一种加强型结构的MEMS图像传感器像元的制作方法

本发明涉及图像传感器技术领域，特别涉及一种加强型结构的mems图像传感器像元。

背景技术：

非制冷的红外热成像传感器和thz成像传感器具备不可替代的应用功能，市场前景较好，且具有价格低、体积小、功耗低、可靠高、操作方便等优点。随着微电子和微机械加工mems技术的逐步发展，非制冷红外热成像传感器和thz成像传感器的这些优势被进一步强化，成为高科技技术领域发展的热点之一。

参见图1和图2，是典型的红外热成像传感器10的像元结构，包括微桥11、桥墩12和衬底13，所述微桥11包括桥面111和桥臂112，所述桥面111通过桥臂112连接至桥墩12上，所述微桥11通过桥墩12固定在衬底13上，并通过桥墩12中的引线将桥面111上产生的电信号传递至衬底13上的读出电路，从而检测出电流或电阻的变化，最终实现对红外辐射的探测，进而成像。在上述现有技术中，所述桥臂112为平面直角形状，桥墩12则为空心圆柱体形状，这种造型结构会导致红外图像传感器像元耐冲击能力较弱，仅能够承受100g的力学冲击，无法应用到需要高冲击耐受力的专业领域。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明从结构出发，提供一种加强型图像传感器像元，能够有效提高像元耐冲击性能。

本发明采用的技术方案为：一种加强型结构的mems图像传感器像元，包括微桥、桥墩和衬底，所述微桥包括桥面和桥臂，所述桥面通过桥臂和桥墩固定在衬底上，并通过桥墩将桥面上产生的电信号传递至衬底上的读出电路，所述桥臂的横截面为t型加强结构。

优选地，所述桥臂由金属或金属合金和外保护层组成。

优选地，所述金属合金为钛合金，所述外保护层为氮化硅。

优选地，所述桥墩为多边形的空心柱体形状，所述桥臂是向桥面方向弯曲的形状。

优选地，所述多边形为五边形，所述桥臂为抛物线形。

优选地，所述多边形为六边形，所述桥臂为抛物线形。

优选地，所述多边形为七边形，所述桥臂为抛物线形。

优选地，所述图像传感器为红外热成像传感器。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

1）将像元桥臂的横截面设计为t型加强结构，桥臂的结构改进能够显著提高像元的抗冲击能力；

2）采用钛合金并外加氮化硅保护层作为桥臂的制作材料，能够进一步增强像元抗冲击性能；

3）采用多边形空心柱体形状的桥墩，同时将桥臂设计为朝桥面方向弯曲的形状，桥墩与桥臂的加固型设计结合起来即形成像元的缓震结构，可以将像元抗冲击能力提高到15kg，适用于需要高冲击耐受力的专业领域。

附图说明

图1是现有技术中像元俯视结构示意图；

图2是图1中沿a-a方向剖视结构示意图；

图3是本发明像元俯视结构示意图1；

图4是图3中沿a-a方向剖视结构示意图；

图5是本发明像元俯视结构示意图2；

图6是本发明像元俯视结构示意图3；

图7是本发明像元俯视结构示意图4。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。

参见图1和图2，分别为现有技术中像元10的俯视结构示意图和剖视结构示意图，从图中可以看出，所述像元包括微桥11和衬底13，所述微桥11包括桥面111和桥臂112，所述桥面111通过桥臂112连接至桥墩12上，所述微桥11通过桥墩12固定在衬底13上，并通过桥墩12将桥面111上产生的电信号传递至衬底13上的读出电路，从而检测出电流或电阻的变化，最终实现对红外辐射的探测，进而成像。在上述现有技术中，所述桥臂112为平面直角形状，桥墩12则为空心圆柱体形状，这种造型结构会导致红外图像传感器像元耐冲击能力较弱，仅能够承受100g的力学冲击，无法应用到需要高冲击耐受力的专业领域。

参见图3和图4，为了增强像元抗冲击性能，本发明提供一种加强型结构的mems图像传感器像元20，包括微桥21、桥墩22和衬底23，所述微桥21包括桥面211和桥臂212，所述桥面211通过桥臂212和桥墩23固定在衬底上，并通过桥墩23将桥面211上产生的电信号传递至衬底上的读出电路，本发明的关键在于：所述桥臂的横截面为t型加强结构，t型加强结构能够显著提高像元的抗冲击能力，适用于需要高冲击耐受力的专业领域。

进一步地，所述桥臂212由金属或金属合金212a与外保护层212b组成。具体地，所述金属可以是钛、金、铂等，所述金属合金可以是钛、金、铂等的合金，其中，优选采用钛合金，这里，钛金属材料具有强度高、质量轻且脆性小的显著优势，而所述外保护层则优选采用氮化硅，氮化硅材料具有很高的强度，同时低应力的氮化硅膜也具有很低的热传导系数，能够满足桥臂热隔离的作用，因此，将钛合金与氮化硅外保护层组合在一起应用于传感器桥臂时能够进一步增强像元抗冲击性能。

进一步地，所述桥墩23为多边形的空心柱体形状，所述桥臂212是向桥面方向弯曲的形状。采用多边形空心柱体形状的桥墩，同时将桥臂设计为朝内方向弯曲的形状，桥墩与桥臂的加固型设计结合起来即形成像元的消振结构，可以将像元抗冲击能力提高到15kg。

具体地，所述多边形可以为五边形（如图5所示）、六边形（如图6所示）或七边形（如图7所示），所述桥臂优选为抛物线形状，这是因为，虽然朝内弯曲的桥臂均可以提高像元耐冲击能力，但抛物线形状的桥臂能够最大程度地增强像元抗冲击能力。

优选地，所述mems图像传感器为红外热成像传感器，虽然本发明尤其适用于mems红外热成像传感器，但仍然可以应用于其他类型图像传感器，例如thz传感器，只要是通过像元吸收电磁波辐射能量实现成像的图像传感器，都可以采用本发明提供的加强、加固型结构来增强其抗冲击性能。

需要注意的是，在上述实施方式中我们仅列举了部分优选方案，所示桥墩还可以是正方形、八边形等其他多边形的空心柱体形状，另外，桥臂的弯曲形状还可以是除了抛物线形状的其他弯曲形状，可以根据需要进行设计，本发明不能穷举。

总之，以上仅为本发明较佳的实施例，并非用于限定本发明的保护范围，在本发明的精神范围之内，对本发明所做的等同变换或修改均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种加强型结构的MEMS图像传感器像元，包括微桥、桥墩和衬底，所述微桥包括桥面和桥臂，所述桥面通过桥臂和桥墩固定在衬底上，并通过桥墩将桥面上产生的电信号传递至衬底上的读出电路，其中，所述桥臂的横截面为T型加强结构。本发明的像元桥臂采用T型加强结构，桥臂的结构改进能够显著提高像元的抗冲击能力，适用于需要高冲击耐受力的专业领域。

技术研发人员：赵照
受保护的技术使用者：合肥芯福传感器技术有限公司
技术研发日：2017.05.11
技术公布日：2017.07.28