一种红外装置制造方法及图纸

我们公开了一种红外(IR)装置，包括：第一基底，包括第一空腔；介电层，设置在第一基底上；第二基底，设置在所述介电层上并且设置在所述第一基底的相对侧上，所述第二基底具有第二空腔。该装置还包括连接于第一基底和第二基底中的一个的光透射层；另一层，设置于所述第一基底和所述第二基底中的另一个，使得所述IR装置基本上封闭。设置有穿过所述介电层的孔，使得第一空腔中的压力与第二空腔中的压力基本上相同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种红外装置
本专利技术涉及红外(IR)装置，特别地但不排他地涉及微机械IR装置。
技术介绍
红外装置可以是红外发射器或红外检测器。微机械加工的IR发射器和检测器具有低成本和小尺寸的优点。然而，封装常常会大大增加装置的尺寸和成本，因此部分地否定了这些优点。特别是，使用滤光器、窗口或透镜会大大增加成本。此外，对于热IR发射器或检测器，通常有利的是将装置以真空或具有低导热系数的气体封装，因为它大大降低了IR发射器的功耗，并提高了IR检测器的灵敏度。然而，在封装级的真空封装或气体密封可能非常昂贵，并且对于一些封装技术是不可能的。热红外发射器和红外检测器在文献中都是公知的，以及使用微机械加工工艺制造微型版本。热红外发射器通常包括嵌入在薄膜内并支撑在硅基底上的电阻式微加热器。当电流通过加热器时，其加热到高温(其可以高达700℃或甚至更高)，并且在该高温下，该装置发射红外辐射。已经报道了IR发射器的许多设计。例如Parameswaran等人的“来自商业CMOS工艺的微机械加工的热发射器”(IEEEEDL1991)，报道了一种用于以CMOS技术制造的IR应用的多晶硅加热器，其具有前侧蚀刻以悬挂加热器，并因此降低功耗。类似地，D.Bauer等人的“热红外发射器的设计和制造”(Sens&ActA1996)，也描述了一种使用悬挂多晶硅加热器的IR源。Muller等人的US5285131；Rogne等人的US2008/0272389；和San等人的“基于SOI晶片的硅微机械加工的红外发射器”(ProcofSPIE2007)，也描述了使用多晶硅加热器的类似装置。Yuasa等人的“单晶硅微机械加工的脉冲红外光源”(Transducers1997)描述了使用悬浮的掺硼单晶硅加热器的红外发射器。Watanabe在EP2056337中描述了作为IR源的悬浮硅丝。所述装置通过接合第二基底来真空密封。Cole等人的“用于红外应用的微机械加工的微结构的单片二维阵列”(procofIEEE1998)描述了CMOS加工装置顶部的IR源。还描述了基于铂加热器的设计。例如Hildenbrand等人的“用于光学气体传感系统快速瞬态温度操作的微机械中红外发射器”(IEEESensor2008Conference)，报告了用于IR应用的悬置膜上的铂加热器。类似地，Ji等人的“用于NDIR气体传感器的MEMSIR热源”(IEEE2006)和Barritault等人的“基于独立式微热板的用于室内应用中的自主CO2传感的中红外源”(Sensors&TransactorA2011)，Weber等人的“快速调制IR源的改进设计”，Spannhake等人的“高温MEMS加热器平台：金属和半导体加热器材料的长期性能”(Sensors2006)也描述了基于铂的发射器以及其它发射器。Syllaios等人的US6297511，Bloomberg等人的US5500569、US5644676、US5827438和Pollien等人的WO02/080620公开了一些其它IR发射器设计。硅基底上的热IR检测器包括通过蚀刻基底的一部分形成的薄膜层(由电绝缘层制成)。由于入射IR辐射而引起的加热增加了膜的温度，这可以通过热电堆、电阻器或二极管来测量。例如Schneeberger等人的“优化的CMOS红外检测器微系统”(ProcIEEETencon1995)，报道了基于热电堆的CMOSIR检测器的制造。热电堆由若干个热电偶串联组成。KOH(氢氧化钾)被用于蚀刻薄膜并改善热绝缘。每个热电偶包括2个不同材料的条带，这些条带电连接并且在一端形成热连接(称为热连接)，而材料的另一端串联地电连接到其他热电偶，从而形成热冷连接(thermalcoldjunction)。热电偶的热连接在膜上，而冷连接在膜的外部。在该论文中给出了具有不同材料组成的热电偶的三种不同设计：铝和p掺杂多晶硅、铝和n掺杂多晶硅、p掺杂多晶硅和n掺杂多晶硅。由于吸收入射的IR辐射而引起的加热会使膜的温度略微升高。塞贝克(Seebeck)效应引起每个热电偶上的轻微电压差，导致热电堆上的电压差的更大的增加，该电压差是每个热电偶上的电压之和。Graf等人的“用于红外检测的微机械热电堆的回顾”(Meas.Sci.Technol.2007)描述了几种其它热电堆装置。检测IR辐射的另一种方法是通过使用热二极管。例如，Kim的“一种新型硅二极管非制冷热红外检测器”(S&A89,2001)，描述了一种通过微机械加工制造的用作IR检测器的二极管。然而，圆顶形氮化硅窗口可能是易碎的，并且不规则形状可能影响装置的发射轮廓。然而，所有这些封装都使用金属、陶瓷或塑料封装。这些可以是TO封装，如：San等人的“基于绝缘体上硅(SOI)晶片的硅微机械红外发射器”(SPIEDigitalLibrary2008)；Hildenbrand等人的“用于光学气体传感系统快速瞬态温度操作的微加工中红外发射器”(ProceedingsofIEEESensorsConference2008)；Ji等人的“用于NDIR气体传感器的MEMSIR热源”(IEEE2006)。在商用IR产品中也发现了几种SMD(表面安装器件)封装。然而，芯片或晶片级封装传感器的报告非常少。US5285131描述了一种IR发射器，其由悬置在硅基底上并真空密封的多晶硅细丝构成，其具有圆顶形氮化硅窗口。然而，细丝仅在两侧被支撑，因此相对易碎。此外，由于它是细丝，所以加热的面积非常小，导致IR辐射量较低。最后，圆顶形氮化硅窗口不是非常容易制造，特别是确保其不翘曲。US20050081905描述了一种热电堆IR检测器，其通过以芯片级在顶部和底部上密封而被封装。然而，封装中的空腔不是真空的或者低导热系数的气体，因此传感器的性能没有提高。该封装简单地提供了小的低成本封装装置。US7741625公开了一种以真空芯片级封装的IR发射器。然而，该装置使用了硅膜，这大大增加了功耗。该装置没法来保持空腔中的真空，由于微小的泄漏，空腔中的压力会随着时间缓慢增加。它还依赖于通过半导体基底提供到发射极的电连接，该半导体基底通常具有高电阻，导致高电压要求和/或更高的功耗。US6036872和CN102583220一般涉及晶片级和真空封装。
技术实现思路
本专利技术提出通过使用具有集成的滤光器/透镜的晶片级封装和在封装过程中形成并通过使用吸气材料维持的真空腔来克服这些问题。现有技术的IR发射器和检测器基于传统的封装方法，包括(i)制造包括IR装置的晶片，(ii)切割(iii)封装单个芯片(die)并添加滤光器、帽、透镜。在本专利技术中，我们提出了一种构建IR装置的不同方式，不需要单独的封装。根据本专利技术，IR装置将在晶片级封装，将具有在晶片级构建的潜在的滤光器/帽/透镜，并且将以真空或低导热系数的气体气密地密封，以减少热损失并增加效率。将提供半导体通孔，也称为硅通孔(TSV)，以将I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外(IR)装置，包括：/n第一基底，所述第一基底包括第一空腔；/n介电层，所述介电层设置在所述第一基底上；/n第二基底，所述第二基底设置在所述介电层上并且设置在所述第一基底的相对侧上，所述第二基底具有第二空腔；/n光透射层，所述光透射层连接于所述第一基底和所述第二基底中的一个；/n另一层，所述另一层设置于所述第一基底和所述第二基底中的另一个，使得所述IR装置基本上封闭；/n其中，设置有穿过所述介电层的孔，使得所述第一空腔中的压力与所述第二空腔中的压力基本上相同。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171222 US 15/852,2571.一种红外(IR)装置，包括：
第一基底，所述第一基底包括第一空腔；
介电层，所述介电层设置在所述第一基底上；
第二基底，所述第二基底设置在所述介电层上并且设置在所述第一基底的相对侧上，所述第二基底具有第二空腔；
光透射层，所述光透射层连接于所述第一基底和所述第二基底中的一个；
另一层，所述另一层设置于所述第一基底和所述第二基底中的另一个，使得所述IR装置基本上封闭；
其中，设置有穿过所述介电层的孔，使得所述第一空腔中的压力与所述第二空腔中的压力基本上相同。


2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一空腔和所述第二空腔具有压力水平基本相同的真空。


3.根据权利要求2所述的装置，还包括吸气材料，所述吸气材料设置在其中一个所述空腔内以保持真空。


4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一空腔和所述第二空腔填充有导热系数低于空气的气体。


5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述装置以晶片级封装，所述装置具有在所述晶片级构建的滤光器、帽、透镜中的任一种。


6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括半导体通孔，所述半导体通孔设置在所述第一基底和所述第二基底中的至少一个内以将所述IR装置连接到其他电路。


7.根据权利要求6所述的装置，还包括与所述半导体通孔连接的至少一个焊接球。


8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一空腔和所述第二空腔的壁包括反射材料，以增强所述IR装置中的发射或吸收。


9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括直接位于所述介电层下方和所述另一层上的反射材料。


10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一基...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·乌德雷亚，S·Z·艾利，R·H·霍普尔，R·米尼克霍夫，
申请(专利权)人：AMS传感器英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB