红外传感器制造技术

为提高热绝缘性，将热红外感测元件（３０）承载在多孔材料制成的传感器支座（４０）上，并通过在基板上凸出的锚固柱（５２）使该热红外感测元件向上离开基板（１０）。传感器支座形成有一对共面的梁（４２），所述梁上承载有从感测元件（３０）延伸出的引线（３２）。引线（３２）和梁（４２）固定到锚固柱（５２）的上端，以将感测元件（３０）保持在基板（１０）上方的预定高度。梁（４２）和引线（３２）通过分子间附着作用而彼此结合，以使感测元件（３０）以及传感器支座（４０）能够一起支撑到锚固柱（５２）上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种带有安装在基板上的热红外感测(thermal infrared sensing)元件的红外传感器。
技术介绍
美国专利No.6， 359, 276披露了一种红外传感器，该红外传感器包括以 并行(side-by-side)方式排布在半导体基板顶部上的热红外感测元件和半导 体器件。该热红外感测元件保持在形成于基板顶面中的传感器支座(mount) 上，同时由从传感器支座延伸到基板其余部分的梁所支撑。传感器支座和梁 是由基板的一部分顶面限定的，该部分顶面转变为多孔结构，用以使红外感 测元件与基板其余部分热绝缘。亦即，传感器支座和梁是通过将形成在半导 体基板表面中的掺杂区的顶部阳极化为多孔体而形成的。由此，现有技术尽 可能地利用半导体基板以便在基板的顶面内形成传感器支座。然而，由于传 感器支座局限于基板的顶面内，所以实际上不可能在直接位于传感器支座或 传感器元件下方的半导体基板中形成半导体器件。更具体地，由于多孔梁只 在基板的顶面内延伸，所以传感器支座不可能升高到基板的总体顶部平面的 上方。日本专利公开No.2000-97765披露了另一种现有技术，其中，为使感测 元件与基板充分热绝缘，传感器支座以与用以安装红外感测元件的基板隔开 的方式被支撑。在此情况下，传感器支座通过从传感器支座向下及向外倾斜 并终结于基板上的梁来支撑。所述梁及传感器支座是由氧化硅或氮化硅制 成，这些材料被认为具有足够的机械强度，用于以与基板顶面隔开的方式支 撑传感器支座和红外感测元件。然而，人们发现这种使用倾斜梁的支撑结构 并不适合于使红外感测元件精确地保持在期望的高度。当多个感测元件排布 成二维阵列时，关于高度的精确定位尤其重要。然而，如上文的美国专利中所述，当为增强热绝缘而要求使用多孔材料制成的梁和传感器支座时，传感5器支座的支撑结构使用倾斜梁并不足以稳定地支撑红外传感器，因此需要一 种不能够从上述的任一公开内容获得的特定的设计。
技术实现思路
鉴于以上问题，本专利技术旨在实现一种具有有利结构的红外传感器，该红 外传感器能够使用多孔材料以与基板顶面隔开的方式支撑红外传感器元件， 并确保稳固地使红外感测元件精确地保持在期望的高度。根据本专利技术的红外传感器包括基板；传感器单元，其承载在该基板上； 以及密封罩，其固定到该基板上，以在两者之间提供用于容纳传感器单元的 气密性密封空间(hermetically sealed space)。该传感器单元包括热红外感 测元件；传感器支座，其上承载该红外传感器； 一对梁，其从该传感器支座 整体地延伸到该基板，用于以从基板顶面向上隔开的方式来支撑该传感器支 座；以及一对端子焊盘(terminal land)，其形成在该基板的顶面上。传感器 支座和梁由多孔材料制成，用以使红外感测元件与基板充分地热绝缘。密封 罩具有窗口，入射的红外线经过该窗口投射到该热红外感测元件上；红外感 测元件具有一对引线，各引线支撑在各梁的顶面上，以沿着所述梁延伸，用 于与各对应的端子焊盘电连接。所述弓I线分别承载在所述梁上，所述梁在与传感器支座相同的平面内延 伸，并与基板的上表面隔开。传感器单元还包括一对锚固柱(anchor stud)， 各锚固柱从各端子焊盘中竖立起来，并且各锚固柱的上端连接到该感测元件 的各对应引线的末端。