专利名称：用于检测电磁波的器件以及生产这样的器件的方法
用于检测电磁波的器件 以及生产这样的器件的方法本发明涉及一种用于检测电磁波，特别是红外光谱的波的器件， 以及生产这样的器件的方法。用于检测电磁波的微型器件用于多种目的。特别是在医疗器件 中，就像例如所谓的"耳朵温度计"，用于检测红外光语的电磁波的器 件当今已经被广泛地应用。家庭气候控制、家用安全和警报系统、汽 车应用场合、如室内气候控制，高温计的替换，以及许多其他工业应 用，为这样的器件提供了许多未来的应用前景。在红外传感器领域，DE 199 23 606 Al描述了用于检测电磁波的 器件，该器件包含下部安装板，在其上面，构建具有检测器结构的衬 底。顶板附着到下部安装板，同时距离维持支撑结构保持顶板和下底 板之间的距离。顶板具有通过微机械手段在顶板上产生的透镜。下底 板具有一个空腔，该空腔朝其下部(后部)端部开口，并在其顶部(正 面)端部上的薄膜中(在其上面构建了检测器结构)终止。在再一个实施例中，DE 199 23 606 Al教导了粘接到薄膜片的检 测器结构，然后，将该薄膜(只)粘接到顶板。DE 199 23 606 Al公开了下底板和要构建于晶片水平上的支撑结 构以及要作为晶片的一部分制造的顶板。根据DE 199 23 606A1,将 两个晶片对齐，并彼此连接在一起，此后，分开生产各传感器。DE 199 23 606 Al中所公开的器件^皮视为测量得不精确，并且需 要昂贵的生产方法。此外，将所公开的器件的检测结构连接到随后的 电子评估器件要么占较大空间，要么难以实现。从DE 41 02 524A1已知一种红外传感器，其检测器结构被固定 到半导体衬底(热敏电阻)的正面。此热敏电阻的背部附着到下底板。 检测器结构的连接穿过下底板。在下底板的顶部(热敏电阻也与其附 着)，独立的线路将第二板中的连接点连接到检测器结构和热敏电阻 上的连接器。承载热敏电阻的下底板被杯状的盖子覆盖，该盖子还粘接到下底 板的侧壁。从DE 41 02 524A1已知的器件是不便的，因为生产起来困难， 并且昂贵。从此背景开始，本发明的目标是建议一种可以以比较便宜的方式 生产的用于检测电磁波的器件。本发明的再一个目标是建议一种可以 更加精确地进行测量的用于检测电磁波的器件。此问题通过具有下列组件的用于检测电磁波的器件来加以解决 -包含膜片和至少部分地固定在所述膜片上的检测器结构的第一板，國附着于所述第一板的第二板，-所述第一和/或第二板上的用于表面安装技术的至少一个触点， 从而，所述检测器结构和所述触点之间的连接线至少部分地穿过所述第一和/或所述第二板，并且此连接线至少部分地是通过薄膜淀积和/或镀敷法制备的。此问题通过具有下列组件的用于检测电磁波的器件来进一步加以解决-包含膜片和至少部分地固定在所述膜片上的检测器结构的第一板，-所述膜片至少部分地与第一板中的第一封闭空腔和附着于第 一板的第二板接界，第二板具有第二封闭空腔，膜片至少部分地与第 二空腔接界。优选地，膜片由半导体衬底制成，但是也可以由玻璃、陶瓷、聚 合物、金属衬底，特别是铝制成，或制作成印刷电路板。就生产而论， 膜片可以附着到基板，就像例如半导体衬底，以便形成第一板。也可 以直接从基板产生膜片，就像例如从基板加工出一个空腔，使其余部 分与空腔接界，并形成膜片。
根据本发明，检测器结构可以固定到膜片的顶部(内侧)或背部 (外侧)。此外，第一板还可以至少具有一个穿过它本身的连接线， 并且检测器结构至少部分固定到膜片的顶部或背部。此外，第二板也 可以至少具有一个穿过它本身的连接线，并且至少部分地位于第一板 的膜片上的检测器结构被设置在膜片的面向第二板的一侧或膜片的对 面的一侧。 一个板与另一个板的每一种可能的附着方式都可以使得密 封环被设置于两个板之间。优选地，如此设计器件的板，以便它们具 有相同的边长，使得完成的器件轻松地作为可能是矩形或正方形的形 状的块来对待。根据本发明的实施例的器件在第一和/或第二板上至少具有一个 像垫子或球的用于表面安装技术的触点，通常，具有两个或更多触点。 