WO2004102140A1 - Infrared sensor with optimised surface utilisation - Google Patents

Infrared sensor with optimised surface utilisation Download PDF

Info

Publication number
WO2004102140A1
WO2004102140A1 PCT/DE2004/000970 DE2004000970W WO2004102140A1 WO 2004102140 A1 WO2004102140 A1 WO 2004102140A1 DE 2004000970 W DE2004000970 W DE 2004000970W WO 2004102140 A1 WO2004102140 A1 WO 2004102140A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor according
layer
support body
absorber element
recess
Prior art date
Application number
PCT/DE2004/000970
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Marion Simon
Wilhelm Leneke
Mischa Schulze
Karlheinz Storck
Jörg SCHIEFERDECKER
Original Assignee
Heimann Sensor Gmbh
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 Heimann Sensor Gmbh filed Critical Heimann Sensor Gmbh
Priority to JP2006529593A priority Critical patent/JP5001007B2/en
Publication of WO2004102140A1 publication Critical patent/WO2004102140A1/en

Links

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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48135Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/4847Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • 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
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025Semiconducting materials
    • H01L2924/10251Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253Silicon [Si]

Definitions

  • the present invention relates to a radiation sensor, e.g. for non-contact temperature measurement or infrared gas spectroscopy.
  • thermometers A large number of techniques for measuring temperatures are known which take advantage of a large number of effects in measurement, in which physical or chemical substance properties show a temperature dependence. Almost all processes are based on heat transfer to the sensor or sensor. In the case of the so-called contact thermometers, this heat transport takes place by conduction and convection, in the case of the contactless thermometers (radiation thermometers) by heat radiation.
  • the contact thermometers generally work very reliably and are usually simple and inexpensive to manufacture, their area of use is nevertheless restricted. For example, due to the material properties of the sensor, there is an upper temperature limit above which the sensor can no longer be operated. In addition, the touch thermometers are unsuitable for measuring the temperature of quickly moving or difficult to access objects.
  • thermometers which ideally have an absorption capacity that is independent of the wavelength and which heat up when the radiation (infrared radiation) strikes it, so that the heating of the absorption element can serve as evidence of the infrared radiation emitted.
  • Radiation thermometers or so-called radiation pyrometers generally have optics, a detector element with an absorption element and a housing which mechanically and thermally protects the optics and detector. With these sensors, the infrared radiation emitted by the measurement object is imaged onto an absorbing surface by suitable windows or optical components, this surface experiencing a temperature increase due to the absorption. It goes without saying that the radiation thermometer can also be used to measure temperatures which are below the intrinsic temperature of the thermometer. In this case, the absorbent surface emits more radiation than it absorbs, so that the absorbent surface cools overall. This temperature increase (or decrease) can then be measured in different ways. With thermistor bolometers, the change in electrical resistance is measured, with thermocouples, the voltage at the contact point of two metal wires, with pyroelectric detectors, a charge shift that occurs when the temperature of special insulator crystals changes.
  • thermocouples use the so-called Seebeck effect to detect the elevated temperature.
  • the connection point of a thermocouple made of two different thermoelectric materials is brought into contact with the absorber area, while the reference contacts are generally at the temperature of the sensor housing. Since the sensor output voltages of such thermocouples are very low, many such thermocouples are often connected in series. Such a series connection of a large number of thermocouples is also referred to as a thermopile or thermopile.
  • miniaturized radiation sensors it is therefore particularly important for the miniaturized radiation sensors to achieve the highest possible absorption of the infrared radiation in the absorber system and to isolate the absorber surface thermally as well as possible from the surroundings in order to generate the greatest possible temperature increase and thus a large sensor output signal.
  • Infrared sensors which have a detector element, the detector element having an absorber element which absorbs radiation and is heated thereby, and a support body with a support body surface for receiving the absorber element, the support body surface having a recess and the absorber element in this way on the support body surface and is arranged above the recess that a portion of the absorber element does not touch the support body.
  • a membrane with very low thermal conductivity is arranged above the recess, on which in turn the absorber element is arranged. This ensures extensive thermal decoupling between the absorber element on the one hand and the support body serving as a heat sink on the other hand, which in turn leads to a high temperature difference between the absorber element and support body and thus to a high signal strength.
  • Such a sensor has already been described in DE 42 21 037. This sensor is manufactured using micro-mechanical technology.
  • the detector here has a supporting body made of silicon, which is connected to a base plate of the sensor housing.
  • the sensor shown in DE 42 21 037 is produced in a so-called wet etching technology (KOH), but this has the consequence that the recess has sloping side walls.
  • the webs of the supporting body, which surround the recess are designed to taper.
  • this means that the webs are made quite wide on their side facing the absorber element, which either leads to poor thermal insulation or to a smaller usable area for the absorber element.
  • the size of the absorber element is relatively small compared to the overall size of the detector, for example, a chip, which leads to a low signal yield.
  • DE 100 09 593 already describes a support body serving as a heat sink, in which the walls which surround the recess are substantially perpendicular to a base plate. In this embodiment, however, a relatively large distance between the edge of the absorber element and the silicon heat sink is achieved. Only a thermally poorly conductive membrane is arranged in this area, which has only a low absorption for infrared radiation compared to the absorber element. Therefore, the infrared radiation impinging on the membrane is used insufficiently for signal generation, so that the size of the measurement spot is increased by the detector chip area, which is particularly disadvantageous for pyrometric applications. In addition, the edge of the support body in the embodiment shown in DE 100 09 593 is very large, so that the effective size of the absorber element is small compared to the overall size of the detector element.
  • the absorber area is relatively small compared to the total detector area.
  • the recess at least on its side facing the absorber element, has an area dimension which corresponds to at least 45% of the area of the supporting body.
  • at least 45% of the surface of the carrier body is removed by introducing the recess into the carrier body.
  • the remaining rest of the support body surface surrounding the recess thus has a total surface extension of at most 55% of the total support body surface.
  • the support body is advantageously produced using a dry etching process.
  • the recess has an extent that makes up between 45 and 75%, preferably between 50 and 70% and particularly preferably about 65% of the support body area. It has been shown that a particularly good signal yield can be achieved by the dimensioning of the recess and at the same time a sufficient stability of the support body is ensured.
  • the recess has side walls which form an angle between 80 and 100 °, preferably between 85 and 95 ° and particularly preferably about 90 °, with the surface of the support body or the top of the support body. This measure can also be used to increase the ratio of the area of the absorber element to the entire detector area or support body area.
  • the recess is preferably designed such that it extends through the entire support body.
  • the support body which can be mounted on a base plate of the sensor, has a continuous opening.
  • the support body is preferably produced using silicon technology.
  • the absorber element is advantageously designed such that it has at least one CMOS-compatible cover layer.
  • this CMOS-compatible cover layer is arranged on at least one radiation-sensitive functional layer.
  • the cover layer advantageously takes up an area of at least 30%, preferably between 35 and 70%, particularly preferably between 40 and 60% of the entire surface of the support body.
  • the entire surface of the support body is understood to mean the surface of the support body including the recess.
  • the absorber elements described here do not necessarily have to be used in combination with thermocouples or thermopiles, but can also be used, for example, in combination with pyroelectric elements or bolometers.
  • the signal yield can be further increased if at least the bottom or the bottom of the recess consists of a material that reflects infrared radiation. This can be achieved, for example, by applying a metal layer, for example a gold layer, the layer preferably having a thickness of less than 1 ⁇ m.
  • the senor has a housing which consists of a base plate and a cap connected to it, the detector element or the support body being arranged on the base plate.
  • the base plate is advantageously designed such that it does not reflect infrared radiation, at least in the areas surrounding the support body. This can be achieved, for example, in that the base plate is made of a corresponding non-reflective material.
  • the base plate can be coated with a non-reflective material, preferably a lacquer or a photoresist, in the regions surrounding the support body.
  • FIGS. 1a and 1b show two schematic representations of the structure of infrared sensors
  • FIGS. 2a and 2b show a sectional and top view of a thermopile sensor on a non-metallic support
  • FIG. 3 shows the schematic structure of a sensor according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the contacts on the sensor
  • FIGS. 5a and 5b show two different embodiments with the absorber system according to the invention
  • FIGS. 6a and 6b show two different embodiments of sensor housings
  • Figures 7a, 7b and 7c three different embodiments of sensor caps with imaging optics and Figures 8a and 8b two further embodiments of sensor caps with integrated imaging optics.
  • FIGS. 1a and 1b show two different basic structures of the infrared sensors according to the invention, as are at least partially already known from the prior art.
  • a detector element 2 and a reference element 3 for measuring the ambient temperature with good thermal contact to the base plate 1 are attached to a base plate 1.
  • the reference element can also be integrated in a silicon circuit 11, as shown in the embodiment of FIG. 1b. This can be done, for example, together with the first stages for signal conditioning and ambient temperature compensation.
  • the mechanical connection between reference element 3 and base plate 1 is preferably made by means of a conductive epoxy resin, e.g. an epoxy resin filled with silver.
  • a conductive epoxy resin e.g. an epoxy resin filled with silver.
  • other processes are also possible, such as soldering with low-melting solder is possible.
  • the detector element 2 and the reference element 3 or the silicon circuit 11 are connected to connection pins 5 or connection contact surfaces 6 to the base plate 1 via wires 4, which can be embodied, for example, as thin bond wires.
  • the detector element 2 has a recess 40.
  • the bottom of the recess 40 is covered with a very well reflective metallic layer 7, e.g. with a thickness of less than one micrometer.
  • the regions of the base plate 1 surrounding the detector element 2 can, as is the case in the embodiment shown, be covered with a non-reflective layer 8.
  • This layer can e.g. a varnish or a photoresist.
  • the coating is advantageously carried out over the entire surface, with the exception of the contact points for the detector element 2, the reference element 3 or the silicon circuit.
  • the infrared sensor additionally has a metallic cap 9, which can be made of steel, nickel, brass or copper, for example.
  • the metallic cap 9 is connected to the base plate 1 in a sealing manner. The sealing of the cap 9 with respect to the base plate 1 can e.g. by welding, soldering or gluing.
  • an opening is provided above the detector element, into which a filter 10 that is transparent to infrared radiation is inserted.
  • the temperature reference 3 can also be used as a silicon circuit 11, for example in the form of an application-specific integrated circuit, a so-called called ASIC, with an integrated temperature reference and optionally with amplifier and compensation circuits.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the base plate 1 can, for example, as shown in Figure 1a, made of metal or a metal alloy, such as e.g. used in standard transistor packages. Examples of preferred materials are steel, nickel, cobalt or similar materials.
  • the base plate 1 can be made of a ceramic or an organic material, e.g. the printed circuit board material FR4.
  • FIGS. 2a and 2b show a preferred embodiment of a sensor structure on a non-metallic carrier substrate, such as e.g. made of a standard circuit board material (FR3, FR4 or ceramic).
  • Figure 2a is a sectional view taken along line A-A of Figure 2b, showing a top view of the sensor assembly.
  • the detector element 2 and the temperature reference 3 or a signal preprocessing component (ASIC) 11 are mounted on the circuit board.
  • a metal layer 41 which preferably has a thickness between 20 and 100 ⁇ m, is applied to the non-metallic printed circuit board. This metal layer can be formed, for example, by the copper layer that is often present in commercially available printed circuit boards.
  • the metal layer 41 runs below the detector element, the temperature reference or the ASIC up to the contact surface of the cap 9.
  • This metal layer 41 serves to ensure a good thermal connection between cap 9 with filter 10 on the one hand and detector element 2 and temperature reference 3 on the other.
  • the metallic layer 41 is particularly preferably carried out continuously on the base plate 1, individual islands 42 being excluded for receiving the contacts 48 and bushings 44.
  • the cap 9 can be attached to the base plate 1, for example by soldering, gluing or welding. Depending on the application, an electrical contact between the cap 9 and the metal layer 41 or an electrically insulated assembly can be advantageous.
  • the metallic layer 41 is in the area under the detector element, i.e. provide an additional highly reflective and preferably easily bondable layer 7 at the point at which the detector element or the supporting body has a continuous recess and in the immediate vicinity of the connection contacts 48.
  • This layer 7 can be a thin gold layer, for example.
  • the metallic layers 7, 41 with an absorbent layer 43, for example with a Resist resist, covered.
  • the absorbing layer 43 serves to avoid reflections from incident light rays, which could otherwise have an undesirable effect on the measurement result.
  • the through holes 44 which are often also called vias, can also be seen, which provide contact with the underside of the base plate.
  • the through holes 44 are metallized on their inner walls and are closed as gas-tight as possible from the bottom after completion of the assembly. This can be done, for example, with a drop of adhesive or a solder seal 45.
  • This closure is used to seal the sensor housing against external influences, e.g. Moisture, but also aggressive gases are required. In some applications, it can be advantageous if the closure is carried out under a defined gas atmosphere, e.g. under dry nitrogen or under an inert gas, in order to establish a defined gas and humidity ratio within the sensor.
  • solder bumps 46 printed on them.
  • These solder mounds can consist of tin solder, for example. By later melting the tin solders, the so-called reflow soldering can be used to automatically populate the sensor on standard circuit boards.
  • FIG. 3 shows the basic structure of an embodiment of a sensor according to the invention on the base plate. The mode of operation of the sensor is described below on the basis of these and the previous figures.
  • Infrared radiation 53 which originates from the object whose temperature is to be measured, passes through the filter arranged in the cap 9 and strikes the detector element 2, which has an absorber system.
  • thermocouples are arranged on the absorber system in such a way that one of their connections lies in the region of the absorber system that is exposed to infrared radiation, while the other connection is fastened to the edge of the detector element. Due to the thermoelectric effect, there is a voltage difference in each thermocouple. This voltage difference is proportional to the temperature difference between the area of the absorber system which is exposed to infrared radiation and the edge of the detector element. The thermal voltage is usually very low and is a few microvolts.
  • thermopile In order to increase the signal voltage, a whole series of thermocouples are therefore connected in series to form a so-called thermopile. This can typically be ge ten, but also over a hundred thermocouples. The two ends of the thermocouples linked in this way are connected to the bonding pads 21. From the bonding pads 21, the bonding wires 4 lead the signal to the outside of the connecting wires or contacts.
  • the detector element 2 with the sensitive element or the absorber element is applied to the base plate 1, which preferably has good thermal conductivity.
  • the detector element 2 consists of a support body 12 made of silicon between about 250 and 650 ⁇ m, preferably about 400 ⁇ m thick, and the membrane and thin layers 13, 14, 15, 16 lying above it.
  • the thermally insulating, about 0.3 Up to 1 ⁇ m thin membrane layer 13, 14 consists of dielectric layers (preferably silicon nitrite and silicon oxide or silicon oxynitrite).
  • the membrane layer has a sandwich structure with at least two layers.
  • the bottom layer 14, which is also referred to as the base layer 14, is advantageously made from silicon oxide and has a thickness of between 50 and 30 nm. Silicon dioxide has been selected because it forms a type of etch stop layer, since it has only a very low etch rate for the later reactive silicon etching process.
  • a membrane layer 13 is applied over the base layer, on which the thermoelectrically active layers 15, 16 are applied.
  • polycrystalline silicon with p-line (hole line) and polycrystalline silicon with n-line (electron line) are preferably used together. Both materials have a high thermoelectric coefficient with opposite sign and are easily available in standard CMOS processes.
  • the individual thermocouples each have a leg made of n-type polysilicon and one made of p-type poly-silicon. These two legs are preferably arranged one above the other and are each connected at the ends to the previous or the following thermocouple. This creates so-called “warm” contacts 18 in the center of the membrane, since this area is acted upon by infrared radiation, and so-called “cold” contacts 17 on the edge of the chip 2 via the silicon carrier 2, which acts as a heat sink.
  • the contact can be made via one or more contact windows with aluminum or an aluminum alloy.
  • the insulation between the two stacked polysilicon legs is in the preferred embodiment using a standard CMOS method, e.g. using a thin layer of silicon dioxide or silicon nitride.
  • An absorber structure 19 is applied above the warm contacts 18. This at least one, but possibly also multi-layer cover layer must have the lowest possible reflection and high absorption for the infrared radiation to be measured (for example between 3 and 15 ⁇ m). overall together with the thin membrane layers 13, 14, 15, 16 and the reflector layer 20, they form the absorber system according to the invention.
  • the sensor chip according to the invention can be produced in a composite on a silicon wafer of usually 100 to 200 mm in diameter. Typically, 2,000 to 20,000 chips can be arranged on a wafer.
  • the sensitive layers are located on the top of the wafer.
  • dielectric layers 13, preferably silicon nitride and silicon oxide or silicon oxynitrite, are deposited on the silicon with the aid of CVD processes standardized in CMOS technology.
  • CVD processes standardized in CMOS technology.
  • silicon nitrite is under tensile stress after cooling
  • silicon oxide is under pressure stress after cooling.
  • the layer thicknesses should advantageously be chosen such that the entire layer stress is approximately canceled out after cooling to room temperature or a slight tensile stress remains, if appropriate.
  • FIG. 4 shows a further illustration of the sensor 2 including the membrane, the absorber and the contacts, by means of which the size relationships according to the invention are clear.
  • the support body 12 which is constructed here from a silicon layer, has a recess 40, so that it essentially consists of only four walls of thickness D arranged approximately at right angles to one another.
  • the thickness D of the remaining frame of the support body is preferably a maximum of 18%, particularly preferably between 8 and 12% of the entire side length S of the chip 2. This increases the radiation yield of the thermal sensor.
  • the distance A1 between the edge of the absorber structure 19 and the membrane takes up less than 6%, preferably between 2 and 5%, of the total side length of the chip. It goes without saying that for very small detector elements, for example with side lengths of approximately 1 mm or less, the values of D and A1 are at the upper specified limit, while the lower values are advantageous for detector elements with side lengths of> 2 mm.
  • the width or length A2 of the absorber element is preferably, based on the side length of the chip, at least 52%, in particular for detector sizes of less than approximately 1 mm, and preferably between 65 and 80%, in particular for detector sizes with a side length of more than 1.5 mm.
  • the configuration of the chip geometry according to the invention ensures that the signal voltage that can be achieved with respect to the detector surface is significantly increased compared to the known sensors.
  • signal voltages were measured that were between 1, 4 and 2 times larger than the signal voltages of known sensor chips with the same detector area.
  • the edge of the support body which is greatly reduced in comparison to the sensors of the prior art, reduces the probability of reflections which can lead to an undesired expansion of the measurement spot.
  • the measurement accuracy of the infrared radiation thermometer according to the invention for the measurement of spatially limited objects to be measured is significantly increased.
  • the cold contacts 17 are advantageously arranged on the edge of the membrane near the edge of the silicon substrate 12, while the warm contacts are arranged as far as possible under the absorber 19, so that the entire area of the absorber surface is used.
  • some contacts for example every second or third contact, are arranged near the edge of the absorber, while the others are distributed between the edge of the absorber and the center of the absorber 19.
  • FIGS. 5a and 5b The structure of the absorber system according to the invention is shown in FIGS. 5a and 5b.
  • the entire sensor including the housing bottom surface is designed in such a way that all elements contribute to absorption.
  • the infrared radiation falling on the detector element 2 through the infrared filter 10 first reaches the absorber cover layer 52.
  • This cover layer which can preferably be produced by CMOS-compatible processes, has the lowest possible reflection coefficient and a high self-absorption in the spectral range of, for example, 3 to 14 ⁇ m.
  • CMOS and cleanroom-compatible layers generally only have an absorption of at most about 50-70%, part of the infrared radiation inevitably passes through the cover layer 52 and strikes a passivation layer 51 arranged below the cover layer 52 and the thermoelectric layer located below the passivation layer 51 Layers 15, 16 and the membrane layers 13, 14. These layers also show a certain absorption in the infrared range.
  • the total absorption of the layered structure depends both on the wavelength of the infrared radiation and the thickness of the dielectric layers used. It is therefore possible that part of the incident infrared radiation penetrates the layer structure and reaches the base plate 1.
  • a highly reflective layer 7 is arranged on the base plate 1 in the region of the recess, which layer shows almost no self-absorption and no transmission, but rather reflects the radiation component back to the membrane. Since the membrane layer 14 may also reflect some of the radiation reflected by the layer 7, multiple reflections can occur until the radiation portion almost completely penetrates the membrane layers from below again. Most of the residual radiation, ie the radiation that first penetrated the absorber layer, is then absorbed in the second passage through the layer system with the layers 13, 14, 15, 16, 51 and 52.
  • a 0.5 to 1 ⁇ m thick dielectric layer for example made of silicon oxide, can be applied over the additional reflection layer.
  • it can be advantageous to increase the total thickness of the dielectric layers up to 1.5 to 2.5 ⁇ m.
  • thermoelectric layers are arranged essentially on the entire membrane.
  • absorber cover layer advantageously fills the self-supporting membrane surface, i.e. the area of the membrane that is not in contact with the support body is at least 70 to 85%.
  • the layer system consists of the base oxide layer 14, which can consist, for example, of thermal silicon oxide or CVD oxide, and the membrane sandwich 13, which consists, for example, of silicon nitrite, silicon oxide or silicon oxynitrite.
  • the thermoelectric layers 15 and 16, which consist for example of n- and p-type polycrystalline silicon or of silicon or germanium, can also be produced by CVD deposition.
  • a passivation layer made of silicon oxide or silicon nitride with a thickness of approximately 100 to 1,500 nm is located above the thermoelectric layers 15 and 16.
  • the absorber cover layer 52 can be made in one or more layers.
  • a thin reflection-reducing metal layer which consists for example of titanium nitride
  • the deposition can take place, for example, by sputtering or evaporation.
  • a passivation layer made of silicon oxide or silicon nitrite to the reflection-reducing layer, which preferably has a thickness between 10 and 50 nm.
  • This layer can be produced, for example, by plasma-induced CVD deposition at temperatures below approx. 350 to 400 ° C.
  • Such a very thin passivation layer only insignificantly deteriorates the reflection properties of the metal layer, but does provide high long-term stability of the reflection-reducing thin layer,
  • a polymer layer is used as the absorber cover layer.
  • the thickness of the polymer layer is approximately 2 to 10 ⁇ m.
  • the polymer layer used is preferably photoimide or other polymers, such as e.g. Polyimide, for use.
  • the two variants described can also be combined to increase the absorption. Then the reflection-reducing metal layer is deposited over the polymer layer.
  • the silicon carrier body of the detector element 2 used according to the invention has a very small width, so that the usable absorber area is very high compared to the total detector element area. If parts of the infrared radiation 26 nevertheless fall on the edge of the detector element 2, they can be prevented from further reflections at the edge 25 by an absorber layer generated on the membrane at the same time as the absorber.
  • the absorber layer 25 can cover the entire edge of the supporting body above the silicon carrier, the area necessary for the connection of the wires being excluded. Because of the high thermal conductivity of silicon and the good thermal connection of the absorber layer to the silicon carrier and the silicon carrier to the housing, the absorption of the radiation impinging on the edge region does not lead to a significant increase in the temperature of the cold contacts 17.
  • FIG. 6 shows two embodiments with improved cap geometry according to the invention.
  • the accuracy of measurement is to be increased by the special cap geometries shown, in particular when the so-called "thermal shock effect" occurs.
  • the so-called thermal shock effect is based on the fact that a sudden gradient in the ambient temperature can lead to a temperature gradient between the cap and the base plate. This temperature difference inevitably leads to a false signal, which cannot be corrected by the temperature reference 3 applied to the base plate. The false signal only disappears after the cap and base plate have exactly the same temperature again.
  • This effect is particularly pronounced if the absorber system of the detector element or chip 2 has the filter adhesive 27, which is generally used for fastening the filter 10 on the cap 9, in the “field of view”.
  • an additional aperture 28, which can be made of metal or plastic, for example, is therefore mounted in the cap 9 above the detector element 2 such that an aperture 28 allows the radiation from the filter 10 to the absorber and that from keeps the radiation components arriving from the outer cap wall away from the detector element 2.
  • This diaphragm 28 can advantageously be designed to be reflective on both sides, but particularly preferably at least the top side facing the infrared filter 10 is coated with an absorbent coating.
  • the filter 10 is mounted on the top of the cap 9 in a recess.
  • This depression is designed such that the filter adhesive 27 is not in the "field of view" of the detector element 2.
  • the depth of the depression is preferably designed such that it is somewhat larger than the filter thickness, so that the filter does not protrude above the top of the cap.
  • FIGS. 7a and 7b show further preferred cap geometries with the aid of which the spatial resolution of the thermopile sensor is further increased.
  • a rotationally symmetrical mirror 30 is introduced, which can consist, for example, of metal or of a reflectively coated plastic part.
  • the upper part of the mirror 30 is shaped so that the rays passing through the infrared filter 10 are focused on the absorber surface of the detector element 2. This can be achieved, for example, by designing the upper part of the mirror 30 as a paraboloid or as a so-called Winston cone.
  • the lower end 32 of the mirror is shaped so that the wall area of the cap 29 is not in the field of view of the sensor absorber.
  • a metallic reflective layer on the inside of the mirror 31, 33 which consists for example of a thin gold, silver or aluminum layer with a passivating cover layer, e.g. silicon oxide or a polymeric material, prevents additional measurement errors by heating the mirror or the cap.
  • the underside 32 of the mirror can be both curved, as shown in FIG. 7a, and also flat, for example running essentially parallel to the base plate.
  • FIG. 7b Another embodiment with optical focusing is shown in FIG. 7b.
  • the cap 29 has an inserted lens 34, which can consist, for example, of silicon, germanium, calcium fluoride or the like.
  • the transmission range of the lens 34 can be correspondingly restricted by known anti-reflection filter layers on the lens surface.
  • a rotationally symmetrical aperture or opening body 36 which is preferably made of plastic, is arranged in the cap in order to prevent reflections on the cap wall. Therefore, the inner surface 35 of the opening body 36 is made absorbent.
  • the underside of the aperture body 36 can be both curved and parallel to the base plate 1 and can optionally be reflective.
  • detector element 2 for example a line or an array of sensor elements, each with an absorber system according to the invention, can be integrated on the detector element 2.
  • the signal preprocessing of the individual signals can then be carried out both monolithically in the detector element 2 and on the application-specific silicon circuit 11 next to the detector element 2 on the base plate 1.
  • FIG. 7c A further embodiment of the absorber system according to the invention is shown in FIG. 7c.
  • the chip structure and the layer sequence of this embodiment correspond to the embodiments described in connection with FIGS. 2, 3 and 5.
  • a highly reflective layer 7 is arranged in the area under the membrane.
  • the absorber structure 19 is arranged above the membrane layer 13, 14 and also fills the major part of the element area between the remaining walls 54 of the silicon carrier 12.
  • a lens 34 must be used and the size of the aperture opening of the aperture body 30 must be adapted to the size of the sensor elements located on the outside. It is understood that the aperture body 36 and the mirror 30 can be designed as part of the cap 29.
  • Corresponding embodiments are shown in FIGS. 8a and 8b.
  • the cap 29, which can be, for example, a deep-drawn part made of metal or an injection molded part made of plastic, has a recess 37 at the upper end for receiving the filter 10.
  • the mirror surface 30 is connected to the recess with a reflective coating 31.
  • the mirror surface 31 and the cap 29 are thus formed from a single part, as a result of which a particularly good thermal connection of the mirror, cap and filter or lens to the base plate can be achieved.
  • the assembly costs are reduced by this embodiment, because no separate gluing in of the mirror and its corresponding adjustment is required.
  • the inner part of the mirror 30 with its reflective coating 31 is shaped such that it has a focusing effect on the radiation passing through the infrared filter 10. The radiation is thereby imaged on the absorber surface of the detector element 2.
  • the mirror preferably has the shape of a paraboloid or a so-called Winston cone.
  • the distance between the mirror and the detector element 2 is well defined due to the design of the cap 29 as a deep-drawing tool or as an injection molding tool.
  • at least the entire inside of the cap is coated with a reflective coating.
  • the outside of the cap is additionally coated with a reflective coating, in order to prevent the cap 29 from heating up undesirably relative to the base plate 1.
  • the embodiment shown in FIG. 8b has a lens 34, for example made of silicon, germanium, calcium fluoride or the like, which is inserted into the cap 29.
  • the cap 29 is also formed here as a deep-drawn part made of metal or as an injection molded part made of plastic and has a recess 37 at the upper end, into which the lens 34 is inserted.
  • the recess 37 has a circumferential groove 38.
  • the circumferential groove 38 which could also be used in the embodiment shown in FIG. 8a, prevents the adhesive for attaching filter 10 or lens 34 from penetrating down to the filter, mirror or lens surface visible by the sensor. In this embodiment, too, the depression is directly adjoined by the aperture surface 30 with an absorbent coating 35.
  • An additional aperture 28, which is preferably formed as a metal deep-drawn part or can consist of a re reflective coated plastic, is arranged above the chip 2 in such a way that the aperture 28 allows the radiation from the filter to the absorber to pass and the radiation portions arriving from the outer cap wall from Keeps detector element away.
  • the cap 29 is made of plastic, then the pinhole 28 is preferably made of metal and the lower end ⁇ 39 is extended to the base plate 1 and connected to it in such a way that good thermal contact is produced.
  • the pinhole 28 is used to improve the optical ratios and to reduce the so-called thermal shock effect.
  • the entire inside and outside of the cap 29 is preferably coated with a reflective coating.
  • thermoelectric layers 15.16 thermoelectric layers

