DE102019213284A1 - Interferometer device and method for manufacturing an interferometer device - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schafft eine Interferometereinrichtung (10) umfassend ein Fabry-Perot-Interferometer (1), welches zumindest zwei zueinander beabstandete Spiegeleinrichtungen (SP1; SP2) und ein Substrat (2) umfasst, wobei die Spiegeleinrichtungen (SP1; SP2) jeweils parallel über dem Substrat (2) angeordnet sind und zumindest eine der Spiegeleinrichtungen (SP1; SP2) bezüglich dem Substrat (2) beweglich ist; ein Basissubstrat (3), welches eine Kavität (4) und zumindest eine elektrische Leiterbahn (5) umfasst, wobei das Fabry-Perot-Interferometer (1) auf dem Basissubstrat (3) angeordnet ist und die Kavität (4) überdeckt; und zumindest eine Detektoreinrichtung (6), welche in der Kavität (4) angeordnet ist und mittels der elektrischen Leiterbahn (5) elektrisch kontaktiert ist.The present invention creates an interferometer device (10) comprising a Fabry-Perot interferometer (1), which comprises at least two mutually spaced mirror devices (SP1; SP2) and a substrate (2), the mirror devices (SP1; SP2) each parallel across the substrate (2) are arranged and at least one of the mirror devices (SP1; SP2) is movable with respect to the substrate (2); a base substrate (3) which comprises a cavity (4) and at least one electrical conductor track (5), the Fabry-Perot interferometer (1) being arranged on the base substrate (3) and covering the cavity (4); and at least one detector device (6) which is arranged in the cavity (4) and is electrically contacted by means of the electrical conductor track (5).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Interferometereinrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Interferometereinrichtung.The present invention relates to an interferometer device and a method for producing an interferometer device.
Stand der TechnikState of the art
Miniaturisierte Spektrometer mit Fabry-Perot-Interferometern (FPI) umfassen üblicherweise Abstandshalter, um ein FPI oberhalb eines Detektors anordnen und den Detektor unterhalb des FPIs elektrisch kontaktieren zu können, was jedoch zu einer verhältnismäßig großen Bauhöhe, bezogen auf eine Leiterplattenoberfläche, führen kann. Dies kann zu einer vergrößerten Montagetoleranz führen und zusätzliche Schritte bei einer Montage erfordern und die Materialkosten erhöhen. Derartige Abstandshalter könne zusätzliche Öffnungen umfassen, durch welche ungefiltertes Licht am FPI vorbei auf den Detektor gestreut werden kann, was ein Signal-Rausch-Verhältnis beeinflussen kann.Miniaturized spectrometers with Fabry-Perot interferometers (FPI) usually include spacers in order to be able to arrange an FPI above a detector and to be able to make electrical contact with the detector below the FPI, which, however, can lead to a relatively large overall height in relation to a printed circuit board surface. This can lead to an increased assembly tolerance and require additional steps during assembly and increase the material costs. Such spacers can include additional openings through which unfiltered light can be scattered past the FPI onto the detector, which can influence a signal-to-noise ratio.
In der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft eine Interferometereinrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Interferometereinrichtung nach Anspruch 13.The present invention provides an interferometer device according to
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred further developments are the subject of the subclaims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Interferometereinrichtung anzugeben, welche sich durch eine verbesserte Kontaktierungsmöglichkeit der Interferometer und Detektorelemente auszeichnet, vorteilhaft platzsparend ist und kostengünstig mit wenigen Baukomponenten und wenigen Herstellungsschritten hergestellt werden kann. Es kann mittels weniger Komponenten ein kleinskaliges Bauelement, insbesondere ein Filterelement und/oder Spektrometer, mit geringer Bauhöhe und einer gegen Streulicht abgeschirmten Detektoreinrichtung erzielt werden.The idea on which the present invention is based consists in specifying an interferometer device which is characterized by an improved possibility of contacting the interferometer and detector elements, is advantageously space-saving and can be manufactured inexpensively with a few components and a few manufacturing steps. A small-scale component, in particular a filter element and / or spectrometer, with a low overall height and a detector device shielded from scattered light can be achieved by means of fewer components.
