碲鋅鎘像素探測器模塊的封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碲鋅鎘像素探測器模塊的封裝方法，用于解決現(xiàn)有碲鋅鎘像素探測器模塊封裝方法連接膠點相對位置精度差的技術(shù)問題。技術(shù)方案是采用銀導(dǎo)電膠作為倒裝連接介質(zhì)，利用三維自動點膠機通過矩陣點膠模式，精確控制膠點的尺寸與相對位置，同時利用倒裝焊接儀，通過雙CCD取景對焦的工作模式，控制傳動系統(tǒng)的精確走位，解決了碲鋅鎘像素電極探測器元件上像素電極與基板上金屬電極的一一對應(yīng)連接問題，并克服了像素電極的短路或斷路現(xiàn)象。由于采用程序控制的矩陣點膠模式，有效地控制了膠點間的相對位置，精度達到了10μm，同時采用流量控制器，獲得了的最小膠點尺寸為150μm，有效克服了像素電極的短路問題。
【專利說明】碲鋅鎘像素探測器模塊的封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模塊的封裝方法，特別涉及一種碲鋅鎘像素探測器模塊的封裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碲鋅鎘晶體作為一種具有優(yōu)異光電性能的三元固溶體化合物半導(dǎo)體成為目前制備室溫核輻射探測器最為理想的材料，可廣泛應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)無損檢測、安全檢查、核武器突防、天體物理和高能物理等領(lǐng)域。然而，將帶有像素電極的碲鋅鎘晶體與基板連接起來形成探測器模塊是實現(xiàn)在X射線和Y射線成像領(lǐng)域中應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0003]采用傳統(tǒng)的絲線焊接連接技術(shù)，由于受操作空間的限制，不適用像素較多的碲鋅鎘像素探測器模塊的封裝連接，同時該方法焊點的結(jié)合力較差。而利用金屬倒裝焊技術(shù)制備碲鋅鎘像素探測器模塊的方法，焊接時溫度需在140度以上，影響了晶片的物理性能，同時焊接時容易對像素電極產(chǎn)生機械損傷。文獻“V.Jordanov, J.Macri, J.Clayton, etal.Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2001, 458:511-517.，，公開了一種采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備碲鋅鎘像素探測器模塊的方法，該方法采用聚合物導(dǎo)電膠連接技術(shù)，即采用絲網(wǎng)印刷在碲鋅鎘像素探測器元件的像素電極面和陶瓷或印制電路板(Printed Circuit Board,簡稱PCB)基板的對應(yīng)電極上印刷相應(yīng)尺寸的銀導(dǎo)電膠,后采用一對一的倒裝連接技術(shù)將兩者固定，制備時溫度為80度，然而由于該方法膠點的尺寸較大，通常大于300 μ m,且較難控制膠點間的相對位置，使得倒裝好的碲鋅鎘像素探測器模塊容易出現(xiàn)像素電極的短路或斷路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有碲鋅鎘像素探測器模塊封裝方法連接時膠點尺寸難控制且相對位置精度差，實現(xiàn)碲鋅鎘像素電極探測器元件上像素電極與基板上金屬電極的準確連接，本發(fā)明提供一種碲鋅鎘像素探測器模塊的封裝方法。該方法采用銀導(dǎo)電膠作為倒裝連接介質(zhì)，利用三維自動點膠機通過矩陣點膠模式，精確控制膠點的尺寸與相對位置，同時利用倒裝焊接儀，通過雙CCD取景對焦的工作模式，控制傳動系統(tǒng)的精確走位，解決了碲鋅鎘像素電極探測器元件上像素電極與基板上金屬電極的一一對應(yīng)連接問題，并克服了像素電極的短路或斷路現(xiàn)象。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種碲鋅鎘像素探測器模塊的封裝方法，其特點是包括以下步驟:
[0006]步驟一、采用碲鋅鎘單晶片制備碲鋅鎘像素探測器元件I。設(shè)計與像素電極尺寸相對應(yīng)的倒裝連接用基板4。然后將基板4固定于三維自動點膠機的基座5上，通過電荷耦合元件CCD3觀察基板4的位置信息并傳輸給電腦，設(shè)定點膠初始位置在基板4任一頂點，設(shè)定X軸及Y軸步進頻次，并將步進參數(shù)輸入電腦，電腦通過控制三維平移臺2的運動完成矩陣點膠，在基板4的金屬電極6上均勻涂覆銀導(dǎo)電膠7，并通過流量控制器8控制單次的點膠量。
[0007]步驟二、將點好膠的基板4放置于倒裝焊接儀的基準臺9上，通過頂部CXDlO記錄基板4上的圖像信息并傳輸給電腦。使用倒裝焊接儀的真空吸頭11將碲鋅鎘像素探測器元件I抓起，并保持像素電極面向下，通過底部(XD13記錄碲鋅鎘像素探測器元件I中像素電極面上的圖像信息,并傳輸給電腦。電腦通過比對頂部(XD10和底部(XD13傳輸?shù)膱D像信息，將需要移動的參數(shù)反饋給傳動系統(tǒng)12，從而帶動真空吸頭11完成倒裝，實現(xiàn)碲鋅鎘像素探測器元件I上的電極與基板4上的金屬電極6的連接。
[0008]步驟三、將連接好的碲鋅鎘像素探測器元件I與基板4放置于烘箱內(nèi)，溫度設(shè)定在40~80度范圍，加熱6~12小時，使得銀導(dǎo)電膠7固化。
[0009]步驟四、采用三維自動點膠機在碲鋅鎘像素探測器元件I的表面涂覆包封膠，并在60~80度溫度下，固化4~8小時，形成碲鋅鎘像素探測器模塊。
[0010]所述基板4是陶瓷材質(zhì)或PCB材質(zhì)的任一種。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:采用程序控制的矩陣點膠模式，可以有效控制膠點間的相對位置，精度達到?ο μ m，同時采用流量控制器可以獲得的最小膠點尺寸為150 μ m，有效克服了像素電極的的短路問題。通過比對頂部與底部兩個CCD的圖像信息，進而反饋給傳動系統(tǒng)，可以實現(xiàn)像素電極與基板上金屬電極的對位精度達到20 μ m，克服了像素電極的斷路問題。同時采用銀導(dǎo)電膠作為導(dǎo)電介質(zhì)，使得倒裝連接時的溫度降低至40~80度范圍內(nèi)，減少對探測器性能的影響。采用包封膠涂覆碲鋅鎘像素電極探測器元件的表面，可以減少探測器受外界環(huán)境及外力的影響。
[0012]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】詳細說明本發(fā)明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明方法采用的`三維自動點膠儀及其工作狀態(tài)示意圖
[0014]圖2為本發(fā)明方法采用的倒裝焊接儀及其工作狀態(tài)示意圖。
[0015]圖3為采用本發(fā)明方法制備的8X8陣列的碲鋅鎘像素探測器模塊，其典型像素單元的ι-v曲線。
[0016]圖4為采用本發(fā)明方法制備的20X20陣列的碲鋅鎘像素探測器模塊，其典型像素單元對137Cs@662KeV的響應(yīng)能譜。