Abstract

The invention relates to a radiation sensor, for example, for non-contact temperature measurement, or infra-red spectroscopy, with a detector element, comprising an absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52), which absorbs radiation and thus heats up and a support body (2) with a support body surface, for housing the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52). The support body surface has a recess and the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52) is arranged on the support body surface and over the recess such that at least a section of the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52) is not in contact with the support body (2). According to the invention, a radiation sensor of the above type may be provided, which generates an amplified signal on the smallest possible chip surface, which permits a small measurement point and which may be produced by conventional standardised technology, whereby the recess has a size corresponding to at least 45 % of the support body surface.

Description

Infrarotsensor mit optimierter Flächennutzung Infrared sensor with optimized use of space
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strahlungssensor, z.B. für die berührungslose Temperaturmessung oder die Infrarot-Gasspektroskopie.The present invention relates to a radiation sensor, e.g. for non-contact temperature measurement or infrared gas spectroscopy.
Es sind eine Vielzahl von Techniken zur Messung von Temperaturen bekannt, die eine große Zahl von Effekten meßtechnisch ausnutzen, bei denen physikalische oder chemische Stoffeigenschaften eine Temperaturabhängigkeit zeigen. Dabei beruhen nahezu alle Verfahren auf einem Wärmetransport zum Meßfühler bzw. Sensor. Bei den sogenannten Berührungsthermometern erfolgt dieser Wärmetransport durch Wärmeleitung und Konvektion, bei den berührungslosen Thermometern (Strahlungsthermometern) durch Wärmestrahlung.A large number of techniques for measuring temperatures are known which take advantage of a large number of effects in measurement, in which physical or chemical substance properties show a temperature dependence. Almost all processes are based on heat transfer to the sensor or sensor. In the case of the so-called contact thermometers, this heat transport takes place by conduction and convection, in the case of the contactless thermometers (radiation thermometers) by heat radiation.
Auch wenn die Berührungsthermometer im allgemeinen sehr zuverlässig arbeiten und meist einfach und kostengünstig herzustellen sind, ist ihr Einsatzgebiet dennoch eingeschränkt. So gibt es beispielsweise bedingt durch die Materialeigenschaften des Meßfühlers eine obere Temperaturgrenze, oberhalb derer der Meßfühler nicht mehr betrieben werden kann. Darüber hinaus sind die Berührungsthermometer ungeeignet, die Temperatur von schnell bewegten oder schwer zugänglichen Objekten zu messen.Even though the contact thermometers generally work very reliably and are usually simple and inexpensive to manufacture, their area of use is nevertheless restricted. For example, due to the material properties of the sensor, there is an upper temperature limit above which the sensor can no longer be operated. In addition, the touch thermometers are unsuitable for measuring the temperature of quickly moving or difficult to access objects.
Daher kommen in vielen Anwendungsgebieten berührungslose Meßverfahren zum Einsatz, die auf der Temperaturstrahlung beruhen. Jede Oberfläche mit einer Temperatur T> 0 K sendet elektromagnetische Strahlung aus, die sogenannte Temperaturstrahlung. Trifft eine von einer Oberfläche ausgehende Strahlung auf eine andere Oberfläche, so wird sie teilweise reflektiert, absorbiert oder durchgelassen. Daher werden bei Strahlungsthermometern Absorptionselemente eingesetzt, die eine idealerweise von der Wellenlänge unabhängige Absorptionsfähigkeit aufweisen und die sich beim Auftreffen der Strahlung (Infrarotstrahlung) erwärmen, so daß die Erwärmung des Absorptionselement als Nachweis für die emittierte Infrarotstrahlung dienen kann.For this reason, non-contact measurement methods based on thermal radiation are used in many areas of application. Every surface with a temperature T> 0 K emits electromagnetic radiation, the so-called temperature radiation. If radiation emanating from one surface strikes another surface, it is partially reflected, absorbed or transmitted. Therefore, absorption elements are used in radiation thermometers, which ideally have an absorption capacity that is independent of the wavelength and which heat up when the radiation (infrared radiation) strikes it, so that the heating of the absorption element can serve as evidence of the infrared radiation emitted.
Strahlungsthermometer oder sogenannte Strahlungspyrometer weisen im allgemeinen eine Optik, ein Detektorelement mit einem Absorptionselement sowie ein Gehäuse auf, das Optik und Detektor mechanisch und thermisch schützt. Bei diesen Sensoren wird die von dem Meßobjekt ausgesandte Infrarotstrahlung durch geeignete Fenster oder optische Komponenten auf eine absorbierende Flä- ehe abgebildet, wobei diese Fläche aufgrund der Absorption eine Temperaturerhöhung erfährt. Es versteht sich, daß das Strahlungsthermometer auch zur Messung von Temperaturen, die unterhalb der Eigentemperatur des Thermometers liegen, verwendet werden kann. In diesem Fall strahlt die absorbierende Fläche mehr Strahlung ab als sie absorbiert, so daß die absorbierende Fläche sich insgesamt abkühlt. Diese Temperaturerhöhung (oder -emiedrigung) kann anschließend auf unterschiedliche Weise gemessen werden. Bei den Thermistor-Bolometern mißt man die Änderung des elektrischen Widerstandes, bei den Thermoelementen die Spannung an der Kontaktstelle zweier Metalldrähte, bei den pyroelektrischen Detektoren eine Ladungsverschiebung, die bei einer Temperaturänderung spezieller Isolatorkristalle entsteht.Radiation thermometers or so-called radiation pyrometers generally have optics, a detector element with an absorption element and a housing which mechanically and thermally protects the optics and detector. With these sensors, the infrared radiation emitted by the measurement object is imaged onto an absorbing surface by suitable windows or optical components, this surface experiencing a temperature increase due to the absorption. It goes without saying that the radiation thermometer can also be used to measure temperatures which are below the intrinsic temperature of the thermometer. In this case, the absorbent surface emits more radiation than it absorbs, so that the absorbent surface cools overall. This temperature increase (or decrease) can then be measured in different ways. With thermistor bolometers, the change in electrical resistance is measured, with thermocouples, the voltage at the contact point of two metal wires, with pyroelectric detectors, a charge shift that occurs when the temperature of special insulator crystals changes.
Die Thermoelemente nutzen den sogenannten Seebeck-Effekt zum Nachweis der erhöhten Temperatur aus. Dabei wird der Verbindungspunkt eines Thermopaares aus zwei verschiedenen thermo- elektrischen Materialien in Kontakt mit dem Absorberbereich gebracht, während sich die Referenzkontakte im allgemeinen auf der Temperatur des Sensorgehäuses befinden. Da die Sensorausgangsspannungen solcher Thermoelemente sehr gering sind, werden häufig viele solcher Thermoelemente in Reihe geschaltet. Eine solche Reihenschaltung einer Vielzahl von Thermoelementen wird auch als Thermosäule bzw. Thermopile bezeichnet.The thermocouples use the so-called Seebeck effect to detect the elevated temperature. The connection point of a thermocouple made of two different thermoelectric materials is brought into contact with the absorber area, while the reference contacts are generally at the temperature of the sensor housing. Since the sensor output voltages of such thermocouples are very low, many such thermocouples are often connected in series. Such a series connection of a large number of thermocouples is also referred to as a thermopile or thermopile.
In den letzten Jahren wurden auf vielen technologischen Gebieten große Anstrengungen unternommen, elektrische und elektronische Bauteile zu miniaturisieren, wobei sie möglichst mit bekannten standardisierbaren Prozessen kostengünstig herzustellen sein sollen, Die zunehmende Miniaturisierung führt bei den Strahlungssensoren zu einer kleineren Absorberfläche und damit zu einer geringeren Temperaturerhöhung, was wiederum zu einem geringeren Signal und damit zu einer reduzierten Auflösung führt.In recent years, great efforts have been made in many technological fields to miniaturize electrical and electronic components, whereby they should be inexpensive to manufacture using known, standardizable processes wherever possible. which in turn leads to a lower signal and thus to a reduced resolution.
Daher ist es gerade bei den miniaturisierten Strahlungssensoren wichtig, eine möglichst hohe Absorption der Infrarotstrahlung im Absorbersystem zu erzielen und die Absorberfläche möglichst gut thermisch von der Umgebung zu isolieren, um eine möglichst große Temperaturerhöhung und damit ein großes Sensorausgangssignal zu erzeugen.It is therefore particularly important for the miniaturized radiation sensors to achieve the highest possible absorption of the infrared radiation in the absorber system and to isolate the absorber surface thermally as well as possible from the surroundings in order to generate the greatest possible temperature increase and thus a large sensor output signal.
Es sind bereits Infrarotsensoren bekannt, die ein Detektorelement aufweisen, wobei das Detektorelement ein Absorberelement, das Strahlung absorbiert und sich dadurch erwärmt, und einem Tragkörper mit einer Tragkörperfläche zur Aufnahme des Absorberelements aufweist, wobei die Tragkörperfläche eine Ausnehmung aufweist und das Absorberelement derart auf der Tragkörperfläche und über der Ausnehmung angeordnet ist, daß ein Abschnitt des Absorberelements den Tragkörper nicht berührt. Meist ist über der Ausnehmung zunächst eine Membran mit sehr geringer thermischer Leitfähigkeit angeordnet, auf der wiederum das Absorberelement angeordnet ist. Da- durch ist eine weitgehende thermische Entkopplung zwischen dem Absorberelement einerseits und dem als Wärmesenke dienenden Tragkörper andererseits gewährleistet, was wiederum zu einer hohen Temperaturdifferenz zwischen Absorberelement und Tragkörper und damit zu einer großen Signalstärke führt. Ein solcher Sensor ist bereits in der DE 42 21 037 beschrieben worden. Dieser Sensor ist in Mikro- mechaniktechnologie hergestellt. Der Detektor weist hier einen Tragkörper aus Silizium auf, der mit einer Grundplatte des Sensorgehäuses verbunden ist.Infrared sensors are already known which have a detector element, the detector element having an absorber element which absorbs radiation and is heated thereby, and a support body with a support body surface for receiving the absorber element, the support body surface having a recess and the absorber element in this way on the support body surface and is arranged above the recess that a portion of the absorber element does not touch the support body. Usually a membrane with very low thermal conductivity is arranged above the recess, on which in turn the absorber element is arranged. This ensures extensive thermal decoupling between the absorber element on the one hand and the support body serving as a heat sink on the other hand, which in turn leads to a high temperature difference between the absorber element and support body and thus to a high signal strength. Such a sensor has already been described in DE 42 21 037. This sensor is manufactured using micro-mechanical technology. The detector here has a supporting body made of silicon, which is connected to a base plate of the sensor housing.
Der in der DE 42 21 037 gezeigte Sensor wird in einer sogenannten Naß-Ätztechnologie (KOH) hergestellt, was jedoch zur Folge hat, daß die Ausnehmung schräge Seitenwände hat. Mit anderen Worten sind die Stege des Tragkörpers, die die Ausnehmung umgeben, sich verjüngend ausgeführt. Dies bedeutet jedoch, daß die Stege an ihrer dem Absorberelement zugewandten Seite recht breit ausgeführt sind, was entweder zu einer schlechten thermischen Isolierung oder zu einer kleineren nutzbaren Fläche für das Absorberelement führt.The sensor shown in DE 42 21 037 is produced in a so-called wet etching technology (KOH), but this has the consequence that the recess has sloping side walls. In other words, the webs of the supporting body, which surround the recess, are designed to taper. However, this means that the webs are made quite wide on their side facing the absorber element, which either leads to poor thermal insulation or to a smaller usable area for the absorber element.
Bei nahezu allen bekannten Infrarotsensoren ist die Größe des Absorberelements im Vergleich zur Gesamtgröße des beispielsweise als Chip ausgebildeten Detektors relativ klein, was zu einer gerin- gen Signalausbeute führt.In almost all known infrared sensors, the size of the absorber element is relatively small compared to the overall size of the detector, for example, a chip, which leads to a low signal yield.
In der DE 100 09 593 ist bereits ein als Wärmesenke dienender Tragkörper beschrieben, bei dem die Wände, die die Ausnehmung umgeben, im wesentlichen senkrecht auf einer Grundplatte stehen. Allerdings wird bei dieser Ausführungsform ein relativ großer Abstand zwischen dem Rand des Absorberelements und der Siliziumwärmesenke erzielt. In diesem Bereich ist nur eine thermisch schlecht leitende Membran angeordnet, die im Vergleich zum Absorberelement nur eine geringe Absorption für Infrarotstrahlung aufweist. Daher wird die auf die Membran auftreffende Infrarotstrahlung nur unzureichend für die Signalerzeugung genutzt, so daß durch die Detektorchipfläche die Größe des Meßflecks erhöht wird, was insbesondere für pyrometrische Anwendungen von Nachteil ist. Darüber hinaus ist der Rand des Tragkörpers bei der in der DE 100 09 593 gezeigten Ausführungsform sehr groß, so daß sich eine geringe effektive Größe des Absorberelements im Vergleich zur Gesamtgröße des Detektorelements ergibt.DE 100 09 593 already describes a support body serving as a heat sink, in which the walls which surround the recess are substantially perpendicular to a base plate. In this embodiment, however, a relatively large distance between the edge of the absorber element and the silicon heat sink is achieved. Only a thermally poorly conductive membrane is arranged in this area, which has only a low absorption for infrared radiation compared to the absorber element. Therefore, the infrared radiation impinging on the membrane is used insufficiently for signal generation, so that the size of the measurement spot is increased by the detector chip area, which is particularly disadvantageous for pyrometric applications. In addition, the edge of the support body in the embodiment shown in DE 100 09 593 is very large, so that the effective size of the absorber element is small compared to the overall size of the detector element.
Bei den bekannten Infrarotsensoren besteht zudem ein relativ großer Abstand zwischen dem Rand des Absorberelements und der Siliziumwärmesenke. Darüber hinaus ist die Absorberfläche im Vergleich zur Gesamtdetektorfläche relativ klein.In the known infrared sensors there is also a relatively large distance between the edge of the absorber element and the silicon heat sink. In addition, the absorber area is relatively small compared to the total detector area.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strahlungssensor der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welcher auf möglichst klei- ner Chipfläche ein verstärktes Signal erzeugt. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, einen Infrarotsensor zur Verfügung zu stellen, der einen kleinen Meßfleck erlaubt und mit bekannten standardisierten Technologien hergestellt werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ausnehmung zumindest an ihrer dem Absorberelement zugewandten Seite eine Flächenausdehnung hat, die mindestens 45% der Tragkörperfläche entspricht. Mit anderen Worten wird durch das Einbringen der Ausnehmung in den Tragkörper mindestens 45 % der Tragkörperoberfläche entfernt. Der die Ausnehmung umgebende verbleibende Rest der Tragkörperfläche hat somit eine gesamte Flächenausdehnung von maximal 55% der gesamten Tragkörperfläche. Dadurch kann die Gesamtsensorfläche bei gleichbleibender Signalstärke verkleinert werden, was zu einer Reduzierung der Herstellungskosten führt. Mit Vorteil wird der Tragkörper mit einem Trockenätzverfahren hergestellt.Starting from this prior art, it is therefore an object of the present invention to provide a radiation sensor of the type mentioned at the outset, which generates an amplified signal on the smallest possible chip area. In addition, it is an object of the invention to provide an infrared sensor which allows a small measuring spot and can be produced using known standardized technologies. According to the invention, this object is achieved in that the recess, at least on its side facing the absorber element, has an area dimension which corresponds to at least 45% of the area of the supporting body. In other words, at least 45% of the surface of the carrier body is removed by introducing the recess into the carrier body. The remaining rest of the support body surface surrounding the recess thus has a total surface extension of at most 55% of the total support body surface. As a result, the total sensor area can be reduced while the signal strength remains the same, which leads to a reduction in the production costs. The support body is advantageously produced using a dry etching process.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat die Ausnehmung eine Ausdehnung, die zwischen 45 und 75%, vorzugsweise zwischen 50 und 70% und besonders bevorzugt etwa 65% der Tragkörperfläche ausmacht. Es hat sich gezeigt, daß durch die Dimensionierung der Ausnehmung eine besonders gute Signalausbeute erzielt werden kann und gleichzeitig noch eine genügende Stabilität des Tragkörpers gewährleistet ist.In a particularly preferred embodiment, the recess has an extent that makes up between 45 and 75%, preferably between 50 and 70% and particularly preferably about 65% of the support body area. It has been shown that a particularly good signal yield can be achieved by the dimensioning of the recess and at the same time a sufficient stability of the support body is ensured.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform weist die Ausnehmung Seitenwände auf, die mit der Tragkörperoberfläche bzw. der Oberseite des Tragkörpers einen Winkel zwischen 80 und 100°, vorzugsweise zwischen 85 und 95° und besonders bevorzugt etwa 90° einschließen. Auch durch diese Maßnahme kann erreicht werden, daß das Verhältnis der Fläche des Absorberele- ments zu der gesamten Detektorfläche bzw. Tragkörperfläche vergrößert wird.In a particularly expedient embodiment, the recess has side walls which form an angle between 80 and 100 °, preferably between 85 and 95 ° and particularly preferably about 90 °, with the surface of the support body or the top of the support body. This measure can also be used to increase the ratio of the area of the absorber element to the entire detector area or support body area.
