JP5455239B2 - サンドイッチ構造体を有する熱放射検出用デバイス、このデバイスの製造方法および使用方法 - Google Patents

サンドイッチ構造体を有する熱放射検出用デバイス、このデバイスの製造方法および使用方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5455239B2
JP5455239B2 JP2010509729A JP2010509729A JP5455239B2 JP 5455239 B2 JP5455239 B2 JP 5455239B2 JP 2010509729 A JP2010509729 A JP 2010509729A JP 2010509729 A JP2010509729 A JP 2010509729A JP 5455239 B2 JP5455239 B2 JP 5455239B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
support
detector
cover
circuit
stack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010509729A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010528301A (ja
JP2010528301A5 (ja
Inventor
カルステン ギーベレール
マチアス シライテル
ジョルク ザプフ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pyreos Ltd
Original Assignee
Pyreos Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pyreos Ltd filed Critical Pyreos Ltd
Publication of JP2010528301A publication Critical patent/JP2010528301A/ja
Publication of JP2010528301A5 publication Critical patent/JP2010528301A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5455239B2 publication Critical patent/JP5455239B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02Constructional details
    • G01J5/04Casings
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02Constructional details
    • G01J5/04Casings
    • G01J5/041Mountings in enclosures or in a particular environment
    • G01J5/045Sealings; Vacuum enclosures; Encapsulated packages; Wafer bonding structures; Getter arrangements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/34Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14618Containers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N19/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one thermoelectric or thermomagnetic element covered by groups H10N10/00 - H10N15/00
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Description

