在核工業(yè)、航空航天、核醫(yī)療等應(yīng)用場合,都必須要使用核輻射探測器對輻射量進行實時監(jiān)測。目前普遍使用的核輻射探測器是硅基探測器。近年來,隨著寬帶隙半導(dǎo)體的廣泛應(yīng)用,碳化硅材料因其優(yōu)良的抗輻射性能得到了廣泛關(guān)注。因此針對碳化硅基的核輻射探測器的研究一直在進行,并且器件的特性也在逐步得到改善,達到應(yīng)用水平。但要真正實際應(yīng)用,還要對碳化硅核輻射探測器進行封裝設(shè)計。本文針對一款特定尺寸的碳化硅核輻射探測器給出倒裝焊設(shè)計方案。本文調(diào)研了現(xiàn)有的電氣連接方式,選擇倒裝焊對碳化硅核輻射探測器進行電氣連接。文章詳細闡述了倒裝焊工藝的特點和實現(xiàn)過程,簡單實現(xiàn)了一個倒裝焊工藝,結(jié)合工藝實現(xiàn)以后的測試結(jié)果和ANSYS工具的功能,確定了將焊料球的尺寸分布、焊接材料和基板材料作為待仿真確定的關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)計總體采用控制變量的方法,依次確定了焊料球的尺寸、焊料的選擇和基板材料。為了選定合適的焊料球尺寸,本文使用ANSYS工具建立了四種不同焊料球尺寸的模型,分別對模型施加同樣的熱生成載荷及邊界條件,根據(jù)熱學(xué)仿真結(jié)果,選定了尺寸100微米、中心距400微米的焊料凸點結(jié)構(gòu)分布。為了選定合適的焊料,針對焊料失效模式,采用Anan... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

典型的系統(tǒng)級封裝設(shè)計流程

目前,針對核輻射探測器的封裝設(shè)計集中在紅外輻射探測器和核輻射探測器,其中尤其以紅外輻射探測器的封裝方案居多。引線鍵合工藝和芯片粘接工藝都與1.2.1節(jié)中提及的工藝相似。但是對器件封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計,硅紅外輻射探測器有新的結(jié)構(gòu)。由于紅外探測器所探測的屬于光波,因此應(yīng)該盡量做到對探測區(qū)域的不遮擋,這就要求基板設(shè)計時給器件留出一定的窗口,用于捕獲外界信號。有文獻提出了一種不遮擋有效區(qū)域的表面貼裝封裝結(jié)構(gòu)[23]。此外,其他很多輻射探測器的封裝結(jié)構(gòu)都偏好表面貼裝形式的封裝方案。表面形式的貼裝(SMT,Surface Mount Technology)是指將沒有引腳或引腳較短的器件放置在基板上,并通過回流焊等方式進行焊接的工藝。這種工藝日漸成熟,方案設(shè)計靈活,而且能保證盡量小的降低封裝管殼對探測器探測效率的影響,是一種可靠的、體積小、適用范圍廣的封裝方式。

針對硅基的核輻射探測器封裝也有相關(guān)的研究。對于核輻射探測器的封裝,抗輻射設(shè)計是不可避免的。目前常用的成熟抗輻射器件,除了要針對芯片本身的材料選型等做出特殊設(shè)計,還可以通過增加定時刷新電路以及過流保護等加強電路的抗輻射設(shè)計。而針對設(shè)計整體,幾乎都選擇一體化的管殼覆蓋住所有的內(nèi)部器件,做到物理隔絕和保護。針對外殼保護,相關(guān)文獻從抗輻射、防腐蝕、氣密性、真空封裝甚至防眩光[24]等多個角度進行了分析設(shè)計,也有學(xué)者針對封裝管殼的可拼鋪結(jié)構(gòu)[25]、封裝定位機構(gòu)及其定位方法[26]等進行研究。典型的核輻射探測器一體化封裝結(jié)構(gòu)如圖1.5所示。目前,國內(nèi)外已經(jīng)研究了許多種核輻射探測器,但是做到從芯片設(shè)計到對應(yīng)封裝方案一體設(shè)計的很少。由于部分探測器本身就具有探測面比較小、漏電流偏大等缺點,缺少系統(tǒng)完善的測試結(jié)果。大部分研究都沒有對探測器的工作環(huán)境進行模擬測試,尤其是對探測器電學(xué)特性影響比較大的溫度,也沒有相關(guān)測試。因此一些學(xué)者針對以上問題做出了系統(tǒng)研究。例如馬駿所做的金硅面壘型核輻射探測器[27]的制備。這款探測器結(jié)構(gòu)簡單、探測器窗口比較薄、電學(xué)性能好、生產(chǎn)制作時殘次率低,并且使用簡單,在核輻射探測場合得到大面積推廣。當(dāng)工作溫度為15攝氏度、反向偏壓為100V時,文章中設(shè)計的直徑為22mm的器件漏電流大小為1.2μA、直徑26mm的器件漏電流大小為1.3μA,兩種尺寸的器件擊穿電壓能達到甚至超過200V。其封裝結(jié)構(gòu)如圖1.6所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[3]4H-SiC肖特基結(jié)型α粒子探測器的制備與性能研究[D]. 葉鑫.大連理工大學(xué) 2018
[4]4H-SiC PiN二極管中子探測器的研究[D]. 王莎.西安電子科技大學(xué) 2018
[5]宇航用非氣密性倒裝焊器件耐濕技術(shù)研究[D]. 趙文中.中國航天科技集團公司第一研究院 2018
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本文編號：3592915