Es hat sich gezeigt, daß vorzugsweise die Ausnehmung derart ausgeführt ist, daß sie sich durch den gesamten Tragkörper hindurch erstreckt. Mit anderen Worten hat der Tragkörper, der auf eine Grundplatte des Sensors montiert werden kann, eine durchgehende Öffnung. Dadurch wird ein möglichst großer Abstand zwischen Absorberelement und Tragkörper bzw. Bodenplatte des Sensors erzielt, was wiederum die Signalreduktion, die aufgrund der thermischen Leitfähigkeit des sich zwischen Absorberelement bzw. Membran und dem Boden bzw. Grund der Ausnehmung befindlichen Gases, hervorgerufen wird, verkleinert.It has been shown that the recess is preferably designed such that it extends through the entire support body. In other words, the support body, which can be mounted on a base plate of the sensor, has a continuous opening. As a result, the greatest possible distance between the absorber element and the support body or base plate of the sensor is achieved, which in turn reduces the signal reduction which is caused by the thermal conductivity of the gas located between the absorber element or membrane and the base or bottom of the recess.
Der Tragkörper ist vorzugsweise mittels Siliziumtechnologie hergestellt. Weiterhin ist das Absorberelement mit Vorteil derart ausgebildet, daß es mindestens eine CMOS-kompatible Deckschicht aufweist. Dabei wird diese CMOS-kompatible Deckschicht in einer zweckmäßigen Ausführungsform auf zumindest einer strahlungsempfindlichen Funktionsschicht angeordnet.The support body is preferably produced using silicon technology. Furthermore, the absorber element is advantageously designed such that it has at least one CMOS-compatible cover layer. In an expedient embodiment, this CMOS-compatible cover layer is arranged on at least one radiation-sensitive functional layer.
Es hat sich gezeigt, daß mit Vorteil die Deckschicht eine Fläche von mindestens 30%, vorzugsweise zwischen 35 und 70%, besonders bevorzugt zwischen 40 und 60% der gesamten Tragkörperoberfläche einnimmt. Es sei an dieser Stelle noch einmal betont, daß unter der gesamten Tragkörperoberfläche die Oberfläche des Tragkörpers einschließlich der Ausnehmung verstanden wird. Es versteht sich, daß die hier beschriebenen Absorberelemente nicht notwendigerweise in Kombination mit Thermoelementen oder Thermopiles verwendet werden müssen, sondern beispielsweise auch in Kombination mit pyroelektrischen Elementen oder Bolometem eingesetzt werden können.It has been shown that the cover layer advantageously takes up an area of at least 30%, preferably between 35 and 70%, particularly preferably between 40 and 60% of the entire surface of the support body. At this point it should be emphasized again that the entire surface of the support body is understood to mean the surface of the support body including the recess. It goes without saying that the absorber elements described here do not necessarily have to be used in combination with thermocouples or thermopiles, but can also be used, for example, in combination with pyroelectric elements or bolometers.
Weiterhin konnte in Versuchen nachgewiesen werden, daß die Signalausbeute weiter verstärkt werden kann, wenn zumindest der Boden bzw. der Grund der Ausnehmung aus einem Material besteht, das Infrarotstrahlung reflektiert. Dies kann beispielsweise durch Aufbringen einer Metallschicht, beispielsweise einer Goldschicht, erreicht werden, wobei die Schicht vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1 μm aufweist.Tests have also shown that the signal yield can be further increased if at least the bottom or the bottom of the recess consists of a material that reflects infrared radiation. This can be achieved, for example, by applying a metal layer, for example a gold layer, the layer preferably having a thickness of less than 1 μm.
Weiterhin ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der Sensor ein Gehäuse aufweist, das aus einer Bodenplatte und einer mit dieser verbundenen Kappe besteht, wobei das Detektorelement bzw. der Tragkörper auf der Bodenplatte angeordnet ist. Dabei ist die Bodenplatte mit Vorteil so ausgebildet ist, daß sie zumindest an den den Tragkörper umgebenden Bereichen Infrarotstrahlung nicht reflektiert. Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß die Bodenplatte aus einem entsprechenden nichtreflektierenden Material hergestellt ist. Alternativ dazu kann die Bodenplatte an den den Tragkörper umgebenden Bereichen mit einem nichtreflektierenden Material, vorzugsweise einem Lack oder einem Photoresist, beschichtet werden.Furthermore, it is provided in a particularly preferred embodiment that the sensor has a housing which consists of a base plate and a cap connected to it, the detector element or the support body being arranged on the base plate. The base plate is advantageously designed such that it does not reflect infrared radiation, at least in the areas surrounding the support body. This can be achieved, for example, in that the base plate is made of a corresponding non-reflective material. As an alternative to this, the base plate can be coated with a non-reflective material, preferably a lacquer or a photoresist, in the regions surrounding the support body.
Weitere besonders bevorzugte Ausführungsformen verwirklichen die Merkmale der Unteransprüche.Further particularly preferred embodiments implement the features of the subclaims.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie der begleitenden Figuren. Es zeigen:Further advantages, features and possible uses of the present invention will become clear from the following description of preferred embodiments and the accompanying figures. Show it:
Figuren 1a und 1b zwei schematische Darstellungen des Aufbaus von Infrarotsensoren, Figuren 2a und 2b eine Schnitt- und Aufsicht eines Thermopilesensors auf einem nichtmetalli- sehen Träger,FIGS. 1a and 1b show two schematic representations of the structure of infrared sensors, FIGS. 2a and 2b show a sectional and top view of a thermopile sensor on a non-metallic support,
Figur 3 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensors,FIG. 3 shows the schematic structure of a sensor according to the invention,
Figur 4 eine schematische Darstellung der Kontakte auf dem Sensor,FIG. 4 shows a schematic representation of the contacts on the sensor,
Figuren 5a und 5b zwei verschiedene Ausführungsformen mit dem erfindungsgemäßen Absorbersystem, Figuren 6a und 6b zwei verschiedene Ausführungsformen von Sensorgehäusen,FIGS. 5a and 5b show two different embodiments with the absorber system according to the invention, FIGS. 6a and 6b show two different embodiments of sensor housings,
Figuren 7a, 7b und 7c drei verschiedene Ausführungsformen von Sensorkappen mit Abbildungsoptik und Figuren 8a und 8b zwei weitere Ausführungsformen von Sensorkappen mit integrierter Abbildungsoptik.Figures 7a, 7b and 7c three different embodiments of sensor caps with imaging optics and Figures 8a and 8b two further embodiments of sensor caps with integrated imaging optics.
In den Figuren 1a und 1b sind zwei unterschiedliche Grundaufbauten der erfindungsgemäßen Infra- rotsensoren gezeigt, wie sie zumindest teilweise bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind. Auf einer Bodenplatte 1 ist ein Detektorelement 2 und ein Referenzelement 3 zur Messung der Umgebungstemperatur mit einem guten thermischen Kontakt zur Bodenplatte 1 angebracht.FIGS. 1a and 1b show two different basic structures of the infrared sensors according to the invention, as are at least partially already known from the prior art. A detector element 2 and a reference element 3 for measuring the ambient temperature with good thermal contact to the base plate 1 are attached to a base plate 1.
Alternativ dazu kann das Referenzelement auch in einem Siliziumschaltkreis 11 integriert sein, wie in der Ausführungsform von Figur 1 b dargestellt ist. Dies kann beispielsweise gemeinsam mit den ersten Stufen zur Signalkonditionierung und Umgebungstemperaturkompensation erfolgen.Alternatively, the reference element can also be integrated in a silicon circuit 11, as shown in the embodiment of FIG. 1b. This can be done, for example, together with the first stages for signal conditioning and ambient temperature compensation.
Die mechanische Verbindung zwischen Referenzelement 3 und Bodenplatte 1 geschieht vorzugsweise mittels eines leitfähigen Epoxidharzes, z.B. einem mit Silber gefüllten Epoxidharz. Selbstver- ständlich sind aber auch andere Verfahren, wie z.B. das Löten mit niedrigschmelzendem Lot, möglich.The mechanical connection between reference element 3 and base plate 1 is preferably made by means of a conductive epoxy resin, e.g. an epoxy resin filled with silver. Of course, other processes are also possible, such as soldering with low-melting solder is possible.
Das Detektorelement 2 und das Referenzelement 3 bzw. der Siliziumschaltkreis 11 sind über Drähte 4, die beispielsweise als dünne Bonddrähte ausgeführt sein können, mit Anschlußstiften 5 oder mit Anschlußkontaktflächen 6 mit der Bodenplatte 1 verbunden.The detector element 2 and the reference element 3 or the silicon circuit 11 are connected to connection pins 5 or connection contact surfaces 6 to the base plate 1 via wires 4, which can be embodied, for example, as thin bond wires.
Das Detektorelement 2 weist, wie im folgenden noch ausführlich erläutert wird, eine Ausnehmung 40 auf. Der Boden der Ausnehmung 40 ist mit einer sehr gut reflektierenden metallischen Schicht 7, z.B. mit einer Dicke von weniger als einem Mikrometer, beschichtet.As will be explained in detail below, the detector element 2 has a recess 40. The bottom of the recess 40 is covered with a very well reflective metallic layer 7, e.g. with a thickness of less than one micrometer.
Die das Detektorelement 2 umgebenden Bereiche der Bodenplatte 1 können, wie dies bei der gezeigten Ausführungsform der Fall ist, mit einer nicht reflektierenden Schicht 8 bedeckt sein. Diese Schicht kann z.B. ein Lack oder ein Photoresist sein. Bei der Herstellung erfolgt die Beschichtung mit Vorteil auf der ganzen Fläche mit Ausnahme der Kontaktstellen für das Detektorelement 2, das Referenzelement 3 bzw. den Siliziumschaltkreis. Der Infrarotsensor weist zusätzlich eine metallische Kappe 9 auf, die beispielsweise aus Stahl, Nickel, Messing oder Kupfer hergestellt sein kann. Die metallische Kappe 9 wird möglichst abdichtend mit der Bodenplatte 1 verbunden. Die Abdichtung der Kappe 9 gegenüber der Bodenplatte 1 kann z.B. durch Schweißen, Löten oder Kleben erfolgen. In der metallischen Kappe 9 ist oberhalb des Detektorelements eine Öffnung vorgesehen, in die ein für Infrarotstrahlung durchlässiger Filter 10 eingelegt ist.The regions of the base plate 1 surrounding the detector element 2 can, as is the case in the embodiment shown, be covered with a non-reflective layer 8. This layer can e.g. a varnish or a photoresist. During production, the coating is advantageously carried out over the entire surface, with the exception of the contact points for the detector element 2, the reference element 3 or the silicon circuit. The infrared sensor additionally has a metallic cap 9, which can be made of steel, nickel, brass or copper, for example. The metallic cap 9 is connected to the base plate 1 in a sealing manner. The sealing of the cap 9 with respect to the base plate 1 can e.g. by welding, soldering or gluing. In the metallic cap 9, an opening is provided above the detector element, into which a filter 10 that is transparent to infrared radiation is inserted.
Wie bereits erwähnt und in Figur 1b dargestellt, kann die Temperaturreferenz 3 auch als Siliziumschaltkreis 11 , z.B. in Form eines applikationsspezifischen integrierten Schaltkreises, eines söge- nannten ASIC, mit integrierter Temperaturreferenz sowie gegebenenfalls mit Verstärker- und Kompensationsschaltungen ausgebildet sein.As already mentioned and shown in FIG. 1b, the temperature reference 3 can also be used as a silicon circuit 11, for example in the form of an application-specific integrated circuit, a so-called called ASIC, with an integrated temperature reference and optionally with amplifier and compensation circuits.
Die Bodenplatte 1 kann beispielsweise, wie dies in Figur 1a dargestellt ist, aus Metall oder einer Metallegierung, wie sie z.B. bei Standardtransistorgehäusen verwendet wird, hergestellt sein. Beispiele für bevorzugte Materialien sind Stahl, Nickel, Kobalt oder ähnliche Materialien. Alternativ dazu kann, wie dies in Figur 1b gezeigt ist, die Bodenplatte 1 aus einer Keramik oder einem organischen Material, wie z.B. dem Leiterplattenmaterial FR4, bestehen.The base plate 1 can, for example, as shown in Figure 1a, made of metal or a metal alloy, such as e.g. used in standard transistor packages. Examples of preferred materials are steel, nickel, cobalt or similar materials. Alternatively, as shown in Figure 1b, the base plate 1 can be made of a ceramic or an organic material, e.g. the printed circuit board material FR4.
In den Figuren 2a und 2b ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Sensoraufbaus auf einem nichtmetallischen Trägersubstrat, wie z.B. aus einem Standardleiterplattenmaterial (FR3, FR4 oder Keramik) gezeigt. Figur 2a ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von Figur 2b, die eine Aufsicht auf den Sensoraufbau von oben zeigt. Das Detektorelement 2 und die Temperaturreferenz 3 oder ein Signalvorverarbeitungsbauelement (ASIC) 11 sind auf der Leiterplatte montiert. Auf der nichtmetallischen Leiterplatte wird eine Metallschicht 41 aufgebracht, die vorzugsweise eine Dicke zwischen 20 und 100 μm aufweist. Diese Metallschicht kann beispielsweise durch die bei handelsüblichen Leiterplatten häufig vorhandene Kupferschicht gebildet werden. Die Metallschicht 41 verläuft unterhalb des Detektorelements, der Temperaturreferenz bzw. dem ASIC bis hin zur Auflagefläche der Kappe 9.FIGS. 2a and 2b show a preferred embodiment of a sensor structure on a non-metallic carrier substrate, such as e.g. made of a standard circuit board material (FR3, FR4 or ceramic). Figure 2a is a sectional view taken along line A-A of Figure 2b, showing a top view of the sensor assembly. The detector element 2 and the temperature reference 3 or a signal preprocessing component (ASIC) 11 are mounted on the circuit board. A metal layer 41, which preferably has a thickness between 20 and 100 μm, is applied to the non-metallic printed circuit board. This metal layer can be formed, for example, by the copper layer that is often present in commercially available printed circuit boards. The metal layer 41 runs below the detector element, the temperature reference or the ASIC up to the contact surface of the cap 9.
Diese Metallschicht 41 dient dazu, eine gute thermische Verbindung zwischen Kappe 9 mit dem Filter 10 einerseits und Detektorelement 2 und Temperaturreferenz 3 andererseits zu gewährleisten. Besonders bevorzugt ist die metallische Schicht 41 durchgehend auf der Bodenplatte 1 ausgeführt, wobei einzelne Inseln 42 für die Aufnahme der Kontakte 48 und Durchführungen 44 ausge- nommen sind.This metal layer 41 serves to ensure a good thermal connection between cap 9 with filter 10 on the one hand and detector element 2 and temperature reference 3 on the other. The metallic layer 41 is particularly preferably carried out continuously on the base plate 1, individual islands 42 being excluded for receiving the contacts 48 and bushings 44.
Die Befestigung der Kappe 9 an der Bodenplatte 1 kann beispielsweise durch Löten, Kleben oder Schweißen erfolgen. Je nach Anwendungsfall kann ein elektrischer Kontakt zwischen der Kappe 9 und der Metallschicht 41 oder eine elektrisch isolierte Montage von Vorteil sein.The cap 9 can be attached to the base plate 1, for example by soldering, gluing or welding. Depending on the application, an electrical contact between the cap 9 and the metal layer 41 or an electrically insulated assembly can be advantageous.