本発明は、熱放射を電気信号に変換するための少なくとも1つの熱検出要素を含む熱放射検出用デバイスに関する。このデバイスに加えて、このデバイスの製造方法、およびこのデバイスの使用方法が提供される。
熱放射用検出デバイスが、例えばドイツ特許出願公開第10004216A1号により知られている。このデバイスはパイロ検出器と記載されている。この検出器要素は、集電検出器要素である。これは、2つの電極層を含む層構造体を有し、集電感応材料を有する集電層がその電極層の間に配置されている。この材料は、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)である。この電極は、例えば白金を含み、あるいは熱吸収クロム/ニッケル合金である。熱検出器要素は、シリコンでできた検出器支持体(シリコン・ウェハ)に接続される。検出器要素と検出器支持体の間の電気的および熱的絶縁を行うために、検出器要素と検出器支持体の間に絶縁層が配置される。この絶縁層は、排気された空洞を有し、検出器要素の領域、空洞の支持体層、ならびにこの支持体層および空洞の上のカバーを覆って延びる。支持体層はポリシリコンを含む。カバーは、ボロンリン・シリケート・ガラス(BPSG)でできている。検出器要素によって生成された電気信号を読み出し、処理し、かつ/またはさらに転送するために、読出し回路が検出器支持体に組み込まれる。この読出し回路は、CMOS(相補形金属酸化膜半導体)技術の応用によって生成される。
熱放射検出用の比較可能なデバイスが、ドイツ特許出願公開第19525071A1号により知られている。その熱検出器要素もまた、上記のような集電検出器要素である。この検出器要素は、多層検出器支持体上に配置される。検出器要素は、その電極層の一方で、検出器支持体のシリコン層に付けられる。このシリコン層は、検出器支持体の電気絶縁膜上に配置される。この膜は、例えば三重の層、すなわちSi34/SiO2/Si34を含む。再び、この膜が検出器基板のシリコン基板に付けられる。このシリコン基板は、すべての実際的な用途のために集電検出器要素の面積と一致する面積がある放射窓(検出窓)を有する。この放射窓は、シリコン基板の開口である。そのために、基板の支持体材料(シリコン)は膜に至るまで除去される。熱放射は、放射窓を通って検出器要素に達し、評価できる電気信号をそこで生成する。その点に関し、膜は、熱放射を伝達する適切な手段を提供することが顕著である。検出器要素に対して横にずれたシリコン層内に、電気信号の読出し回路が集積化される。検出器支持体はまた、読出し回路の回路支持体としても機能する。
既知の検出器の場合では、いくつかの検出器要素が設けられることがある(検出器アレイ)。そうした状況では、検出器要素のそれぞれからの電気信号が別々に読み出されることになる。通常、検出器要素それぞれの電極層との電気的接触は、ボンディング・ワイヤによって行われる。しかし、このことは、検出器要素の配線にかなりのスペースが必要とされ、その結果、検出器要素の集積密度(検出器支持体の単位面積当たりの検出器要素の数)が限定され相対的に低くなることを意味する。
ドイツ特許出願公開第10004216A1号 ドイツ特許出願公開第19525071A1号
本発明の目的は、従来技術と比較してスペース要求が少ない熱放射検出用小型デバイスを明示することである。
この課題を解決するための熱放射検出用デバイスを説明する。このデバイスは、熱放射を電気信号に変換する少なくとも1つの熱検出器要素付きの少なくとも1つの検出器支持体を有するスタックと、電気信号を読み出すための少なくとも1つの読出し回路を有する少なくとも1つの回路支持体と、検出器要素を遮蔽するための少なくとも1つのカバーとを、検出器支持体およびカバーが、検出器支持体の検出器要素とカバーの間に検出器支持体およびカバーと境界を接する少なくとも1つの第1のスタック空洞が設けられるように互いに配置され、回路支持体および検出器支持体が、検出器支持体と回路支持体の間に回路支持体および検出器支持体と境界を接する少なくとも1つの第2のスタック空洞が設けられるように互いに配置され、第1のスタック空洞および/または第2のスタック空洞が排気され、または排気することができるように、備える。
さらに、この課題を解決するための、以下の手順ステップを用いて熱放射検出用デバイスを製造する方法を説明する。a)熱放射を電気信号に変換するための少なくとも1つの熱検出器要素付きの少なくとも1つの検出器支持体を用意し、電気信号を読み出すための少なくとも1つの読出し回路を有する回路支持体を用意し、検出器要素を遮蔽するための少なくとも1つのカバーを用意し、b)検出器支持体と回路支持体とカバーとを、検出器支持体が回路支持体とカバーの間に配置され、検出器支持体の検出器要素とカバーの間に検出器支持体およびカバーと境界を接する少なくとも1つの第1の中空スタック場所が設けられ、回路支持体および検出器支持体が、検出器支持体と回路支持体の間に回路支持体および検出器支持体と境界を接する少なくとも1つの第2の中空スタック場所を設けるように互いに配置され、かつ第1のスタック空洞および/または第2のスタック空洞が排気され、または排気することができるように、一緒に堅固に結び付けてスタックを形成する。
本発明によれば、検出器支持体、回路支持体およびカバーを含む小型で省スペースの「サンドイッチ」構造体を実現することができる。検出器要素は、有害な環境の影響からカバーによって保護される。このような環境の影響には、例えばほこり、湿潤空気、または腐食性化学物質があり、これらは検出器要素の構成要素を腐食し、あるいは検出器要素の機能に悪影響を及ぼす。その評価回路は、例えばCMOS技術によって、回路支持体内に直接集積することができる。回路支持体が、検出器要素と接続するリード線を1本だけしか提供しないことも考えられる。このワイヤは検出器要素を、内部ASIC(Applied Specific Integrated Circuit、またはapplication−specific integrated circuit(特定用途向け集積回路))、または外部ASICと電気的に接続する。外部ASICはボンディングすることができる。外部ASICとの接触が「フリップチップ」技術(下記参照)を用いて行われるならば有利である。スタック空洞は、検出器要素が極めて確実に回路支持体およびカバーから熱的に分離されるようにする。