根据本实施例的器件被设计成通过表面安装技术附着到周围的结构， 从而提供了与此技术关联的优点，就像例如板尺寸和重量降低，性能 和可靠性提高，以及生产时完全自动化、合理化。本发明的板的设计 以及稍后所描述的根据本发明的生产方法能够，以通过表面安装技术 将此器件附着到周围的结构的方式来生产和设计用于检测电磁波的器 件。在优选实施例中，第二板连接到第一板的背部，而第一板在膜片 的面向第二板的一侧包含检测器结构。为了简明起见，将参考此优选 配置来描述本发明的其他方面，然而，不将对下列其他方面的说明局 限于此实施例，这是因为它们也适用于如上所述的第一和第二板以及 连接线的可能的布局。通过在第一板的背部使用此第二板，使得连接线穿过可以轻松地 与检测器结构连接的第二板，检测器结构已经设置于第一板的面向第 二板的一侧，即，第一板的背部。通过在第一板的背部构建检测器结 构，可以通过例如表面接触，轻松地实现检测器结构和连接线之间的连接。这就免除了 DE 41 02 524A1的独立的线路，而该线路只能以 昂贵的方式生产。例如，根据本发明的设计类型使得能够通过将材料 沉积到板的切口(通过该切口，引入连接线)中来生产连接线。
根据本发明，将检测器结构的连接线至少部分地穿过各板特别意 味着，以使连接线在板的面对的表面(即，面向另一个板的表面)终 止的方式将连接线穿过各板，并特别意味着，这些终止点位于与此表 面和各板的任何外侧表面之间的边缘有一段距离之处。如此，从各板 的面对的表面，连接线被首先引入到板中。在优选实施例中，连接线 特别是以直线方式被完全穿过各板。根据本发明，然而，如果与其他 元件的连接需要的话，引入到板中的连接线可以从板的内部引导到板 的一个侧面。根据本发明的连接线是器件的能被预知的触点之间的用于进一 步将来自检测器结构的信号通路连接到周围结构上的线路的连接。由 于本发明允许使用多个检测器结构，术语"检测器结构的触点"应当从广义上来理解这些触点可以例如是热电偶的端点，而且也可以是检 测器结构特别提供的触点，其本身可以例如是子结构。因此，连接线 不必是在单一制造步骤中生产的元件，而可以是包括多个子元件的线 路。根据本发明，这些子元件中的至少一个以上文所描述的方式穿过 第一和/或第二板，并且至少这个或一个子元件通过薄膜淀积和/或镀 敷法制备。薄膜淀积的技术的示例为蒸发、喷涂或化学汽相淀积(CVD)。镀 敷可以例如通过电镀或无电镀来实现。使用第二板，也使得能够在检测器结构区域中的第二板中形成第 二封闭空腔。这样的器件可以进一步包含附着到第一板的正面的第三 板，就像例如，顶板附着到DE 199 23 606 A1中的下板，该下板在 检测器结构区域具有空腔或封闭第 一板中的开口 。这使得检测器结构 能被顶部空腔和下部空腔包围，因为检测器结构与例如会向检测器结 构导热并从而会使测量发生偏差的材料块分离，因此这会提高测量的 精度。本发明的此方面的关键是，在其内置布局中，承载有检测器结构 的膜片在其顶部和底部侧被封闭的空腔包围，所述封闭的空腔至少在检测器结构区域包围了膜片。封闭的空腔的存在使得能够进行精确的
测量，这是因为穿过空腔的电磁波不会产生畸变，并且检测器结构被 屏蔽，而不受周围的元件的影响。在内置状态下，空腔被完全封闭， 唯一的例外是，在第一和第二空腔之间可能存在流体连接。优选地，空腔的完全封闭这样来实现以空腔只朝这两个板的面 对的打开由此空腔完全被膜片封闭的方式在第一和第二板的材料中产 生空腔。然而，空腔也可以作为板中的切口或间隙来产生，这种切口 或间隙在一侧被膜片封闭，而在另一侧被另一个板封闭，该另一个板 置于具有间隙的板上，就像例如下文所提及的置于第 一板上的第三板。优选地，空腔不被根据本发明的器件所粘接到的周围结构的某些 部分(如印刷电路板等等)限定，这是因为这一将本发明所要求的器 件粘接到周围结构的步骤常常是通过制造步骤来进行的，这些制造步 骤不能保证如此封闭的空腔是完全密封的。