由此，感测元件通过锚固柱与基板上的传感器支座支 撑在一起，并保持与基板的顶面隔开，同时所述感测元件通过所述锚固柱电 连接到基板上的端子焊盘。通过这种设置，锚固柱承载引线，从而承载红外 感测元件，由此将红外感测元件保持在基板顶面上方的固定高度上。此外， 各锚固柱的上端嵌入各对应的梁中，以使各锚固柱的周边被各对应的梁完全 包围。由此，多孔材料的梁能够与所述锚固柱分别良好地接合，以使传感器 支座能够固定到支持红外感测元件的锚固柱上。由此，由于红外感测元件被 用于增强与基板顶面的热绝缘的多孔材料的传感器支座及梁良好地支撑，所 以红外感测元件能够精确地保持在期望的高度上。优选地，各引线通过沉积而形成在各对应的梁上。在此情况下，各所述锚固柱的上端部装配到形成于各对应的梁的端部中的孔内，且各所述锚固柱的上端形成有翼缘(flange)，所述翼缘围绕所述孔叠合在所述梁上，并连 接到各对应的引线。翼缘在锚固柱和梁之间提供了增大的接触区域，以增强 多孔材料的梁对锚固柱的分子间附着作用(intermolecular adhesion)，从而 将梁和传感器支座保持在基板顶面上方的固定高度。各引线和相关联的锚固柱可以共同地(commonly)由导电材料制成，以 便彼此连续(continuous)，从而可以通过单独的一个步骤来形成引线和锚固 柱。或者，引线和锚固柱可由分开的步骤形成，以使各锚固柱的翼缘具有与 相关联引线的端部叠合的部分，从而使两者在叠合部分处结合(bond)在一 起。在此情况下，锚固柱优选为具有均匀的厚度，该厚度大于引线的厚度。 通过这种设置，锚固柱具有足够的机械强度，用以支撑红外感测元件和传感 器支座，同时减小了引线的厚度以提高红外感测元件的灵敏度。各所述锚固柱被各多孔材料的衬套(sleeve)沿着各所述锚固柱的竖直 长度包围，以同样围绕锚固柱进行热绝缘。衬套还能够用于附加支撑梁的端 部。在这种连接中，衬套可以作为梁的组成部分而与梁一体地形成。多孔材料可以是氧化硅、硅氧烷基有机聚合物以及硅氧垸基无机聚合物 中的一种。优选地，使气密性密封空间减压，用以增强红外感测元件和基板之间的 热绝缘。在优选实施例中，多个传感器单元以阵列形式共同地排布在基板上。在 此情况下，所述多个传感器单元的感测元件能够保持在距离基板顶面固定高 度的位置处，以确保各传感器单元的输出保持一致。密封罩的窗口可设置有透镜阵列，在该透镜阵列中，多个光学透镜排布 成阵列，以便将入射的红外线会聚在所述传感器单元中的任一个红外传感器 上。在这种连接中，透镜阵列可与密封罩一体地形成，从而形成该密封罩的 一部分。或者，可以将透镜阵列叠置(superimposed)在窗口上并位于密封罩的 与传感器单元相对的表面上。在此情况下，透镜阵列构造为具有比该窗口的 折射率更小的折射率。因此，可以使红外线穿过折射率更小的介质而射向感7测元件，以便减小窗口与外界环境之间、窗口与透镜之间、以及透镜与气密 性密封空间内的介质之间的各界面处的总的反射损失，从而增大红外感测元 件处的红外线接收量，用以改善响应。附图说明图1是根据本专利技术第一实施例的红外传感器的立体图2是上述红外传感器的剖视图3是上述红外传感器的分解立体图4是上述传感器中包含的传感器单元的立体图5是沿图4的线5-5的剖视图6是上述传感器单元的电路图7是上述传感器单元的一部分的局部放大立体图； 图8是沿图7的线8-8的剖视图9包括(A)至(H)，其均为示出制造上述传感器单元的步骤的剖 视图IO是上述传感器单元的变型的一部分的局部立体图； 图11是沿图10的线11-11的剖视图12包括(A)至(H)，其均为示出制造上述传感器单元的变型的步 骤的剖视图13是根据本专利技术第二实施例的传感器单元的放大立体图14是沿图13的线14-14的剖视图15是上述传感器单元的一部分的剖视图16包括(A)至(K)，其均为示出制造图13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外传感器，包括：　