検出されるべき熱放射は、1μmよりも長い波長を有する。この波長は、5〜15μmの範囲から選択されることが好ましい。熱検出器要素は、例えばゼーベック効果に基づく。熱検出器要素は集電検出器要素が好ましい。最初に説明したように、集電検出器要素は、集電感応材料を備えた集電層を、どちらかの面に電極材料を付けて含む。集電感応材料は、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO3)またはジルコン酸鉛などのセラミックである。考えられる代替物として、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などの強誘電性ポリマーがある。電極層の電極材料は、例えば白金または白金合金とすることができる。クロム−ニッケル電極もまた、それが導電性酸化物の電極であるので考えられる。一般に、検出器要素は、縁部の長さが25μm〜200μmである長方形の領域を有する。
熱放射を検出するのに用いられる作用とは関係なく、すべての場合で熱放射が、関連した作用を取り除く検出器要素を形成している熱感応材料によって、吸収される必要がある。この吸収は、熱感応材料によって直接行われる。しかし、熱放射が検出器要素の電極または電極層によって吸収されることも考えられる。さらに、熱放射が検出器要素に直近の吸収物によって吸収され、その後、このようにして捕捉された熱量が対流または伝導によって熱感応材料まで移されることもまたありうる。この吸収物はエネルギー伝達器として働く。
例えば、吸収物は、コーティングの形で検出器要素に直接塗布される。
熱放射検出用デバイス内のスタックは、熱放射が検出器要素に直接当たるように設計されることが好ましい。それを考慮して、特定の一実施形態では、検出器支持体、回路支持体および/またはカバーは、熱放射が検出器要素に照射することができるように、熱放射に対し適切な伝達性能を備えた少なくとも1つの放射窓を有する。この放射窓は、カバー、検出器支持体、および/または回路支持体に組み込まれる。検出器要素と放射窓は、検出器要素の照射が、検出器支持体に対し後ろ向きにされた検出器要素の前面で行われ(前面放射)、かつ/または検出器要素の方に向けられた検出器要素の後面から行われるように(後面照射)、互いに配置される。放射窓は、検出器要素の方向に特別な伝達能力を有する。その伝達率は可能な限り高く、例えば、少なくとも50%、具体的には70%からほぼ95%に達する。好ましい任意の材料を検出器支持体、回路支持体またはカバー用に使用することができる。半導体材料で、例えば元素のゲルマニウム、または異なる半導体化合物は、電気回路または構成要素の集積化の可能性があるので特に適している。特定の一実施形態によれば、回路支持体および/またはカバーはシリコンを含む。それぞれの場合で、シリコン基板がカバー、回路支持体、および検出器支持体として使用される。CMOS技術を使用して、選択された構造および機能を基板に組み込むことができる。シリコンは熱放射に対する吸収係数が低いので、さらに放射窓も非常に容易にシリコン基板に組み込むことができる。すなわちシリコン基板自体が放射窓を形成する。対応する機能をシリコン基板内に適切に配置することによって、熱放射が検出器要素に当たることが、妨げられないで、すなわち影がない状態で可能になる。
伝達性能は、放射窓がつくられる材料の吸収係数だけでは決まらない。別の決定要因は、放射窓の厚さである。放射窓が、検出器支持体または回路支持体の薄くした領域を形成するならば有利である。特定の一実施形態では、検出器要素は、回路支持体の開口またはカバーの開口に対向するように配置される。回路支持体の開口もカバーの開口も、回路支持体またはカバーの厚さが相対的に薄い領域内にある。これらの領域では、回路支持体およびカバーは、例えば材料の除去により厚さが低減している。これらの開口は、回路支持体またはカバーに組み込まれた放射窓を形成し、この窓を通って熱放射が検出器要素に当たる。検出器要素は、それぞれの開口からいくらか遠ざけることが好ましい。カバーの開口は、検出器要素とカバーの間の第1のスタック空洞の構成要素部である。回路支持体の開口は、検出器支持体と回路支持体の間の第2のスタック空洞の構成要素部である。
特定の一実施形態では、検出器支持体と回路支持体、および/または検出器支持体とカバーは、恒久材接合部、特に密閉形恒久材接合部によって一緒になるように堅固に結合される。検出器支持体と回路支持体の堅固な接合、および/または検出器支持体とカバーの堅固な接合を実現するために、恒久材接合部が製作される。この恒久材接合部は、排気することができるスタック空洞が形成されるように設計される。スタック空洞内に見出されるスタックの構成要素、例えば検出器要素は、密閉恒久材接合部によって環境から保護される。周囲の環境との物質の交換が起こる可能性はない。これによりデバイスは、侵略的な環境中で使用できるようになる。密閉恒久材接合部の故に、スタック空洞は排気することができる。これにより、検出される熱放射に対する感度が高まる。
検出器支持体とカバーの間、および検出器支持体と回路支持体の間の各恒久材接合部は、連続して、または同時に作製することができる。それぞれの恒久材接合部は、任意の好ましい材料、例えば接着剤で形成することができる。恒久材接合部を所定の場所に入れるのと同時に、検出器要素の電極層と読出し回路の間に導電接続部を挿入することが特に有利である。そのために、特定の一実施形態では、恒久材接合部は導電材料を有する。これは、特に、回路支持体と検出器支持体と回路支持体の間の恒久材接合部に関連する。しかし、導電機能を有する恒久材接合部は、それがカバーと検出器要素の間に配置された場合、検出器要素の配線構成要素がカバー内に組み込まれるならば、有利なことがある。
