CN220897091U - 一种集成透镜的热电堆芯片结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成透镜的热电堆芯片结构，属于MEMS热电堆技术领域，用于解决传统利用气密胶将透镜封装在TO盖帽中的技术不能满足汽车行业使用芯片的规定，限制了MEMS热电堆红外探测器芯片在汽车行业的发展，采用气密胶将透镜和TO管帽粘结在一起的方式不仅不牢固，而且还会影响高红外光的透光率的问题；利用真空键合技术将覆盖薄膜的透镜和红外热电堆芯片连接在一起，不仅可以有效地消除MEMS热电堆红外传感器对环境的污染，而且还提升了封闭腔的密封性，使其可以满足车规级芯片的需求，广泛的应用在汽车行业，使用透镜的曲率和厚度是可以根据光刻胶层的回流时间和刻蚀的速率进行调整的，从而可以调整透镜对光线的聚集效果。

Description

一种集成透镜的热电堆芯片结构

技术领域

本实用新型属于MEMS热电堆技术领域，具体涉及一种集成透镜的热电堆芯片结构。

背景技术

MEMS热电堆红外探测器芯片可以实现温度和电能的相互转换，被广泛的应用在非接触式测温、充电过热保护、家用电器智能温度感应与控制等领域；MEMS热电堆红外探测器芯片还可以搭配不同的滤光片实现气体检测、气体浓度分析等功能；MEMS热电堆红外探测器芯片还可以利用物体本身的热辐射散发出来的电磁波实现红外成像的功能，所以说MEMS热电堆红外探测器芯片在搭配不同滤光片的情况下，可以应用在很多不同的领域，包括且不限于非接触式温度传感器、气体分析仪、火灾和入侵检测等领域。

传统的MEMS热电堆红外探测器芯片中的热电堆和透镜都是独立生产和制造的，之后再利用封装技术将透镜和热电堆组合在一起，但是传统上利用气密胶将透镜封装在TO盖帽中的技术不能满足汽车行业使用芯片的规定，这便限制了MEMS热电堆红外探测器芯片在汽车行业的发展，采用气密胶将透镜和TO管帽粘结在一起的方式不仅不牢固，而且还会影响高红外光的透光率，为此我们提出一种集成透镜的热电堆芯片结构。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种集成透镜的热电堆芯片结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种集成透镜的热电堆芯片结构包括硅片，所述硅片的上表面设置有二氧化硅，所述二氧化硅的上表面设有亚球型透镜，所述亚球型透镜的外表面设有滤光片。

优选的，所述二氧化硅与亚球型透镜之间的空腔处设有热电堆，所述热电堆包括金属引线，所述热电堆的中部设有红外吸收层。

优选的，所述硅片的内部设有硅通孔，所述硅通孔的下端设有植球。

优选的，所述亚球型透镜包括透镜基板，所述透镜基板的表面设有光刻胶层。

优选的，所述光刻胶层进行热回流得到亚球状光刻胶层。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本发明是利用真空键合技术将覆盖薄膜的透镜和红外热电堆芯片连接在一起，不仅可以有效地消除MEMS热电堆红外传感器对环境的污染，而且还提升了封闭腔的密封性，避免了热对流，提升了热电堆芯片的工作性能，使其可以满足车规级芯片的需求，广泛的应用在汽车行业。

2、在本发明中使用的透镜的结构不限，可以是普通的微透镜也可以是菲涅尔微透镜的结构。

3、在本发明中的使用透镜的曲率和厚度是可以根据光刻胶层的回流时间和刻蚀的速率进行调整的，从而可以调整透镜对光线的聚集效果。

附图说明

图1为本实用新型的芯片总体的结构示意图；

图2为本实用新型的芯片底部的结构示意图；

图3为本实用新型芯片结构的剖视图；

图4为本实用新型的透镜涂敷光刻胶层示意图；

图5为本实用新型的亚球状光刻胶层示意图；

图6为本实用新型的热电堆芯片和透镜键合示意图。

图中：1、硅片；2、二氧化硅；3、热电堆；4、金属引线；5、红外吸收层；6、亚球型透镜；61、透镜基板；62、光刻胶层；63、亚球状光刻胶层；7、滤光片；8、硅通孔；9、植球。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本发明利用真空键合技术将亚球型透镜和红外热电堆芯片连结在一起，所述的亚球型透镜可以是普通的微透镜，也可以是菲涅尔微透镜的结构，亚球型透镜的厚度和曲率是可以通过调整光刻胶层热回流的时间和刻蚀的速率改变的，亚球型透镜的材料可以是硅片、石英基透镜、锗(Ge)基透镜、溴化钾(KBr)基透镜、蓝宝石基透镜、硒化锌(ZnSe)基透镜、氟化钙基(CaF2)透镜、氟化钡基(CaF2)透镜和玻璃。所述的热电堆材料可以是掺杂多晶硅和金属铝的组合，亦或N型多晶硅与P型多晶硅组合，也可以是其他具备塞贝克系数差异材料的组合。

