1. –Осьлинейкифотоприемников(лфп)иЛфпу;

2. –ЛФП2128элементов;3–коммутаторына64входакаждый;4–соединительныешлейфы

Нарис.8.10представленапринципиальнаясхемакомпоновкидвухрядногоЛФПУвсоставеЛФП2128элементов,4кремниевыхмультиплексоровна64входакаждыйи4соединительныхшлейфовнаосновеполиимиднойпленки(управляющаяэлектрониканепоказана).Мультиплексорывкаждомряду(верхнеминижнем)разнесеныотно-сительнодругдругадляудобствамонтажакнимполиимидныхшлей-фов.ПриэтомвцентреЛФП,вместеприсоединенияшлейфов,зазорымеждусоседнимиэлементамиЛФПтакиеже,какивееостальныхчастях.

Нарис.8.11даносхематичноеизображениеЛФП2128элемен-товиотдельногофотоприемногоэлемента,которыйпредставляетсобойфоторезисторсразмеромфотоприемнойплощадки80мкмвдольлинейкии120мкм–поперек.Зазормеждуэлементамисостав-ляет20мкмкаквдольЛФП,такимеждудвумярядамилинейки.ОсвещениеэлементовпроизводитсясостороныэпитаксиальнойпленкиСОТ.

120мкм

А

80 мкм

А

А–А

Ti+Al+Ti

1,5мкм

h

COTln

Рис.8.11.Схематичноеизображениелинейкифотоприемников2128элементовиееотдель-

ногофотоприемногоэлементавразрезе

ИзготовлениеЛФПвключаловсебянесколькоопераций.

1. ФормированиеотдельныхэлементовЛФПсприменениемфото-

литографииитравленияпленкиСОТдоподложкифтористогобария.

2. РезкаподложкиBaF_2сосформированныминанейЛФПнакри-сталлызаданногоразмера.

Такимобразом,числооперацийприизготовленииЛФПсведенокминимуму,чтообеспечиваетбольшойпроцентвыходагодныхЛФП.

Приэтомоднородностьфотоприемныхэлементовопределяетсявос-новномоднородностьюсвойствисходныхподложекфтористогобарияиэпитаксиальныхпленокСОТ.

Соединительныешлейфы

Дляизготовлениясоединительныхшлейфовиспользоваласьстан-дартнаяметаллизированнаяпленкаизполиимидатолщиной20мкмсослоемалюминиятолщиной12мкм.Соединительныйшлейфпредстав-лялсобойсформированныйметодомфотолитографиинаборшинизалюминияшириной70мкм,разделенныхзазоромв30мкм.Концыалюминиевыхшинвыступалисобеихстороншлейфазаполиимиднуюосновуна150мкмибылипокрытыиндиемдляудобствамонтажакЛФПимультиплексорам.

Мультиплексор

ПредназначенныйдляработывсоставеЛФПУкремниевыймуль-типлексор[8.8,8.9]состоитиз64ячеекпредусилителейирегистрасдвига,которыйвырабатываетимпульсы,используемыедляпоследо-вательногоопросавсехячееквтечение1мс.Схемамультиплексорапитаетсячетырьмяимпульснымиипятьюпостоянныминапряжения-

ми.Испытанияпоказали,чторазрабо-

таннаясхемамультиплексорасохраня-етработоспособностьвдиапазонеТ=

=300…4,2Кприоптимальнойтемпе-ратуренеболееТ=30К.Этопозволи-лоиспользоватьмультиплексорвсо-ставеЛФПУ,вкоторомвсеэлементырасположенырядомитемпературако-торыхпрактическинеразличается.Ра-ботоспособностьмультиплексороввплотьдокомнатнойтемпературы(хо-тяиснеоптимальнымипараметрами)позволилаорганизоватьихвыбраковку

Тр₂

Тр₁

R_ф

U₀

Тр₃

^Uвых

какнастадииизготовлениядоскрай-

бированиякремниевыхпластин,такинавсехэтапахсборкиЛФПУ.

