一种芯片集成式NDIR气体传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种芯片集成式NDIR气体传感器，包括依次键合连接的顶盖组件、第一晶片和第二晶片；所述顶盖组件与第一晶片之间形成气室，所述顶盖组件上设有通气孔，所述第一晶片上设有位于所述气室中的MEMS红外光源和热电堆组件，所述热电堆组件上盖设有滤光片；所述第二晶片上与第一晶片键合的一侧设有用于对MEMS红外光源进行控制，并对热电堆组件产生的电信号进行处理的ASIC电路，以及用于对外界进行信号交换的引脚。本发明专利技术通过将MEMS红外光源和用于感应红外信号的热电堆组件均集成在第一晶片上，减小了传感器的体积，且还将用于对热电堆组件产生的信号进行处理的ASIC电路集成在传感器内部，有效降低了传输噪声，提高了检测精度。了检测精度。了检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种芯片集成式NDIR气体传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于NDIR气体传感器
，具体涉及一种芯片集成式NDIR气体传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]非色散红外(NDIR)气体传感器是基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，根据朗伯
‑
比尔定律，利用气体浓度与吸收强度的关系确定气体组分并确定其浓度的传感装置。通常NDIR气体传感器主要由红外光源、气室、滤光片和红外探测器组成。气室中的气体分子会引起特定波长的吸收，滤光片过滤掉其他波长的光，通过检测这些波长的衰减从而确定气体种类和浓度。
[0003]但目前绝大多数NDIR气体传感器是使用分立器件组合而成，导致传感器集成程度低、尺寸大，并且在检测多种气体时，需要加入更多的探测器，使NDIR气体传感器体积进一步增加。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种芯片集成式NDIR气体传感器，以解决现有的NDIR气体传感器集成程度低、尺寸大的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0006]一种芯片集成式NDIR气体传感器，包括依次键合连接的顶盖组件、第一晶片和第二晶片；
[0007]所述顶盖组件与第一晶片之间形成气室，所述顶盖组件上设有通气孔，所述第一晶片上设有位于所述气室中的MEMS红外光源和热电堆组件，所述热电堆组件上盖设有滤光片；
[0008]所述第二晶片上与第一晶片键合的一侧设有用于对MEMS红外光源进行控制，并对热电堆组件产生的电信号进行处理的ASIC电路，以及用于对外界进行信号交换的引脚。
[0009]一种可能的实施方式中，所述热电堆组件包括多个呈线性阵列排布的热电堆单元，所述MEMS红外光源垂直于热电堆阵列设置。
[0010]一种可能的实施方式中，所述热电堆组件包括多个呈圆周阵列排布的热电堆单元，所述MEMS红外光源设于热电堆阵列的中央。
[0011]一种可能的实施方式中，所述滤光片为线性渐变滤光片，所述线性渐变滤光片上不同波段的区域分别与多个所述热电堆单元相对应。
[0012]一种可能的实施方式中，所述滤光片为独立的窄带滤光片，多个不同波段的窄带滤光片分别与多个所述热电堆单元相对应。
[0013]一种可能的实施方式中，所述顶盖组件包括边框和设置在所述边框上的盖板，所述边框与第一晶片键合连接，所述通气孔设在盖板上，所述盖板内侧设有反射斜面，使所述MEMS红外光源发射的红外光能够最大限度的被反射至滤光片上。
[0014]一种可能的实施方式中，所述盖板内表面和所述第一晶片上设置热电堆组件的一侧表面分别设有高反射率膜层，用于提高红外线的反射率。
[0015]一种可能的实施方式中，所述通气孔上设有防水透气膜。
[0016]基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供一种芯片集成式NDIR气体传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0017]通过CMOS工艺在晶圆上制备ASIC电路，然后切割，得到第二晶片；
[0018]利用半导体技术，在晶圆上制备热电堆组件和MEMS红外光源，然后切割，得到第一晶片；
[0019]使用薄膜蒸镀技术在晶圆上蒸镀一滤光层，并切割，得到滤光片；
[0020]使用各向异性湿法刻蚀工艺对晶圆上制备一空腔，并在空腔底部刻蚀出通气孔，然后切割，得到顶盖组件；
[0021]使用TSV技术、多晶圆键合技术，将第二晶片、第一晶片、滤光片和盖板组件进行组装。