[0017]圖中，1-締鋒鋪像素探測器兀件，2- 二維平移臺，3_(XD, 4-基板，5_基座,6_金屬電極，7-銀導(dǎo)電膠，8-流量控制器，9-基準臺，10-頂部CCD，11-真空吸頭，12-傳動系統(tǒng)，13-底部 CCD。
【具體實施方式】
[0018]以下實施例參照附圖1 一 4。
[0019]實施例1:
[0020]步驟一、采用碲鋅鎘單晶片制備8X8陣列的碲鋅鎘像素探測器元件I。設(shè)計與像素電極尺寸相對應(yīng)的倒裝連接用基板4。然后將PCB材質(zhì)的基板4固定于三維自動點膠機的基座5上，通過CCD3觀察基板4的位置信息并傳輸給電腦，選擇8X8矩陣點膠模式，選擇X軸步進為1mm, Y軸步進為1mm,并輸入電腦，電腦通過控制三維平移臺2的運動完成矩陣點膠，在基板4的金屬電極6上均勻涂覆銀導(dǎo)電膠7，并通過流量控制器8控制單次的點膠量。
[0021]步驟二、將點好膠的基板4放置于倒裝焊接儀的基準臺9上，通過頂部CXDlO記錄基板4上的圖像信息并傳輸給電腦。使用倒裝焊接儀的真空吸頭11將碲鋅鎘像素探測器元件I抓起，并保持像素電極面向下，通過底部(XD13記錄碲鋅鎘像素探測器元件I中像素電極面上的圖像信息,并傳輸給電腦。電腦通過比對頂部(XD10和底部(XD13傳輸?shù)膱D像信息，將需要移動的參數(shù)反饋給傳動系統(tǒng)12，從而帶動真空吸頭11完成倒裝，實現(xiàn)碲鋅鎘像素探測器元件I上的電極與基板4上的金屬電極6的連接。
[0022]步驟三、將連接好的碲鋅鎘像素探測器元件I與基板4放置于烘箱內(nèi)，溫度設(shè)置為40度，保溫12小時，使得銀導(dǎo)電膠固化。
[0023]步驟四、采用三維自動點膠機在碲鋅鎘像素探測器元件I的表面涂覆包封膠，并在80度溫度下，固化4小時，形成碲鋅鎘像素探測器模塊，以保護所制備的金屬電極不受外界環(huán)境及外力的影響。
[0024]采用1-V測試系統(tǒng)測試制備好的8X8陣列碲鋅鎘像素探測器模塊中每個像素單元的1-V曲線，未發(fā)現(xiàn)短路或斷路現(xiàn)象。從圖3中可以觀察到制備的8X8陣列碲鋅鎘像素探測器模塊中單個像素單元典型的1-V曲線，電壓在400V時的漏電流僅為ΙΟηΑ。
[0025]此外，通過將僅完成倒裝連接的8X8陣列碲鋅鎘像素電極探測器模塊的碲鋅鎘像素探測器元件I與基板4分離后，采用光學(xué)顯微鏡觀察碲鋅鎘像素探測器元件I上每個像素電極和基板4上的金屬電極6覆蓋的銀導(dǎo)電膠7，發(fā)現(xiàn)膠點尺寸均勻，膠點平均尺寸為300 μ m，碲鋅鎘像素探測器元件I上的像素電極與基板4上金屬電極6的對位偏差小于20 μ m0
[0026]實施例2:
[0027]步驟一、采用碲鋅鎘單晶片制備20X20陣列的碲鋅鎘像素探測器元件I。設(shè)計與像素電極尺寸相對應(yīng)的倒裝連接用基板4。然后將陶瓷材質(zhì)的基板4固定于三維自動點膠機的基座5上，通過CCD3觀察基板4的位置信息并傳輸給電腦，選擇20 X 20矩陣點膠模式，選擇X軸步進為350 μ m，Y軸步進為350 μ m,并將步進參數(shù)輸入電腦，電腦通過控制三維平移臺2的運動完成矩陣點膠，在基板4的金屬電極6上均勻涂覆銀導(dǎo)電膠7，并通過流量控制器8控制單次的點膠量。
[0028]步驟二、將點好膠的基板4放置于倒裝焊接儀的基準臺9上，通過頂部CXDlO記錄基板4上的圖像信息并傳輸給電腦。使用倒裝焊接儀的真空吸頭11將碲鋅鎘像素探測器元件I抓起，并保持像素電極面向下，通過底部(XD13記錄碲鋅鎘像素探測器元件I中像素電極面上的圖像信息,并傳輸給電腦。電腦通過比對頂部(XD10和底部(XD13傳輸?shù)膱D像信息，將需要移動的參數(shù)反饋給傳動系統(tǒng)12，從而帶動真空吸頭11完成倒裝，實現(xiàn)碲鋅鎘像素探測器元件I上的電極與基板4上的金屬電極6的連接。
[0029]步驟三、將連接好的碲鋅鎘像素探測器元件I與基板4放置于烘箱內(nèi)，溫度設(shè)置為80度，保溫6小時，使得銀導(dǎo)電膠固化。
[0030]步驟四、采用三維自動點膠機在碲鋅鎘像素探測器元件I的表面涂覆包封膠，并在60度溫度下，固化8小時，形成碲鋅鎘像素探測器模塊，以保護所制備的金屬電極不受外界環(huán)境及外力的影響。[0031]對于典型的封裝完成的20X20陣列碲鋅鎘像素探測器模塊，采用超聲波無損檢測發(fā)現(xiàn)，膠點連接處均無空洞，膠點的尺寸達到150 μ m,相鄰膠點的中心間距偏差僅為10 μ m，，說明實現(xiàn)了對膠點尺寸及相對位置的精確控制，沒有斷路或短路現(xiàn)象。
[0032]采用伽馬射線能譜測試系統(tǒng)測試制備好的20X20陣列碲鋅鎘像素探測器模塊中每個像素單元的能譜響應(yīng)曲線，圖4為碲鋅鎘像素探測器模塊中典型的像素單元對137Csi662KeV的響應(yīng)能譜，通過計算其能量分辨率達到1.5%。
【權(quán)利要求】
1.一種碲鋅鎘像素探測器模塊的封裝方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、采用碲鋅鎘單晶片制備碲鋅鎘像素探測器元件(I);設(shè)計與像素電極尺寸相對應(yīng)的倒裝連接用基板(4);然后將基板(4)固定于三維自動點膠機的基座(5)上，通過電荷耦合元件CCD (3)觀察基板(4)的位置信息并傳輸給電腦，設(shè)定點膠初始位置在基板(4)任一頂點，設(shè)定X軸及Y軸步進頻次，并將步進參數(shù)輸入電腦，電腦通過控制三維平移臺(2 )的運動完成矩陣點膠，在基板(4)的金屬電極(6)上均勻涂覆銀導(dǎo)電膠(7)，并通過流量控制器(8)控制單次的點膠量； 步驟二、將點好膠的基板(4)放置于倒裝焊接儀的基準臺(9)上，通過頂部CXD (10)記錄基板(4)上的圖像信息并傳輸給電腦；使用倒裝焊接儀的真空吸頭(11)將碲鋅鎘像素探測器元件(I)抓起，并保持像素電極面向下，通過底部CXD (13)記錄碲鋅鎘像素探測器元件(I)中像素電極面上的圖像信息，并傳輸給電腦；電腦通過比對頂部CXD (10)和底部CXD(13)傳輸?shù)膱D像信息，將需要移動的參數(shù)反饋給傳動系統(tǒng)(12)，從而帶動真空吸頭(11)完成倒裝，實現(xiàn)碲鋅鎘像素探測器元件(I)上的電極與基板(4)上的金屬電極(6)的連接；步驟三、將連接好的碲鋅鎘像素探測器元件(I)與基板(4)放置于烘箱內(nèi)，溫度設(shè)定在40?80度范圍，加熱6?12小時，使得銀導(dǎo)電膠(7)固化； 步驟四、采用三維自動點膠機在碲鋅鎘像素探測器元件(I)的表面涂覆包封膠，并在60?80度溫度下，固化4?8小時，形成碲鋅鎘像素探測器模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲鋅鎘像素探測器模塊的封裝方法，其特征在于:所述基板(4)的材質(zhì)是陶瓷或PCB的任一種。
【文檔編號】H01L31/18GK103560166SQ201310488594
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】徐亞東, 何亦輝, 齊陽, 谷亞旭, 王濤, 查鋼強, 介萬奇 申請人:西北工業(yè)大學(xué), 陜西迪泰克新材料有限公司