恒久材接合部の製作のためにあるのが、いわゆる「フリップチップ」技術である。これによって、構築および接続の技術に関連するアセンブリ方法(AVT)が理解され、何にもましてエレクトロニクスの分野で、ハウジングのない形態の半導体マイクロチップまたは集積回路とで接点を製作するのに効果的であることが実証されている。フリップチップ技術を用いて、接続ワイヤが全くないチップが、活性接触面を下方(回路支持体)に向けて基板上に直接実装される。恒久的な固定は、導電材料でできたいわゆる「バンプ」を用いて行われる。このため、リード長が非常に短かくなる。これは本発明で使用され、小型アセンブリということになる。さらに、リード長が非常に短かい結果、読み出されるべき電気信号に干渉する、望ましくない分散誘導および分散容量の影響が最小限まで低減される。この影響が、相対的に少数の検出器要素が接続されるべき場合に特に有利に作用する。さらに、フリップチップ技術の助けにより、いくつかの電気接続を同時に行うことができ、その結果、コストおよび時間が極めて大幅に節減されることになる。
「フリップチップ」技術を実施し、結果として恒久材接合部の製作を実施するのに別の技法を用いることもできる。特定の一実施形態では、接着、ハンダおよび/またはボンディングの各方法を含む群のうちの1つを選択して使用することができる。その場合、接着接合または共晶接合の両方が考えられる。ハンダ付けの場合では、ハンダ・バンプ(ハンダ球)が、支持体フィーチャの一方または両方、あるいは一緒に結合されるべきデバイスの構成要素に付けられる。列記したこれらの方法は、接着と比べて好ましい。というのは、接着が使用された場合には有機物質(溶剤、接着材料など)のガス放出が起こりうるからである。特に空洞の排気に関連して、これは念頭においておくべき要素である。それでもやはり、接着剤の使用に頼ることが必要、あるいは有利なこともある。
接着剤を使用する場合は、いくつかの異なるオプションが利用可能である。すなわち接着は、導電性ではない接着剤を使用することによって行うことができる。その場合、バンプは、適切な支持体フィーチャの接触領域に付けられる。バンプは、例えばアルミニウムまたは金を含む。接着剤の層が支持体に付けられた後、適切な要素が接着剤層の上に配置される。それが乾燥すると、接着剤が収縮して電気接点を形成する。
別法として、異方性導電接着剤を使用することもできる。異方性導電接着剤は、導電性粒子の含有量が少ない非導電接着剤を含む接合材料である。この異方性導電接着剤は、支持体フィーチャの接触領域の上に配置される。導電性粒子は、その含有量が少ないために、接着剤が塗布された後では互いに接触しない。導電接触は行われない。対象物が所定の場所に配置されると、その非導電接着剤が、支持体フィーチャの接触領域と塗布物の接触領域との間の粒子が一緒になるまで圧縮され、それによって、これらの接触領域の間に導電結合部が生成される。
この方法の特定の一実施形態によれば、堅固な付着が行われる間、かつ/または行われた後に第1のスタック空洞および/または第2のスタック空洞が排気される。例えば、スタックの各構成要素部の間の恒久材接合部の製作が、真空のもとで行われる。恒久材接合部が形成されるときに、関連するスタック空洞が排気される。空洞スタックがまず形成され、次いで引き続き排気されることもまた考えられる。ここで、各スタック空洞は1つずつ、または同時に排気できることにも注意されたい。同時排気の場合では、各スタック空洞は、等圧の状態のもとで接続することができる。これは、両スタック空洞内に同じ圧力が存在することを意味する。
デバイスは、単一の検出器要素を有することができる。しかし、デバイスが、存在記録装置として、または特に熱感応カメラとして使用されることを考慮すると、複数の検出器要素が設けられることが望ましく、また必要でさえある。したがって、特定の一実施形態では、複数の検出器要素を備えた少なくとも1つのアレイが用意される。これは、1つの検出器要素がアレイ内の1つのピクセルであることを意味する。この検出器アレイは、例えば、検出器要素の縦の段になった配列および/または直線的な配列によって特徴付けられる。直線的なまたは縦の段になった配列の場合では、検出器要素は、特定の方向に1次元で分布する。縦の段になった配列と直線的な配列の場合では、その分布は2次元的なものになる。その検出器アレイは、例えば240×320の個別要素を含む。これは、比較的低い解像度規格のQVGAに対応する。検出器要素の領域型分布を選択することもまた考えられる。放射窓は、各検出器要素ごとに設けることができる。しかし、デバイスがいくつかの検出器要素またはすべての検出器要素に対して単一の放射窓を有すれば有利である。こうすると、デバイスの製造を簡単にすることができる。
別の実施形態によれば、このデバイスはケーシング・フィーチャを有する。スタックは、ケーシング内に配置される。このケーシングは、有害な環境の影響、例えば湿気から、また機械的損傷からもスタックおよびその構成要素部品を保護する。ここで保証されるべき1つの要点は、検出器要素の上にくる放射にケーシングが悪影響を及ぼさないことである。そのために、熱放射の高い伝達率を可能にする放射窓がケーシングに組み込まれる。
ケーシングは、任意の選択された材料でできたハウジングを含むことができる。このハウジングは、キャスティング・コンパウンドであることが好ましい。このケーシングを得るために、射出成形法または成形法の群のうちの1つを用いることができる。これらの方法は、コストの理由で特に有利である。この方法は、架橋していない、または部分的に架橋した合成材料をスタックに加えることを含む。次に、この合成材料は熱誘導され、あるいは紫外光に露光することによって硬化される。放射窓を組み込むために、例えばマスクが使用され、これは、合成材料が所定の場所に置かれてから、またはその材料が硬化された後に除去される。これは、例えば、ばね留め挿入物を装着した移動金型を使用して実施される。熱放射に対し高い伝達率を有し、合成材料が所定の場所に置かれて硬化された後にケーシング内に残る材料から製作された放射窓を使用することもまた考えられる。