[0022]一种可能的实施方式中，上述方法还包括：使用真空蒸镀工艺在顶盖组件内表面蒸镀一层高反射率膜层。
[0023]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术通过将MEMS红外光源和用于感应红外信号的热电堆组件均集成在第一晶片上，减小了传感器的体积，且还将用于对热电堆组件产生的信号进行处理的ASIC电路集成在传感器内部，有效降低了传输噪声，提高了检测精度。
附图说明
[0024]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施方式及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0025]图1是本专利技术实施例1提供的芯片集成式NDIR气体传感器的整体结构示意图；
[0026]图2是本专利技术实施例1提供的芯片集成式NDIR气体传感器的结构爆炸图；
[0027]图3是本专利技术实施例1提供的芯片集成式NDIR气体传感器中第一晶片的结构示意图；
[0028]图4是本专利技术实施例1提供的芯片集成式NDIR气体传感器中第二晶片的结构示意图；
[0029]图5是本专利技术实施例1提供的芯片集成式NDIR气体传感器的截面图；
[0030]图6是本专利技术实施例1提供的芯片集成式NDIR气体传感器采用窄带滤光片时的结构示意图；
[0031]图7是本专利技术实施例2提供的芯片集成式NDIR气体传感器的制备方法流程图。
[0032]其中：
[0033]1、第一晶片；11、TSV结构；10、气室；2、第二晶片；21、ASIC电路；22、引脚；23、焊点；3、顶盖组件；31、盖板；311、通气孔；312、反射斜面；32、边框；4、MEMS红外光源；5、热电堆组件；6、滤光片；7、防水透气膜。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0035]在本专利技术的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本专利技术，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本专利技术的限制。所述“数量”也不能理解为对本专利技术的限制。
[0036]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0037]应理解，设备的每个元件或方法的每个步骤都可以由设备术语或方法术语来描述。此类术语可以在需要时被取代，使得本专利技术授权的隐含广泛涵盖范围得以明确。仅作为一个实例，应理解，方法的所有步骤可以被公开作为动作、采取所述动作的手段，或者引起所述动作的元件。类似地，设备的每个元件可以被公开作为物理元件或所述物理元件所促进的动作。仅作为一个实例，“连接器”的公开内容应被理解为涵盖“连接”动作的公开内容无论是否明确讨论
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并且相反地，如果公开了“连接”动作，此公开内容应被理解为涵盖“连接器”和甚至“用于连接的装置”的公开内容。用于每个元件或步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芯片集成式NDIR气体传感器，其特征在于，包括依次键合连接的顶盖组件、第一晶片和第二晶片；所述顶盖组件与第一晶片之间形成气室，所述顶盖组件上设有通气孔，所述第一晶片上设有位于所述气室中的MEMS红外光源和热电堆组件，所述热电堆组件上盖设有滤光片；所述第二晶片上与第一晶片键合的一侧设有用于对MEMS红外光源进行控制，并对热电堆组件产生的电信号进行处理的ASIC电路，以及用于对外界进行信号交换的引脚。2.根据权利要求1所述的芯片集成式NDIR气体传感器，其特征在于，所述热电堆组件包括多个呈线性阵列排布的热电堆单元，所述MEMS红外光源垂直于热电堆阵列设置。3.根据权利要求1所述的芯片集成式NDIR气体传感器，其特征在于，所述热电堆组件包括多个呈圆周阵列排布的热电堆单元，所述MEMS红外光源设于热电堆阵列的中央。4.根据权利要求2所述的芯片集成式NDIR气体传感器，其特征在于，所述滤光片为线性渐变滤光片，所述线性渐变滤光片上不同波段的区域分别与多个所述热电堆单元相对应。5.根据权利要求2或3所述的芯片集成式NDIR气体传感器，其特征在于，所述滤光片为独立的窄带滤光片，多个不同波段的窄带滤光片分别与多个所述热电堆单元相对应。6.根据权利要求1所述的芯片集成式NDI...

【专利技术属性】
技术研发人员：宏宇，武斌，
申请(专利权)人：深圳市美思先端电子有限公司，
类型：发明
国别省市：