Рис.8.12.Принципиальная

схемаячейкипредусилителямультиплексора

Принципиальнаясхемаотдельнойячейкипредусилителяпредстав-ленанарис.8.12.Ячейкапредусилителяработаетследующимобразом.Засчетпротеканиятока(темновогоилитокаприосвещении)черезсопротивлениефотоприемнойячейкиR_{физменяются}зарядипотенци-алназатворетранзистораТр₁,которыйопределяетвеличинувыходно-гонапряженияU_вых,подаваемогопоследовательноскаждойячейкипредусилителянаобщуювыходнуюшинуприоткрытомключеТр₃.ВэтовремятранзисторТр_{2заперт.}Послесчитываниявыходногонапря-жениятранзисторныйключТр_{3закрывается,}ключТр_{2открывается}навремя,короткоепосравнениюсвременемнакопления(временемопросавсехячеек),равное1мс,иназатвореТр_{1устанавливается}исходноена-пряжениеU₀.Далеевтечение1мс,покаведетсяопросостальныхячеекпредусилителей,засчетпротеканиятокачерезR_фназатвореТр_1напря-жениеU_{0изменяется}навеличину,пропорциональнуютокучерезфото-приемныйэлемент,иустановившеесянапряжениеопределяетвыход-ноенапряжениеприновомциклеопросавходныхячеек.

Постоянныеиимпульсныенапряжения,необходимыедляработымультиплексора,формируютсяспециальноразработаннымэлектрон-нымустройствомуправлениямультиплексоромиобработкисигнала(УУКОС).УУКОСосуществляеттакжеобработкусигнала,котораяосновананадвойнойкоррелированнойвыборкеиформируетнавыхо-деУУКОСнапряжение,пропорциональноеразностинапряженийнавыходнойшиненамоментопросаячейкиинамоментподачиназа-творключаТр_{1исходного}напряженияU_0длякаждойизячеек.Такимобразом,приработеУУКОСсмультиплексоромвусловияхпостоян-ногоосвещениянаеговыходеформируетсяпериодическийсигналспериодом,равным1мс(времянакопления).Приэтомкаждыйизпе-риодовразбитна64интервала,каждыйизкоторыхсоответствуетсиг-налусопределеннойвходнойячейки.Внутриинтервалав1/64мсна-пряжениеблизкокпостоянномузначению.СчитываниесигналасвыходаУУКОСосуществляетсяспомощьювстроенноговперсональ-ныйкомпьютер10-разрядногоАЦПстактовойчастотой1МГц.Рабо-таАЦПсинхронизируетсясработойУУКОСтак,чтомоментсчиты-ваниясоответствующегонапряженияприходилсяпримернонасерединукаждогоинтервалав1/64мс.

ПрипроектированиииизготовлениимультиплексораиУУКОСбы-лиразработанытестовыемикросхемы,которыепозволилиизмеритьне-посредственношумвсейэлектроннойсхемыобработкифотосигнала.В

температурноминтервалеТ=6…25Кшумразработаннойэлектроннойсистемывсоставемультиплексор–УУКОС,приведенныйковходу,не

превышал

I_ш1,510^14A/Гц,что,какбудетпоказанодалее,доста-

точнодлядостиженияхорошихзначенийпороговыхпараметров.

Методмикросборкилинейчатогофотоприемногоустройства

ВИФПСОРАНдлясозданияФПУразработанаметодикамикро-сборкиспомощьюхолоднойсваркиподдавлениемнаиндиевыхмик-ростолбахприкомнатнойтемпературе,котораяимеетрядпреиму-ществпередультразвуковойсваркой[8.10].

Нарис.8.13и8.14представленвнешнийвидсобранногомодуля

ЛФПУифрагментаЛФПна264элементасподключеннымкнемукремниевыммультиплексором.ЛФПразмером2128элементовиче-тырекремниевыхмультиплексораразмещалисьнаситаловойплатеразмером1848мм^{2лицевой}поверхностьювверх,чтообеспечивалосвободноепопаданиеизлучениянафотоприемныеплощадкиЛФПисвободныйдоступкконтактнымплощадкаммультиплексора,предна-значеннымдляподведенияпостоянныхипеременныхуправляющихна-пряженийсУУКОС.КристаллЛФПзакрепленнаплатеспомощьюалю-миниевыхуголков,амультиплексоры–точечнойпайкойиндием.Наситаловойплатеметодомфотолитографиипредварительносоздавалась

Рис.8.13. Внешнийвидсобранногомодулялинейчатогофотоприемногоустройства:

вцентре–вертикальнорасположеннаялинейкафотоприемников,справаислеваккоторойспомощьюполиимидныхшлейфовподсоединенычетырекремниевыхмультиплексора

