Способ сборки гибридной фотоэлектрической схемы при непараллельном монтаже элементов

Изобретение относится к электронной технике, а именно, к технологии изготовления гибридных микросхем, и может быть использовано в производстве гибридных фотоэлектрических сборок путем микросварки. В частности, в инфракрасной фотоэлектронике используются гибридные сборки фоточувствительных линейных или матричных массивов, размещенных на одной полупроводниковой подложке, электрически связанных с интегральными схемами считывания и предварительной обработки (ИС СПО), размещенными на других полупроводниковых подложках.

В простейшем случае, когда вышеуказанные элементы расположены в одной плоскости, сборка осуществляется при помощи проволочных выводов методом гибридно-планарного монтажа [Минскер Ф.Е. Справочник сборщика микросхем. - М.: Высш. шк., 1992. - С.70.].

При создании перспективных инфракрасных датчиков, обеспечивающих не только прием ИК-излучения и считывание электрического сигнала, но и более глубокую обработку сигнала, включающую операции предварительного усиления, фильтрации, компенсации неоднородности чувствительности датчиков матричного массива и мультиплексирования каналов, используют так называемую Z – технологию. При этом осуществляется параллельная обработка сигналов со всей строки (либо со всего столбца) матричного массива фотоприемников. Платы обработки сигнала собираются в единую структуру, к торцевой грани которой монтируется кристалл, содержащий матричный массив фотоприемников. В этом случае электрические контакты плат обработки выводятся на их торцы [Минскер Ф.Е. Справочник сборщика микросхем. - М.: Высш. шк., 1992. - С.70.] и монтаж кристалла, содержащего массив фотоприемников, осуществляется пайкой или холодной сваркой при помощи индиевых столбиков методом обратного или перевернутого монтажа (флип-чип) методом [EP (ЕПВ) A1 № 0316026, H01L21/00, 17.05.89.]. Однако такая технология монтажа очень сложна и используется для производства только специальной техники, где повышенная сложность и соответственно цена изделия определяются его исключительно тактико-техническими характеристиками.

В ряде конструкций ИК фотоприемников фокальной плоскости приходится располагать различные элементы конструкции, в частности подложки содержащие массивы фотоприемников и элементы ИС СПО, в различных плоскостях. Особенно это относится к охлаждаемым фотоприемникам фокальной плоскости при монтаже их в криостат фотоприемного устройства. В этом случае в конструкцию гибридной фоточувствительной интегральной схемы вводят гибкие токоведущие элементы, в частности полиимидные кабели, которые монтируются при помощи проволочных выводов в рамках гибридно-планарной технологии. Однако способ монтажа элементов конструкции гибридных фоточувствительных интегральных схем при помощи полиимидных кабелей имеет ряд недостатков. В частности полиимид имеет повышенное газоотделение в вакууме, имеет технологическую усадку, что не позволяет создавать полиимидные кабели с большим числом токоведущих элементов. Использование полиимидных кабелей требует развивать площадь и соответственно массу элементов крепления к устройству охлаждения фотоприемникам фокальной плоскости для их размещения, что не целесообразно из-за ограниченности по массо-габаритным харктеристикам.

Общемировая тенденция к уменьшению габаритов радиоэлектронной аппаратуры требует применения новых нестандартных решений в компоновке приборов. Одним из таких решений является расположение элементов в различных непараллельных плоскостях. Такое решение открывает широкие возможности для уменьшения габаритов изделия, однако при его применении возникает проблема создания проволочных межсоединений.

