CN220223594U - 一种to封装式mems芯片红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种TO封装式MEMS芯片红外探测器，包括探测组件、TO基座以及装配在TO基座上的盖帽，探测组件被封装在由盖帽与TO基座所围合形成的封装腔内，所述探测组件包括安设在TO基座上的MEMS红外芯片，盖帽上设有红外透光窗口。本实用新型中，对经像素级或晶圆级封装形成的MEMS红外芯片再进行TO封装，能提高红外探测器的工作可靠性和使用寿命，便于MEMS芯片红外探测器的批量化生产，可以降低生产成本，利于消费级产品的应用；该探测器具有体积小、接口简单等特点，方便后端客户集成开发；该探测器采用MEMS红外芯片，信噪比高、成像质量优势明显，可以实现快速、高灵敏度非接触式测温。
Description
技术领域
本实用新型属于红外探测器技术领域，具体涉及一种TO封装式MEMS芯片红外探测器。
背景技术
红外探测器广泛应用于感知、测温、成像等领域中，对于非制冷红外探测器，一般采用像素级封装、晶圆级封装、芯片级封装等封装方式。其中芯片级封装主要封装形式为陶瓷管壳封装和金属管壳封装，即利用半导体制造技术将整个探测器面阵封装在一个真空腔内，工艺过程比较简单，而且可以批量制造，此工艺整体而言技术较成熟、可靠性较高，但制造成本高昂，无法应用在低端领域。
目前，也有TO封装式红外传感器，主要有TO封装红外热电堆传感器和TO封装热释电红外传感器两类。TO封装红外热电堆传感器是利用材料的塞贝克效应工作，在热端和冷端产生温差电动势，并放大输出信号；TO封装红外热电堆传感器具有工艺制作简单、功耗低的优点，但同时也存在灵敏度低、热响应速度慢、低功率时测量准确性不高等缺点。TO封装热释电红外传感器是由热释电元件接收被测物体所释放的红外线辐射后温度发生变化，失去电荷平衡，从而向外释放电荷产生电信号；TO封装热释电红外传感器具有工艺制作简单、功耗低的优点，但只能检测移动目标，无法对静态的场景进行检测。
实用新型内容
本实用新型涉及一种TO封装式MEMS芯片红外探测器，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本实用新型涉及一种TO封装式MEMS芯片红外探测器，包括探测组件、TO基座以及装配在所述TO基座上的盖帽，所述探测组件被封装在由所述盖帽与所述TO基座所围合形成的封装腔内，所述探测组件包括安设在所述TO基座上的MEMS红外芯片，所述盖帽上设有红外透光窗口。
作为实施方式之一，于所述红外透光窗口处设有红外光学镜片，所述MEMS红外芯片位于所述红外光学镜片的聚焦位置处。
作为实施方式之一，所述红外光学镜片与所述盖帽一体成型。
作为实施方式之一，所述红外光学镜片及所述盖帽均采用可透红外塑料或晶体材料加工形成。
作为实施方式之一，所述盖帽的厚度大于所述红外光学镜片的厚度；和/或，在所述红外透光窗口的内沿，所述盖帽增厚处理。
作为实施方式之一，所述红外光学镜片粘接在所述红外透光窗口处。
作为实施方式之一，所述探测组件还包括PCB板，所述MEMS红外芯片安设在所述PCB板上并且与所述PCB板电连接，所述PCB板安设在所述TO基座上。
作为实施方式之一，所述PCB板的背面覆有导热层。
作为实施方式之一，所述MEMS红外芯片为经像素级封装、阵列级封装或晶圆级封装方式初步封装后的芯片。
作为实施方式之一，所述MEMS红外芯片为氧化钒探测器芯片或非晶硅探测器芯片。
本实用新型至少具有如下有益效果：
本实用新型中，对MEMS红外芯片进行TO封装，能提高红外探测器的工作可靠性和使用寿命；TO封装市场用量大、技术成熟、价格低廉，便于MEMS芯片红外探测器的批量化生产，可以降低生产成本，利于消费级产品的应用。该探测器具有体积小、接口简单等特点，方便后端客户集成开发。
该探测器采用MEMS红外芯片，信噪比高、成像质量优势明显，可以实现快速、高灵敏度非接触式测温(温度分辨率可达0.1℃，热响应时间≤20ms，NETD≤100mk)。
本实用新型进一步具有如下有益效果：
