CN219416452U - 一种非制冷红外焦平面探测器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种非制冷红外焦平面探测器。非制冷红外焦平面探测器包括壳体、透光窗、非制冷红外焦平面探测器单元及红外遮挡件。壳体具有底壁和侧壁。透光窗设置于侧壁背离底壁的一侧，与壳体围成密封的容设空间。非制冷红外焦平面探测器单元设于容设空间内，包括具有集成电路的基底及设于基底之上的有效像元阵列及参考像元阵列；参考像元阵列设于有效像元阵列的至少一侧，并与有效像元阵列间隔设置；红外遮挡件设于参考像元阵列与透光窗之间上述非制冷红外焦平面探测器，通过在透光窗和参考像元之间设置红外遮挡件，以对有效像元阵列的进行有效消除，有利于提高有效像元阵列受外界光照射所获取数据的准确性，提高非制冷红外焦平面探测器的性能。

Description

一种非制冷红外焦平面探测器

技术领域

本申请属于MEMS技术领域，尤其涉及一种非制冷红外焦平面探测器。

背景技术

非制冷红外焦平面探测器最具代表的是微测辐射热计，微辐射热计的像元结构采用通过MEMS技术制作的微桥结构，微桥桥面由吸收红外辐射能量的吸收层及对红光敏感的热敏电阻层(通常是α-Si或者VOX)组成，桥墩和桥臂起支撑和电连接的功能。当红外辐射入射至像元桥面时，热敏电阻的阻值随温度发生变化，通过相应的专用集成电路检测电阻变化量并转换成相应的电学信号输出，从而判断外界红外辐射强度大小。微测辐射热计的热敏电阻值不仅与目标红外辐射的变化相关，还受当前衬底温度的影响，由于目标物体的红外辐射只引起微小的温度变化，所以衬底温度的存在将严重影响探测器对目标红外辐射的探测。如何很好地消除衬底温度的影响，是本领研究的重要方向。

实用新型内容

根据本申请实施例，提供一种非制冷红外焦平面探测器，其包括：

壳体，具有底壁和侧壁；

透光窗，设置于所述侧壁背离所述底壁的一侧，与所述壳体围成密封的容设空间；

非制冷红外焦平面探测器单元，设于所述容设空间内，包括具有集成电路的基底，及设于所述基底之上的有效像元阵列及参考像元阵列；其中，所述参考像元阵列设于所述有效像元阵列的至少一侧，并与所述有效像元阵列间隔设置；

红外遮挡件，设于所述参考像元阵列与所述透光窗之间。

在一些实施例中，所述透光窗与所述红外遮挡件之间的距离为0.5mm-2.5mm；和/或，

所述红外遮挡件与所述参考像元阵列之间的距离为10μm-50μm。

在一些实施例中，所述红外遮挡件具有辅助支撑结构及设于所述辅助支撑结构的高反射层；所述辅助支撑结构具有靠近所述基底一侧的第一表面和背离所述基底一侧的第二表面，所述高反射层设于所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面上。

在一些实施例中，所述参考像元包括设于所述有效像元阵列相邻两侧的第一参考像元阵列和第二参考像元阵列，所述红外遮挡件包括设于所述第一参考像元阵列与所述透光窗之间的第一红外遮挡部，及设于所述第二参考相应阵列上方的第二红外遮挡部。

在一些实施例中，所述红外遮挡件呈L型。

在一些实施例中，所述辅助支撑结构具有镂空区域及位于所述镂空区域外围的遮挡区域；所述镂空区域与所述有效像元阵列相对，所述遮挡区域设有高反射层，所述高反射层至少设于所述遮挡区域上与所述参考像元阵列相对的区域。

在一些实施例中，所述非制冷红外焦平面探测器包括遮挡支撑部，所述遮挡支撑部的底部连接于所述基底之上，所述遮挡支撑部的上部连接于所述红外遮挡件。

在一些实施例中，所述遮挡支撑部为焊料结构或粘结胶结构。

在一些实施例中，所述辅助支撑结构具有朝向所述有效像元阵列一侧的支撑侧壁；所述支撑侧壁的上边缘在所述非制冷红外焦平面探测器厚度方向上的投影位于所述支撑侧壁的下边缘在所述非制冷红外焦平面探测器厚度方向上的投影之内；和/或，