In der gezeigten Ausführungsform ist die metallische Schicht 41 in dem Bereich unter dem Detektorelement, d.h. an der Stelle, an der das Detektorelement bzw. der Tragkörper eine durchgehende Ausnehmung aufweist, und in der unmittelbaren Umgebung zu den Anschlußkontakten 48 mit einer zusätzlichen hochreflektierenden und vorzugsweise gut bondbaren Schicht 7 versehen. Diese Schicht 7 kann beispielsweise eine dünne Goldschicht sein.In the embodiment shown, the metallic layer 41 is in the area under the detector element, i.e. provide an additional highly reflective and preferably easily bondable layer 7 at the point at which the detector element or the supporting body has a continuous recess and in the immediate vicinity of the connection contacts 48. This layer 7 can be a thin gold layer, for example.
Rund um das Detektorelement 2 und rund um die Kontaktflächen sind bei der gezeigten Ausführungsform die metallischen Schichten 7, 41 mit einer absorbierenden Schicht 43, z.B. mit einem Lötresistlack, bedeckt. Die absorbierende Schicht 43 dient dazu, Reflexionen von einfallenden Lichtstrahlen zu vermeiden, die anderenfalls das Meßergebnis in unerwünschter Weise beeinflussen könnten.In the embodiment shown, around the detector element 2 and around the contact areas are the metallic layers 7, 41 with an absorbent layer 43, for example with a Resist resist, covered. The absorbing layer 43 serves to avoid reflections from incident light rays, which could otherwise have an undesirable effect on the measurement result.
Zu erkennen sind weiterhin die Durchführungslöcher 44, die häufig auch Vias genannt werden, die einen Kontakt zur Unterseite der Bodenplatte zur Verfügung stellen. Die Durchführungslöcher 44 sind an ihren Innenwänden metallisiert und werden nach Abschluß der Montage von der Unterseite möglichst gasdicht verschlossen. Dies kann beispielsweise durch einen Klebertropfen oder einen Lotverschluß 45 erfolgen. Dieser Verschluß ist zur Abdichtung des Sensorgehäuses gegen äußere Einflüsse, wie z.B. Feuchtigkeit, aber auch aggressive Gase, erforderlich. In manchen Anwendungsfällen kann es von Vorteil sein, wenn das Verschließen unter einer definierten Gasatmosphäre, wie z.B. unter trockenem Stickstoff oder unter einem Edelgas, erfolgt, um innerhalb des Sensors ein definiertes Gas- und Feuchteverhältnis zu errichten.The through holes 44, which are often also called vias, can also be seen, which provide contact with the underside of the base plate. The through holes 44 are metallized on their inner walls and are closed as gas-tight as possible from the bottom after completion of the assembly. This can be done, for example, with a drop of adhesive or a solder seal 45. This closure is used to seal the sensor housing against external influences, e.g. Moisture, but also aggressive gases are required. In some applications, it can be advantageous if the closure is carried out under a defined gas atmosphere, e.g. under dry nitrogen or under an inert gas, in order to establish a defined gas and humidity ratio within the sensor.
An der Unterseite der Bodenplatte 1 werden die metallischen Bestandteile der Kontaktierungen 44 zu den aufgedruckten Lothügeln 46 geführt. Diese Lothügel können beispielsweise aus Zinnlot bestehen. Durch späteres Aufschmelzen der Zinnlote kann mit Hilfe des sogenannten Reflow-Lötens ein automatisches Bestücken des Sensors auf Standardleiterplatten erfolgen.On the underside of the base plate 1, the metallic components of the contacts 44 are guided to the solder bumps 46 printed on them. These solder mounds can consist of tin solder, for example. By later melting the tin solders, the so-called reflow soldering can be used to automatically populate the sensor on standard circuit boards.
In Figur 3 ist der prinzipielle Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors auf der Bodenplatte dargestellt. Anhand dieser und der vorherigen Figuren wird im folgenden die Wirkungsweise des Sensors beschrieben.FIG. 3 shows the basic structure of an embodiment of a sensor according to the invention on the base plate. The mode of operation of the sensor is described below on the basis of these and the previous figures.
Infrarotstrahlung 53, die von dem Objekt, dessen Temperatur gemessen werden soll, stammt, ge- langt durch das in der Kappe 9 angeordnete Filter und trifft auf das Detektorelement 2, der ein Absorbersystem aufweist.Infrared radiation 53, which originates from the object whose temperature is to be measured, passes through the filter arranged in the cap 9 and strikes the detector element 2, which has an absorber system.
In dem Absorbersystem 19 wird die Wärmestrahlung im wesentlichen vollständig absorbiert, was zu einer Temperaturdifferenz zwischen dem Absorberbereich 19 und dem Rand des Tragkörpers 12 des Detektorelements 2 oberhalb des Siliziumträgers führt. An dem Absorbersystem sind eine Reihe von Thermoelementen derart angeordnet, daß einer ihrer Anschlüsse in dem von der Infrarotstrahlung beaufschlagten Bereich des Absorbersystems liegt, während der andere Anschluß am Rande des Detektorelements befestigt ist. Aufgrund des thermoelektrischen Effekts entsteht in jedem Thermopaar eine Spannungsdifferenz. Diese Spannungsdifferenz ist proportional zur Tempe- raturdifferenz zwischen dem mit Infrarotstrahlung beaufschlagten Bereich des Absorbersystems und dem Rand des Detektorelements. Die Thermospannung ist üblicherweise sehr klein und beträgt einige Mikrovolt. Um die Signalspannung zu erhöhen, werden daher eine ganze Reihe von Thermopaaren in Serie zu einem sogenannten Thermopile geschaltet. Dies können typischerweise eini- ge zehn, aber auch über hundert Thermopaare sein. Die beiden Enden der derart verketteten Thermopaare werden mit den Bondinseln 21 verbunden. Von den Bondinseln 21 führen die Bonddrähte 4 das Signal zu den Anschlußdrähten oder Anschlußkontakten nach außen.The heat radiation is essentially completely absorbed in the absorber system 19, which leads to a temperature difference between the absorber region 19 and the edge of the support body 12 of the detector element 2 above the silicon carrier. A series of thermocouples are arranged on the absorber system in such a way that one of their connections lies in the region of the absorber system that is exposed to infrared radiation, while the other connection is fastened to the edge of the detector element. Due to the thermoelectric effect, there is a voltage difference in each thermocouple. This voltage difference is proportional to the temperature difference between the area of the absorber system which is exposed to infrared radiation and the edge of the detector element. The thermal voltage is usually very low and is a few microvolts. In order to increase the signal voltage, a whole series of thermocouples are therefore connected in series to form a so-called thermopile. This can typically be ge ten, but also over a hundred thermocouples. The two ends of the thermocouples linked in this way are connected to the bonding pads 21. From the bonding pads 21, the bonding wires 4 lead the signal to the outside of the connecting wires or contacts.
Auf der Grundplatte 1 , die vorzugsweise eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist, wird das Detektorelement 2 mit dem sensitiven Element bzw. dem Absorberelement aufgebracht. Das Detektorelement 2 besteht in der gezeigten Ausführungsform aus einem zwischen etwa 250 und 650 μm, vorzugsweise etwa 400 μm dicken Tragkörper 12 aus Silizium, und den darüberliegenden Membran- und Dünnschichten 13, 14, 15, 16. Die thermisch isolierende, etwa 0,3 bis 1 μm dünne Mem- branschicht 13, 14 besteht aus dielektrischen Schichten (vorzugsweise Siliziumnitrit und Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrit).The detector element 2 with the sensitive element or the absorber element is applied to the base plate 1, which preferably has good thermal conductivity. In the embodiment shown, the detector element 2 consists of a support body 12 made of silicon between about 250 and 650 μm, preferably about 400 μm thick, and the membrane and thin layers 13, 14, 15, 16 lying above it. The thermally insulating, about 0.3 Up to 1 μm thin membrane layer 13, 14 consists of dielectric layers (preferably silicon nitrite and silicon oxide or silicon oxynitrite).
Die Membranschicht weist eine Sandwichstruktur mit mindestens zwei Schichten auf. Dabei ist die unterste Schicht 14, die auch als Basisschicht 14 bezeichnet wird, mit Vorteil aus Siliziumoxid gefer- tigt und weist eine Dicke zwischen 50 und 30 nm auf. Siliziumdioxid ist ausgewählt worden, da dies eine Art Ätzstoppschicht bildet, da es nur eine sehr geringe Ätzrate für den späteren reaktiven Siliziumätzprozeß aufweist. Über der Basisschicht ist eine Membranschicht 13 aufgebracht, auf der die thermoelektrisch aktiven Schichten 15, 16 aufgebracht sind. Vorzugsweise werden hierzu polykristallines Silizium mit p-Leitung (Löcherleitung) und polykristallines Silizium mit n-Leitung (Elektro- nenleitung) gemeinsam eingesetzt. Beide Materialien haben einen hohen thermoelektrischen Koeffizienten mit entgegengesetztem Vorzeichen und sind in CMOS-Standardprozessen leicht verfügbar.The membrane layer has a sandwich structure with at least two layers. The bottom layer 14, which is also referred to as the base layer 14, is advantageously made from silicon oxide and has a thickness of between 50 and 30 nm. Silicon dioxide has been selected because it forms a type of etch stop layer, since it has only a very low etch rate for the later reactive silicon etching process. A membrane layer 13 is applied over the base layer, on which the thermoelectrically active layers 15, 16 are applied. For this purpose, polycrystalline silicon with p-line (hole line) and polycrystalline silicon with n-line (electron line) are preferably used together. Both materials have a high thermoelectric coefficient with opposite sign and are easily available in standard CMOS processes.
Die einzelnen Thermopaare weisen jeweils einen Schenkel aus n-leitendem Poly-Silizium und einen aus p-leitendem Poly-Silizium auf. Diese beiden Schenkel werden vorzugsweise übereinanderlie- gend angeordnet und sind an den Enden jeweils mit dem vorherigen bzw. dem folgenden Thermo- paar verbunden. Dadurch entstehen im Zentrum der Membran sogenannte "warme" Kontakte 18, da dieser Bereich von der Infrarotstrahlung beaufschlagt wird, und am Rande des Chips 2 über den als Wärmesenke wirkenden Siliziumträger 2 sogenannte "kalte" Kontakte 17. Die Kontaktierung kann über ein oder mehrere Kontaktfenster mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung erfolgen.The individual thermocouples each have a leg made of n-type polysilicon and one made of p-type poly-silicon. These two legs are preferably arranged one above the other and are each connected at the ends to the previous or the following thermocouple. This creates so-called "warm" contacts 18 in the center of the membrane, since this area is acted upon by infrared radiation, and so-called "cold" contacts 17 on the edge of the chip 2 via the silicon carrier 2, which acts as a heat sink. The contact can be made via one or more contact windows with aluminum or an aluminum alloy.
Die Isolation zwischen den beiden übereinanderliegenden Poly-Siliziumschenkeln wird in der bevorzugten Ausführungsform mittels eines CMOS-Standardverfahren, z.B. unter Verwendung einer dünnen Schicht aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrit, verwirklicht.The insulation between the two stacked polysilicon legs is in the preferred embodiment using a standard CMOS method, e.g. using a thin layer of silicon dioxide or silicon nitride.
Oberhalb der warmen Kontakte 18 ist eine Absorberstruktur 19 aufgebracht. Diese mindestens ein-, gegebenenfalls aber auch mehrlagige Deckschicht muß für die zu messende Infrarotstrahlung (z.B. zwischen 3 und 15 μm) eine möglichst geringe Reflexion und eine hohe Absorption aufweisen. Ge- meinsam mit den Membrandünnschichten 13, 14, 15, 16 und der Reflektorschicht 20 bilden sie das erfindungsgemäße Absorbersystem.An absorber structure 19 is applied above the warm contacts 18. This at least one, but possibly also multi-layer cover layer must have the lowest possible reflection and high absorption for the infrared radiation to be measured (for example between 3 and 15 μm). overall together with the thin membrane layers 13, 14, 15, 16 and the reflector layer 20, they form the absorber system according to the invention.
Der erfindungsgemäße Sensorchip kann im Verbund auf einem Siliziumwafer von meist 100 bis 200 mm Durchmesser hergestellt werden. Dabei können typischerweise 2.000 bis 20.000 Chips auf einem Wafer angeordnet werden. Die sensitiven Schichten befinden sich hierbei auf der Oberseite des Wafers. Zu diesem Zweck werden auf das Silizium dielektrische Schichten 13, vorzugsweise Siliziumnitrit und Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrit, mit Hilfe von in CMOS-Technologie standardisierten CVD-Prozessen abgeschieden. Im Ergebnis wird ein Sandwichauf bau, der mehrere Schich- ten aufweist, erhalten. Dabei werden die Schichtdicken so gewählt, daß die mechanischen Verspannungen, die aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufgrund des Abkühlens des Chips nach dem Abscheiden bei erhöhter Temperatur auf Raumtemperatur entstehen, möglichst ausgeglichen werden. So steht beispielsweise Siliziumnitrit nach dem Abkühlen unter Zugstreß, während Siliziumoxid nach dem Abkühlen unter Druckstreß steht. Die Schichtdik- ken sind mit Vorteil so zu wählen, daß sich der gesamte Schichtstreß nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur in etwa aufhebt oder gegebenenfalls ein leichter Zugstreß verbleibt.The sensor chip according to the invention can be produced in a composite on a silicon wafer of usually 100 to 200 mm in diameter. Typically, 2,000 to 20,000 chips can be arranged on a wafer. The sensitive layers are located on the top of the wafer. For this purpose, dielectric layers 13, preferably silicon nitride and silicon oxide or silicon oxynitrite, are deposited on the silicon with the aid of CVD processes standardized in CMOS technology. As a result, a sandwich structure that has several layers is obtained. The layer thicknesses are chosen so that the mechanical stresses which arise due to the different thermal expansion coefficients due to the cooling of the chip after the deposition at elevated temperature to room temperature are compensated for as far as possible. For example, silicon nitrite is under tensile stress after cooling, while silicon oxide is under pressure stress after cooling. The layer thicknesses should advantageously be chosen such that the entire layer stress is approximately canceled out after cooling to room temperature or a slight tensile stress remains, if appropriate.
In der Figur 4 ist eine weitere Abbildung des Sensors 2 einschließlich der Membran, des Absorbers sowie der Kontakte dargestellt, anhand derer die erfindungsgemäßen Größenverhältnisse deutlich werden.FIG. 4 shows a further illustration of the sensor 2 including the membrane, the absorber and the contacts, by means of which the size relationships according to the invention are clear.
Deutlich zu erkennen ist, daß der Tragkörper 12, der hier aus einer Siliziumschicht aufgebaut ist, eine Ausnehmung 40 hat, so daß er im wesentlichen nur noch aus vier in etwa rechtwinklig zueinander angeordneten Wänden der Dicke D besteht. Die Dicke D des verbleibenden Rahmens des Tragkörpers beträgt vorzugsweise maximal 18%, besonders bevorzugt zwischen 8 und 12% der gesamten Seitenlänge S des Chips 2. Dadurch wird die Strahlausbeute des Thermosensors erhöht. Weiterhin nimmt der Abstand A1 zwischen dem Rand der Absorberstruktur 19 und der Membran weniger als 6%, vorzugsweise zwischen 2 und 5% der Gesamtseitenlänge des Chips ein. Dabei versteht es sich, daß für sehr kleine Detektorelemente, beispielsweise mit Seitenlängen von etwa 1 mm oder darunter, die Werte von D und A1 an der oberen angegebenen Grenze liegen, während die niedrigeren Werte für Detektorelemente mit Seitenlängen von > 2 mm von Vorteil sind.It can be clearly seen that the support body 12, which is constructed here from a silicon layer, has a recess 40, so that it essentially consists of only four walls of thickness D arranged approximately at right angles to one another. The thickness D of the remaining frame of the support body is preferably a maximum of 18%, particularly preferably between 8 and 12% of the entire side length S of the chip 2. This increases the radiation yield of the thermal sensor. Furthermore, the distance A1 between the edge of the absorber structure 19 and the membrane takes up less than 6%, preferably between 2 and 5%, of the total side length of the chip. It goes without saying that for very small detector elements, for example with side lengths of approximately 1 mm or less, the values of D and A1 are at the upper specified limit, while the lower values are advantageous for detector elements with side lengths of> 2 mm.
Die Breite bzw. Länge A2 des Absorberelements beträgt vorzugsweise, bezogen auf die Seitenlänge des Chips, mindestens 52%, insbesondere bei Detektorgrößen von kleiner als ca. 1 mm, und vorzugsweise zwischen 65 und 80%, insbesondere bei Detektorgrößen mit einer Seitenlänge von mehr als 1 ,5 mm.The width or length A2 of the absorber element is preferably, based on the side length of the chip, at least 52%, in particular for detector sizes of less than approximately 1 mm, and preferably between 65 and 80%, in particular for detector sizes with a side length of more than 1.5 mm.
In Versuchen haben sich die in der folgenden Tabelle angegebenen Größenverhältnisse bewährt.
Figure imgf000013_0001
The size ratios given in the following table have proven themselves in tests.
Figure imgf000013_0001
