Élaboration d'un substrat de contrainte et développement des méthodes associées pour la fabrication d'un détecteur infrarouge refroidi grand format pour les applications spatiales

par Lucas Duperrex

Projet de thèse en Mécanique-matériaux

Sous la direction de Tudor Balan et de Raphaël Pesci.

Thèses en préparation à Paris, ENSAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec LCFC - Laboratoire de Conception Fabrication Commande (laboratoire) depuis le 12-02-2018 .


  • Résumé

    SOFRADIR, leader industriel européen en imagerie infrarouge refroidie, développe et commercialise des détecteurs infrarouges pour des applications spatiales, militaires et industrielles. Les circuits de détection sont réalisés via des procédés microélectroniques appliqués sur matériaux semi-conducteurs de type CMT. Ils sont assemblés à l'échelle du pixel à des circuits de lecture en silicium par brasage à l'indium. Les deux matériaux assemblés (silicium et détecteur) présentent des coefficients de dilatation différents, ce qui complique la fabrication des capteurs et engendre des contraintes thermomécaniques apparaissant au refroidissement suite à l'opération d'assemblage et lors du fonctionnement du capteur à 77K. Afin de pallier ce problème, la solution consiste à amincir le capteur et le substrat, puis à les coller sur une semelle qui joue le rôle de substrat de contrainte du fait de son épaisseur importante au regard de celle du circuit de lecture. La technologie existante arrive donc en limite sur des applications grands détecteurs liées aux développements de l'astronomie et du spatial. L'objectif principal de la thèse sera de développer un nouveau matériau d'accommodation de contraintes plus adapté à l'application, après en avoir validé les performances en simulation numérique, et permettant de lever ce verrou technologique.

  • Titre traduit

    Development of a stress compensating substrate and associated processes to produce large infrared detectors in the context of spatial imaging


  • Résumé

    Development of a stress compensating substrate and associated processes to produce large infrared detectors in the context of spatial imaging Subject: SOFRADIR is the European industrial leader in the field of cooled infrared imagery. The company develops and sells infrared detectors for spatial, military and civil applications. Detection circuits are made with microelectronic processes on HgCdTe type semiconductors. They are assembled at the pixel scale to readout integrated circuits by soldering Indium balls. The material of the ROIC (Si) and that of the detector have different coefficients of thermal expansion, which makes the manufacturing of sensors more complex and generates thermomechanical stresses both during return to room temperature after the hybridization and during cooling to operational temperature (77K). So as to overcome this problem, the solution consists in thinning both parts of the sensor and reporting the readout circuit side on a stress compensating substrate with a thickness much greater than that of the readout circuit. Existing technologies are reaching their limits to produce the large detectors needed for astronomy and spatial developments. The main objective of the research work will be to develop a new stress reducing material which permits to overcome these difficulties, starting by validating it with numerical simulations.