所述支撑侧壁为倾斜坡面、竖直壁面或阶梯状壁面。

在一些实施例中，所述参考像元阵列与所述有效像元阵列之间的距离与所述遮挡支撑部的高度，二者的尺寸一致。

基于上述技术方案，上述非制冷红外焦平面探测器，通过在透光窗和参考像元之间设置红外遮挡件，以对有效像元阵列的进行有效消除，有利于提高有效像元阵列受外界光照射所获取数据的准确性，提高非制冷红外焦平面探测器的性能。

附图说明

图1为本申请的一实施例提供的一种非制冷红外焦平面探测器的立体结构图；

图2为图1所示非制冷红外焦平面探测器的剖视图；

图3至图8为本申请的一实施例提供的一种非制冷红外焦平面探测器的制备工艺图；

图9为本申请的一实施例提供的另一种非制冷红外焦平面探测器的立体结构图；

图10为图9所示非制冷红外焦平面探测器的剖视图；

图11至图17为本申请的一实施例提供的另一种非制冷红外焦平面探测器的制备工艺图；

图18为本申请的一实施例提供的一种非制冷红外焦平面探测器的光路示意图；

图19为本申请的一实施例提供的另一种非制冷红外焦平面探测器的光路示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。

本申请提供一种非制冷红外焦平面探测器。所述非制冷红外焦平面探测器单元包括壳体、透光窗、非制冷红外焦平面探测器单元及红外遮挡件。所述壳体具有底壁和侧壁。所述透光窗设置于所述侧壁背离所述底壁的一侧，与所述壳体围成密封的容设空间。所述非制冷红外焦平面探测器单元设于所述容设空间内，包括具有集成电路的基底，及设于所述基底之上的有效像元阵列及参考像元阵列。其中，所述参考像元阵列设于所述有效像元阵列的至少一侧，并与所述有效像元阵列间隔设置。所述红外遮挡件设于所述参考像元阵列与所述透光窗之间。上述非制冷红外焦平面探测器，通过在透光窗和参考像元之间设置红外遮挡件，以对有效像元阵列的进行有效消除，有利于提高有效像元阵列受外界光照射所获取数据的准确性，提高非制冷红外焦平面探测器的性能。

下面结合附图1至图19对所述非制冷红外焦平面探测器单元及其具有其的非制冷红外焦平面探测器进行详细描述。

请参照图1，并在必要时结合图2至图8所示，本申请提供一种非制冷红外焦平面探测器100。该非制冷红外焦平面探测器100包括壳体1、透光窗3及非制冷红外焦平面探测器单元。其中，所述壳体1具有底壁11及侧壁12，所述底壁11和侧壁12围合形成一容设空间101，所述非制冷红外焦平面探测器单元设于所述容设空间101内，所述透光窗3盖合于所述壳体1之上对所述容设空间101进行密封，形成密封的容设腔。即所述非制冷红外焦平面探测器单元设于该容设腔内。所述透光窗3可以通过焊料2与壳体1焊接密封。

所述非制冷红外焦平面探测器单元包括基底4、有效像元阵列5及参考像元阵列6。基底4具有集成电路。有效像元阵列5设于所述基底4之上。参考像元阵列6设于所述基底4之上。

该非制冷红外焦平面探测器100还包括设于所述参考像元阵列6与所述透光窗之间的红外遮挡件8。

在一些实施例中，透光窗3与所述红外遮挡件8之间的距离D1为0.5mm-2.5mm。比如，D1可以设置为0.5mm、1mm、2mm等。该透光窗3与所述红外遮挡件8之间的距离D1的值可以根据具体情况进行设置。

在一些实施例中，红外遮挡件8与所述参考像元阵列6之间的距离D2为10μm-50μm。比如，D2可以设置为10μm、20μm、30μm等。该红外遮挡件8与所述参考像元阵列6之间的距离D2的值可以根据生产制备工艺等具体情况进行设置。可以理解的是，在工艺允许的情况下，越小越有利于非制冷红外焦平面探测器尺寸的限定。