Erfindungsgemäß umfasst die Interferometereinrichtung ein Fabry-Perot-Interferometer, welches zumindest zwei zueinander beabstandete Spiegeleinrichtungen und ein Substrat umfasst, wobei die Spiegeleinrichtungen jeweils parallel über dem Substrat angeordnet sind und zumindest eine der Spiegeleinrichtungen bezüglich dem Substrat beweglich ist; ein Basissubstrat, welches eine Kavität und zumindest eine elektrische Leiterbahn umfasst, wobei das Fabry-Perot-Interferometer auf dem Basissubstrat angeordnet ist und die Kavität überdeckt; und zumindest eine Detektoreinrichtung, welche in der Kavität angeordnet ist und mittels der elektrischen Leiterbahn elektrisch kontaktiert ist.According to the invention, the interferometer device comprises a Fabry-Perot interferometer, which comprises at least two mutually spaced mirror devices and a substrate, the mirror devices each being arranged in parallel above the substrate and at least one of the mirror devices being movable with respect to the substrate; a base substrate which comprises a cavity and at least one electrical conductor track, wherein the Fabry-Perot interferometer is arranged on the base substrate and covers the cavity; and at least one detector device which is arranged in the cavity and is electrically contacted by means of the electrical conductor track.
Die Spiegeleinrichtungen können jeweils zumindest eine hochbrechende Schicht umfassen oder eine niedrigbrechende Schicht zwischen zwei hochbrechenden Schichten, wobei diese Anordnung für eine bestimmte Wellenlänge durchlässig sein können. Je nach Abstand zwischen den beiden Spiegeleinrichtungen kann eine entsprechende Wellenlänge eines Außenlichts in die Kavität transmittiert werden und auf die Detektoreinrichtung(en) treffen. Zumindest eine der Spiegeleinrichtungen kann beispielsweise durch einen Aktor bewegt werden, vorteilhaft im Wesentlichen parallel zur jeweils anderen Spiegeleinrichtung.The mirror devices can each comprise at least one high refractive index layer or a low refractive index layer between two high refractive index layers, it being possible for this arrangement to be transparent to a specific wavelength. Depending on the distance between the two mirror devices, a corresponding wavelength of external light can be transmitted into the cavity and hit the detector device (s). At least one of the mirror devices can be moved, for example, by an actuator, advantageously essentially parallel to the respective other mirror device.
Das Basissubstrat kann als eine Leiterplatte (PCB), vorteilhaft als ein Verdrahtungssubstrat hergestellt sein. Die Kavität im Basissubstrat kann durch eine Ausnehmung in dem Basissubstrat ausgeformt sein und durchdringt dieses vorteilhaft nur teilweise. Die Detektoreinrichtung kann vorteilhaft teilweise oder vollständig versenkt in der Kavität angeordnet sein.The base substrate can be produced as a printed circuit board (PCB), advantageously as a wiring substrate. The cavity in the base substrate can be formed by a recess in the base substrate and advantageously only partially penetrates it. The detector device can advantageously be arranged partially or completely sunk in the cavity.
Durch die erfindungsgemäße Interferometereinrichtung kann ein möglichst kostengünstiges, aber dennoch leistungsfähiges Spektrometer mit einer möglichst geringen Komponentenzahl sowie einer minimalen Anzahl an einfach/kostengünstig auszuführenden Herstellungsschritten und einer dabei möglichst geringen Baugröße erzielt werden, welches sich noch durch einen verringerten oder vollständig unterdrückten Einfall von ungefiltertem Streulicht auf den Detektor auszeichnen kann. Übliche Aufbauten nach dem Stand der Technik benötigen entweder sehr viele (teure) Komponenten oder (teure) Verfahrensschritte oder benötigen große Bauvolumina oder schirmen Streulicht nicht vollständig ab. Die Interferometereinrichtung kann als eine kleinskalige kompakte (Package) Detektoranordnung mit wenigen Komponenten hergestellt werden.With the interferometer device according to the invention, the most cost-effective, yet powerful spectrometer with the lowest possible number of components and a minimum number of simple / inexpensive manufacturing steps and the smallest possible size can be achieved, which is still achieved by a reduced or completely suppressed incidence of unfiltered scattered light can distinguish on the detector. Conventional structures according to the prior art either require a large number of (expensive) components or (expensive) process steps or require large construction volumes or do not completely shield stray light. The interferometer device can be produced as a small-scale, compact (package) detector arrangement with a few components.
Durch die direkte Anordnung des Fabry-Perot-Interferometers auf dem Basissubstrat kann die Bauhöhe der Interferometereinrichtung vorteilhaft verringert werden und es kann auf separate Abstandshalter verzichtet werden, da auch die elektrische Verdrahtung über das Basissubstrat erfolgen kann, beispielsweise mit einem leitenden Kleber und /oder mit Bonddrähten.As a result of the direct arrangement of the Fabry-Perot interferometer on the base substrate, the overall height of the interferometer device can advantageously be reduced and separate spacers can be dispensed with, since the electrical wiring can also be carried out via the base substrate, for example with a conductive adhesive and / or with Bond wires.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung umfasst das Fabry-Perot-Interferometer einen optischen Bereich, welcher zur Filterung und Transmission eines Lichts geeignet ist und wobei der optische Bereich über der Kavität angeordnet ist.According to a preferred embodiment of the interferometer device, the Fabry-Perot interferometer comprises an optical area which is suitable for filtering and transmitting a light and wherein the optical area is arranged above the cavity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung ist die zumindest eine elektrische Leiterbahn im Basissubstrat zumindest teilweise eingebettet und erstreckt sich bis in die Kavität hinein.According to a preferred embodiment of the interferometer device, the at least one electrical conductor track is at least partially embedded in the base substrate and extends into the cavity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung ist die zumindest eine elektrische Leiterbahn auf einer dem Fabry-Perot-Interferometer zugewandten Oberseite des Basissubstrats angeordnet und ein elektrischer Kontakt der Detektoreinrichtung ist mit der elektrischen Leiterbahn über einen Kontaktdraht hergestellt.According to a preferred embodiment of the interferometer device, the at least one electrical conductor track is arranged on an upper side of the base substrate facing the Fabry-Perot interferometer, and electrical contact of the detector device is established with the electrical conductor track via a contact wire.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung umfasst das Substrat über der Kavität eine Ausnehmung, welche die Kavität lateral überragt.According to a preferred embodiment of the interferometer device, the substrate comprises a recess above the cavity, which protrudes laterally beyond the cavity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung umfasst diese zumindest eine erste Detektoreinrichtung und eine zweite Detektoreinrichtung, welche für unterschiedliche Wellenlängenbereiche sensibel sind und in der Kavität übereinander oder nebeneinander angeordnet sind.According to a preferred embodiment of the interferometer device, it comprises at least a first detector device and a second detector device, which are sensitive to different wavelength ranges and are arranged one above the other or next to one another in the cavity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung umfasst die Kavität eine erste Kavität und darin ausgeformt eine zweite Kavität, welche eine lateral geringere Ausdehnung umfasst als die erste Kavität, und wobei die erste und/oder die zweite Detektoreinrichtung in der zweiten Kavität angeordnet ist.According to a preferred embodiment of the interferometer device, the cavity comprises a first cavity and a second cavity formed therein, which has a laterally smaller extent than the first cavity, and wherein the first and / or the second detector device is arranged in the second cavity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung ist die zweite Detektoreinrichtung in der zweiten Kavität angeordnet und die erste Detektoreinrichtung in der ersten Kavität angeordnet, und überspannt die zweite Kavität zumindest teilweise.According to a preferred embodiment of the interferometer device, the second detector device is arranged in the second cavity and the first detector device is arranged in the first cavity, and at least partially spans the second cavity.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung ist ein optisches Element, etwa ein Kantenfilter, in der ersten Kavität angeordnet und über der ersten und/oder zweiten Detektoreinrichtung angeordnet.According to a preferred embodiment of the interferometer device, an optical element, for example an edge filter, is arranged in the first cavity and arranged above the first and / or second detector device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung ist die erste Detektoreinrichtung bei kleineren Wellenlängen sensibel als die zweite Detektoreinrichtung.According to a preferred embodiment of the interferometer device, the first detector device is sensitive to smaller wavelengths than the second detector device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung ist die Kavität zumindest teilweise mit einer reflektierenden Schicht bedeckt.According to a preferred embodiment of the interferometer device, the cavity is at least partially covered with a reflective layer.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Interferometereinrichtung umfasst das Basissubstrat zumindest eine Wärmesenke, welche mit der Detektoreinrichtung und/oder mit dem Fabry-Perot-Interferometer in thermischem Kontakt steht.According to a preferred embodiment of the interferometer device, the base substrate comprises at least one heat sink which is in thermal contact with the detector device and / or with the Fabry-Perot interferometer.
Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer Interferometereinrichtung ein Bereitstellen eines Basissubstrats mit einer Kavität und zumindest einer elektrischen Leiterbahn; ein Anordnen zumindest einer Detektoreinrichtung in der Kavität und elektrisches Kontaktieren der Detektoreinrichtung mit der elektrischen Leiterbahn; und ein Anordnen eines Fabry-Perot-Interferometers, welches zumindest zwei zueinander beabstandete Spiegeleinrichtungen und ein Substrat umfasst, wobei die Spiegeleinrichtungen jeweils parallel über dem Substrat angeordnet sind und zumindest eine der Spiegeleinrichtungen bezüglich dem Substrat beweglich ist.According to the invention, in the method for producing an interferometer device, a base substrate with a cavity and at least one electrical conductor track is provided; arranging at least one detector device in the cavity and electrically contacting the detector device with the electrical conductor track; and arranging a Fabry-Perot interferometer which comprises at least two mirror devices which are spaced apart from one another and a substrate, the mirror devices each being arranged in parallel above the substrate and at least one of the mirror devices being movable with respect to the substrate.
Das Verfahren kann sich vorteilhaft auch durch die bereits in Verbindung mit der Interferometereinrichtung genannten Merkmale und deren Vorteile auszeichnen und umgekehrt.The method can advantageously also be distinguished by the features already mentioned in connection with the interferometer device and their advantages, and vice versa.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Kontaktieren der Detektoreinrichtung mit einem Kontaktdraht.According to a preferred embodiment of the method, the detector device is contacted with a contact wire.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description with reference to the accompanying drawings.
FigurenlisteFigure list
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments specified in the schematic figures of the drawing.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Seitenansicht der Interferometereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
2 eine schematische Draufsicht auf eine Interferometereinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
3 eine schematische Seitenansicht der Interferometereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
4 eine schematische Seitenansicht der Interferometereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; -
5 eine schematische Seitenansicht der Interferometereinrichtung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und -
6 ein schematisches Blockschaltbild von Verfahrensschritten eines Verfahrens gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
-
1 a schematic side view of the interferometer device according to an embodiment of the present invention; -
2 a schematic plan view of an interferometer device according to an embodiment of the present invention; -
3rd a schematic side view of the interferometer device according to a further embodiment of the present invention; -
4th a schematic side view of the interferometer device according to a further embodiment of the present invention; -
5 a schematic side view of the interferometer device according to a further embodiment of the present invention; and -
6th a schematic block diagram of method steps of a method according to an embodiment of the present invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, identical reference symbols denote identical or functionally identical elements.
Die Interferometereinrichtung
Auf einer Oberseite
Das Basissubstrat kann als Leiterplatte, LTCC-Keramiksubstrat (Multilagenkeramik) oder als Premold-Gehäuse (vorgefertigt in Spritzguss) ausgeführt sein.The base substrate can be designed as a printed circuit board, LTCC ceramic substrate (multilayer ceramic) or as a premold housing (prefabricated by injection molding).
Das Fabry-Perot-Interferometer
Von der Leiterbahn
Die Kavität
Das Fabry-Perot-Interferometer
Durch das Überdecken der Kavität
Die Interferometereinrichtung kann als ein mikromechanisches Bauelement, vorteilhaft als Mikrospektrometer ausgeformt sein, wobei auch das Fabry-Perot-Interferometer
Durch die Ausnehmung
Die Verbindung
Der Kontaktdraht
In der
Auf dem Basissubstrat
Das Ausführungsbeispiel der
Die Kavität in dem Basissubstrat
Die zumindest eine elektrische Leiterbahn
Das Basissubstrat
Das Ausführungsbeispiel der
Die zumindest eine elektrische Leiterbahn
Wie in dem linken oberen Bereich der
Die beiden Detektoreinrichtungen
Das Ausführungsbeispiel der
Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Interferometereinrichtung erfolgt ein Bereitstellen
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above on the basis of the preferred exemplary embodiment, it is not restricted thereto, but rather can be modified in many different ways.
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