Наиболее близкий аналог (прототип) такого способа сборки описан в патенте на изобретение «Способ сборки гибридной фоточувствительной схемы» [SU 1826819 H05K3/00, 30.06.1983], согласно которому коммутационные платы с размещенными на них токоведущими дорожками, кросс-платами и полупроводниковыми подложками с ИК фотоприемниками и ИС СПО соединяются между собой и размещаются в специальное устройство, позволяющее вращать полученную сборку относительно ее осей. При этом к контактной площадке кросс-платы, расположенной в первой плоскости присоединяется, например, методом ультразвуковой сварки один конец проводника, после чего сборка коммутационных плат вращается в указанном устройстве относительно соответствующей оси и фиксирует в горизонтальной плоскости смежную ей коммутационную плату. Затем второй конец проводника присоединяется к соответствующей контактной площадке, расположенной на смежной коммутационной плате. Аналогичная процедура повторяется для каждой пары соответствующих контактных площадок, расположенных на смежных коммутационных платах.

Несовершенство данного решения заключается в том, что при разварке каждой перемычки требуется поворачивать корпус прибора, что снижает производительность труда. Кроме того, данное решение требует создавать петли с очень высоким профилем, что отрицательно сказывается на качестве.

Также, к недостаткам этого патента следует отнести то, что для его воспроизведения требуется разработка и создание специального оборудования и оснастки. Кроме того, низкая надежность соединений и высокая трудоемкость процесса затрудняют использовать этот способ при создании гибридных фоточувствительных схем.

Техническим результатом изобретения является улучшение качества сборки и снижение времени сборки, также техническим результатом является упрощение конструкции.

Указанный технический результат достигается предлагаемым способом сборки, включающим размещение и крепление на центральной горизонтальной плоскости кристалла фотоприемника, вспомогательных плат и кристаллов, по крайней мере, на одной/двух периферийных горизонтальных плоскостях; последующее межсоединение микросваркой контактных площадок активных и пассивных элементов; центральная горизонтальная плоскость шарнирно соединена с периферийными горизонтальными плоскостями, причем контактные площадки на периферийных горизонтальных плоскостях расположены непосредственно вдоль оси вращения шарниров; после осуществления коммутации элементов производят поворот периферийных горизонтальных плоскостей на заданный угол от 0° до 180°.

В предлагаемом способе все собираемые элементы размещены и закреплены на нескольких (не менее 2-х) шарнирно соединенных между собой горизонтальных плоскостях, что позволяет, во-первых, производить сборку на серийном оборудовании без его модернизации, во-вторых, соединения на всех плоскостях и между ними можно производить за один процесс и только после осуществлять поворот плоскостей друг относительно друга на заданный угол. В-третьих, периферийная горизонтальная плоскость расположена ниже центральной, и присоединение производится на площадки, размещенные вдоль оси вращения шарниров, что позволяет осуществить поворот плоскости без существенного воздействия на сварные соединения и практически без изменения формы петли.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена гибридная фоточувствительная схема в собранном виде, где введены обозначения:

1 – центральная горизонтальная плоскость;

2 – предметный столик;

3 – периферийная горизонтальная плоскость;

4 – холодильное устройство;

5 – проволочные межсоединения;

6,7,8,9 – оси вращения периферийных плоскостей.

На фиг.2 изображена гибридная фоточувствительная схема после осуществления поворота периферийных горизонтальных плоскостей.

На фиг.3 изображена 3D модель гибридной фотоэлектрической схемы до осуществления поворота и после.

Согласно изобретению, после размещения и крепления на центральной плоскости (1) схемы фотоприемника (2) и на периферийных плоскостях (3) вспомогательных элементов (4) производят полную сборку всех элементов на всех плоскостях, затем осуществляют коммутацию (5) между центральной и периферийными плоскостями. Причем, контактные площадки на периферийных плоскостях расположены вдоль оси вращения шарниров (6,7). После осуществления коммутации производят поворот периферийных горизонтальных плоскостей на заданный угол (0° - 180°).

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в появившейся возможности поворота периферийных плоскостей на заданный угол, что, не снижая надежность соединений, позволяет производить сборку всех элементов гибридной фотоэлектрической схемы на любой сборочной установке. Кроме того, использование данного способа позволяет значительно повысить производительность труда.