[發明專利]具有高填充水平的熱電堆紅外線傳感器結構

有效

• 申請號: 201380020314.1
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN104246457B
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: F·赫爾曼;M·西蒙;W·萊內克;B·佛格;K·斯托克;M·穆勒;J·施菲爾德科
• 申請（專利權）人: 赫曼傳感器公司
• 主分類號: G01J5/12
• 分類號: G01J5/12;G01J5/08;G01J5/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 呂俊剛;劉久亮

具有高填充水平的熱電堆紅外線傳感器結構。填充有介質(15)的外殼中的具有高填充水平的熱電堆紅外線傳感器結構由承載基板(11)構成，所述承載基板(11)具有至外部的電連接件(28,28’)并且用光學組件(13)進行密封，其中，對所述外殼中的所述承載基板(11)施加傳感器芯片(14)，所述芯片具有多個熱電傳感器元件結構(16)，所述多個熱電傳感器元件結構(16)的所謂的“熱接觸件”(10)位于跨過具有良好導熱性的硅承載體(24)中的各個腔體(9)伸展的單獨的薄膜(3)上，其中，“冷接觸件”(25)位于所述硅承載體(24)上或者所述硅承載體(24)的附近。

技術領域

本發明涉及一種填充有介質的外殼內的具有高填充水平的熱電堆紅外線傳感器結構，該熱電堆紅外線傳感器結構由底板(baseplate)構成，所述底板具有到外部的電連接件并且通過光學組件進行密封，并且其中，在所述外殼內的所述底板上施加傳感器芯片，所述芯片承載多個熱電傳感器元件結構，所述多個熱電傳感器元件結構中的所謂的“熱接觸件”位于跨過具有良好導熱性的硅承載體內的各個腔體伸展的單獨的薄膜上，其中，“冷接觸件”位于所述硅承載體上或者所述硅承載體附近。

背景技術

紅外線熱電堆傳感器陣列是公知的，其能夠使用硅微加工技術被制造成不同的品種。在這種情況下，具有使用薄膜技術布置在其上的熱電偶的薄膜通常位于每個傳感器單元的中心。所述薄膜位于底層硅基板內的腔體的上方。

熱電偶具有所謂的“熱”接觸件和“冷”接觸件，其中，“熱”接觸件位于薄膜的中心部分，即吸收器區域上，而“冷”接觸件被放置在硅基板(像素)的邊緣上。包含吸收器的薄膜的中心部分和用作散熱器(heat sink)的硅基板的邊緣經由薄的網狀物(梁)彼此相連。

大部分的紅外線輻射的吸收發生在薄膜的中心區域內。所述區域明顯小于像素的尺寸(尤其在高密度的陣列中)。

這具有兩個主要的缺點，由于對像素的紅外線輻射(IR輻射)的一部分沒有被使用，因此可達到的分辨率下降。

其次，其圖像穿過光學系統入射到像素的在中心區域之外的邊緣區域上的小的熱斑點(待檢測的或待測量的物體或人)未做出足夠的信號貢獻并且被“忽略”了。

下面參照EP 2 348 294或US 2003/0054179 A1給出了針對現有技術中的熱電堆陣列的這種解決方案的描述。這涉及了具有輻射入口光學系統的外殼內的熱IR傳感器和中心薄膜上的具有熱電偶的芯片，該中心薄膜在具有良好導熱性的框架狀承載體的上方伸展。此處，缺點在于有吸收性的中心區域顯著小于像素的總面積。能夠通過常規的電路生產工藝構造出的多層輻射檢測器層位于薄膜上。此處，一個主要缺點是：由于半導體電路堆疊的多層結構的原因，可能僅有70％的吸收率。

載體基板在傳感器結構的下方被掏空了，這是通過濕化學蝕刻方法(表面微加工)來實現的，從而產生了斜壁。

如果熱傳感器在高真空下不工作，那么傳感器外殼內的殘余氣體的或者填充氣體的導熱性會降低吸收器區域上的“熱接觸件”和散熱器(載體基板)上的“冷接觸件”之間可達到的溫差。

如果所吸收的IR輻射產生了較小的溫差，則傳感器單元可達到的靈敏度也降低。

Kanno,T.等(NEC公司)：B.Andersen(Ed.)中的“Uncooled focal plane arrayhaving 128×128 thermopile detector elements”(具有128×128個熱電堆檢測器元件的非制冷焦平面陣列)，紅外線技術，Proc.SPIE 2269，Vol.XX，San Diego，1994年7月，450-459頁，詳細說明了一種單片熱電堆傳感器陣列，其中，利用表面微加工技術使用犧牲層來制造傳感器元件。