本实用新型中，在盖帽上一体成型红外光学镜片，无需在盖帽上安装红外光学镜片，能简化封装程序，提高封装效率、降低封装成本；而且，可以保证红外光学镜片在盖帽上的位置精度，从而保证聚焦精度，提高探测器的检测精度和工作可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种MEMS芯片红外探测器(红外光学镜片与盖帽一体成型)的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的另一种MEMS芯片红外探测器(红外光学镜片与盖帽粘接)的结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1和图2，本实用新型实施例提供一种TO封装式MEMS芯片红外探测器，包括探测组件、TO基座11以及装配在所述TO基座11上的盖帽12，所述探测组件被封装在由所述盖帽12与所述TO基座11所围合形成的封装腔内，所述探测组件包括安设在所述TO基座11上的MEMS红外芯片21，所述盖帽12上设有红外透光窗口。
具体地，所述MEMS红外芯片21为采用MEMS(微机电系统)工艺制备的非制冷红外探测器芯片，可以是未经任何封装处理的芯片，也可以是经初步真空封装后的芯片。当所述MEMS红外芯片21为未经任何封装处理的芯片时，盖帽12与TO基座11围合形成的封装腔需保证真空，以提供MEMS红外芯片21工作所需的真空环境。当所述MEMS红外芯片21为经初步真空封装后的芯片时，对盖帽12与TO基座11围合形成的封装腔的真空度的要求将降低。优选可采用像素级封装、阵列级封装或晶圆级封装方式对MEMS红外芯片21进行初步真空封装，既可以保证真空封装的可靠性，又不会过于增大MEMS红外芯片21的体积。
在其中一个实施例中，上述盖帽12与TO基座11粘合在一起。
可选地，如图1和图2，TO基座11采用阶梯形结构，包括大尺寸段基板和小尺寸段基台，盖帽12的连接端端面优选为与大尺寸段基板的板面贴合连接，盖帽12的内壁优选为与小尺寸段基台的侧壁贴合连接，上述结构可提高封装可靠性。进一步地，盖帽12的连接端也优选为采用阶梯形结构，这样，盖帽12还与小尺寸段基台的边部处台面贴合连接，封装可靠性更高。
上述盖帽12优选为呈圆柱形，TO基座11的截面也优选为是圆形。
可以理解地，TO封装结构是密封结构，因此，红外透光窗口处是密封的，但允许红外光透过；红外透光窗口一般是与MEMS红外芯片21正对的，以便于MEMS红外芯片21接收到红外光。
优选地，于所述红外透光窗口处设有红外光学镜片3，所述MEMS红外芯片21位于所述红外光学镜片3的聚焦位置处，通过红外光学镜片3将红外光聚焦到MEMS红外芯片21上，可以显著地提高红外探测器的热响应速度以及红外检测的精度；将红外光学镜片3与盖帽设计成一个整体，后续在形成对应的红外热像仪时不需要在红外探测器前面增加单独的红外光学镜片，因此简化了后续工艺，且缩小了对应红外热像仪的体积。
在其中一个实施例中，所述MEMS红外芯片21为氧化钒探测器芯片或非晶硅芯片，采用MEMS工艺制作形成，可接收红外波长范围8-14um，温度分辨率可达0.1℃，热响应时间小于20ms，能够实现高精度、快速的目标温度测量。
在其中一个实施例中，所述红外光学镜片3与所述盖帽12一体成型。在该方案中，无需在盖帽12上安装红外光学镜片3，能简化封装程序，提高封装效率、降低封装成本；而且，可以保证红外光学镜片3在盖帽12上的位置精度，从而保证聚焦精度，提高探测器的检测精度和工作可靠性。
其中，可选地，可以在整体结构的盖帽12上采用激光加工方式加工出上述的红外光学镜片3。
在其中一个实施例中，所述红外光学镜片3及所述盖帽12均采用可透红外塑料或晶体材料加工形成，包括但不限于采用聚四氟乙烯、聚乙烯、PMMA等。进一步地，如图1，所述盖帽12的厚度大于所述红外光学镜片3的厚度，这样，盖帽12采用较大的厚度可以减少或防止其透光，从而保证红外探测器的检测精度，同时还可以保证其结构强度；另外，可以在盖帽12的外表面或内表面设置防透膜，从而避免盖帽12透光对检测结果造成不利影响。和/或，如图1，在所述红外透光窗口的内沿，所述盖帽12增厚处理，可以有效地减小窗口周围盖帽12的透光程度。