説明した方法は、熱放射検出用の単一デバイスを製造するのに用いることができる。しかし、複数のデバイスが同時に並行して製造されるならば有利である。こうした製造は有効である。したがって、特定の一実施形態では、熱放射検出用のいくつかのデバイスがウェハ・レベルで製造される。製造が完了したときに、デバイス、またはデバイスのスタックが分離される。3つの支持体フィーチャ、すなわち検出器支持体、回路支持体、およびカバーは、適切な構成要素および機能をそれぞれが有するウェハとして、特にシリコン・ウェハとして、サンドイッチ構造の形で上記のように一緒にされる。各スタックは、ケーシングを付けた後、または好ましくは付ける前に、互いに分離される。この分離または分割は、例えば鋸引き、腐食、または同様な方法によって行われる。分離が完了すると、ケーシングがデバイスの各スタックに付けられる。
本発明の別の態様によれば、このデバイスは、動き報知器、存在報知器として、かつ/または熱画像カメラとして使用される。動き報知器では、単一の検出器要素を備えたデバイスが適切なことがある。存在報知器では、デバイスに複数の検出器要素が装着されることがある。熱画像カメラでは、デバイスは、多数の検出器要素、例えば(QVGA規格に適合するのに)240×320の検出器要素を必要とする。これは、簡単で省スペースの配線技法を検出器要素に用いることによって実現することができる。
要約すると、本発明について以下の利点を特定することができる。
・熱放射検出用デバイスが小型である。
・サンドイッチ構造により、いくつかの検出器要素を省スペースで接続することができる。
・検出器要素の電極と、その割り当てられた読取り回路または読取り要素との間の電気リード線が短かい。検出器要素の検出能力に影響を及ぼす干渉を招く誘導性および容量性効果が、ボンディングされたワイヤと比べて明らかに低減される。
・接触を行う方法によって、高度の並行化を製造作業に導入することが可能である。
・密閉恒久材接合部により、排気することができてデバイスの感度を改善し検出器要素を保護することになる空洞へのアクセスが簡単である。
例示的な実施形態および添付の図を参照して、熱放射検出用デバイスを提示する。図は概略的なものであり、原寸に比例していない。
熱放射検出用デバイスの断面図である。 図1に示された熱放射検出用デバイスの、断面B−Bに沿ってカバーの方を見た図である。 図1の熱放射検出用デバイスの、断面A−Aに沿って検出器支持体の方を見た図である。 図1の熱放射検出用デバイスの、断面A−Aに沿って回路支持体の方を見た図である。 検出器支持体上の検出器要素を示す断面図である。
熱放射の検出用デバイス1は、熱放射を電気信号に変換するための検出器要素111からなる検出器アレイ110付きの検出器支持体11を備えたスタック10と、電気信号を読み出すための読出し回路121付きの回路支持体12と、検出器要素を遮蔽するための少なくとも1つのカバー13とを、検出器支持体およびカバーが、検出器支持体の検出器要素とカバーの間に検出器支持体およびカバーと境界を接する第1のスタック空洞14がスタック内で検出器支持体の検出器要素とカバーの間にあるように互いに配置され、回路支持体および検出器支持体が、検出器支持体と回路支持体の間に検出器支持体および回路支持体と境界を接する少なくとも1つの第2のスタック空洞15があり、第1のスタック空洞および/または第2のスタック空洞が排気されるように、有する。
検出器要素は、2つの電極層112と、電極層の間に配置された集電層113とを有する薄い層構造体の集電検出器要素である(図3)。集電層は、集電感応性の約1μm厚のPZTの層である。電極層は、白金および約20nm厚のクロムニッケル合金でできている。
読出し回路は、ASICの形態で回路支持体上に配置される読出し要素122を有する。図示していない実施形態によれば、読出し要素は、回路支持体に組み込まれる。
検出器支持体、回路支持体およびカバーはシリコン基板である。検出器要素は、回路支持体の開口124に対向する第2のスタック空洞内に配置される。回路支持体の開口の領域内に共通放射窓17が配置され、この窓を通して放射が検出器要素に当たる。放射は前面から通過する。図示していない一代替実施形態によれば、放射は後面から現れる。そのため、適切な放射窓がカバーにも検出器支持体にも設けられる。
カバー1の開口131が設けられる。しかし、このカバー開口は、図1に見える点線で示したように、必ずしも必要ではない。
検出器支持体とカバーも、検出器支持体と回路支持体も、すべて密閉恒久材接合部16によって一緒になるように堅固に接合される。第1の実施形態によれば、恒久材接合部はハンダ材料を含む。別法として、恒久材接合部はボンディングによって生成される。各支持体(シリコン基板)は、接着剤によって一緒になるように結合される。
電気接続部123が恒久材接合部によって、回路支持体と検出器支持体の間に作製されるべき検出器要素に用意される。検出器要素からの電気信号は、配線または読出し回路から読み出される。別法として、配線はフリップチップによって生成される。
恒久材接合部の製作中に、生成される空洞中に負圧が発生するように真空が加えられる。スタック内の空洞は、それらが形成される間に排気される。別法として、スタック内の空洞は、恒久材接合部が生成された後に排気される。
スタックが生成されると、それにケーシング20が設けられる。非架橋合成材料が、射出成形技法によってスタックに塗布され、その後それが架橋する。別法として、成形技法を用いることができる。その場合、カバー内の放射窓が空いたままであること、すなわち窓が覆い尽くされていないことを保証するように注意しなければならない。
このデバイスを製造するために、検出器アレイを有する検出器支持体、読出し回路を有する回路支持体、およびカバーが準備され、一緒になるように上記と同様に堅固に接続される。製造の次の段階がウェハ・レベルで実施される。シリコン・ウェハには、いくつかの適切な機能(検出器アレイ、読出し回路、カバー開口)が設けられる。検出器支持体、回路支持体、およびカバーは、ウェハ・レベルで準備される。これら機能化された各シリコン・ウェハは、一緒になるように上記と同様に堅固に接続される。いくつかの個別スタックを含むウェハ・スタックが生成される。接続作業が終了した後、各個別スタックは、ウェハ・スタックを鋸引きすることによって分離され、次に、それらのそれぞれにケーシングが設けられる。
このデバイスには、動き検出器または存在検出器での応用が見出される。熱画像カメラに応用する場合には、複数のスタックが用意され、あるいはそれぞれのデバイスが1つのスタックを有する複数のデバイスが用意される。

