ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ
ａｒｅ
ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｕｔｔｅｄ ｍａｎｎｅｒ；ｓｅｐａｒａｔｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｓｅｇｍｅｎｔｓ；ｂｕｔｔｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒ；ｂｕｔｔｉｎｇ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ；ｓｔａｇｇｅｒｅｄ
图８单边互连交错拼援方式
以色列ＳＣＤ公司采用四片ＩｎＳｂ ５２０×１６探测
器模块完成了２０４８×１６探测器芯片的拼接Ｍ１。采 用交错排列方式，相邻的两个子模块旋转１８０。，通 过设计加工的高品质的工装定位标识进行对准，用 Ｉｎ柱互连方式将４个模块拼接在Ａ１Ｎ拼接衬底上 （衬底由高温共烧工艺完成），２０４８×１６拼接探测器
幽６
２０４８兀探测器拼接结构
２．３
中心互连交错拼接方式 中心互连交错拼接方式是一种将探测器芯片
与读出电路芯片按照常规方式直接倒装互连形成 拼接子模块，子模块经精密拼接以实现超长线列 探测器的制备，如图７所示。这种拼接方式采用 交错方式进行拼接，在超长线列探测器扫描方向 可以实现无缝探测，这种拼接方式可实现拼接子 模块拼接前的性能筛选，筛选合格后再进行拼接 以实现超长线列探测器的制备；同时，由于这种方 式采用了探测器芯片与读出电路直接倒装互连， 不存在过度基板互连的电学布线问题，简单易行。 这种拼接方式的不足之处在于，每个拼接子模块 之间扫描方向像元有很大间距，不利于成像系统 的光学设计。
ａｒｒａｙｓ
Ｔｎｂｏｌｅｔ，Ｐｈｉｌｉｐｐｅ Ｃｈｏｒｉｅｒ．Ｌａｒｇｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ
ｆｏｒ ｓｐａｃｅ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩＳＴＳ，２００２一ｎ一４０． ａｒｒａｙ［Ｊ］．Ｉｎｆｒａｒｅｄ
Ｍ ｉｌｌｉｍ．Ｗａｖｅｓ，
［３］Ｌｉ Ｙａｎｊｉｎ，ｅｔ
ａ１．Ｌｏｎｇ—ｗａｖｅ ｉｎｆｒａｒｅｄ ２０４８一ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｌｉｎｅａｒ
图１０
ＥＯ一１／ＡＬｌ多色拼接探测器结构
激光与红外Ｎｏ．８
３
２０１３
王成刚等超长线列碲镉汞红外探测器拼接方式对比分析
９２３
结论 综上所述，各种长线列探测器芯片拼接方式
参考文ｓｏｎ ｏｆ ＨｇＣｄＴｅ ａｎｄ ｑｕａｎｔｕｍ・ｗｅｌｌ ｉｎ— ｆｒａｒｅｄ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ ｄｕａｌ・ｂａｎｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ
适用性。
关键词：拼接方式；探测器模块；拼接探测器；拼接衬底；交错方式
中图分类号：ＴＮ２１４ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１．５０７８．２０１３．０８．０１６
Ｂｕｔｔｅｄ ｍａｎｎｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌｏｎｇ ｌｉｎｅａｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ｏｆ
右）下工作，这导致探测器多次开关机后因材料之 间热适配导致器件性能劣化甚至失效，加之碲镉 万方数据
激光与红外Ｎｏ．８
２０１３
王成刚等超长线列碲镉汞红外探测器拼接方式对比分析
９２１
２各种线阵探测器拼接方式及特点分析
２．１
直线拼接方式
直线拼接方式是一种将探测器芯片与读出电路 芯片分别倒装互连在同一拼接基板上，通过基板布 线将探测器芯片与读出电路芯片连接起来，以实现 超长线列探测器的制备，如图１所示。由于超长线 列探测器无论是采用摆扫还是推扫方式实现目标探 测，均需要在扫描方向实现无缝探测，因此这种拼接 方式对探测器单模块之间的拼接缝隙要求极高，需 要采用特殊设计及工艺实现。这种拼接方式的缺点 体现在：首先，这种方式对于单线列探测器的拼接尚 可，但对ＴＤＩ（时间延迟积分）型线列器件而言，由于 像元间距的限制，如果参与ＴＤＩ积分的像元数（比 如６、８、１２）增加时，通过基板布线进行互连将变得 困难，因此这种拼接方式比较适合单线列探测器或 参与ＴＤＩ的像元数较少的探测器；其次，这种拼接方 式由于无法提前进行拼接芯片的性能筛选，因此仅 限于阵列规模不是很大的情况下可行，同时需要极 为成熟的探测器芯片制备工艺来支撑，否则任一芯 片性能不好会造成整个线列无法满足使用要求。
都有其优点和不足，直线式直接拼接方式适用于 单线列或ＴＤＩ级数较少的线列探测器，由于受拼 接模块无法实现性能筛选，因此阵列规模通常较 小；公共基板互连交错拼接方式同样适用于单线
列探测器或ＴＤＩ级数较少的线列探测器，但阵列
ａｒｒａｙｓ［Ｊ］．
Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．，２００３，４２（１）：３０—４６． ［２］Ｐｈｉｌｉｐｐｅ
探测器拼接。
『５］
２００９，２８（４）：９０—９２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
ｆｏｒｍａｔ
１
引
言
汞材料不像硅晶圆一样尺寸可做的很大，基于这 些原因，航天各类应用平台对红外探测器阵列规 模（２０００元、５０００元、８０００元等）的需求已经超出 了目前单模块探测器芯片的研制极限。由于航天
