TWM624413U - 浮橋結構及紅外線感測裝置 - Google Patents

浮橋結構及紅外線感測裝置 Download PDF

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Abstract

一種浮橋結構包括基板、浮橋層以及至少一支架。浮橋層位於基板上，且實質上平行於基板的上表面。支架在一垂直面由基板延伸至浮橋層，其中垂直面實質上垂直於基板的上表面。

Description

浮橋結構及紅外線感測裝置
本揭露是有關於一種浮橋結構及包括所述浮橋結構的紅外線感測裝置。
一般而言，非製冷型紅外線感測裝置可將目標物因黑體輻射而發射出的遠紅外線輻射轉換為電訊號，以對目標物進行相應的感測。然而，隨著像素尺寸越做越小，目前的非製冷型紅外線感測裝置常存在著感測單元之吸光面積過小的問題，導致收集紅外線能力下降。基於上述，如何提升紅外線感測裝置中單一感測單元的有效吸光面積，並同時保留紅外線感測裝置中感測單元之支架的高絕熱與低電阻特性，實為本領域人員積極研究的重要課題。
根據本揭露一些實施方式，一種浮橋結構包括基板、浮橋層以及至少一支架。浮橋層位於基板上，且實質上平行於基板的上表面。支架在一垂直面由基板延伸至浮橋層，其中垂直面實質上垂直於基板的上表面。
在本揭露一些實施方式中，支架由基板的側壁延伸至浮橋層的側壁。
在本揭露一些實施方式中，支架具有至少一彎折處。
在本揭露一些實施方式中，支架的數量為兩個，且兩支架相對設置。
在本揭露一些實施方式中，當支架在垂直面上的延伸長度介於20微米至100微米之間時，支架的截面積介於1 平方微米至15平方微米之間。
在本揭露一些實施方式中，支架與浮橋層是一體成型的。
根據本揭露一些實施方式，一種紅外線感測裝置包括前述浮橋結構、至少一吸光層及至少一熱敏電阻層。吸光層及熱敏電阻層疊設於浮橋結構上。
在本揭露一些實施方式中，浮橋層與基板之間的垂直距離介於紅外線的波長的0.2倍至0.3倍。
在本揭露一些實施方式中，吸光層及熱敏電阻層各自的數量為複數個，且吸光層與熱敏電阻層交替疊設。
在本揭露一些實施方式中，浮橋層垂直投影至基板的面積等於紅外線感測裝置的一有效吸光面積。
根據本揭露上述實施方式，由於本揭露的浮橋結構具有經特殊空間設計的支架，因此可提升紅外線感測裝置的有效吸光面積。詳細而言，由於支架是設置於基板與浮橋層之間，因此其不會占用浮橋層的延伸空間，進而提升有效吸光面積並提升感測能力。另一方面，由於支架所位於的平面與浮橋層所位於的平面相互垂直，因此可提供較穩定的支撐性，以使浮橋結構整體較為穩固。
以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式，為明確地說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的，因此不應用以限制本揭露。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。另外，為了便於讀者觀看，圖式中各元件的尺寸並非依實際比例繪示。
應當理解，諸如「下」或「底部」和「上」或「頂部」的相對術語可在本文中用於描述一個元件與另一元件的關係，如圖式中所示。應當理解，相對術語旨在包括除了圖中所示的方位之外的裝置的不同方位。舉例而言，若一附圖中的裝置翻轉，則被描述為在其他元件的「下」側的元件將被定向在其他元件的「上」側。因此，示例性術語「下」可以包括「下」和「上」的取向，取決於附圖的特定取向。類似地，若一個附圖中的裝置翻轉，則被描述為在其它元件「下」或「下方」的元件將被定向為在其它元件「上方」。因此，示例性術語「下」或「下面」可以包括上方和下方的取向。
本揭露內容提供一種紅外線感測裝置，其包括至少一個浮橋結構。透過浮橋結構中支架的特殊設計，不僅可提升紅外線感測裝置的有效吸光面積，更可維持紅外線感測裝置的高絕熱特性，進而提升紅外線感測裝置整體的感測能力。具體而言，本揭露的紅外線感測裝置可例如是非製冷型紅外線感測裝置。
請參閱第1圖，其繪示根據本揭露一些實施方式之紅外線感測裝置中浮橋結構100的立體示意圖。應瞭解到，紅外線感測裝置可包括多個浮橋結構100，且多個浮橋結構100可彼此連接且呈現陣列排列，然而，為清楚起見及方便說明，第1圖僅繪示出一個浮橋結構100作為示例性說明。紅外線感測裝置中的浮橋結構100包括基板110、浮橋層120以及至少一個支架130。基板110在第一方向D1及第二方向D2所構成的水平面上延伸，也就是說，基板110的上表面111平行於該水平面，其中第一方向D1與第二方向D2相互垂直。在一些實施方式中，基板110可例如是配置以讀取電訊號的積體電路矽基板。
