,开发出可靠的铟凸点制备工艺;
(3)铟凸点下金属化层(UBM,underbump metallization)的研究:通过设计Ti/Au/Ti/Pt/AuJln和Ti/Pt/Au/In的薄膜结构,借助XRD等材料检测手段,评估Ti/Pt金属薄膜对铟焊料的扩散阻挡性能:考察Au-In间固液反应机理;对凸点进行剪切力测试,并试图从理论上解释凸点回流前后剪切力变化的内在原因;
(4)铟凸点阵列的倒装焊工艺研究:考察铟凸点的无助焊剂焊接的可能性;找出影响铟凸点倒装焊接效果的关键工艺因素:最终实现铟凸点阵列芯片与基板间的冶金融合焊接效果。