Claims (10)

  1. 熱放射を検出するデバイス(1)であって、
    前記熱放射を電気信号に変換するための検出器要素(111)を有する少なくとも1つの検出器支持体(11)と、
    前記電気信号を読み出すための少なくとも1つの読出し回路(121、122)がCMOS技術によって直接集積された少なくとも1つの回路支持体(12)と、
    前記検出器要素を遮蔽するための少なくとも1つのカバー(13)とを有するスタック(10)を備え、
    カバー(13)、回路支持体(12)及び検出器支持体(11)としてそれぞれシリコン基板が用いられ、
    前記検出器支持体が前記回路支持体と前記カバーの間に配置され、前記スタック(10)は、前記検出器支持体(11)と前記回路支持体(12)と前記カバー(13)とからなるサンドイッチ構造を有し、
    スタック(10)は、各層が平らで、且つ、互いに離間して積層されて成り、
    前記検出器支持体および前記カバーが、前記検出器支持体の前記検出器要素と前記カバーの間に前記検出器支持体および前記カバーと境界を接する少なくとも1つの第1のスタック空洞(14)が設けられるように互いに配置され、
    前記回路支持体および前記検出器支持体が、前記検出器支持体と前記回路支持体の間に前記回路支持体および前記検出器支持体と境界を接する少なくとも1つの2のスタック空洞(15)が設けられるように互いに配置され、
    前記回路支持体と前記検出器支持体、および、前記回路支持体と前記カバーそれぞれ、導電材料を含む密閉用の恒久材接合部(16)によって、前記第1のスタック空洞及び前記第2のスタック空洞が形成されるように堅固に接合されると共に、該恒久材接合部によって前記読出し回路と前記検出器要素との間に電気接続部が形成され、前記第1のスタック空洞及び第2のスタック空洞は排気される、デバイス。
  2. 前記検出器支持体、前記回路支持体、および/または前記カバーが、前記熱放射を前記検出器要素に照射するための前記熱放射の特定の伝達機能がある少なくとも1つの輻射窓(17)を有する、請求項1に記載のデバイス。
  3. 前記検出器要素が、前記回路支持体の開口(124)に対向して、または前記カバーの開口(131)に対向して配置される、請求項1または2に記載のデバイス。
  4. 複数の検出器要素を有する少なくとも1つの検出器アレイ(110)が設けられる、請求項1からのいずれかに記載のデバイス。
  5. 請求項1〜請求項のいずれかに記載の熱放射検出用デバイスを製造する方法であって、以下の
    a)熱放射を電気信号に変換するための少なくとも1つの熱検出器要素(111)付きの少なくとも1つの検出器支持体(11)を用意し、
    前記電気信号を読み出すための少なくとも1つの読出し回路(121、122)付きの少なくとも1つの回路支持体(12)を、当該回路支持体(12)に前記読み出し回路(121、122)をCMOS技術によって直接集積して用意し、かつ
    前記検出器要素を遮蔽するための少なくとも1つのカバー(13)を用意し、
    その際、前記カバー(13)、前記回路支持体(12)及び前記検出器支持体(11)としてそれぞれシリコン基板を用いる手順ステップと、
    b)前記検出器支持体と前記回路支持体と前記カバーとを堅固に接合してスタック(10)を形成する手順ステップとを含み、
    前記スタック(10)は、前記検出器支持体(11)と前記回路支持体(12)と前記カバー(13)とからなるサンドイッチ構造を有し、
    前記検出器支持体が前記回路支持体と前記カバーの間に配置され、
    前記検出器支持体および前記カバーが、前記検出器支持体の前記検出器要素と前記カバーの間に前記検出器支持体および前記カバーと境界を接する第1のスタック空洞(14)が設けられるように互いに配置され、
    前記回路支持体および前記検出器支持体が、前記回路支持体と前記検出器支持体の間に前記回路支持体および前記検出器支持体と境界を接する少なくとも1つの第2のスタック空洞(15)が設けられるように互いに配置され、
    導電材料を含む密閉用の恒久材接合部(16)が、前記検出器支持体と前記カバー、及び、前記回路支持体と前記検出器支持体を堅固に接合すると共に、前記第2のスタック空洞を形成するために生成され、
    前記読出し回路と前記検出器要素との間に、前記恒久材接合部によって電気接続部が形成され、
    前記第1のスタック空洞、及び、前記第2のスタック空洞が排気される、方法。
  6. 恒久材接合部を製作するための方法が、接着、ハンダ付けおよび/または接合の技術を含む群から選択される、請求項に記載の方法。
  7. ケーシング(20)が前記スタックの周りに配置される、請求項5または6に記載の方法。
  8. 前記ケーシング(20)を配置するための方法が、射出成形または成形を含む群から選択される、請求項に記載の方法。
  9. いくつかの熱放射検出用デバイスがウェハ・レベルで製造され、その製造が完了したときに個別デバイスが互いに分離される、請求項からのいずれかに記載の方法。
  10. 請求項1からの一項によるデバイスの動き検出器、存在検出器および/または熱画像カメラとしての使用。
JP2010509729A 2007-05-29 2008-05-28 サンドイッチ構造体を有する熱放射検出用デバイス、このデバイスの製造方法および使用方法 Expired - Fee Related JP5455239B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007024903A DE102007024903B4 (de) 2007-05-29 2007-05-29 Vorrichtung mit Sandwichstruktur zur Detektion von Wärmestrahlung, Verfahren zum Herstellen und Verwendung der Vorrichtung
DE102007024903.0 2007-05-29
PCT/EP2008/004247 WO2008145354A1 (de) 2007-05-29 2008-05-28 Vorrichtung mit sandwichtstruktur zur detektion von wärmestrahlung, verfahren zum herstellen und verwendung der vorrichtung