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Chipgeometrie wird erreicht, daß die bezogen auf die Detektorfläche erreichbare Signalspannung gegenüber den bekannten Sensoren deutlich erhöht wird. So wurden in Versuchen Signalspannungen gemessen, die zwischen 1 ,4- und 2-mal größer als die Signalspannungen bekannter Sensorchips gleicher Detektorfläche waren.The configuration of the chip geometry according to the invention ensures that the signal voltage that can be achieved with respect to the detector surface is significantly increased compared to the known sensors. In experiments, signal voltages were measured that were between 1, 4 and 2 times larger than the signal voltages of known sensor chips with the same detector area.
Zusätzlich wird durch den im Vergleich zu den Sensoren des Standes der Technik stark reduzierten Rand des Tragkörpers die Wahrscheinlichkeit von Reflexionen, die zu einer unerwünschten Erwei- terung des Meßfleckes führen können, verringert. Dadurch wird die Meßgenauigkeit des erfindungsgemäßen Infrarotstrahlungsthermometers für die Messung räumlich begrenzter Meßobjekte deutlich erhöht.In addition, the edge of the support body, which is greatly reduced in comparison to the sensors of the prior art, reduces the probability of reflections which can lead to an undesired expansion of the measurement spot. As a result, the measurement accuracy of the infrared radiation thermometer according to the invention for the measurement of spatially limited objects to be measured is significantly increased.
Es hat sich gezeigt, daß mit Vorteil die kalten Kontakte 17 am Rand der Membran in der Nähe der Kante zum Siliziumträger 12 angeordnet werden, während die warmen Kontakte möglichst unter dem Absorber 19 angeordnet werden, so daß der Gesamtbereich der Absorberfläche ausgenutzt wird. Demzufolge werden einige Kontakte, beispielsweise jeder zweite oder dritte Kontakt, in der Nähe des Absorberrandes angeordnet, während die übrigen zwischen Absorberrand und der Mitte des Absorbers 19 verteilt sind.It has been shown that the cold contacts 17 are advantageously arranged on the edge of the membrane near the edge of the silicon substrate 12, while the warm contacts are arranged as far as possible under the absorber 19, so that the entire area of the absorber surface is used. As a result, some contacts, for example every second or third contact, are arranged near the edge of the absorber, while the others are distributed between the edge of the absorber and the center of the absorber 19.
In den Figuren 5a und 5b ist der Aufbau des erfindungsgemäßen Absorbersystems gezeigt. Dabei ist der gesamte Sensor einschließlich der Gehäusebodenfläche derart gestaltet, daß alle Elemente zur Absorption beitragen. Die durch das Infrarotfilter 10 auf das Detektorelement 2 fallende Infrarotstrahlung erreicht zunächst die Absorberdeckschicht 52. Diese Deckschicht, die vorzugsweise durch CMOS-kompatible Prozesse herstellbar ist, hat einen möglichst niedrigen Reflexionskoeffizienten und eine hohe Eigenabsorption im Spektralbereich von beispielsweise 3 bis 14 μm. Da CMOS- und reinraumkompatible Schichten im allgemeinen nur eine Absorption von maximal etwa 50-70% haben, tritt zwangsläufig ein Teil der Infrarotstrahlung durch die Deckschicht 52 hindurch und trifft auf eine unterhalb der Deckschicht 52 angeordnete Passivierungsschicht 51 sowie die unter der Passivierungsschicht 51 liegenden thermoelektrischen Schichten 15, 16 und die Membranschichten 13, 14. Auch diese Schichten zeigen im Infrarotbereich eine gewisse Absorption. Die Gesamtabsorption des schichtartigen Aufbaus hängt sowohl von der Wellenlänge der Infrarotstrah- lung als auch von der Dicke der verwendeten dielektrischen Schichten ab. Es ist daher möglich, daß ein Teil der auftreffenden Infrarotstrahlung die Schichtstruktur durchdringt und zur Bodenplatte 1 gelangt. Auf der Bodenplatte 1 ist jedoch, wie bereits ausgeführt wurde, im Bereich der Ausnehmung eine hochreflektierende Schicht 7 angeordnet, die nahezu keine Eigenabsorption und keine Transmission zeigt, sondern den Strahlungsanteil zurück zur Membran reflektiert. Da auch die Membranschicht 14 möglicherweise ein Teil der von der Schicht 7 reflektierten Strahlung reflektiert, kann es zu einer Mehrfachreflexion kommen, bis der Strahlungsanteil nahezu vollständig wieder in die Membranschichten von unten eindringt. Der größte Teil der Reststrahlung, d.h. der Strahlung, die zunächst die Absorberschicht durchdrungen hat, wird dann beim zweiten Durchgang durch das Schichtsystem mit den Schichten 13, 14, 15, 16, 51 und 52 absorbiert.The structure of the absorber system according to the invention is shown in FIGS. 5a and 5b. The entire sensor including the housing bottom surface is designed in such a way that all elements contribute to absorption. The infrared radiation falling on the detector element 2 through the infrared filter 10 first reaches the absorber cover layer 52. This cover layer, which can preferably be produced by CMOS-compatible processes, has the lowest possible reflection coefficient and a high self-absorption in the spectral range of, for example, 3 to 14 μm. Since CMOS and cleanroom-compatible layers generally only have an absorption of at most about 50-70%, part of the infrared radiation inevitably passes through the cover layer 52 and strikes a passivation layer 51 arranged below the cover layer 52 and the thermoelectric layer located below the passivation layer 51 Layers 15, 16 and the membrane layers 13, 14. These layers also show a certain absorption in the infrared range. The total absorption of the layered structure depends both on the wavelength of the infrared radiation and the thickness of the dielectric layers used. It is therefore possible that part of the incident infrared radiation penetrates the layer structure and reaches the base plate 1. However, as already explained, a highly reflective layer 7 is arranged on the base plate 1 in the region of the recess, which layer shows almost no self-absorption and no transmission, but rather reflects the radiation component back to the membrane. Since the membrane layer 14 may also reflect some of the radiation reflected by the layer 7, multiple reflections can occur until the radiation portion almost completely penetrates the membrane layers from below again. Most of the residual radiation, ie the radiation that first penetrated the absorber layer, is then absorbed in the second passage through the layer system with the layers 13, 14, 15, 16, 51 and 52.
Alternativ dazu ist es auch möglich, innerhalb der Abfolge von dielektrischen Schichten der Absorptionsschichten eine Reflexionsschicht einzubringen, so daß die Mehrfachreflexionen nur in einem Teil des Schichtsystems stattfinden. Weiterhin kann es für manche Anwendungsfälle von Vorteil sein, die Dicken der dielektrischen Schichten im Hinblick auf Interferenzeffekte zu optimieren, um eine möglichst vollständige Absorption des eingefallenen Lichtes in der Absorptionsschicht zu erreichen.As an alternative to this, it is also possible to introduce a reflection layer within the sequence of dielectric layers of the absorption layers, so that the multiple reflections only take place in part of the layer system. Furthermore, it can be advantageous for some applications to optimize the thicknesses of the dielectric layers with regard to interference effects in order to achieve the most complete absorption possible of the incident light in the absorption layer.
So kann beispielsweise über der zusätzlichen Reflexionsschicht eine 0,5 bis 1 μm dicke dielektri- sehe Schicht, beispielsweise aus Siliziumoxid, aufgebracht werden. Bei recht breitbandigen Sensoren kann es von Vorteil sein, die Gesamtdicke der dielektrischen Schichten auf bis zu 1 ,5 bis 2,5 μm zu erhöhen.For example, a 0.5 to 1 μm thick dielectric layer, for example made of silicon oxide, can be applied over the additional reflection layer. In the case of quite broadband sensors, it can be advantageous to increase the total thickness of the dielectric layers up to 1.5 to 2.5 μm.
Erfindungsgemäß sind, um die einfallende Strahlung möglichst vollständig zu absorbieren, die thermoelektrischen Schichten im wesentlichen auf der gesamten Membran angeordnet. Darüber hinaus füllt die Absorberdeckschicht mit Vorteil die freitragende Membranfläche, d.h. die Fläche der Membran, die keinen Kontakt zu dem Tragkörper hat, zu zumindest 70 bis 85% aus.According to the invention, in order to absorb the incident radiation as completely as possible, the thermoelectric layers are arranged essentially on the entire membrane. In addition, the absorber cover layer advantageously fills the self-supporting membrane surface, i.e. the area of the membrane that is not in contact with the support body is at least 70 to 85%.
Das Schichtsystem besteht aus der Basisoxidschicht 14, die beispielsweise aus thermischem Silizi- umoxid oder CVD-Oxid bestehen kann, und dem Membransandwich 13, das beispielsweise aus Siliziumnitrit, Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrit besteht. Die thermoelektrischen Schichten 15 und 16, die beispielsweise aus n- und p-leitendem polykristallinem Silizium oder aus Silizium oder Germanium bestehen, können ebenfalls durch CVD-Abscheidung hergestellt werden. Über den thermoelektrischen Schichten 15 und 16 befindet sich eine Passivierungsschicht aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrit mit einer Dicke mit ca. 100 bis 1.500 nm.The layer system consists of the base oxide layer 14, which can consist, for example, of thermal silicon oxide or CVD oxide, and the membrane sandwich 13, which consists, for example, of silicon nitrite, silicon oxide or silicon oxynitrite. The thermoelectric layers 15 and 16, which consist for example of n- and p-type polycrystalline silicon or of silicon or germanium, can also be produced by CVD deposition. A passivation layer made of silicon oxide or silicon nitride with a thickness of approximately 100 to 1,500 nm is located above the thermoelectric layers 15 and 16.
Die Absorberdeckschicht 52 kann ein- oder mehrschichtig ausgeführt werden. In Versuchen hat sich gezeigt, daß zwei Varianten besonders vorteilhaft sind. Bei der ersten Variante wird eine dünne reflexionsmindernde Metallschicht, die beispielsweise aus Titannitrit besteht, auf die Passivierungsschicht 51 abgeschieden. Die Abscheidung kann beispielsweise durch Sputtem oder Verdampfen erfolgen. Zwar ist die Verwendung einer solchen reflexi- onsmindemden dünnen Schicht prinzipiell bekannt, bei den bekannten Schichten wird jedoch durch Oxidations- oder Alterungsprozesse der Schichtwiderstand und damit die Absorptionseigenschaften im Laufe der Zeit verändert. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, auf die reflexionsmindernde noch eine Passivierungsschicht aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrit aufzubringen, die vorzugsweise eine Dicke zwischen 10 und 50 nm hat. Diese Schicht kann beispielsweise durch plas- mainduzierte CVD-Abscheidung bei Temperaturen unterhalb von ca. 350 bis 400°C hergestellt werden. Eine solche sehr dünne Passivierungsschicht verschlechtert die Reflexionseigenschaften der Metallschicht nur unwesentlich, stellt jedoch eine hohe Langzeitstabilität der reflexionsmindernden dünnen Schicht zur Verfügung,The absorber cover layer 52 can be made in one or more layers. Experiments have shown that two variants are particularly advantageous. In the first variant, a thin reflection-reducing metal layer, which consists for example of titanium nitride, is deposited on the passivation layer 51. The deposition can take place, for example, by sputtering or evaporation. Although the use of such a reflection-reducing thin layer is known in principle, in the known layers the layer resistance and thus the absorption properties are changed in the course of time by oxidation or aging processes. According to the invention, it is therefore proposed to apply a passivation layer made of silicon oxide or silicon nitrite to the reflection-reducing layer, which preferably has a thickness between 10 and 50 nm. This layer can be produced, for example, by plasma-induced CVD deposition at temperatures below approx. 350 to 400 ° C. Such a very thin passivation layer only insignificantly deteriorates the reflection properties of the metal layer, but does provide high long-term stability of the reflection-reducing thin layer,
In der zweiten Variante wird eine Polymerschicht als Absorberdeckschicht verwendet. Die Dicke der Polymerschicht beträgt ca. 2 bis 10 μm. Als Polymerschicht kommen vorzugsweise Photoimid oder andere Polymere, wie z.B. Polyimid, zum Einsatz.In the second variant, a polymer layer is used as the absorber cover layer. The thickness of the polymer layer is approximately 2 to 10 μm. The polymer layer used is preferably photoimide or other polymers, such as e.g. Polyimide, for use.
Darüber hinaus können die beiden beschriebenen Varianten zur Erhöhung der Absorption auch kombiniert werden. Dann wird die reflexionsmindernde Metallschicht über der Polymerschicht abgeschieden.In addition, the two variants described can also be combined to increase the absorption. Then the reflection-reducing metal layer is deposited over the polymer layer.
Um den Meßfleck weiter zu begrenzen, weist der verwendete Siliziumtragkörper des Detektorelements 2 erfindungsgemäß eine sehr geringe Breite auf, so daß die nutzbare Absorberfläche im Vergleich zur Gesamtdetektorelementfläche sehr hoch ist. Fallen dennoch Teile der Infrarotstrahlung 26 auf den Rand des Detektorelements 2, so können diese durch eine gleichzeitig mit dem Absorber auf der Membran erzeugte Absorberschicht am Rand 25 an weiteren Reflexionen gehindert werden. Die Absorberschicht 25 kann den gesamten Tragkörperrand über dem Siliziumträger bedecken, wobei die für den Anschluß der Drähte notwendige Fläche auszunehmen ist. Wegen der hohen Wärmeleitung von Silizium und der guten thermischen Anbindung der Absorberschicht an den Siliziumträger und des Siliziumträgers an das Gehäuse führt die Absorption der auf den Randbereich auftreffenden Strahlung nicht zu einer nennenswerten Erhöhung der Temperatur der kalten Kontakte 17.In order to further limit the measurement spot, the silicon carrier body of the detector element 2 used according to the invention has a very small width, so that the usable absorber area is very high compared to the total detector element area. If parts of the infrared radiation 26 nevertheless fall on the edge of the detector element 2, they can be prevented from further reflections at the edge 25 by an absorber layer generated on the membrane at the same time as the absorber. The absorber layer 25 can cover the entire edge of the supporting body above the silicon carrier, the area necessary for the connection of the wires being excluded. Because of the high thermal conductivity of silicon and the good thermal connection of the absorber layer to the silicon carrier and the silicon carrier to the housing, the absorption of the radiation impinging on the edge region does not lead to a significant increase in the temperature of the cold contacts 17.
Falls Teile der Infrarotstrahlung 24 neben dem Detektorelement 2 auf die Bodenplatte 1 auftreffen, so können diese durch eine zusätzliche Absorberschicht 43 absorbiert werden. Dadurch wird verhindert, daß diese Strahlungsanteile 24 unter Umständen über Mehrfachreflexionen an Bodenplatte, Kappenwand und Kappendecke wieder zurück zum Absorber geführt werden. Dies würde sonst zu einer Verschlechterung des Abbildungsverhaltens der Optik führen.If parts of the infrared radiation 24 strike the base plate 1 next to the detector element 2, these can be absorbed by an additional absorber layer 43. This prevents this radiation component 24 from possibly being caused by multiple reflections on the base plate, Cap wall and cap cover are led back to the absorber. Otherwise this would lead to a deterioration in the imaging behavior of the optics.
Figur 6 zeigt zwei Ausführungsformen mit erfindungsgemäß verbesserter Kappengeometrie. Durch die gezeigten besonderen Kappengeometrien soll die Meßgenauigkeit erhöht werden, insbesondere bei Auftreten des sogenannten "Thermoschockeffekts". Der sogenannte Thermoschockeffekt beruht darauf, daß es bei plötzlichen Änderungen der Umgebungstemperatur zu einem Temperaturgradienten zwischen Kappe und Bodenplatte kommen kann. Dieser Temperaturunterschied führt zwangsläufig zu einem Fehlsignal, das nicht durch die auf der Bodenplatte aufgebrachte Tempera- turreferenz 3 korrigiert werden kann. Das Fehlsignal verschwindet erst, nachdem Kappe und Bodenplatte wieder exakt die gleiche Temperatur haben. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn das Absorbersystem des Detektorelements bzw. -Chips 2 den Filterkleber 27, der im allgemeinen zur Befestigung des Filters 10 auf der Kappe 9 verwendet wird, im "Sichtfeld" hat. Ursache dafür ist die häufig sehr hohe Eigenabsorption und -emission des verwendeten Filterklebers im Ver- gleich zur metallischen Kappe 9. Dadurch werden Temperaturdifferenzen zwischen Grundkörper und Kappe 9 bzw. zwischen Grundkörper und verwendetem Kleber 27 über von dem verwendeten Kleber 27 emittierte Infrarotstrahlung zum Detektorelement 2 übertragen. Dies führt zu Meßfehlern, wenn die Kappe 9 eine andere Temperatur als das Detektorelement 2 hat.Figure 6 shows two embodiments with improved cap geometry according to the invention. The accuracy of measurement is to be increased by the special cap geometries shown, in particular when the so-called "thermal shock effect" occurs. The so-called thermal shock effect is based on the fact that a sudden gradient in the ambient temperature can lead to a temperature gradient between the cap and the base plate. This temperature difference inevitably leads to a false signal, which cannot be corrected by the temperature reference 3 applied to the base plate. The false signal only disappears after the cap and base plate have exactly the same temperature again. This effect is particularly pronounced if the absorber system of the detector element or chip 2 has the filter adhesive 27, which is generally used for fastening the filter 10 on the cap 9, in the “field of view”. The reason for this is the often very high self-absorption and emission of the filter adhesive used in comparison to the metallic cap 9. This causes temperature differences between the base body and cap 9 or between the base body and the adhesive 27 used to form detector element 2 via infrared radiation emitted by the adhesive 27 used transfer. This leads to measurement errors if the cap 9 has a different temperature than the detector element 2.