浮橋層120位於基板110上，並平行於該水平面延伸(亦即，平行於基板110的上表面111延伸)，且浮橋層120與基板110彼此並不會相互接觸，也就是說，浮橋層120與基板110之間存在一實質上的空間S，進而確保熱量僅能通過細長的支架130來傳導，使得其熱能不易迅速地逸散。在一些實施方式中，為確保浮橋結構100達到良好的絕熱特性，可利用真空封裝的技術來對整個浮橋結構100進行封裝，也就是說，浮橋層120與基板110之間的空間S中除支架外實質上不存在任何可傳導熱量的介質。在一些實施方式中，浮橋層120上可配置有相互接觸的吸光層(未繪示於第1圖中)及熱敏電阻層(未繪示於第1圖中)。吸光層配置以吸收紅外線(即紅外輻射能量)以使熱敏電阻層的電阻發生變化，而基板110可進一步將該電阻變化轉為電壓變化以產生電訊號供後續讀取。有關於吸光層以及熱敏電阻層的配置將於後文及第3圖中進一步說明。在一些實施方式中，浮橋層120的材料可例如包括氮化矽(Si 3N 4)，但本揭露並不以此為限。
在一些實施方式中，浮橋層120在第一方向D1及第二方向D2所構成之水平面上的面積A2(該面積A2亦可視為浮橋層120垂直投影至基板110的面積)等於吸光層的有效吸光面積，亦即等於紅外線感測裝置整體的有效吸光面積(在紅外線感測裝置中之浮橋結構100的數量為一個的情況下)，且浮橋層120的面積A2又可等於位於其下方之基板110在該水平面上的面積A1。藉由上述設置，可有效提升紅外線感測裝置的有效吸光面積，進而提升感測能力。在一些實施方式中，浮橋層120與基板110之間的垂直距離D可介於紅外線感測裝置所吸收之紅外線的波長的0.2倍至0.3倍，且較佳為0.25倍，進而使浮橋層120與基板110之間的空間S形成一最佳共振腔。在一些實施方式中，本揭露之紅外線感測裝置所吸收之紅外線的波長可介於9微米至14微米之間。
支架130連接基板110及浮橋層120，並在由第一方向D1及第三方向D3所構成或者由第二方向D2及第三方向D3所構成的垂直面上由基板110延伸至浮橋層120，且第一方向D1、第二方向D2及第三方向D3相互垂直。換句話說，浮橋層120及基板110各自所位於的水平面與支架130所位於的垂直面之間的夾角為90度。在一些實施方式中，支架130由基板110的側壁S1延伸至浮橋層120的側壁S2。在較佳的實施方式中，基板110及浮橋層120各自的俯視形狀為四邊形，且支架130由基板110所構成之四邊形的其中一個邊(亦即側壁S1)延伸至由浮橋層120所構成之四邊形的其中一個邊(亦即側壁S2)。基於上述，支架130是設置於基板110及浮橋層120各自的邊緣。在一些實施方式中，支架130的數量為雙數個，且每兩支架130彼此相對設置。舉例而言，支架130的數量可為兩個，且兩支架130彼此相對設置(如第1圖所示)。舉另一例而言，當基板110及浮橋層120各自的俯視形狀為四邊形時，支架130的數量可為四個，且四個支架130分別設置於該四邊形的四個邊。如此一來，支架130可提供較穩定的支撐性，以使浮橋結構100整體較為穩固。另一方面，由於支架130並不會佔用浮橋層120所設置的空間，因此可提升浮橋結構100整體的有效吸光面積，進而可提升紅外線感測裝置的感測能力。請先參閱第2圖，其繪示比較例之紅外線感測裝置中兩個完整的浮橋結構10的上視示意圖。由於比較例之浮橋結構10中的支架13與浮橋層12是設置在相同的平面上，因此浮橋結構10的有效吸光面積A小於像素面積A'，無法有效地利用空間。繼續回到第1圖，在一些實施方式中，支架130的材料可例如包括氮化矽，且支架130與浮橋層120可例如是一體成型的(例如，兩者是由相同材料在同一道製程中一次性地成型的)，兩者之間實質上不存在任何界面。在一些實施方式中，支架130可包括中心導線及包覆中心導線的介電層。
另一方面，為確保支架130具有高絕熱特性，支架130可設計為具有至少一個彎折處B。詳細而言，由於支架130實際延伸的長度(亦即，支架130實際行經之路徑的長度)要足夠長，才能夠達到良好的絕熱效果，因此可透過使支架130在有限的空間內進行至少一次的彎折來確保支架130具有足夠的延伸長度。在一些實施方式中，支架130在前述垂直面上延伸，且其延伸長度可介於20微米至100微米之間。更具體而言，當支架130的延伸長度小於20微米時，支架130的絕熱效果恐不佳；而當支架130的延伸長度大於100微米時，支架130則無法具有低電阻特性。在一些實施方式中，支架130可具有多個彎折處B，以較佳地達到絕熱效果。舉例而言，支架130可具有類似於迴紋針的結構。再舉例而言，支架130可具有朝不同方向彎折的多個彎折處B(例如朝上、下、左、右、左上、左下、右上、右下等方向)。應瞭解到，不論支架130具有幾個彎折處B，亦不論彎折處B的彎折方向為何，只要支架130具有至少一個彎折處B，皆屬於本揭露所涵蓋的範疇。
此外，為確保支架130具有低電阻特性，支架130可設計為具有合適的截面積。在一些實施方式中，支架130的截面積可介於1平方微米至15平方微米之間。更具體而言，當支架130的截面積小於1平方微米，支架130無法具有低電阻特性；而當支架130的截面積大於15平方微米，支架130則無法達到良好的絕熱效果。基於上述有關於支架130的設計細節可知，支架130需同時具備合適的延伸長度及合適的截面積，以兼具高絕熱特性及低電阻特性。藉由此設計，支架130可同時滿足高絕熱特性及低電阻特性。在一些實施方式中，支架130可具有四邊形的截面形狀(如第1圖所示)。然而，支架130的截面形狀並不用以限制本揭露，在其他實施方式中，支架130亦可具有圓形、橢圓形、三角形、梯形、多邊形、規則/不規則形或上述任意的組合。
請參閱第3圖，其繪示根據本揭露一些實施方式之紅外線感測裝置1000的立體示意圖。第3圖的紅外線感測裝置1000包括浮橋結構100、吸光層140及熱敏電阻層150。在一些實施方式中，吸光層140及熱敏電阻層150疊設於浮橋結構100的浮橋層120上，且吸光層140及浮橋層120將熱敏電阻層150夾置於其間。在一些實施方式中，吸光層140在平行於前述水平面之平面上的面積A3以及熱敏電阻層150在平行於前述水平面之平面上的面積A4各自等於浮橋層120在平行於前述水平面之平面上的面積A2。如此一來，可提升紅外線感測裝置1000的有效吸光面積，進而達到較佳的空間利用效果，以提升紅外線感測裝置1000的感測能力。在一些實施方式中，吸光層140的材料可例如包括氮化矽材料，其為一種理想的紅外線吸收材料；而熱敏電阻層150的材料可例如包括氧化釩(VO x)，以對熱具有較為敏感的反應，進而產生足夠的電阻變化量。在一些實施方式中，紅外線感測裝置1000可包括複數個吸光層140及複數個熱敏電阻層150，且吸光層140及熱敏電阻層150交替疊設於浮橋層120上。然而，吸光層140及熱敏電阻層150各自的數量及疊設方式並不用以限制本揭露。
根據本揭露上述實施方式，由於本揭露的浮橋結構具有經特殊空間設計的支架，因此可提升紅外線感測裝置的有效吸光面積。詳細而言，由於支架是設置於基板與浮橋層之間，因此其不會占用浮橋層的延伸空間，進而提升有效吸光面積並提升感測能力。另一方面，由於支架所位於的平面與浮橋層所位於的平面相互垂直，因此可提供較穩定的支撐性，以使浮橋結構整體較為穩固。此外，藉由將支架配置為具有合適的延伸長度及截面積，可使支架兼具高絕熱及低電阻特性。
雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:浮橋結構 12:浮橋層 13:支架 100:浮橋結構 110:基板 111:上表面 120:浮橋層 130:支架 140:吸光層 150:熱敏電阻層 1000:紅外線感測裝置 A,A',A1~A4:面積 D:垂直距離 D1:第一方向 D2:第二方向 D3:第三方向 B:彎折處 S1~S2:側壁 S:空間
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖繪示根據本揭露一些實施方式之紅外線感測裝置中浮橋結構的立體示意圖； 第2圖繪示比較例之紅外線感測裝置中兩個完整的浮橋結構的上視示意圖；以及 第3圖繪示根據本揭露一些實施方式之紅外線感測裝置的立體示意圖。
100:浮橋結構
110:基板
111:上表面
120:浮橋層
130:支架
A1,A2:面積
D:垂直距離
D1:第一方向
D2:第二方向
D3:第三方向
B:彎折處
S1~S2:側壁
S:空間