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2010528301A JP2010528301A (ja) 2010-08-19
JP2010528301A5 JP2010528301A5 (ja) 2011-07-14
JP5455239B2 true JP5455239B2 (ja) 2014-03-26

Family

ID=39627771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010509729A Expired - Fee Related JP5455239B2 (ja) 2007-05-29 2008-05-28 サンドイッチ構造体を有する熱放射検出用デバイス、このデバイスの製造方法および使用方法

Country Status (10)

Country Link
US (1) US8487257B2 (ja)
EP (1) EP2153188B1 (ja)
JP (1) JP5455239B2 (ja)
KR (1) KR101496673B1 (ja)
CN (1) CN101688811B (ja)
AU (1) AU2008256414A1 (ja)
BR (1) BRPI0812098B1 (ja)
DE (1) DE102007024903B4 (ja)
RU (1) RU2465685C2 (ja)
WO (1) WO2008145354A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007062688B3 (de) * 2007-12-17 2009-02-05 Pyreos Ltd. Vorrichtung mit einer abgeschirmten Sandwichstruktur zur Detektion von Wärmestrahlung und Verwendung der Vorrichtung
DE102009013336A1 (de) * 2009-03-16 2010-09-23 Perkinelmer Optoelectronics Gmbh & Co.Kg Pyroelektrisches Material, Strahlungssensor, Verfahren zur Herstellung eines Strahlungssensors und Verwendung von Lithiumtantalat und Lithiumniobat
US9118132B2 (en) * 2011-09-08 2015-08-25 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Vacuum compatible high-density electrical interconnect system
DE102012216618A1 (de) * 2012-09-18 2014-03-20 Robert Bosch Gmbh Anordnung von mindestens zwei Wafern zum Detektieren von elektromagnetischer Strahlung und Verfahren zum Herstellen der Anordnung
DE102015208701A1 (de) * 2015-05-11 2016-11-17 Infratec Gmbh Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung mehrerer unterschiedlicher Stoffe und/oder Stoffkonzentrationen
FR3080705B1 (fr) * 2018-04-27 2020-10-30 Tn Int Emballage de transport et/ou d'entreposage de matieres radioactives permettant une fabrication facilitee ainsi qu'une amelioration de la conduction thermique