Bei der in Figur 6a gezeigten Ausführungsform wird daher eine zusätzliche Blende 28, die beispielsweise aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein kann, in der Kappe 9 über dem Detektorelement 2 so montiert, daß eine Lochblende 28 die Strahlung vom Filter 10 zum Absorber hindurchläßt und die von der äußeren Kappenwand ankommenden Strahlungsanteile vom Detektorelement 2 fernhält. Diese Blende 28 kann mit Vorteil beidseitig reflektierend ausgeführt sein, wobei jedoch besonders bevorzugt zumindest die zum Infrarotfilter 10 zeigende Oberseite absorbierend beschichtet ist.In the embodiment shown in Figure 6a, an additional aperture 28, which can be made of metal or plastic, for example, is therefore mounted in the cap 9 above the detector element 2 such that an aperture 28 allows the radiation from the filter 10 to the absorber and that from keeps the radiation components arriving from the outer cap wall away from the detector element 2. This diaphragm 28 can advantageously be designed to be reflective on both sides, but particularly preferably at least the top side facing the infrared filter 10 is coated with an absorbent coating.
Bei der in Figur 6b gezeigten zweiten Ausführungsform einer Kappengeometrie wird das Filter 10 auf die Oberseite der Kappe 9 in einer Vertiefung montiert. Diese Vertiefung ist derart ausgebildet, daß der Filterkleber 27 nicht im "Sichtfeld" des Detektorelements 2 liegt. Dabei ist die Tiefe der Vertiefung vorzugsweise derart ausgestaltet, daß sie etwas größer als die Filterdicke ist, so daß der Filter nicht über die Oberseite der Kappe vorsteht.In the second embodiment of a cap geometry shown in FIG. 6b, the filter 10 is mounted on the top of the cap 9 in a recess. This depression is designed such that the filter adhesive 27 is not in the "field of view" of the detector element 2. The depth of the depression is preferably designed such that it is somewhat larger than the filter thickness, so that the filter does not protrude above the top of the cap.
In den Figuren 7a und 7b sind weitere bevorzugte Kappengeometrien dargestellt, mit deren Hilfe die räumliche Auflösung des Thermopilesensors weiter erhöht wird.FIGS. 7a and 7b show further preferred cap geometries with the aid of which the spatial resolution of the thermopile sensor is further increased.
So ist in der in Figur 7a gezeigten Kappe 29 ein rotationssymmetrischer Spiegel 30 eingebracht, der beispielsweise aus Metall oder aus einem reflektierend beschichteten Kunststoffteil bestehen kann. Der obere Teil des Spiegels 30 ist so geformt, daß die durch den Infrarotfilter 10 durchtretenden Strahlen auf die Absorberfläche des Detektorelements 2 fokussiert werden. Dies kann beispielsweise durch Ausbildung des oberen Teils des Spiegels 30 als Paraboloid oder als sog. Winston-Konus erreicht werden.Thus, in the cap 29 shown in FIG. 7a, a rotationally symmetrical mirror 30 is introduced, which can consist, for example, of metal or of a reflectively coated plastic part. The upper part of the mirror 30 is shaped so that the rays passing through the infrared filter 10 are focused on the absorber surface of the detector element 2. This can be achieved, for example, by designing the upper part of the mirror 30 as a paraboloid or as a so-called Winston cone.
Das untere Ende 32 des Spiegels ist hingegen so geformt, daß der Wandbereich der Kappe 29 nicht im Sichtbereich des Sensorabsorbers liegt. Eine metallische Reflexionsschicht auf den Spiegelinnenseiten 31 , 33, die beispielsweise aus einer dünnen Gold-, Silber- oder Aluminiumschicht mit passivierender Deckschicht, z.B. aus Siliziumoxid oder einem polymeren Material, bestehen kann, verhindert zusätzliche Meßfehler durch eine Aufwärmung des Spiegels oder der Kappe. Die Unterseite 32 des Spiegels kann sowohl gekrümmt sein, wie dies in Figur 7a gezeigt ist, als auch eben, beispielsweise im wesentlichen parallel zur Bodenplatte verlaufend, ausgeführt sein.The lower end 32 of the mirror, however, is shaped so that the wall area of the cap 29 is not in the field of view of the sensor absorber. A metallic reflective layer on the inside of the mirror 31, 33, which consists for example of a thin gold, silver or aluminum layer with a passivating cover layer, e.g. silicon oxide or a polymeric material, prevents additional measurement errors by heating the mirror or the cap. The underside 32 of the mirror can be both curved, as shown in FIG. 7a, and also flat, for example running essentially parallel to the base plate.
Eine weitere Ausführungsform mit optischer Fokussierung ist in Figur 7b gezeigt. Die Kappe 29 hat eine eingesetzte Linse 34, die beispielsweise aus Silizium, Germanium, Calciumfluorid oder ähnlichem bestehen kann. Bei bestimmten Anwendungsfällen kann der Transmissionsbereich der Linse 34 durch bekannte Antireflex-Filterschichten auf der Linsenoberfläche entsprechend eingeschränkt werden. Ein rotationssymmetrischer Apertur- bzw. Öffnungskörper 36, der vorzugsweise aus Kunststoff besteht, ist in der Kappe eingeordnet, um Reflexionen an der Kappenwand zu verhindern. Deshalb ist die innere Oberfläche 35 des Öffnungskörpers 36 absorbierend ausgeführt. Die Unterseite des Aperturkörpers 36 kann sowohl gekrümmt als auch parallel zur Bodenplatte 1 verlaufend ausgebildet werden und kann gegebenenfalls reflektierend sein.Another embodiment with optical focusing is shown in FIG. 7b. The cap 29 has an inserted lens 34, which can consist, for example, of silicon, germanium, calcium fluoride or the like. In certain applications, the transmission range of the lens 34 can be correspondingly restricted by known anti-reflection filter layers on the lens surface. A rotationally symmetrical aperture or opening body 36, which is preferably made of plastic, is arranged in the cap in order to prevent reflections on the cap wall. Therefore, the inner surface 35 of the opening body 36 is made absorbent. The underside of the aperture body 36 can be both curved and parallel to the base plate 1 and can optionally be reflective.
Es versteht sich, daß auch mehr als ein Detektorelement 2, beispielsweise eine Zeile oder ein Array von Sensorelementen mit je einem erfindungsgemäßen Absorbersystem auf dem Detektorelement 2 integriert sein kann. Die Signalvorverarbeitung der einzelnen Signale kann dann sowohl monolithisch im Detektorelement 2 als auch auf dem applikationsspezifischen Siliziumschaltkreis 11 neben dem Detektorelement 2 auf der Bodenplatte 1 vorgenommen werden.It goes without saying that more than one detector element 2, for example a line or an array of sensor elements, each with an absorber system according to the invention, can be integrated on the detector element 2. The signal preprocessing of the individual signals can then be carried out both monolithically in the detector element 2 and on the application-specific silicon circuit 11 next to the detector element 2 on the base plate 1.
In Figur 7c ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Absorbersystems dargestellt. Prinzipiell entsprechen der Chipaufbau und die Schichtenfolge dieser Ausführungsform den im Zusammenhang mit den Figuren 2, 3 und 5 beschriebenen Ausführungsformen. Auch bei mehrele- mentigen Anordnungen ist im Bereich unter der Membran eine hoch reflektierende Schicht 7 angeordnet. Die Absorberstruktur 19 ist über der Membranschicht 13, 14 angeordnet und füllt auch hier den größten Teil der Elementfläche zwischen den verbleibenden Wänden 54 des Siliziumträgers 12 aus. Im Unterschied zu der einelementigen Lösung muß eine Linse 34 eingesetzt werden und die Größe der Aperturöffnung des Aperturkörpers 30 muß an die Größe der außen liegenden Sensorelemente angepaßt werden. Es versteht sich, daß der Aperturkörper 36 als auch der Spiegel 30 als Bestandteil der Kappe 29 ausgeführt sein können. Entsprechende Ausführungsformen sind in den Figuren 8a und 8b gezeigt.A further embodiment of the absorber system according to the invention is shown in FIG. 7c. In principle, the chip structure and the layer sequence of this embodiment correspond to the embodiments described in connection with FIGS. 2, 3 and 5. Even with multi-element arrangements, a highly reflective layer 7 is arranged in the area under the membrane. The absorber structure 19 is arranged above the membrane layer 13, 14 and also fills the major part of the element area between the remaining walls 54 of the silicon carrier 12. In contrast to the one-element solution, a lens 34 must be used and the size of the aperture opening of the aperture body 30 must be adapted to the size of the sensor elements located on the outside. It is understood that the aperture body 36 and the mirror 30 can be designed as part of the cap 29. Corresponding embodiments are shown in FIGS. 8a and 8b.
Die Kappe 29, die beispielsweise ein Tiefziehteil aus Metall oder ein Spritzgußteil aus Kunststoff sein kann, hat am oberen Ende eine Vertiefung 37 zur Aufnahme des Filters 10. An die Vertiefung schließt sich die Spiegelfläche 30 mit einer reflektierenden Beschichtung 31 an. Die Spiegelfläche 31 und die Kappe 29 sind somit aus einem einzigen Teil gebildet, wodurch sich eine besonders gute thermische Anbindung von Spiegel, Kappe und Filter bzw. Linse an die Bodenplatte verwirkli- chen läßt. Darüber hinaus werden durch diese Ausführungsform die Montagekosten verringert, weil kein separates Einkleben des Spiegels und dessen entsprechende Justage erforderlich ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der innere Teil des Spiegels 30 mit seiner reflektierenden Beschichtung 31 derart geformt, daß er eine fokussierende Wirkung für die durch den Infrarotfilter 10 durchtretende Strahlung zeigt. Dadurch wird die Strahlung auf die Absorberfläche des Detektorelements 2 abgebildet. Der Spiegel hat vorzugsweise zu diesem Zweck die Form eines Paraboloids oder eines sogenannten Winston-Konus.The cap 29, which can be, for example, a deep-drawn part made of metal or an injection molded part made of plastic, has a recess 37 at the upper end for receiving the filter 10. The mirror surface 30 is connected to the recess with a reflective coating 31. The mirror surface 31 and the cap 29 are thus formed from a single part, as a result of which a particularly good thermal connection of the mirror, cap and filter or lens to the base plate can be achieved. In addition, the assembly costs are reduced by this embodiment, because no separate gluing in of the mirror and its corresponding adjustment is required. In the embodiment shown, the inner part of the mirror 30 with its reflective coating 31 is shaped such that it has a focusing effect on the radiation passing through the infrared filter 10. The radiation is thereby imaged on the absorber surface of the detector element 2. For this purpose, the mirror preferably has the shape of a paraboloid or a so-called Winston cone.
Mit der in Figur 8a gezeigten Ausführungsform lassen sich besonders reproduzierbare optische Abbildungseigenschaften erzielen, da aufgrund der Ausbildung der Kappe 29 als Tiefziehwerkzeug bzw. als Spritzgußwerkzeug der Abstand zwischen Spiegel und Detektorelement 2 gut definiert ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist zumindest die gesamte Innenseite der Kappe reflektierend beschichtet.With the embodiment shown in FIG. 8a, particularly reproducible optical imaging properties can be achieved, since the distance between the mirror and the detector element 2 is well defined due to the design of the cap 29 as a deep-drawing tool or as an injection molding tool. In a particularly preferred embodiment, at least the entire inside of the cap is coated with a reflective coating.
Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn zusätzlich auch die Außenseite der Kappe reflektie- rend beschichtet ist, um ein unerwünschtes Aufheizen der Kappe 29 gegenüber der Grundplatte 1 zu verhindern.In addition, it can be advantageous if the outside of the cap is additionally coated with a reflective coating, in order to prevent the cap 29 from heating up undesirably relative to the base plate 1.
Die in Figur 8b gezeigte Ausführungsform weist eine Linse 34, z.B. aus Silizium, Germanium, Calci- umfluorid oder ähnlichem, auf, die in die Kappe 29 eingesetzt ist. Die Kappe 29 ist auch hier als Tiefziehteil aus Metall oder als Spritzgußteil aus Kunststoff ausgebildet und hat am oberen Ende eine Vertiefung 37, in die die Linse 34 eingelegt wird. Weiterhin weist die Vertiefung 37 eine umlaufende Nut 38 auf. Die umlaufende Nut 38, die im übrigen auch bei der in Figur 8a gezeigten Ausführungsform eingesetzt werden könnte, verhindert, daß der Kleber zur Befestigung von Filter 10 oder Linse 34 bis auf die vom Sensor sichtbare Filter-, Spiegel- oder Linsenfläche vordringt. Auch bei dieser Ausführungsform schließt sich an die Vertiefung direkt die Aperturfläche 30 mit einer absorbierenden Beschichtung 35 an. Eine zusätzliche Blende 28, die vorzugsweise als Metalltiefziehteil ausgebildet oder aus einem re flektierend beschichteten Kunststoff bestehen kann, wird derart über dem Chip 2 angeordnet, daf die Blende 28 die Strahlung vom Filter zum Absorber passieren läßt und die von der äußeren Kap penwand ankommenden Strahlungsanteile vom Detektorelement fernhält. Falls die Kappe 29 au: Kunststoff besteht, dann besteht die Lochblende 28 vorzugsweise aus Metall und das untere End< 39 wird bis zur Bodenplatte 1 verlängert und mit dieser derart verbunden sein, daß ein guter thermi scher Kontakt entsteht. Die Lochblende 28 dient zur Verbesserung der optischen Abbildungsver hältnisse und zur Reduzierung des sogenannten Thermoschockeffektes. Auch hier wird die gesam te Innen- und Außenseite der Kappe 29 vorzugsweise reflektierend beschichtet. The embodiment shown in FIG. 8b has a lens 34, for example made of silicon, germanium, calcium fluoride or the like, which is inserted into the cap 29. The cap 29 is also formed here as a deep-drawn part made of metal or as an injection molded part made of plastic and has a recess 37 at the upper end, into which the lens 34 is inserted. Furthermore, the recess 37 has a circumferential groove 38. The circumferential groove 38, which could also be used in the embodiment shown in FIG. 8a, prevents the adhesive for attaching filter 10 or lens 34 from penetrating down to the filter, mirror or lens surface visible by the sensor. In this embodiment, too, the depression is directly adjoined by the aperture surface 30 with an absorbent coating 35. An additional aperture 28, which is preferably formed as a metal deep-drawn part or can consist of a re reflective coated plastic, is arranged above the chip 2 in such a way that the aperture 28 allows the radiation from the filter to the absorber to pass and the radiation portions arriving from the outer cap wall from Keeps detector element away. If the cap 29 is made of plastic, then the pinhole 28 is preferably made of metal and the lower end <39 is extended to the base plate 1 and connected to it in such a way that good thermal contact is produced. The pinhole 28 is used to improve the optical ratios and to reduce the so-called thermal shock effect. Again, the entire inside and outside of the cap 29 is preferably coated with a reflective coating.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Bodenplatte1 base plate
2 Detektorelement 3 Temperaturreferenzelement2 detector element 3 temperature reference element
4 Verbindungsdraht4 connecting wire
5 Anschlußstifte5 pins
6 Kontaktfläche6 contact surface
7 reflektierende Schicht 8 absorbierende Schicht7 reflective layer 8 absorbent layer
9 Kappe9 cap
10 Filter10 filters
11 Signalverarbeitungsschaltkreis11 signal processing circuit
12 Tragkörper 13 Membranschicht12 support body 13 membrane layer
14 Basisschicht/untere Membranschicht14 base layer / lower membrane layer
15,16 thermoelektrische Schichten15.16 thermoelectric layers
17 kalte Kontakte17 cold contacts
18 warme Kontakte 19 Absorberstruktur18 warm contacts 19 absorber structure
20 reflektierende Schicht20 reflective layer
21 Bondinsel21 bond island
24 Teil der Infrarotstrahlung24 part of infrared radiation
25 Randbereiche der Absorberschicht 26 Teil der Infrarotstrahlung25 edge regions of the absorber layer 26 part of the infrared radiation
27 Filterkleber27 filter adhesive
28 Blende28 aperture
29 Kappe29 cap
30 Spiegel 31 Spiegelschicht30 mirror 31 mirror layer
32 Unterseite des Spiegels32 bottom of the mirror
33 reflektierende Schicht33 reflective layer
34 Linse34 lens
35 Oberfläche 36 Aperturkörper35 surface 36 aperture body
37 Vertiefung37 deepening
38 Nut38 groove
39 unteres Ende der Blende39 lower end of the bezel
40 Ausnehmung 41 Metallschicht40 recess 41 metal layer
42 Inseln42 islands
43 absorbierende Schicht43 absorbent layer
44 Durchführungen44 executions
45 Lotverschluß 46 Lothügel45 solder lock 46 solder bump
48 Kontakte48 contacts
51 Passivierungsschicht51 passivation layer
52 Absorberdeckschicht52 absorber top layer
53 Infrarotstrahlung 54 Wände des Siliziumtragkörpers53 infrared radiation 54 walls of the silicon supporting body
A1 Abstand zwischen Absorberrand und MembranA1 Distance between the edge of the absorber and the membrane
A2 Länge des AbsorberelementsA2 length of the absorber element
D Dicke des Tragkörperrahmens S Seitenlänge des Detektorelements D thickness of the supporting frame S side length of the detector element