Claims (10)

  1. 一種浮橋結構，包括：一基板；一浮橋層，位於該基板上，且實質上平行於該基板的一上表面；以及至少一支架，在一垂直面由該基板延伸至該浮橋層，其中該垂直面實質上垂直於該基板的該上表面。
  2. 如請求項1所述的浮橋結構，其中該支架由該基板的一側壁延伸至該浮橋層的一側壁。
  3. 如請求項1所述的浮橋結構，其中該支架具有至少一彎折處。
  4. 如請求項1所述的浮橋結構，其中該支架的數量為兩個，且該兩支架相對設置。
  5. 如請求項1所述的浮橋結構，其中當該支架在該垂直面上的一延伸長度介於20微米至100微米之間時，該支架的一截面積介於1平方微米至15平方微米之間。
  6. 如請求項1所述的浮橋結構，其中該支架與該浮橋層是一體成型的。
  7. 一種紅外線感測裝置，包括：如請求項1所述的浮橋結構；至少一吸光層；以及至少一熱敏電阻層，其中該吸光層及該熱敏電阻層疊設於該浮橋結構上。
  8. 如請求項7所述的紅外線感測裝置，其中該浮橋層與該基板之間的一垂直距離介於該紅外線的一波長的0.2倍至0.3倍。
  9. 如請求項7所述的紅外線感測裝置，其中該吸光層及該熱敏電阻層各自的數量為複數個，且該些吸光層與該些熱敏電阻層交替疊設。
  10. 如請求項7所述的紅外線感測裝置，其中該浮橋層垂直投影至該基板的一面積等於該紅外線感測裝置的一有效吸光面積。
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