实施例1：

请参阅图1-图6，本实用新型提供一种集成透镜的热电堆芯片结构，包括硅片1，硅片1的上表面设置有二氧化硅2，其中，二氧化硅2包括二氧化硅2支撑层、通过热氧技术安装在二氧化硅支撑层上的氧化硅以及通过沉积技术安装在氧化硅的表面多晶硅。二氧化硅2的上表面设有亚球型透镜6，亚球型透镜6的外表面设有滤光片7，二氧化硅2与亚球型透镜6之间的空腔处设有热电堆3，热电堆3包括金属引线4，热电堆3的中部设有红外吸收层5，其中，多晶硅利用蒸镀或者溅射的方式形成金属引线4，金属引线4通过光刻和腐蚀的技术得到热电堆3，热电堆3上通过沉积一层氮化硅形成红外吸收层5，在硅片1的内部设有硅通孔8，硅通孔8的下端设有植球9，硅片1通过干法刻蚀的技术得到硅通孔8，硅通孔8利用植球技术的在下表面形成一个植球9，亚球型透镜6包括透镜基板61，透镜基板61的表面设有光刻胶层62，光刻胶层进行热回流得到亚球状光刻胶层63。

本实用新型的工作原理及使用流程：

对硅片1的表面进行处理；制作二氧化硅2支撑层；利用热氧技术在处理过的硅晶圆表面生长一层薄的氧化硅，之后再利用沉积技术在氧化硅的表面生长一层多晶硅，热电锥3的制作，首先在多晶硅中掺杂粒子使其具有导电性，之后通过蒸镀或者溅射的方式在形成金属引线4，利用光刻和腐蚀的技术对金属引线4进行处理，形成热电锥3。红外吸收层5的制作；沉积一层氮化硅作为红外吸收层5，增强对红外光线的吸收强度和效率。硅通孔8的制作；通过干法刻蚀的技术得到硅通孔8，之后再通过电镀的方式在硅通孔8中填充铜，用于连接热电堆8上的引线，利用植球技术在硅通孔8的下表面形成一个植球9。刻蚀背腔；通过湿法刻蚀的方式在硅片1的背面刻蚀出背腔，使得热电堆3区域形成悬空结构。透镜的制作；在透镜的基板上涂敷一层光刻胶，放在圆形阵列的掩模板下进行紫外曝光得到圆柱阵列的光刻胶层62结构，再对处理好的光刻胶层62进行热回流得到亚球状光刻胶层63，通过调整刻蚀的速率得到目标的亚球微透镜，之后采用镀膜工艺在透镜上覆盖一层滤光膜，形成最终的亚球型透镜6。将热电堆3和亚球型透镜6键合在一起；采用键合的技术将热电堆3和亚球型透镜6连接在一起，在这里使用的键合技术包括但不限于硅硅键合，具体的键合方式取决于制作亚半球型透镜的材料。采用真空键合技术将热电堆3和亚球型透镜6集成在一起，提升了封闭腔的密封性，避免了热对流，提升了热电堆3芯片的工作性能，大大减小了器件体积。采用真空键合技术将热电堆3和亚球型透镜6集成在一起可以消除MEMS热电堆2红外传感器的环境污染，可以满足车规级芯片的需求，广泛地应用在汽车行业。可以通过调整亚球型透镜6的厚度和曲率半径来调整不同距离光线的聚集效果。通过调整亚球型透镜6的镀层实现不同波段的红外线入射以满足热电堆3不同场景的应用。利用植球技术在硅通孔的下表面形成焊接点，不用再使用额外的打线，大大地减小了封装的面积。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种集成透镜的热电堆芯片结构，包括硅片(1)，其特征在于：所述硅片(1)的上表面设置有二氧化硅(2)，所述二氧化硅(2)的上表面设有亚球型透镜(6)，所述亚球型透镜(6)的外表面设有滤光片(7)。

2.根据权利要求1所述的一种集成透镜的热电堆芯片结构，其特征在于：所述二氧化硅(2)与亚球型透镜(6)之间的空腔处设有热电堆(3)，所述热电堆(3)包括金属引线(4)，所述热电堆(3)的中部设有红外吸收层(5)。

3.根据权利要求1所述的一种集成透镜的热电堆芯片结构，其特征在于：所述硅片(1)的内部设有硅通孔(8)，所述硅通孔(8)的下端设有植球(9)。

4.根据权利要求1所述的一种集成透镜的热电堆芯片结构，其特征在于：所述亚球型透镜(6)包括透镜基板(61)，所述透镜基板(61)的表面设有光刻胶层(62)。

5.根据权利要求4所述的一种集成透镜的热电堆芯片结构，其特征在于：所述光刻胶层(62)进行热回流得到亚球状光刻胶层(63)。