在一些实施例中，有效像元阵列5的排布区域可大致呈图1所示的矩形区域。

如图1所示，在一些实施例中，参考像元阵列6包括设于所述有效像元阵列5相邻两侧的第一参考像元阵列61和第二参考像元阵列62。第一参考像元阵列61与有效像元阵列5间隔排布。第二参考像元阵列62与所述有效像元阵列5间隔排布。当然，在其它一些实施例中，所述参考像元阵列也可仅设于所述有效像元阵列一侧，或设于所述有效像元阵列三个侧边外，或者设于所述有效像元阵列四个侧边外。这里主要以参考像元阵列6包括第一参考像元阵列61和第二参考像元阵列62为例进行说明。

这里参考像元阵列6的参考像元单元可以与有效像元单元的结构相同，以提高参考像元阵列6消除参数的准确性。这里有效像元阵列5和参考像元阵列6可通过在基底4上多次进行沉积、光刻、刻蚀等工艺后形成。

这里第一参考像元阵列61和第二参考像元阵列62中一个可以理解为行参考像元阵列，一个为列参考像元阵列，分别用于消除有效像元阵列的相应行、列参数。

在一些实施例中，所述红外遮挡件具有辅助支撑结构81及设于辅助支撑结构81的高反射层82。辅助支撑结构81具有靠近所述基底4一侧的第一表面801和背离所述基底一侧的第二表面802。请结合图2和图8，在一些实施例中，高反射层82设于所述辅助支撑结构81靠近所述基底4一侧的第一表面801上。

辅助支撑结构81可以为硅材质的硅片或硅条。当然也可以是其他材质形成的支撑结构。

在一些实施例中，所述红外遮挡件包括设于所述第一参考像元阵列61上方的第一红外遮挡部811，及设于所述第二参考相应阵列62上方的第二红外遮挡部812。这两部分遮挡部可大致呈L型红外遮挡件。该第一红外遮挡部811和第二红外遮挡部812可以连接于一起也可分开设置。对于第一红外遮挡部811和第二红外遮挡部812连接于一起的，其辅助支撑结构81可以为一体成型的辅助支撑结构，也可为两部分支撑结构连接于一起形成的辅助支撑结构81。相应地，高反射层82可以为贴设于辅助支撑结构81的一体成型的高反射层82，也可为分别与第一参考像元阵列61、第二参考相应阵列62对应的两部分高反射层结构。

在一些实施例中，所述非制冷红外焦平面探测器100包括遮挡支撑部，所述遮挡支撑部71的底部连接于所述基底4之上，所述遮挡支撑部71的上部连接于所述红外遮挡件8。

这里的遮挡支撑部71设于所述参考像元阵列6背离所述有效像元阵列5的一侧。

该遮挡支撑部71可以具有用于支撑第一红外遮挡部811的第一部分和用于支撑第二红外遮挡部812的第二部分。该第一部分设于第一参考像元阵列61背离有效像元阵列5的一侧。该第二部分设于第二参考像元阵列62背离有效像元阵列5的一侧。该遮挡支撑部71的第一部分和第二部分可以连接于一起，也可分开设置。

可以理解的是，在其它一些实施例中，所述遮挡支撑部71还可设置于参考像元阵列6周侧区域中除了有效像元阵列5和参考像元阵列6之间区域以外的其它区域。

在一些实施例中，所述遮挡支撑部71为粘结胶结构，可由相应的粘结胶水粘结形成，该实施方式工艺简单，成本低廉，有利于成本控制。当然，在其它一些实施例中，该遮挡支撑部71也可为焊料结构。

需要说明的是，这里所说的高反射层82设于所述辅助支撑结构81靠近所述基底4一侧的第一表面801上。在其它一些实施例中，高反射层82也可设于背离基底4一侧的第二表面802上，或者同时设于所述第一表面801和所述第二表面802上。

请结合图3至图8所示，该非制冷红外焦平面探测器100在制造时，先提5供一基底4，在基底4上分别形成参考像元阵列6、有效像元阵列5。提供一辅助支撑结构81，在辅助支撑结构81表面设置高反射层82，进而将表面设置高反射层82的辅助支撑结构81切分成所需的尺寸，形成红外遮挡件。再将红外遮挡件通过遮挡支撑部71固定于基底4上，形成如图7所示的设有红外遮挡件8的非制冷红外焦平面探测器单元。最后将设有红外遮挡件8的非制冷红外焦平0面探测器单元固定于壳体1底壁，再将透光窗3通过焊料2密封于壳体1上。

请参照图9，并在必要是结合图10至图19所示，本申请另提供一种非制冷红外焦平面探测器200。该非制冷红外焦平面探测器200同样包括壳体1、透光窗3及非制冷红外焦平面探测器单元。其中，所述壳体1具有底壁11及侧壁12，