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0219725A (ja) * 1988-07-07 1990-01-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 焦電形赤外検出素子アレイ、焦電形赤外検出器およびそれらの製法
AU631734B2 (en) 1990-04-18 1992-12-03 Terumo Kabushiki Kaisha Infrared ray sensor and method of manufacturing the same
EP0566156B1 (en) 1992-04-17 1997-08-27 Terumo Kabushiki Kaisha Infrared sensor and method for production thereof
JP3181363B2 (ja) * 1992-04-17 2001-07-03 テルモ株式会社 赤外線センサおよびその製造方法
DE19525071A1 (de) 1995-07-10 1997-01-16 Siemens Ag Pyroelektrisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung
US5729019A (en) 1995-12-29 1998-03-17 Honeywell Inc. Split field-of-view uncooled infrared sensor
US5962854A (en) * 1996-06-12 1999-10-05 Ishizuka Electronics Corporation Infrared sensor and infrared detector
JP2000298063A (ja) * 1999-04-14 2000-10-24 Tdk Corp 赤外線検出器
DE19932308C2 (de) 1999-07-10 2001-10-25 Bosch Gmbh Robert Sensor, insbesondere Thermosensor
JP2001174324A (ja) 1999-12-17 2001-06-29 Tdk Corp 赤外線検出器および赤外線検出装置
DE10004216C2 (de) 2000-02-01 2002-09-19 Siemens Ag Vorrichtung zur Detektion von Wärmestrahlung und Verwendung der Vorrichtung
RU2180098C2 (ru) * 2000-02-29 2002-02-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" Устройство определения интенсивности инфракрасного облучения
DE10058861A1 (de) * 2000-11-27 2002-06-13 Siemens Ag Infrarotsensor für hochauflösende Infrarot-Detektoranordnungen und Verfahren zu seiner Herstellung
US6890834B2 (en) 2001-06-11 2005-05-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electronic device and method for manufacturing the same
JP3519720B2 (ja) * 2001-06-11 2004-04-19 松下電器産業株式会社 電子デバイス
WO2004015764A2 (en) * 2002-08-08 2004-02-19 Leedy Glenn J Vertical system integration
DE102004020685B3 (de) * 2004-04-28 2005-09-01 Robert Bosch Gmbh Infrarotsensor mit Getterschicht
JP4385255B2 (ja) * 2004-06-10 2009-12-16 日本電気株式会社 ボロメータ型赤外線検出器及び残像の低減方法
US7204737B2 (en) 2004-09-23 2007-04-17 Temic Automotive Of North America, Inc. Hermetically sealed microdevice with getter shield
US7994599B2 (en) * 2005-06-27 2011-08-09 Meas Deutschland Gmbh Device for the detection of electromagnetic waves and method for producing such a device

Also Published As

Publication number Publication date
US8487257B2 (en) 2013-07-16
RU2465685C2 (ru) 2012-10-27
CN101688811A (zh) 2010-03-31
EP2153188B1 (de) 2012-05-16
KR20100023008A (ko) 2010-03-03
BRPI0812098A2 (pt) 2014-11-25
DE102007024903B4 (de) 2009-05-07
DE102007024903A1 (de) 2008-12-11
RU2009144002A (ru) 2011-07-10
JP2010528301A (ja) 2010-08-19
WO2008145354A1 (de) 2008-12-04
BRPI0812098B1 (pt) 2018-06-19
US20100264311A1 (en) 2010-10-21
KR101496673B1 (ko) 2015-02-27
CN101688811B (zh) 2013-10-23
EP2153188A1 (de) 2010-02-17
AU2008256414A1 (en) 2008-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7045430B2 (ja) ウェハレベルパッケージ内の熱赤外線センサアレイ
KR101612400B1 (ko) 막 구조물을 갖춘 열 복사 검출 장치, 그 장치의 제조 방법 및 용도
JP5455239B2 (ja) サンドイッチ構造体を有する熱放射検出用デバイス、このデバイスの製造方法および使用方法
US20030122137A1 (en) Optical device and method of manufacturing the same, optical module, circuit board, and electronic instrument
WO2007052796A1 (ja) 光学装置用モジュール、光学装置用モジュールの製造方法、及び、構造体
JP2013021031A (ja) 固体撮像装置、電子機器
JP2011174762A (ja) 赤外線センサモジュール
CN108225576B (zh) 一种红外探测器及其制造方法
JP6225564B2 (ja) 赤外線センサモジュール
JP5389045B2 (ja) 遮蔽されたサンドイッチ構造を有する熱放射の検知用素子とその使用
JP2011174763A (ja) 赤外線検出器
JP2004282227A (ja) 光モジュール及びその製造方法並びに電子機器
JPH06509912A (ja) 電子部品およびそのパッケージ内への装着方法
TW541413B (en) Two-layer thermo-electric stack sensor device
JP2011252724A (ja) 赤外線センサおよびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110524

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110524

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120518

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120529

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120828

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130122

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20130520

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20130523

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130701

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131101

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20131111

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131202

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140106

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5455239

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees