论文部分内容阅读
锑化铟（InSb）红外焦平面探测器在中波探测领域具有较高的量子效率和均匀性、优良的分辨率，被广泛应用于航空航天、国防、气象等领域。InSb红外焦平面探测器属于倒装焊结构器件，锑化铟光敏元与硅读出电路通过铟柱采用倒焊技术互联混成，InSb探测器在工作时其温度需要通过制冷设备快速地从300K降低到77K。在这个过程中，由于上述的特定结构和低温工作环境常使得较薄的锑化铟芯片在经受热冲击时发生碎裂。芯片的碎裂严重影响着探测器的适用性、列装性，已经成为探测器批量生产中亟需解决的首要问题。为明晰探测器在热冲击下的碎裂机理，本文以128×128元锑化铟红外焦平面探测器为研究对象，借助ANSYS有限元软件从热-应力耦合的角度对探测器InSb芯片碎裂的原因进行研究。热-应力耦合分析分为两个步骤，首先对探测器的热冲击过程进行模拟仿真，对热冲击过程中探测器内部温度场的分布和变化进行分析；接着以热分析得到的温度分布为基础，对探测器进行热-应力耦合仿真，对传导降温方式下探测器芯片上的应力变化及其分布进行分析，依据应力变化及其分布对探测器碎裂的原因进行初步探讨。热-应力耦合分析表明：InSb芯片受不均匀温度场和各材料线膨胀系数差异的影响，InSb芯片上应力增加迅速，短时间内应力的急剧增加对InSb芯片的可靠性带来了严重考验。通过与未考虑热-应力耦合得到的InSb芯片上应力变化相比，热-应力耦合方式下得到的InSb芯片上的应力变化，可以真实反映InSb芯片在实际热冲击过程的应力变化情况，而未考虑热-应力耦合的应力分析将会低估应力增加对InSb芯片造成的影响。热-应力耦合分析得到的应力分布结果可为实际生产中降低InSb芯片的碎裂提供参考。此外，通过改变底充胶热传导系数的方式对材料参数改化与InSb芯片上应力变化之间的关系进行了研究。