一种碲锌镉探测模块及其制备方法与流程

本发明涉及半导体辐射探测器领域，具体涉及一种碲锌镉探测模块及其制备方法。

背景技术：

1、czt（碲锌镉）晶体作为新一代宽禁带半导体辐射探测材料，具备室温工作、能量分辨率高、探测效率高、无液氮制冷、响应速度快等核心优势，是替代传统碘化铯闪烁探测器、高纯锗探测器的核心器件，广泛应用于各类高精度辐射探测场景。

2、目前行业内czt探测模块主流制备工艺，多采用陶瓷基板、金属基板或直接裸晶封装的结构形式，现有技术主要存在以下缺陷：

3、1、基板适配性差，易引发晶体应力损伤：氧化铝陶瓷、金属基板的热膨胀系数与czt晶体差异极大，在晶圆镀膜、光刻、退火、封装固化、高低温工作循环过程中，极易产生热应力与机械应力，导致czt晶体微裂纹、晶格畸变，大幅提升器件漏电电流，降低能量分辨率，严重时直接造成晶体碎裂、器件报废；

4、2、加工精度受限，阵列一致性差：传统陶瓷基板表面粗糙度高、平整度差，难以实现微米级高精度光刻电极制备，阵列式czt探测单元的电极间距、电极厚度一致性低，单元串扰严重，成像分辨率与探测均匀性难以保障，无法满足高精度成像探测需求。

5、上述缺陷严重制约czt探测器的产业化应用与性能提升，需要对现有的czt探测结构进行优化。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的问题，本发明提供一种碲锌镉探测模块及其制备方法，利用玻璃基板的材料特性与加工优势，解决传统基板热应力不匹配、加工精度低、一致性不足等问题，大幅提升czt探测模块的探测性能。

2、本发明碲锌镉探测模块，包括czt晶体探测层、第一玻璃基板、第二玻璃基板、asic芯片和fpc板，所述czt晶体探测层设置在所述第一玻璃基板的上表面，所述asic芯片设置在所述第一玻璃基板和第二玻璃基板之间，所述第一玻璃基板和第二玻璃基板之间还设有电性连接的焊球，所述czt晶体探测层的电极通过所述焊球与所述asic芯片电性连接，所述第二玻璃基板下表面还设有连接焊盘，所述fpc板通过所述连接焊盘与所述asic芯片电性连接，所述fpc板上还设有用于将所述碲锌镉探测模块检测信号传输出去的连接器。

3、进一步地，所述第二玻璃基板下表面还设有散热器和若干个电容，所述散热器与所述第二玻璃基板接触的上表面还设有与电容形状匹配的容置槽。

4、进一步地，所述散热器下表面设有限位结构。

5、进一步地，所述fpc板的数量为两个，所述连接焊盘对称设置在所述第二玻璃基板下表面的两端，每个fpc板的一端上表面与对应连接焊盘电性连接，使两个fpc板对称设置在所述第二玻璃基板的两侧，所述连接器设置在所述fpc板的另外一端。

6、进一步地，所述连接器设置在所述fpc板远离所述连接焊盘的下表面，所述fpc板与所述连接器对应位置的上表面还设有加强板。

7、进一步地，所述czt晶体探测层、第一玻璃基板、第二玻璃基板、asic芯片和fpc板之间的连接间隙填充有绝缘封装层。

8、进一步地，所述绝缘封装层为环氧树脂胶。

9、进一步地，所述第一玻璃基板上表面设有低温焊料，所述czt晶体探测层通过所述低温焊料与第一玻璃基板上的导通孔电性连接。

10、本发明还提供一种碲锌镉探测模块制备方法，用于制备所述的碲锌镉探测模块，包括如下步骤：

11、s1、加工第一玻璃基板下表面：在所述第一玻璃基板的下表面印刷锡膏焊料，然后在设定位置植入焊球；

12、s2、贴装asic芯片：在所述第一玻璃基板下表面贴装asic芯片，过回流焊实现asic芯片与所述第一玻璃基板的焊接，然后清洗掉助焊剂，填充绝缘密封胶至所述第一玻璃基板和asic芯片之间的间隙；