各类应用平台需要大规模线列探测器进行大范围
红外探测器以全天候观测的优势在天文观 测、红外遥感等领域得到了广泛应用。随着航天 应用对大视场、高分辨率红外探测的需求，线列红 外探测器规模要求越来越大。国际上主流的碲镉
ＭＣＴ
ＷＡＮＧ Ｃｈｅｎｇ－ｇａｎｇ，ＤＯＮＧ Ｈａｌ—ｊｉｅ （Ｎｏａｈ
Ｃｈｉｎａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ
Ｅｌｅｃｔｒｏ—ｏｐｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｗｉｌｄｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｓｐａｃｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅｉｒ ａｄｖａｎｃｅｄ ｆｅａｔｕｒｅ．Ａｓ ｔｈｅ
及加工因素影响，电学连接将变得困难，因此这种
法国Ｓｏｆｒａｄｉｒ公司在早期长线列探测器制备时 就采用了这种拼接方式，该公司采用倒装互连工艺 将５片碲镉汞探测器芯片和１０片硅读出电路连接 到宝石衬底上，完成１５００×２中波、长波探测器芯片 的拼接，由于采用的是倒装互连工艺，因此拼接精度 能保证在±３斗ｍ。这种拼接方案基于其低损伤划 片技术，保证相邻两片探测器首尾无缝拼接。图２ 为早期的拼接结构示意图，图３、图４为Ｓｏｆｒａｄｉｒ公 司采用这种拼接方案拼接的中波１５００ （中波）１５００ Ｘ２探测器芯片实物图旧ｊ。
ＨｇＣｄＴｄ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ
规模可以做到很大；中心互连交错拼接方式不足 之处为有效视场内效率问题，不利于相机光学设 计；单边互连交错拼接方式优点是有效视场内效 率高，根据拼接基板材料选择的不同，拼接探测器 阵列规模可以从千元到１００００元以上规模，同时 根据应用需求，此拼接方式可以拓展用于多光谱
汞红外焦平面探测器均采用了探测器芯片与硅读
扫描，因此需要通过单模块探测器混成芯片进行
精密拼接实现更大规模阵列，满足各类航天应用
出电路芯片倒装互连的方式制备｝昆成芯片，由于 读出电路芯片与探测器芯片材料热膨胀系数存在
差异，且常规的红外探测器均需在低温（８０Ｋ左
平台的需求。
作者简介：王成刚（１９７７一），男，硕士，主要从事红外焦平面组件 技术方面的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｃｇｚｃｙ７７＠１２６．ｅｏｍ 收稿日期：２０１２．１２－２５；修订日期：２０１３０２．２２
探测器芯片 拼接基板 图４ 雪３
Ｓｏｆｆａｄｉｒ公司中波１５００探测器芯片图
Ｓｏｆｒａｄｉｒ公司长波、中波１５００探测器芯片图
２．２
◆
Ｊ到１ ，ｆＪ｜ｒＭｈ ２ｊ划‘｝１明扣ｒ挺；！ｆ’ｆ ｆｑ小，涿Ｊ到
Ｘ １）ｅｌｔｅｆｌｅ８－啊哼 《ｂｕｎｂｋＨｇＣｄＴｃ ＰＶ。”ｃｌｉｌ６｝
公共基板互连交锗拼接方式 公共基板互连交错拼接方式是一种将探测器
ｔｅｃｔｏｒｓ ｃａｎ’ｔ ｍｅｅｔ
ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｉｔ ｉｓ
ａｒｅ
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ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｗａｙ
ｔｏ
ｇｅｔ
ｖｅｒｙ—ｌｏｎｇ ｌｉｎｅａｒ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ
Ｌ１一
ｓｉｎｇ
ｂｕｔｔｉｎｇ ｍａｎｎｅｒ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｓｅｖｅｒａｌ ｂｕｔｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ
第４３卷
第８期
激光与红外
ＬＡＳＥＲ ＆ ＩＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖ０１．４３．Ｎｏ．８ Ａｕｇｕｓｔ，２０１３
２０１３年８月
文章编号：１００１—５０７８（２０１３）０８．９２０－０４
・红外材料与器件・
超长线列碲镉汞红外探测器拼接方式对比分析
王成刚，东海杰
（华北光电技术研究所，北京，１０００１５）
摘
要：红外探测器以全天候观测的优势在天文观测、红外遥感等领域得到了广泛应用。随
计是在读出电路设计时将探测器互连区直接设计 在读出电路一侧，以保证拼接子模块之间扫描方 向最小的拼接缝隙。单边互连交错方式相比中心 互连方式奇偶模块之间的拼缝由原来２０ ｍｍ左右
缩短到２ ｍｍ左右，同时这种拼接方式还解决了以
上三种拼接方式存在的不足，可以扩展到更大规模 阵列的精密拼接，最重要的一点是，这种拼接方式可 以在同一模块中实现多谱段集成拼接，实现多谱段 长线列探测器制备。
见图９。
图９
２０４８ Ｘ１６探测器拼援
美国Ｒａｙｓｏｎ公司为ＮＡＳＡ地球观测与先进陆 地成像计划（ＥＯ一１／ＡＬｌ）提供的多光谱探器就采用
了单边互连交错拼接方式，每个拼接子模块集成了
多个谱段，再将５个子模块机械拼接到基板上，实现 了从全色可见光、近红外、短波红外的多色集成拼接
图７ 中心互连交错拼接方式
１及长波
拼接方式也是比较适合单线列探测器或ＴＤＩ级数
较小的线列探测器。
ＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＪ¨ｓｕｂｓｔｒｌｔｅ
图２直线拼接方式示意罔
封５
公共基板互连交错拼接方式示意图
万方数据
激光与红外