优选地，特别是在设计时，在存在限定膜片和与膜片相对的表面 的空腔(该表面在与通过膜片进行限定相对的一侧限定空腔)的情况 下，检测器结构和此表面之间的距离介于2到3nm之间。空腔可以充满流体，优选情况下，充满气体。根据优选实施例， 在空腔内部形成真空。在设计由第一板、第二板和(在适当的情况下)第三板构成的器 件时，根据本发明的器件使得制造起来比较容易。板可以作为单独的 晶片的一部分来产生，并且所有连接和结构性的形成，如在膜片上形 成检测器结构以及膜片的产生，都是在各晶片的产生过程中进行的。 通过将晶片彼此附着在一起以形成晶片夹层，并通过分离晶片夹层以 获得该器件，实现了具有最少生产步骤的生产。此外，还可以在不同 的制造环境中进行各晶片的生产，特别是在专门用于各种处理的生产 车间中，然后轻松地结合在一起，以形成本发明的器件。如果根据特殊实施例，第三板包含透镜，就像例如DE 199 23 606 Al中关于顶板所说明的，该包含第三板的第三晶片可以例如在专门 用于在晶片上生产透镜的制造环境中生产，而在其上面构造有检测器 结构的承栽有第 一板的第 一晶片可以在专门用于在晶片上构造检测器 结构的制造环境中生产。子结构的分开生产，如，产生包含第三板的晶片和包含第一板的 晶片的晶片夹层，并在稍后的阶段将此第 一 晶片夹层连接到包含第二 板的晶片，也应被理解为根据本发明的生产方法的一部分，这允许了 生产步骤的多种组合。如果根据本发明的生产方法将两个晶片彼此接合，这可以顺利地 通过硅键合来进行，包括冷硅键合、阳极键合、共晶键合或利用聚合 物的键合，锡焊、熔焊，特别是激光焊接。在优选实施例中，板在它们面对的表面彼此附着在一起。如果器 件是通过将晶片彼此附着在一起来生产的，这会特别有益。通过使用 面对的表面作为附着表面，也可以保证有较大面积用作连接区域。在优选实施例中，检测器结构包含至少一个热电偶。这样的检测 器结构可以有益地用于检测红外光镨的电磁波，可使根据本发明的器 件例如用作温度计的一部分。然而，本发明不仅限于包含热电偶的检 测结构。检测结构例如还可以包含电阻器(例如，用于辐射热测量计)， 或者，也可以例如基于热膨胀(例如，用于戈利辐射计)。此外，还 可以如此设计检测器结构，以使该器件用作带隙检测器。取决于使用哪一种检测器结构，只有检测器结构的某些部分应该固定到膜片上，而其他部分应该位于器件的其他部分，离开膜片。DE 41 02 524 Al例如显示了，利用热电偶，可以在膜片上设置热连接点， 并可以在衬底上设置冷连接点。在再一个优选实施例中，检测器结构包括由至少两个检测器的阵 列，其中，每一个芯片都包含至少一个热电偶。通过将检测器与热电 偶连接为阵列以形成检测器结构，在制造时非常有利。根据优选实施例，检测结构可以被配置为表面安装器件(SMD) 结构。这样的结构使得将检测结构连接到第一板非常方便。此外，这 样的结构还可以在第一板的表面上产生从连接点到SMD结构的连 接器，使得非常方便地连接到至少部分地穿过第二板的连接线。在再一个优选实施例中，第二板以及(在适当的情况下)第三板
包含半导体衬底。第一板、第二板和/或第三板可以例如包含半导体层。 因为可以基于各半导体层形成相应的晶片，因此这有助于生产根据本 发明的器件。根据再一个实施例，第一板、第二板以及(在适当的情况下)第 三板包含相同的半导体衬底。在检测器结构与周围环境隔离的情况 下，这会特别有利。通过在所使用的每一个板中使用相同的半导体衬 底，使得可以方便地控制通过衬底的热传导，并阻止在整个器件中的 温度梯度。在特别优选的实施例中，半导体衬底是硅。然而，第一板、 第二板和/或第三板也可以由玻璃、陶瓷、聚合物和金属结构(特别是铝)制成，也可以制作成印刷电路板(PCB)。根据优选实施例，第三板可被待测量的电磁波穿透。这可使该器 件被设计成使得第二 (较低的)板可以附着于另一个对象，以使待测 量的电磁波通过第三板进入该器件的方式对齐根据本发明器件的器 件。在再一个可能的备选实施例中，可以(也许也可以)使第二板可 被待测量的电磁波穿透。