所述底壁11和侧壁12围合形成一容设空间101，所述非制冷红外焦平面探测器5单元设于所述容设空间101内，所述透光窗3盖合于所述壳体1之上对所述容设空间101进行密封，形成密封的容设腔。即所述非制冷红外焦平面探测器单元设于该容设腔内。所述透光窗3可以通过焊料2与壳体1焊接密封。

该非制冷红外焦平面探测器200与上述非制冷红外焦平面探测器100不同的是，该红外遮挡件8整体为大致与所述基底4一致的整片结构。

0这里红外遮挡件为与所述基底4一致的整片结构，可以理解辅助支撑结构81为一整片结构。该红外遮挡件8的辅助支撑结构81具有镂空区域814及位于所述镂空区域814外围的遮挡区域813。所述镂空区域814与所述有效像元阵列5相对，所述遮挡区域813设有高反射层82。所述高反射层82可以设于所述遮

挡区域813上与所述参考像元阵列5相对的区域。比如，高反射层82可设于该5辅助支撑结构81上与第一参考像元阵列61、第二参考像元阵列62相对的两部分区域。当然，在其它一些实施例中，高反射层82也可有部分设置于与所述参考像元阵列5相对的区域以外的其它部分或全部区域。

这里所说的辅助支撑结构81可以为一具有镂空区域814的硅片。

在一些实施例中，所述非制冷红外焦平面探测器单元包括遮挡支撑部72，所述遮挡支撑部72的底部连接于所述基底4之上，所述遮挡支撑部72的上部连接于所述红外遮挡件8。

这里所说的遮挡支撑部72设于所述有效像元阵列5及参考像元阵列6的外围。

在一些实施例中，所述遮挡支撑部72为焊料结构，可以通过焊接的方式将红外遮挡件设置在基底4之上。当然，在其它一些实施例中，该遮挡支撑部72为粘结胶结构，可由相应的粘结胶水粘结形成。

在一些实施例中，所述辅助支撑结构81具有朝向所述有效像元阵列5一侧的支撑侧壁83。所述支撑侧壁83的上边缘831在所述非制冷红外焦平面探测器200厚度方向T上的投影位于所述支撑侧壁83的下边缘832在所述非制冷红外焦平面探测器200厚度方向T上的投影之内。该支撑侧壁83的上边缘831可以理解为该支撑侧壁83与第二表面802的连接处。支撑侧壁83的下边缘832可以理解为该支撑侧壁83与第一表面801的连接处。

在一些实施例中，所述支撑侧壁83为一倾斜坡面，比如图10所示的倾斜坡面。所述倾斜坡面朝向背离所述有效像元阵列5的一侧倾斜，以使得更大区域的光线能够自镂空区域814照射至有效像元阵列。如此可以将参考像元阵列和有效像元阵列之间的距离设置的更小，有利于减小单元的整体尺寸，有利于降低成本。比如图18和图19所示的两种非制冷红外焦平面探测器的光路示意图明显可以看出，同样尺寸的辅助支撑结构81，支撑侧壁具有倾斜坡面的，其能够允许更多光线射向有效像元阵列。

这里支撑侧壁形成一倾斜坡面，相应地，高反射层82至少设于辅助支撑结构81靠近所述基底4一侧的第一表面801上，且高反射层82靠近镂空区域814的一端可与辅助支撑结构81的第一表面801靠近镂空区域814的一端大致齐平，以保证高反射层82的反射效果。

这里倾斜坡面的坡度角可以根据产品的具体结构确定。比如该倾斜坡面的坡度角与产品的外界辐射的最大角度可基本一致，则参考像元阵列和有效像元阵列之间的距离与辅助支撑结构81的厚度无关，仅与遮挡支撑部72的高度有关。该外界辐射的最大角度可以根据具体的光线(红外线)确定。

在其它一些实施例中，所述支撑侧壁83还可为竖直壁面或者阶梯状壁面。

在一些实施例中，参考像元阵列6与所述有效像元阵列5之间的距离与所述遮挡支撑部72的高度正相关。比如，在一些实施例中，所述参考像元阵列6与所述有效像元阵列之间的距离D4与所述遮挡支撑部72的高度D3二者的尺寸一致。比如，D4和D3的具体尺寸可以相等或大致相等。参考像元阵列6与所述有效像元阵列5之间的距离D4与遮挡支撑部72的高度D3二者之间可相互参考设置。