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. Strahlungssensor, z. B. für die berührungslose Temperaturmessung oder die Infrarot- Spektroskopie, mit einem Detektorelement, wobei das Detektorelement ein Absorberele- ment (13, 14, 15, 16, 51 , 52), das Strahlung absorbiert und sich dadurch erwärmt, und einen1. radiation sensor, e.g. B. for non-contact temperature measurement or infrared spectroscopy, with a detector element, the detector element being an absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52) that absorbs radiation and is thereby heated, and one
Tragkörper (2) mit einer Tragkörperfläche zur Aufnahme des Absorberelements (13, 14, 15, 16, 51 , 52) aufweist, wobei die Tragkörperfläche eine Ausnehmung aufweist und das Absorberelement (13, 14, 15, 16, 51 , 52) derart auf der Tragkörperfläche und über der Ausnehmung angeordnet ist, daß zumindest ein Abschnitt des Absorberelements (13, 14, 15, 16, 51 , 52) den Tragkörper (2) nicht berührt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung eine Ausdehnung hat, die mindestens 45% der Tragkörperfläche entspricht.Has support body (2) with a support body surface for receiving the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52), wherein the support body surface has a recess and the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52) in such a way is arranged on the support body surface and above the recess such that at least a portion of the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52) does not touch the support body (2), characterized in that the recess has an extension which is at least 45% corresponds to the area of the supporting body.
2. Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung zumindest an ihrer dem Absorberelement (13, 14, 15, 16, 51 , 52) zugewandten Seite einen Querschnitt hat, der zwischen 45 und 75%, vorzugsweise zwischen 50 und 70% und besonders bevorzugt etwa 65% der Oberfläche des Tragkörpers einnimmt.2. Sensor according to claim 1, characterized in that the recess at least on its side facing the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52) has a cross section which is between 45 and 75%, preferably between 50 and 70% and particularly preferably occupies about 65% of the surface of the support body.
3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung Seitenwände (2) aufweist, die mit der Oberseite des Tragkörpers einen Winkel zwischen 80 und 100°, vorzugsweise zwischen 85 und 95° und besonders bevorzugt etwa 90° einschließen.3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the recess has side walls (2) which form an angle between 80 and 100 °, preferably between 85 and 95 ° and particularly preferably about 90 ° with the top of the support body.
4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung sich senkrecht zur Auflageebene durch den gesamten Tragkörper (2) hindurch erstreckt.4. Sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the recess extends perpendicular to the support plane through the entire support body (2).
5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (2) mittels Silizium-Technologie hergestellt ist.5. Sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the support body (2) is made by means of silicon technology.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bodenplatte (1) vorgesehen ist, auf der der Tragkörper befestigt ist.6. Sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that a base plate (1) is provided on which the support body is attached.
7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorberelement (13, 14, 15, 16, 51 , 52) mindestens eine CMOS-kompatible Deckschicht (52) aufweist.7. Sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52) has at least one CMOS-compatible cover layer (52).
8. Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorberelement (13, 14, 15, 16, 51 , 52) mehrschichtig ist, wobei die CMOS-kompatible Deckschicht (52) auf zumindest einer strahlungsempfindlichen bzw. temperaturempfindlichen Funktionsschicht (13, 14, 15, 16) angeordnet ist. 8. Sensor according to claim 7, characterized in that the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52) is multi-layered, the CMOS-compatible cover layer (52) on at least one radiation-sensitive or temperature-sensitive functional layer (13, 14th , 15, 16) is arranged.
9. Sensor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (52) eine Fläche von mindestens 30%, vorzugsweise zwischen 35 und 70%, besonders bevorzugt zwischen 40 und 60% der Oberfläche des Tragkörpers einnimmt.9. Sensor according to claim 7 or 8, characterized in that the cover layer (52) occupies an area of at least 30%, preferably between 35 and 70%, particularly preferably between 40 and 60% of the surface of the support body.
10. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Bodenfläche bzw. der Grund der Ausnehmung aus einem Infrarotstrahlung reflektierenden Material, vorzugsweise einer Metallschicht (7), besonders bevorzugt einer Goldschicht besteht, wobei die Schicht (7) vorzugsweise eine Dicke von weniger als 1 μm aufweist.10. Sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least the bottom surface or the bottom of the recess consists of an infrared radiation reflecting material, preferably a metal layer (7), particularly preferably a gold layer, the layer (7) preferably has a thickness of less than 1 μm.
11. Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (1) aus einem Infrarotstrahlung nicht reflektierenden Material hergestellt ist oder zumindest an den den Tragkörper (2) umgebenden Bereichen (43) mit einem Infrarotstrahlung nicht reflektierenden Material, vorzugsweise einem Lack oder Photoresist, beschichtet ist.11. Sensor according to one of claims 6 to 10, characterized in that the base plate (1) is made of an infrared radiation non-reflective material or at least on the areas (43) surrounding the support body (43) with an infrared radiation non-reflective material, preferably a varnish or photoresist.
12. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Membran (13) vorgesehen ist, die das Absorberelement (13, 14, 15, 16, 51 , 52) trägt, wobei die Membran (13) mindestens zwei Schichten aufweist.12. Sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that a membrane (13) is provided which carries the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52), the membrane (13) at least two layers having.
13. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten der Membran (13) aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid aufgebaut sind.13. Sensor according to claim 12, characterized in that the layers of the membrane (13) are constructed from silicon dioxide, silicon nitride or silicon carbide.
14. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorberelement (13, 14, 15, 16, 51 , 52) mehrschichtig aufgebaut ist.14. Sensor according to one of claims 1 to 13, characterized in that the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52) is constructed in several layers.
15. Sensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorberelement (13, 14, 15, 16, 51 , 52) eine Deckschicht (19, 52) aufweist, die als, vorzugsweise CMOS-kompatible, Metallabsorptionsschicht ausgebildet ist.15. Sensor according to claim 14, characterized in that the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52) has a cover layer (19, 52) which is designed as a, preferably CMOS-compatible, metal absorption layer.
16. Sensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (19, 52) eine Dik- ke von weniger als 50 nm aufweist.16. Sensor according to claim 15, characterized in that the cover layer (19, 52) has a thickness of less than 50 nm.
17. Sensor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (19, 52) aus Titan nitrid besteht.17. Sensor according to claim 15 or 16, characterized in that the cover layer (19, 52) consists of titanium nitride.
18. Sensor nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (19, 52) einen Schichtwiderstand zwischen etwa 180 und 400 Ohm aufweist. 18. Sensor according to one of claims 15 to 17, characterized in that the cover layer (19, 52) has a sheet resistance between about 180 and 400 ohms.
19. Sensor nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Deckschicht (19, 52) eine Passivierungsschicht angeordnet ist, wobei die Passivierungsschicht vorzugsweise aus Siliziumoxyd oder Siliziumnitrit besteht.19. Sensor according to one of claims 15 to 18, characterized in that a passivation layer is arranged on the cover layer (19, 52), the passivation layer preferably consisting of silicon oxide or silicon nitride.
20. Sensor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (19, 52) durch eine Polymerschicht mit einer Dicke von vorzugsweise zwischen 2 und 10 μm gebildet wird.20. Sensor according to claim 15 or 16, characterized in that the cover layer (19, 52) is formed by a polymer layer with a thickness of preferably between 2 and 10 microns.
21. Sensor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (19) aus einer vorzugsweise zwischen 2 und 10 μm dicken Polymerschicht, einer über der Polymerschicht angeordneten vorzugsweise weniger als 50 nm dicken Metallabsorptionsschicht und einer oberhalb der Metallabsorptionsschicht angeordneten Passivierungsschicht mit einer Dicke von vorzugsweise zwischen 10 und 50 nm besteht.21. Sensor according to claim 15 or 16, characterized in that the cover layer (19) from a preferably between 2 and 10 microns thick polymer layer, a preferably less than 50 nm thick metal absorption layer arranged above the polymer layer and a passivation layer arranged above the metal absorption layer with a Thickness of preferably between 10 and 50 nm.
22. Sensor nach einem der Ansprüche 15 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der die Deckschicht (19,52) bildenden Schichten sich zumindest teilweise bis auf die obere Randfläche des Tragkörpers (2), die die Ausnehmung umgibt, erstreckt.22. Sensor according to one of claims 15 to 21, characterized in that at least one of the layers forming the cover layer (19, 52) extends at least partially to the upper edge surface of the support body (2) which surrounds the recess.
23. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Messung der Temperatur des Absorberelements vorgesehen ist.23. Sensor according to one of claims 1 to 22, characterized in that a device for measuring the temperature of the absorber element is provided.
24. Sensor nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßeinrichtung zumindest ein Thermoelement, vorzugsweise ein Thermopile aufweist.24. Sensor according to claim 23, characterized in that the temperature measuring device has at least one thermocouple, preferably a thermopile.
25. Sensor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Thermoelement bzw. das Thermopile aus zwei Schichten aus polykristallinem Silizium gebildet werden, wobei die eine Schicht n-leitend und die andere p-leitend ist und die beiden Schichten durch eine Isolationsschicht, die vorzugsweise durch eine Siliziumoxyd- oder Siliziumnitridschicht gebildet wird, voneinander getrennt sind.25. Sensor according to claim 24, characterized in that the at least one thermocouple or the thermopile are formed from two layers of polycrystalline silicon, one layer being n-type and the other p-type and the two layers by an insulation layer, which are preferably formed by a silicon oxide or silicon nitride layer, are separated from one another.
26. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorberelement (13, 14, 15, 16, 51 , 52) eine Reflexionsschicht aufweist, die Strahlung reflektiert.26. Sensor according to one of claims 1 to 25, characterized in that the absorber element (13, 14, 15, 16, 51, 52) has a reflection layer which reflects radiation.
27. Sensor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Reflexionsschicht eine dielektrische Schicht mit einer bevorzugten Dicke zwischen 0,5 und 2,5 μm vorgesehen ist. 27. Sensor according to claim 26, characterized in that a dielectric layer with a preferred thickness between 0.5 and 2.5 microns is provided on the reflection layer.
28. Sensor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht aus Poly- silizium und Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, vorzugsweise aus Siliziumdioxid, zusammengesetzt ist.28. Sensor according to claim 27, characterized in that the dielectric layer is composed of polysilicon and silicon dioxide or silicon nitride, preferably of silicon dioxide.
29. Sensor nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ther- mopileelemente in Zeilen- oder Matrixanordnung vorgesehen sind, wobei vorzugsweise jedes Thermopileelement einem separatem Absorberelement zugeordnet ist.29. Sensor according to one of claims 23 to 28, characterized in that a plurality of thermopile elements are provided in a row or matrix arrangement, preferably each thermopile element being assigned to a separate absorber element.
30. Sensor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement eine Mehrzahl von Ausnehmungen und eine Mehrzahl von Absorberelementen aufweist, wobei jedes Absorberelement oberhalb einer Ausnehmung angeordnet ist.30. Sensor according to claim 29, characterized in that the carrier element has a plurality of recesses and a plurality of absorber elements, each absorber element being arranged above a recess.
31. Sensor nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Anschluß, der sogenannte warme Kontakt, der Thermoelemente des Thermopiles unter dem Absorberelement angeordnet ist, wobei vorzugsweise sich der warme Kontakt jedes zweiten oder dritten Thermoelements bis in einen mittleren Bereich des Absorberelements erstreckt, während sich der warme Kontakt der anderen Thermoelemente nur bis in einen Randbereich des Absorberelements erstreckt.31. Sensor according to one of claims 24 to 30, characterized in that in each case a connection, the so-called warm contact, of the thermocouples of the thermopile is arranged under the absorber element, the warm contact preferably being every second or third thermocouple up to a central region of the absorber element, while the warm contact of the other thermocouples extends only into an edge region of the absorber element.
32. Sensor nach einem der Ansprüche 24 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Anschluß, der sogenannte kalte Kontakt, der Thermoelemente des Thermopiles mit dem die Ausnehmung umgebenden Rand des Tragkörpers verbunden ist, wobei der Verbindungspunkt des kalten Kontakts mit dem Tragkörper vorzugsweise im Bereich des inneren Randes des die Ausnehmung umgebenden Rahmens des Tragkörpers liegt. 32. Sensor according to one of claims 24 to 31, characterized in that a connection, the so-called cold contact, of the thermocouples of the thermopile is connected to the edge of the support body surrounding the recess, the connection point of the cold contact with the support body preferably in Area of the inner edge of the frame of the support body surrounding the recess lies.
PCT/DE2004/000970 2003-05-13 2004-05-13 Infrared sensor with optimised surface utilisation WO2004102140A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006529593A JP5001007B2 (en) 2003-05-13 2004-05-13 Infrared sensor utilizing optimized surface