在另外的实施例中，如图2，所述红外光学镜片3粘接在所述红外透光窗口处。其中，优选地，通过红外透光窗口处的盖帽结构设计，使红外光学镜片3的出射光集中地入射至MEMS红外芯片21的红外敏感区域，可以提高检测精度；例如，在图2示出的结构中，透镜出光侧的帽体结构呈碗状，并且与红外光学镜片3的球面吻合，这样可以部分地遮挡红外光学镜片3的出光面，获得设定的出光通道。
优选地，如图1和图2，在红外透光窗口的入口处设计成自外向内渐缩的喇叭状，能较好地满足探测器的视场角要求。
上述TO基座11可以根据MEMS红外芯片21的尺寸大小等选用合适的规格或单独定制，盖帽12可以根据所封装的MEMS红外芯片21及选用的TO基座11类型来设计。
在其中一个实施例中，上述探测组件还包括PCB板22，MEMS红外芯片21安设在所述PCB板22上并且与所述PCB板22电连接，所述PCB板22安设在所述TO基座11上。
对于MEMS红外芯片21与PCB板22之间的电连接，优选地，二者进行打金线连接，结构简单、连接可靠性高。其中，优选地，焊盘经镍钯金表面处理，可以提高打金线连接的可靠性。
MEMS红外芯片21优选为胶粘固定在PCB板22上，可以采用导热硅胶等导热性能较好的胶水进行固定。
上述PCB板22优选为是PCBA板。在其中一个实施例中，所述PCB板22的背面覆有导热层，可以快速地将MEMS红外芯片21产生的热量向外导出，从而提高MEMS红外芯片21的感温灵敏度。上述导热层包括但不限于是在PCB板22的背面覆铜形成。可以理解地，PCB板22的背面是其面向TO基座11的一面。
PCB板22优选为胶粘固定在TO基座11上，可以采用导热硅胶等导热性能较好的胶水进行固定。
在其中一个实施例中，所述TO基座11上的针脚13与所述PCB板22之间进行打金线连接，结构简单、连接可靠性高。其中，优选地，焊盘经镍钯金表面处理，可以提高打金线连接的可靠性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种TO封装式MEMS芯片红外探测器，其特征在于：包括探测组件、TO基座以及装配在所述TO基座上的盖帽，所述探测组件被封装在由所述盖帽与所述TO基座所围合形成的封装腔内，所述探测组件包括安设在所述TO基座上的MEMS红外芯片，所述盖帽上设有红外透光窗口。
2.如权利要求1所述的TO封装式MEMS芯片红外探测器，其特征在于：于所述红外透光窗口处设有红外光学镜片，所述MEMS红外芯片位于所述红外光学镜片的聚焦位置处。
3.如权利要求2所述的TO封装式MEMS芯片红外探测器，其特征在于：所述红外光学镜片与所述盖帽一体成型。
4.如权利要求2所述的TO封装式MEMS芯片红外探测器，其特征在于：所述红外光学镜片及所述盖帽均采用可透红外塑料或晶体材料加工形成。
5.如权利要求4所述的TO封装式MEMS芯片红外探测器，其特征在于：所述盖帽的厚度大于所述红外光学镜片的厚度；和/或，在所述红外透光窗口的内沿，所述盖帽增厚处理。
6.如权利要求2所述的TO封装式MEMS芯片红外探测器，其特征在于：所述红外光学镜片粘接在所述红外透光窗口处。
7.如权利要求1所述的TO封装式MEMS芯片红外探测器，其特征在于：所述探测组件还包括PCB板，所述MEMS红外芯片安设在所述PCB板上并且与所述PCB板电连接，所述PCB板安设在所述TO基座上。
8.如权利要求7所述的TO封装式MEMS芯片红外探测器，其特征在于：所述PCB板的背面覆有导热层。
9.如权利要求1所述的TO封装式MEMS芯片红外探测器，其特征在于：所述MEMS红外芯片为经像素级封装、阵列级封装或晶圆级封装方式初步封装后的芯片。
10.如权利要求1所述的TO封装式MEMS芯片红外探测器，其特征在于：所述MEMS红外芯片为氧化钒探测器芯片或非晶硅探测器芯片。
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