13、s3、加工第二玻璃基板的下表面：在所述第二玻璃基板印刷锡膏焊料，将设有连接器的fpc板贴在所述第二玻璃基板的下表面，回流焊接，然后再通过绝缘密封胶固定；

14、s4、第一玻璃基板与第二玻璃基板封装：将所述第二玻璃基板的上表面通过钢网印刷锡膏焊料，在所述asic芯片对应区域设置导热银胶，然后将第一玻璃基板的下表面与第二玻璃基板的上表面粘结固定，并回流焊接；

15、s5、清洗：清洗第一玻璃基板的上表面、第二玻璃基板的下表面的异物残留，然后高温烘烤；

16、s6、贴装czt晶体探测层：在所述第一玻璃基板的上表面刷低温焊料，然后贴装所述czt晶体探测层，在第二温度下回流焊接。

17、进一步地，步骤s3中，还包括在所述第二玻璃基板下表面布设若干个电容，然后再进行回流焊，步骤s6执行前，还包括贴装散热器步骤：将第二玻璃基板下表面与散热器的连接区域涂导热银胶，然后将散热器固定在所述连接区域，再烘烤固化。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：玻璃基板热膨胀系数与czt晶体趋近一致，彻底解决传统基板热失配问题，在生产焊接过程、长期工作过程中无明显热应力、机械应力，完全避免czt晶体微裂纹、晶格畸变问题，大幅提升器件寿命与良率；

19、玻璃基板具备平整表面，粗糙度极低，可实现高精度光刻电极制备，电极阵列间距、厚度、平整度高度一致，有效降低探测单元串扰，提升成像分辨率与探测均匀性，可满足高端医学成像、高精度工业检测的严苛精度需求，突破传统基板加工精度瓶颈；

20、玻璃基板本身为高绝缘介质，绝缘均匀性好、无漏电缺陷，无需额外叠加绝缘层，简化结构的同时，大幅降低器件噪声，提升辐射探测精度。

1.一种碲锌镉探测模块，其特征在于：包括czt晶体探测层、第一玻璃基板、第二玻璃基板、asic芯片和fpc板，所述czt晶体探测层设置在所述第一玻璃基板的上表面，所述asic芯片设置在所述第一玻璃基板和第二玻璃基板之间，所述第一玻璃基板和第二玻璃基板之间还设有电性连接的焊球，所述czt晶体探测层的电极通过所述焊球与所述asic芯片电性连接，所述第二玻璃基板下表面还设有连接焊盘，所述fpc板通过所述连接焊盘与所述asic芯片电性连接，所述fpc板上还设有用于将所述碲锌镉探测模块检测信号传输出去的连接器。

2.根据权利要求1所述的碲锌镉探测模块，其特征在于：所述第二玻璃基板下表面还设有散热器和若干个电容，所述散热器与所述第二玻璃基板接触的上表面还设有与电容形状匹配的容置槽。

3.根据权利要求2所述的碲锌镉探测模块，其特征在于：所述散热器下表面设有限位结构。

4.根据权利要求2所述的碲锌镉探测模块，其特征在于：所述fpc板的数量为两个，所述连接焊盘对称设置在所述第二玻璃基板下表面的两端，每个fpc板的一端上表面与对应连接焊盘电性连接，使两个fpc板对称设置在所述第二玻璃基板的两侧，所述连接器设置在所述fpc板的另外一端。

5.根据权利要求4所述的碲锌镉探测模块，其特征在于：所述连接器设置在所述fpc板远离所述连接焊盘的下表面，所述fpc与所述连接器对应位置的上表面还设有加强板。

6.根据权利要求1-5任一项所述的碲锌镉探测模块，其特征在于：所述czt晶体探测层、第一玻璃基板、第二玻璃基板、asic芯片和fpc板之间的连接间隙填充有绝缘封装层。

7.根据权利要求6所述的碲锌镉探测模块，其特征在于：所述绝缘封装层为环氧树脂胶。

8.根据权利要求1-5任一项所述的碲锌镉探测模块，其特征在于：所述第一玻璃基板上表面设有低温焊料，所述czt晶体探测层通过所述低温焊料与第一玻璃基板上的导通孔电性连接。

9.一种碲锌镉探测模块制备方法，用于制备权利要求1-8任一项所述的碲锌镉探测模块，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的碲锌镉探测模块制备方法，其特征在于：步骤s3中，还包括在所述第二玻璃基板下表面布设若干个电容，然后再进行回流焊，