PDF《HgCdTe探测器I》

第28卷第 3期2009年 6月红外与毫米波学报J.

I n f r a r e d Mi l l i m.Wa v e s Vo

1 .2 8,No .

3 J u n e,

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0 9 文章 编号 :

1 0

0 1―

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1 4 (

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0 9 )

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9 4―

0 4 Hg C d T e探测器In焊 凸点 的 失效 及有限元分 析 吴礼刚 , 刘大福 , 朱三根 , 龚海梅 (

1 . 宁波大学 信息科学与工程学 院, 浙江 宁波

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1 1 ;

2 . 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术 国家重点实验室 , 上海

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8 3 ) 摘要 : 卫星工作 时, 由斯特林机致冷 的HgCdTe中长 波红外探测器会 经受从 一1

7 3 ~ C以下到 常温 的成 千上 万次温度 循环. 由于不 同材料的热膨胀系数( T E C) 不 匹配 , 这 样就会 造成 电极 封装 的疲 劳和失 效, 进而影响卫 星 的正常工 作. 利用 中科 院上海技术物理研 究所研制 的温度循 环设备 T C E ― a , 模拟了真空环境 下 的斯特林 制冷机 的开关 机模 式, 发现 了I n焊凸点的两种失效模 式. 运用有 限元 方法, 对In焊 凸点的失效进行 了力 学分析. 关键词:红外探 测器 ;

I n焊凸点 ;

温度循环 ;

失效 ;

有 限元方法 中图分类号 : T N

2 1

5 ;

T N

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6 文献标识码 : A FAI LURE AND FI NI TE ELEM ENT ANALYS I S OF I NDI UM S oLDER- BUM PS FoR Hg Cd Te DETECToRS W U L i ― Ga n g '

, L I U Da . Fu , ZHU S a n . Ge n , GONG Ha i . Me i (

1 . C o l l e g e o f I n f o r ma t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , N i n ~o U n i v e r s i t y , N i n g b o

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1 1 , C h i n a ;

2 . S t a t e Ke y L a b o r a t o r i e s o f T r a n s d u c e T e c h n o l o g y,S h a n g h a i I n s t i t u t e o f T e c h n i c a l P h y s i c s , C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e , S h a n g h a i

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8 3 , C h i n a ) A b s t r a c t : D u r i n g s a t e l l i t e g w o r k i n g , H g C d T e m i d o r l o n g w a v e l e n g t h i n fr a r e d( I R)d e t e c t o r s c o o l e d b y t h e s t i f l i n g c o o l e r a r e s u b j e c t e d t o t h o u s a n d s o f r e p e a t e d t h e r ma l c y c l e s f r o m b e l o w 一1

7 3 ℃ t o r o o m t e m p e r a t u r e .D u e t o t h e m i s m a t c h o f t h e r m a l e x p a n s i o n c o e f f i c i e n t s ( T E C )o f d i f f e r e n t ma t e r i a l s ,t h e r ma l c y c l e s C a l l c a u s e t h e b o n d i n g '

S f a t i g u e a n d f a i l u r e , e v e n c a u s e t h e d i s f u n c t i o n o f s a t e l l i t e s .B y u s i n g t h e t h e r ma l c y c l e e q u i p me n t ( T C E - a )d e v e l o p e d b y S I T P , t h e v a c c u m e n - v i r o n me n t a n d s t i r l i n g c o o l e r '

s i n t e r m i t t e n t w o r k i n g mo d e s w e r e s i mu l a t e d,a n d t w o f a i l u r e mo d e s o f i n d i u m s o l d e r - b u mp w e r e d i s c o v e r e d .A n d t h e f i n i t e e l e me n t s m e t ho d( F E M)w a s u s e d t o a n a l y z e t h e m e c h a ni s m o f b u m p s '

f a i l u r e . Ke y w o r d s : I R d e t e c t o r ;

i n d i u m s o l d e r ― b u m p ;

t he r ma l c y c l e ;

f a i l u r e ;

f i n i t e e l e m e n t m e t h e d ( F E M) 引言 H g C d T e 半导体量子效率高 , 响应波长随组分可 调,是制备多色探测器的优选材料¨ . 在航 天遥感 成像时, 由于斯特林制 冷机采用 间歇式 工作方式 , H g C d T e探测器在真空环境下会经受从 一1

7 3 ℃ 以下 到常温的成千上万次温度循环 , 而且 由于材料热膨 胀系数( T E C) 不匹配 , 会造成焊点热疲劳和塑性变 形,从而造成器件失效 J , 情况严重时 , 将使卫星非 正常工作. 统计数据表明, 电子元器件 因设计、 制造 工艺等原 因产生的失效 中电极系统及封装失效 占总 失效的一半 j . 而且 , 国内外大量实践证 明, 温度循 环是环境应力筛选 中最有效 的筛选模式 , 它所激发 的故障数 占环境应力筛选总故障数的一半以上 . 因此 , 对温度循环条件下的探测器电极系统及 封装失效的研究是非常必要的.目前很少有温度循 环设备制冷能够达到 一1