遮挡支撑部72的高度D3可设置为小于10um，所以参考像元阵列6与所述有效像元阵列之间的距离可以做到在10um以内，极大的减小焦平面探测器的尺寸，降低成本。当然，在其它一些实施例中，遮挡支撑部72的高度D3也可设置为10μm，或大于10μm的其它尺寸。

需要说明的是，这里辅助支撑结构81的支撑侧壁83的特征，以及参考像元阵列6与所述有效像元阵列5之间的距离、所述遮挡支撑部的高度等特征也适用于上述图1至图8所示的实施方式。

请结合图11至图17所示，该非制冷红外焦平面探测器100在制造时，先提供一基底4，在基底4上分别形成参考像元阵列6、有效像元阵列5。提供一辅助支撑结构81，在辅助支撑结构81表面设置高反射层82，进而在表面设置高反射层82的辅助支撑结构81的结构中开设一与有效像元阵列5向对应的开口，以便后续光线入射，形成红外遮挡件。进而将红外遮挡件8通过遮挡支撑部72固定于基底4上，形成如图16所示的设有红外遮挡件8的非制冷红外焦平面探测器单元。最后将设有红外遮挡件8的非制冷红外焦平面探测器单元固定于壳体1底壁，再将透光窗3通过焊料2密封于壳体1上。这里对于遮挡支撑部72为焊料结构的，可以在设置红外遮挡件之前，预先通过沉积等方式设于基底4之上。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。以上所述仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，包括：

壳体，具有底壁和侧壁；

透光窗，设置于所述侧壁背离所述底壁的一侧，与所述壳体围成密封的容设空间；

非制冷红外焦平面探测器单元，设于所述容设空间内，包括具有集成电路的基底，及设于所述基底之上的有效像元阵列及参考像元阵列；其中，所述参考像元阵列设于所述有效像元阵列的至少一侧，并与所述有效像元阵列间隔设置；

红外遮挡件，设于所述参考像元阵列与所述透光窗之间。

2.如权利要求1所述的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，所述透光窗与所述红外遮挡件之间的距离为0.5mm-2.5mm；和/或，

所述红外遮挡件与所述参考像元阵列之间的距离为10μm-50μm。

3.如权利要求1所述的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，所述红外遮挡件具有辅助支撑结构及设于所述辅助支撑结构的高反射层；所述辅助支撑结构具有靠近所述基底一侧的第一表面和背离所述基底一侧的第二表面，所述高反射层设于所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面上。

4.如权利要求3所述的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，所述参考像元包括设于所述有效像元阵列相邻两侧的第一参考像元阵列和第二参考像元阵列，所述红外遮挡件包括设于所述第一参考像元阵列与所述透光窗之间的第一红外遮挡部，及设于所述第二参考相应阵列上方的第二红外遮挡部。

5.如权利要求4所述的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，所述红外遮挡件呈L型。

6.如权利要求3所述的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，所述辅助支撑结构具有镂空区域及位于所述镂空区域外围的遮挡区域；所述镂空区域与所述有效像元阵列相对，所述遮挡区域设有高反射层，所述高反射层至少设于所述遮挡区域上与所述参考像元阵列相对的区域。

7.如权利要求1所述的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，所述非制冷红外焦平面探测器包括遮挡支撑部，所述遮挡支撑部的底部连接于所述基底之上，所述遮挡支撑部的上部连接于所述红外遮挡件。

8.如权利要求7所述的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，所述遮挡支撑部为焊料结构或粘结胶结构。

9.如权利要求3至6中任一项所述的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，所述辅助支撑结构具有朝向所述有效像元阵列一侧的支撑侧壁；所述支撑侧壁的上边缘在所述非制冷红外焦平面探测器厚度方向上的投影位于所述支撑侧壁的下边缘在所述非制冷红外焦平面探测器厚度方向上的投影之内；和/或，

所述支撑侧壁为倾斜坡面、竖直壁面或阶梯状壁面。

10.如权利要求7或8所述的非制冷红外焦平面探测器，其特征在于，所述参考像元阵列与所述有效像元阵列之间的距离与所述遮挡支撑部的高度，二者的尺寸一致。