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10321639A DE10321639A1 (en) 2003-05-13 2003-05-13 Infrared sensor with optimized use of space
DE10321639.1 2003-05-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004102140A1 true WO2004102140A1 (en) 2004-11-25

Family

ID=33394571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2004/000970 WO2004102140A1 (en) 2003-05-13 2004-05-13 Infrared sensor with optimised surface utilisation

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5001007B2 (en)
DE (1) DE10321639A1 (en)
WO (1) WO2004102140A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012063915A1 (en) * 2010-11-12 2012-05-18 パナソニック株式会社 Infrared sensor module and method of manufacturing same
JP2013185996A (en) * 2012-03-08 2013-09-19 Ngk Spark Plug Co Ltd Nondispersive infrared analyzer type gas detector

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7842922B2 (en) 2005-05-17 2010-11-30 Heimann Sensor Gmbh Thermopile infrared sensor array
DE102006050041B4 (en) * 2006-10-24 2016-03-31 Robert Bosch Gmbh Radiation sensor with an array of several thermopiles on a substrate with membrane surfaces
DE102008041131B4 (en) * 2008-08-08 2020-07-30 Robert Bosch Gmbh Thermopile sensor for the detection of infrared radiation
JP2011069649A (en) * 2009-09-24 2011-04-07 Panasonic Electric Works Co Ltd Infrared sensor module and method of manufacturing the same
DE102010042108B4 (en) * 2010-01-18 2013-10-17 Heimann Sensor Gmbh Thermopile infrared sensor in monolithic Si micromechanics
EP2482049A1 (en) 2011-01-31 2012-08-01 Microlife Intellectual Property GmbH IR thermometer baffles
JP5287906B2 (en) * 2011-03-02 2013-09-11 オムロン株式会社 Infrared temperature sensor, electronic device, and method of manufacturing infrared temperature sensor
JP6132223B2 (en) * 2011-12-14 2017-05-24 パナソニックIpマネジメント株式会社 Infrared sensor
JP5333641B2 (en) * 2012-10-29 2013-11-06 オムロン株式会社 Infrared temperature sensor, electronic device, and method of manufacturing infrared temperature sensor
JP6194799B2 (en) * 2014-01-15 2017-09-13 オムロン株式会社 Infrared sensor
JP6287233B2 (en) * 2014-01-15 2018-03-07 オムロン株式会社 Infrared detector cap and infrared detector
JP6187696B2 (en) * 2014-07-03 2017-08-30 株式会社村田製作所 Gas concentration measuring device
WO2016002467A1 (en) * 2014-07-03 2016-01-07 株式会社村田製作所 Gas concentration measurement device
JP6691681B2 (en) * 2016-02-22 2020-05-13 三菱マテリアル株式会社 Infrared sensor device
JP2017181130A (en) * 2016-03-29 2017-10-05 三菱マテリアル株式会社 Infrared ray sensor device
JP2019518960A (en) 2016-06-21 2019-07-04 ハイマン・ゼンゾル・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング Thermopile infrared single sensor for temperature measurement or gas detection
CN109416277A (en) * 2016-07-04 2019-03-01 株式会社堀场制作所 Infrared detector and radiation thermometer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0354369A2 (en) * 1988-08-12 1990-02-14 Texas Instruments Incorporated Infrared detector
US5693942A (en) * 1995-04-07 1997-12-02 Ishizuka Electronics Corporation Infrared detector
EP0859413A2 (en) * 1997-01-27 1998-08-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Infrared focal plane array
EP0913675A1 (en) * 1997-10-28 1999-05-06 Matsushita Electric Works, Ltd. Infrared sensor
EP1296122A2 (en) * 2001-09-10 2003-03-26 PerkinElmer Optoelectronics GmbH Sensor for contactless measuring of a temperature

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58182523A (en) * 1982-04-20 1983-10-25 Sanyo Electric Co Ltd Production of pyroelectric type infrared detector
JP2734844B2 (en) * 1991-12-03 1998-04-02 株式会社村田製作所 Infrared detector
DE4221037C2 (en) * 1992-06-26 1998-07-02 Heimann Optoelectronics Gmbh Thermal radiation sensor
DE19710946A1 (en) * 1997-03-15 1998-09-24 Braun Ag Thermopile sensor and radiation thermometer with a thermopile sensor
DE19735379B4 (en) * 1997-08-14 2008-06-05 Perkinelmer Optoelectronics Gmbh Sensor system and manufacturing process
JP3836229B2 (en) * 1997-10-09 2006-10-25 シチズン時計株式会社 Thermoelectric infrared detector
JP3109480B2 (en) * 1998-06-15 2000-11-13 日本電気株式会社 Thermal infrared detector
DE10009593A1 (en) * 2000-02-29 2001-09-13 Bosch Gmbh Robert Structural body, used as infrared sensor, comprises supporting body connected to structuring layer having micro-component and recess filled with hardened liquid functional material
JP2002365140A (en) * 2001-06-11 2002-12-18 Denso Corp Infrared sensor
DE10225377B4 (en) * 2001-06-11 2014-10-09 Denso Corporation Method of manufacturing a thermopile infrared radiation sensor
JP2003065854A (en) * 2001-08-24 2003-03-05 Murata Mfg Co Ltd Thermopile device and electronic device using it

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0354369A2 (en) * 1988-08-12 1990-02-14 Texas Instruments Incorporated Infrared detector
US5693942A (en) * 1995-04-07 1997-12-02 Ishizuka Electronics Corporation Infrared detector
EP0859413A2 (en) * 1997-01-27 1998-08-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Infrared focal plane array
EP0913675A1 (en) * 1997-10-28 1999-05-06 Matsushita Electric Works, Ltd. Infrared sensor
EP1296122A2 (en) * 2001-09-10 2003-03-26 PerkinElmer Optoelectronics GmbH Sensor for contactless measuring of a temperature

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012063915A1 (en) * 2010-11-12 2012-05-18 パナソニック株式会社 Infrared sensor module and method of manufacturing same
JP2013185996A (en) * 2012-03-08 2013-09-19 Ngk Spark Plug Co Ltd Nondispersive infrared analyzer type gas detector

Also Published As

Publication number Publication date
JP5001007B2 (en) 2012-08-15
DE10321639A1 (en) 2004-12-02
JP2007501404A (en) 2007-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2004102140A1 (en) Infrared sensor with optimised surface utilisation
EP3380820B1 (en) Thermal infrared-sensorarray in wafer-level-package
DE112013001011B4 (en) Thermopile infrared sensor structure with high degree of filling
DE112009002170T5 (en) Planar thermopile infrared sensor
DE102005036262B4 (en) infrared sensor
DE102006003561A1 (en) infrared sensor
EP1333259B1 (en) Thermopile sensor and radiation thermometer with a thermopile sensor
EP3563128B1 (en) Smd-enabled infrared thermopile sensor
DE102004028022B4 (en) sensor
DE102010042108A1 (en) Thermopile infrared sensor in monolithic Si micromechanics
WO2012155984A1 (en) Optoelectronic device and method for producing optoelectronic devices
DE102008027999A1 (en) Semiconductor sensor
DE60224880T2 (en) MICROBOLOMETER AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
US9929333B1 (en) IR thermopile sensor with temperature reference formed in front-end process
DE112011101492T5 (en) Pixel structure for microbolometer detector
DE4221037A1 (en) Pyroelectric or thin film bolometer thermal radiation sensor - has photolithographically-structurable layer with infrared absorption characteristics, several microns in thickness on radiation-receiving surface of sensor over silicon@ substrate.
WO2004102139A1 (en) Infrared sensor with improved radiant yield
DE4244607A1 (en) Thermoelectric radiation sensor, esp. for IR and visible light
EP2464953B1 (en) Compact infrared light detector and method for producing the same, and an infrared light detector system comprising the infrared light detector
DE10321649A1 (en) Infrared sensor for infrared gas spectroscopy comprises a temperature reference element having a linear dependency of the reference voltage on the temperature
DE102016207551B4 (en) Integrated thermoelectric structure, method for producing an integrated thermoelectric structure, method for operating the same as a detector, thermoelectric generator and thermoelectric Peltier element
EP0995978B1 (en) Radiation detector
DE102018208272B4 (en) THERMAL INFRARED DETECTOR AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF
DE19812008A1 (en) Optoelectronic component arrangement consisting of radiation sensitive detector
DE4428844A1 (en) Thermoelectric component for infra red and visible radiation

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006529593

Country of ref document: JP

WD Withdrawal of designations after international publication
122 Ep: pct application non-entry in european phase