2

1

Рис.8.14.ВнешнийвидфрагментаЛФПна264эле-мента(часть1);ссоединительнымшлейфомимуль-типлексором(часть2);хорошовидны64контактные

площадкиячеекпредусилителей

алюминиеваяразводкадляподключениякнейсоднойсторонымуль-типлексоров,асдругой–проводовдляподачиуправляющихнапря-женийисчитываниясигналаУУКОС.Частьшинпитаниямультиплек-соровнаситаловойподложкеобъединены,чтопозволилоснизитьобщеечислоподводимыхкмодулюЛФПУпроводовуправленияс26до17.Выходныесигналыскаждогоизмультиплексоровсчитывалисьпоотдельномукабелю.

ПоследовательностьсборкиЛФПУследующая.Кпредварительноразбракованныммультиплексорамприсоединялисьсоединительныешлейфы.Послеэтоговновьпроводилсяконтрольихработоспособно-сти.Затемсобранныепромежуточныеузлымультиплексор–шлейфподсоединялиськЛФП.ПослеэтогосборкаЛФП–четыремультиплек-сорамонтироваласьнаситаловойплатеиконтактныеплощадкимуль-типлексоровметодомультразвуковойсваркисоединялисьсалюми-ниевойразводкойнаплате.

Наконтактныеплощадкимультиплексоровприихизготовлениинаносилсяслойиндия.Приприсоединениишлейфовкмультиплексо-рамиспользоваласькомбинацияметодахолоднойсваркиподдавлени-емнаиндиевыхмикростолбахспоследующейобработкойкаждогосварногосоединенияпритемпературе160Сспомощьюультразвуко-вогомикроинденторасдобавлениеминдиявколичестве,примерносоответствующемобъемумикростолбанаконцахалюминиевыхшинсоединительногошлейфа.ТакаятехнологияобеспечиваланадежностьсборкиидопускаламногократноетермоциклированиеЛФПУотком-натнойтемпературыдотемпературыжидкогогелия.

Послеприсоединенияшлейфакмультиплексорутестирование

проводилосьподключениемегочереззондыкУУКОСсконтролемформывыходныхимпульсовдляобнаруженияпробитыхилизакоро-ченныхвходов.Дополнительно,вслучаеобнаруженияотклоненийформыимпульсовотзаданнойдляотдельныхвходовмультиплексора,проводилосьтестированиеp–n-переходовмеждусоответствующимивходнымишинамиибазой.Дляэтогоиспользовалисьгибкиемикро-зондыизпозолоченныхвольфрамовыхпроволокдиаметром8мкм.Мультиплексорысзакороченнымиотдельнымивходамиотбраковыва-лись,обнаруженныезакороткиустранялисьспомощьюспециальногогибкогомикроиндентораилилазернойсублимацией.

Далеешлейфысприсоединеннымикниммультиплексорамимон-тировалиськЛФПнаспециальномстендесиспользованиемультра-звуковогомикроинденторапритемпературе157С.Надежноесоеди-нениеЛФПишлейфадостигалосьприменениемвкаждойточкесоединенияшлейф–ЛФПмикрообъема(около100мкм³)индия.

ПриподготовкешлейфовкмонтажуЛФПУиспользоваласьлазер-

наяочисткаих«язычков»(выступающихзапределыполиимиднойос-новычастиалюминиевыхшин,предназначенныхдлясоединениясмультиплексорамииЛФП)оторганическихостатков.Дляулучшениясмачиваемости«язычков»чистыминдиемприменяласьихполировкалазером.ПриподготовкеконтактныхплощадокмультиплексоровиЛФПтакаятехнологиянеприменяласьвоизбежаниевлияниянаихпараметры.

Разрывыотдельныхалюминиевыхшиннамикрошлейфахустраня-лисьзаполнениемихиндием,азакороткимеждуотдельнымишинамиудалялисьспомощьюспециальногогибкогомикроиндентора.

ПредпринятыемерыпоэтапногоконтролясборкиЛФПУ,исполь-зуемыетехнологическиеприемымонтажаиустранениявозникающихнаопределенныхэтапахтехнологическогопроцессадефектовпозво-лилиобеспечитьдостаточновысокийпроцентвыходагодных(неме-нее62...63из64входовкаждогоизмультиплексороввсборесЛФП)ЛФПУиисследоватьихпараметры.