基板（１０；１０Ａ）；　传感器单元（１００；１００Ａ），该传感器单元包括：　热红外感测元件（３０；３０Ａ）；　传感器支座（４０；４０Ａ），其由多孔材料制成，并且在该传感器支座上承载所述热红外传 感器；　一对梁（４２；４２Ａ），其由多孔材料制成，并从所述传感器支座整体地延伸到所述基板，用以将所述传感器支座支撑为向上离开所述基板的顶面；和　一对端子焊盘（５０；５０Ａ），其形成在所述基板的顶面上；以及　密封罩（２００） ，其固定到所述基板，以在所述密封罩与所述基板之间提供用于容置所述传感器单元的气密性密封空间，所述密封罩具有窗口，入射的红外线经过该窗口投射到所述传感器单元的所述热红外感测元件上；　所述热红外感测元件具有一对引线（３２；３２Ａ），各所述 引线支撑在各所述梁的顶部上以沿着所述梁延伸，从而与各对应的所述端子焊盘电连接；　其中，所述梁（４２；４２Ａ）在与所述传感器支座相同的平面上延伸，并离开所述基板的上表面，以在所述梁上承载各自的引线（３２；３２Ａ）；　所述传感器单元 还包括一对锚固柱（５２；５２Ａ），各所述锚固柱从各所述端子焊盘（５０；５０Ａ）上竖立，并且各所述锚固柱的上端固定到各对应的所述引线（３２；３２Ａ）的末端，以使所述感测元件（３０；３０Ａ）与所述传感器支座（４０；４０Ａ）一起以离开所述基板的顶面的方式支撑在所述基板上，并使所述感测元件经由所述锚固柱电连接到所述端子焊盘（５０；５０Ａ）；　各所述锚固柱（５２；５２Ａ）的上端嵌入各对应的所述梁中，以使各所述锚固柱的周边被各对应的所述梁（４２；４２Ａ）完全包围。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2006-5-25 145818/2006;JP 2006-5-25 145819/20061. 一种红外传感器，包括基板(10；10A)；传感器单元(100；100A)，该传感器单元包括热红外感测元件(30；30A)；传感器支座(40；40A)，其由多孔材料制成，并且在该传感器支座上承载所述热红外传感器；一对梁(42；42A)，其由多孔材料制成，并从所述传感器支座整体地延伸到所述基板，用以将所述传感器支座支撑为向上离开所述基板的顶面；和一对端子焊盘(50；50A)，其形成在所述基板的顶面上；以及密封罩(200)，其固定到所述基板，以在所述密封罩与所述基板之间提供用于容置所述传感器单元的气密性密封空间，所述密封罩具有窗口，入射的红外线经过该窗口投射到所述传感器单元的所述热红外感测元件上；所述热红外感测元件具有一对引线(32；32A)，各所述引线支撑在各所述梁的顶部上以沿着所述梁延伸，从而与各对应的所述端子焊盘电连接；其中，所述梁(42；42A)在与所述传感器支座相同的平面上延伸，并离开所述基板的上表面，以在所述梁上承载各自的引线(32；32A)；所述传感器单元还包括一对锚固柱(52；52A)，各所述锚固柱从各所述端子焊盘(50；50A)上竖立，并且各所述锚固柱的上端固定到各对应的所述引线(32；32A)的末端，以使所述感测元件(30；30A)与所述传感器支座(40；40A)一起以离开所述基板的顶面的方式支撑在所述基板上，并使所述感测元件经由所述锚固柱电连接到所述端子焊盘(50；50A)；各所述锚固柱(52；52A)的上端嵌入各对应的所述梁中，以使各所述锚固柱的周边被各对应的所述梁(42；42A)完全包围。2. 如权利要求1所述的红外传感器，其中各所述引线(32; 32A)沉积在各对应的所述梁(42; 42...

【专利技术属性】
技术研发人员：内田雄一，山中浩，辻幸司，桐原昌男，吉原孝明，西岛洋一，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]