辐射探测器元件的制作方法_3

文档序号:8287742阅读:来源:国知局
椭圆形形状。而且,在本发明的上下文中,术语“焊球”具体地包括合适的、可热熔化或可熔合的球,其一般不与焊接处理相关联(例如,诸如有机(例如,聚合)球或无机(例如,陶瓷)球的非金属球)。
[0029]原则上,连接25可以由任何材料组成,例如,通常使用的锡-银-铜(SAC)合金。然而,归因于在在微电子中,特别是在辐射探测器中的若干种材料对高温的有限阻抗,优选地连接45具有一种具有相对低的熔化温度的成分。特别合适的焊球成分包含铋,例如,铋铟(Biln)、铋-锡(BiSn)或铋-锡-铟(BiSnIn),其中,铋的量通常决定机械强度(更多铋通常意味着更高的机械强度)。优选地,使用共晶成分。共晶铋锡(BiSn)是最为优选的,这是因为其具有相对低的熔点(140摄氏度),同时仍然维持高的强度。BiSn中铟的添加允许使用甚至更低的熔化焊料。不要求第一焊球451的成分与第二焊球452的成分相同或相似。在本发明的实施例中,要被压印的焊球的成分具有比其他焊球(例如,具有BiSn成分的其他焊球)的熔化温度更低的熔化温度(例如,BiSnIn)。这允许对压印、熔化和/或熔合条件以及在压印、熔化和/或熔合后的属性的更多的控制。
[0030]被熔合为熔合的焊球45的焊球451和452可以具有适合于具体连接的任何尺寸。然而,如果焊球太大,高温或长的加热时期对于适当地将它们熔合在一起可以是必要的,这可以会使其他材料中的一些退化。因此,优选地使用具有最多为500微米的直径dl、d2的焊球。最优选的是焊球具有300微米的直径dl、d2。这对于在商业上可广泛获得的焊球是常见的直径。第一焊球451的直径dl与第二焊球452的直径d2相同是优选的但不是要求的。
[0031]焊球451和452关于彼此越接近,熔合后的机械强度和电通路越坚固。然而,可以需要更多的能量来将焊球熔合在一起。根据本发明的用于辐射探测器元件2的平衡机械强度、电传导性以及处理属性的特别合适的配置是当焊球451、452具有300微米的直径dl、d2时,在垂直的零件42与基板41之间的间隙c为140微米,在第一焊球451的中间与基板41之间的距离a为280微米,并且在第二焊球452的中间与垂直的零件42之间的距离b为300微米。对于距离a、b、c中的每个可以在每个方向上具有10%的变化,以最佳地从该配置中受益。
[0032]图5描绘了使用构造作为非限制性范例的辐射探测器元件的根据本发明的将第一零件横向地附接到第二零件的方法的示意性表示。
[0033]在步骤501中,第一焊球451被应用于第一零件42的主表面421,在该范例中,所述第一零件42可以是光电二极管。在该范例36中,具有300微米的直径的第一焊球451被应用为具有沿着行的500微米的间距,所述行沿着距第一零件42的一侧近似150微米的第一零件42的侧。第一焊球451可以使用各种应用技术(例如,印刷技术(例如,喷墨等技术)、模板印刷技术、冲压技术或对于本领域技术人员常见的任何其他技术)来应用。在该范例中,焊球451被模板印刷到第一零件42的第一主表面421上。
[0034]在可以在先前的步骤之前、与之同时或之后执行的步骤511中,一行第二焊球452被应用于第二零件41的主表面411。如先前的步骤所提到的,可以使用相同或相似的应用技术。该行中的第二焊球452之间的间隔应当与第一零件一侧附近的行中的第一焊球451之间的间隔实际上可能相同。优选地,具有小于I %的变化。最优选地,所述间隔刚好相同。这确保了第一焊球451与第二焊球452之间的良好的空间取向。这允许适当的对准,这将产生最佳的连接强度和电导性。在该范例36中,具有300微米直径的间隔500微米的第二焊球被应用于第二零件,在该范例中,所述第二零件为探测器元件基板21。第二焊球在这种情况下使用喷射(例如,落球(ball drop))技术来应用,这是因为在基板21的主表面411上没有焊料停留。
[0035]在步骤502中,第一焊球451或第二焊球452中的至少一个被压扁为盘状形状。这是在本领域所公知的压印。焊球被压扁以确保在加热步骤505中第一焊球451将最佳地熔合到第二焊球452。当被压扁的焊球被熔化时,其将(归因于其表面能)具有通过恢复回球形形状而减少其自由表面的趋势。当因此膨胀的被压扁的熔化的焊球遇到另一焊球时,它们将更加有效地进行湿润并且生成与第一焊球和第二焊球二者将一直具有球形形状的情况下相比更大的接触面,这是因为在这种情况下将没有在前面的聚结的显著驱动。优选地,压印第一焊球451(也参见图3,其中,被压扁的第一焊球451’被描绘出),这是因为在加热期间它们将通常处于非水平配置中,并且然后,如果它是相反方向的,则归因于重力,被压印的焊球将因此更加有效地向第二熔化的焊球452膨胀。对于被压扁的第一和焊球第二焊球,这是可能的,但不是要求的。本领域技术人员公知的任何压扁技术可以用于压印焊球,但是优选的方法是以低于要被压印的焊球的熔化温度的温度利用热压来压制焊球。这促进了有限压制力下的压制,同时焊球仍然相对坚固并且在零件上是不可移动的,并且产生良好定义且稳定的压印。焊球优选地被压扁到近似其原始直径的三分之一(具有10%的变化)。这产生在压扁力与润湿属性之间的良好平衡。在本范例中,使用刚刚低于第一焊球451’的熔点的压制温度来压扁第一焊球451,以获得在90与100微米之间的厚度的压印。在该范例中,不压印第二焊球452。
[0036]在步骤503中,额外的材料或层43可以应用于第一零件。在该范例中,可以是包括对着第二闪烁体材料232的层叠的第一闪烁体材料231的闪烁体层的光转换层,具体为闪烁体层23被应用于光电探测器22的一侧,并且钨屏蔽层24被附接到光电探测器22的相对侧。这两个层使用粘合剂,具体为光学粘合剂来附接。本领域技术人员应当理解,对于其他应用,没有额外的层或材料或者不同类型的额外的层或材料可以被附接到第一零件42或第二零件41。
[0037]在步骤504中,第一零件42的主轴422和第二零件41的主轴412被定位,使得它们是以角度α横向的。角度α取决于所要求的(在加热后的)最终位置。归因于由于焊球熔合的收缩,以比所要求的最终位置稍微较小的角度定位第一零件和第二零件是必要的。第一零件42和第二零件41应当被进一步定位,使得在第一零件42上的第一焊球的行中的第一焊焊球451中的每个至少靠近第二零件42上的第二焊球452的行中的第二焊球451中的一个。第一焊球和第二焊球轻触是允许的,但不是必要的。应当通过确保被压扁的焊球在加热后膨胀时足以湿润其他焊球来确定距离。因此,距离应当优选地小于焊球中的一个的半径。在本范例中,角度α为89.5度,其产生在熔合后光电二极管22关于基板21几乎正好地垂直取向。在被压扁的第一焊球451’与第二焊球之间的距离小于两个焊球的原始(预压扁的)半径。
[0038]在步骤505中,两个焊球在其熔化温度以上被加热以允许它们熔合。温度应当在足够高以确保快速熔化过程和短曝光时间与足够低以避免对其他部件的热损伤之间进行平衡。加热可以以各种方式来完成,例如,在被加热大气中的(短)停留
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