紅外焦平面探測器熱-應(yīng)力耦合分析.pdf

1、銻化銦（InSb）紅外焦平面探測器在中波探測領(lǐng)域具有較高的量子效率和均勻性、優(yōu)良的分辨率，被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防、氣象等領(lǐng)域。InSb紅外焦平面探測器屬于倒裝焊結(jié)構(gòu)器件，銻化銦光敏元與硅讀出電路通過銦柱采用倒焊技術(shù)互聯(lián)混成，InSb探測器在工作時其溫度需要通過制冷設(shè)備快速地從300K降低到77K。在這個過程中，由于上述的特定結(jié)構(gòu)和低溫工作環(huán)境常使得較薄的銻化銦芯片在經(jīng)受熱沖擊時發(fā)生碎裂。芯片的碎裂嚴(yán)重影響著探測器的適用性、列裝性，已

2、經(jīng)成為探測器批量生產(chǎn)中亟需解決的首要問題。
　　本文以128×128元銻化銦紅外焦平面探測器為研究對象，借助ANSYS有限元軟件從熱-應(yīng)力耦合的角度對探測器InSb芯片碎裂的原因進(jìn)行研究。熱-應(yīng)力耦合分析分為兩個步驟，首先對探測器的熱沖擊過程進(jìn)行模擬仿真，對熱沖擊過程中探測器內(nèi)部溫度場的分布和變化進(jìn)行分析；接著以熱分析得到的溫度分布為基礎(chǔ)，對探測器進(jìn)行熱-應(yīng)力耦合仿真，對傳導(dǎo)降溫方式下探測器芯片上的應(yīng)力變化及其分布進(jìn)行分析，依據(jù)應(yīng)

3、力變化及其分布對探測器碎裂的原因進(jìn)行初步探討。熱-應(yīng)力耦合分析表明：InSb芯片受不均勻溫度場和各材料線膨脹系數(shù)差異的影響，InSb芯片上應(yīng)力增加迅速，短時間內(nèi)應(yīng)力的急劇增加對 InSb芯片的可靠性帶來了嚴(yán)重考驗。通過與未考慮熱-應(yīng)力耦合得到的InSb芯片上應(yīng)力變化相比，熱-應(yīng)力耦合方式下得到的 InSb芯片上的應(yīng)力變化，可以真實反映 InSb芯片在實際熱沖擊過程的應(yīng)力變化情況，而未考慮熱-應(yīng)力耦合的應(yīng)力分析將會低估應(yīng)力增加對InSb芯