这可以使得根据本发明的器件相对于待检测 的电磁波的源有不同的设置，特别是也可以使电磁波穿过结构(也许 是在第二板下面提供的第二板附着到的印刷电路板)中的间隙，以便 被检测器结构接收和检测。根据优选实施例，可穿透的板包含影响电磁波的波路的装置，特 别是透镜。这可使待检测的电磁波聚焦于检测器结构中，因此，可以 进行更有效的检测。根据本发明的优选实施例，该器件的朝外侧至少部分地覆盖有反 射材料，如金或铝。此反射材料被优选地设置为包围各板的可被待检 测电磁波穿透的那一部分，其中，这样的可穿透的部分是可以预知的。 通过使用反射材料，可以使结构的其余部分不受不能通过可穿透的部 分并由此不是待检测的波束的一部分的波的影响。作为替代方案或作为补充，根据本发明的优选实施例，该器件的 朝外侧至少部分地覆盖有吸收材料，如聚合物。优选地，此吸收材料
被设置为包围各板的可被待检测电磁波穿透的那一部分，其中，这样 的可穿透的部分是可预知的。在需要的情况下，例如，在通过从该器 件某些部分反射并重新反射到该器件的电磁波对测量的电磁波量的影 响要被最小化的配置中通过使用吸收材料，不能通过可穿透的部分并 因此不是待检测的波束的 一部分的其余的波被吸收。在根据本发明的器件在检测器结构的上方或下方分别配有顶部 空腔和下部空腔的情况下，在两个空腔之间提供流体连接可能是有利 的。这可以使得在第一和第二空腔之间达到压力平衡，从而防止承载 检测器结构的膜片弯曲以及由这样的弯曲的膜片所产生的测量误差。根据再一个实施例，专用集成电路(ASIC)连接到第一板、第二 板或笫三板中的至少一个。在根据本发明的器件中提供ASIC可使该 器件用于多种用途。在优选实施例中，第一板包含与检测器结构分开设置的温度传感 器。这样的温度传感器用于测量检测器结构周围的环境温度，该温度 可以用来校准该器件。根据本发明，该器件可以是较大的结构的核心器件。如此，本发 明不仅限于只具有第一板、第二板和第三板的器件。可以有其他的板 附着到第三板的顶部或第二板的背部。例如，可以在第三板的顶部设 置包含孔的第四板。现在将参考附图进一步说明本发明的实施例，其中
图1显示了根据本发明的器件的示意侧视图，图2显示了在分离状态下第一板的示意侧视图，以及图3显示了在分离状态下第二板的示意侧视图。从图1可以看出，用于检测电磁波的器件包含第一板1、第二板2和第三板3，其中，第二板2附着到第一板1的背部，第三板3附着到第一板1的正面。密封环4、 5分别设置在第一板1和第三板3之间和第一板1和第二板2之间。第一板1具有从其正面通向检测器结构7的开口 6，该开口 6在其正面端部被第三板3封闭。
第二板2具有在检测器结构7的区域中形成的空腔8。至少部分地使第三板可被待检测的电磁波穿透，以便电磁波9 可以通过第三板3进入开口 6，并可以被检测器结构接收以便检测 它们。电磁波9例如是红外辐射，该红外辐射使由至少一个热电偶(热 电堆)构成的检测器结构7接收此热辐射，从而检测电磁波9。图1还显示了一个连接线10，其穿过第二板2以与设置在板1 的背部上的并且从连接点通向检测器结构7的连接器(未显示)的连 接点(未显示)进行连接。其他的连接线穿过第二板，但是，在器件 的如图1所示的部分不可见。图2显示了连接点。从图2可以看出，第一板具有膜片12作 为基座，在其上面，设置了检测结构7和触点11，以及基板13。图2显示了从连接点11通向检测器结构7的连接14的一部分。图3显示了穿过第二板2的连接10。图3还显示了触点15, 它们设置在各连接线10的端部，从而便于通过表面安装技术将该器件 连接到其他的对象上。
权利要求
1、一种用于检测电磁波的器件，具有-包含膜片的第一板和至少部分地固定在所述膜片上的检测器结构，-附着于所述第一板的第二板，-所述第一和/或第二板上的用于表面安装技术的至少一个触点，其特征在于，所述检测器结构和所述触点之间的连接线至少部分地穿过所述第一和/或所述第二板，并且此连接线至少部分地是通过薄膜淀积和/或镀敷法制备的。
2、 一种用于检测电磁波的器件，具有-包含膜片的第一板和至少部分地固定在所述膜片上的检测器结构，-所述膜片至少部分地与所述第一板中的第一封闭空腔接界，以及附着于所述第一板的第二板，所述第二板具有第二封闭空腔， 所述膜片至少部分地与所述第二空腔接界。
3、 根据权利要求2所述的器件，其特征在于，所述检测器结 构和所述第一和/或第二板上的用于表面安装技术的触点之间的连接 线，至少部分地穿过所述第一和/或所述第二板，并且此连接线至少 部分地是通过薄膜淀积和/或镀敷法制备的。
4、 根据权利要求3所述的器件，其特征在于，所述膜片至少 部分地置于所述第一板的背部，并且所述检测器结构至少部分地固 定于所述第一板的所述背部的所述膜片上。
5、 根据权利要求1到4中的任一项所述的器件，其特征在于， 所述板在它们面对的表面彼此附着在一起。
6、 根据权利要求1到5中的任一项所述的器件，其特征在于， 所述检测器结构包含至少一个热电偶。
7、 根据权利要求6所述的器件，其特征在于，所述检测器结 构包括至少两个检测器的阵列，从而每一个芯片都包含至少 一个热 电偶。
8、 根据权利要求1到7中的任一项所述的器件，其特征在于， 所述检测器结构被配置为表面安装器件(SMD)结构。
9、 根据权利要求2到8中的任一项所述的器件，其特征在于， 第三板封闭所述第一或第二空腔。
10、 根据权利要求1到9中的任一项所述的器件，其特征在 于，所述第一和/或所述第二板包含半导体衬底。
11、 根据权利要求2到10中的任一项所述的器件，其特征在 于，所述第三板包含半导体衬底。
12、 根据权利要求2到11中的任一项所述的器件，其特征在 于，所述第一板、所述第二板和/或所述第三板包含半导体层。
13、 根据权利要求ll或12所述的器件，其特征在于，所述第 一板、所述第二板和所述第三板包含相同的半导体衬底。
14、 根据权利要求13所述的器件，其特征在于，所述第一板、 所述第二板和/或所述第三板包含硅。
15、 根据权利要求2到14中的任一项所述的器件，其特征在 于，所述第一板和/或所述第三板可被待测量的电磁波穿透。
16、 根据权利要求1到15中的任一项所述的器件，其特征在 于，所述第二板可被待测量的电磁波穿透。
17、 根据权利要求15或16所述的器件，其特征在于，所述可 被穿透的板包含用于影响所述电磁波的波路的装置。
18、 根据权利要求1到17中的任一项所述的器件，其特征在 于，所述器件的朝外侧至少部分地涂有反射电磁波的材料。
19、 根据权利要求1到18中的任一项所述的器件，其特征在 于，所述器件的朝外侧至少部分地涂有吸收电磁波的材料。
20、 根据权利要求1到19中的任一项所述的器件，其特征在 于，所述器件被设计为使所述检测器结构与电场和/或磁场屏蔽。
21、 根据权利要求2到20中的任一项所述的器件，其特征在 于，在所述第一空腔和所述第二空腔之间存在流体连接。
22、 根据权利要求1到21中的任一项所述的器件，其特征在 于，ASIC (专用集成电路)连接到所述第一板、所述第二板或所述 第三板中的至少一个。
23、 根据权利要求1到22中的任一项所述的器件，其特征在 于，所述第 一板包含与所述检测器结构分开放置的温度传感器。
24、 用于生产根据权利要求1到23中的任一项所述的器件的 方法，其特征在于-首先作为第一和第二晶片的一部分生产所述第一板和所述第 二板中的至少一个，-然后，将所述第一晶片和所述第二晶片彼此附着在一起，以 形成晶片夹层，以及-将所述器件从所述晶片夹层凸出。
25、 用于生产根据权利要求9到23中的任一项所述的器件的 方法，其特征在于-首先作为晶片的一部分生产所述第一板、所述第二板和所述第 三板中的至少一个，-然后，将所述第一板、所述第二板和所述第三板彼此附着在一 起，以及-将所述器件从所述晶片凸出。
26、 根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，两个晶 片通过硅键合、阳极键合、共晶键合或利用聚合物的键合，彼此接合 在一起。
全文摘要
本发明涉及用于检测电磁波的器件以及生产这样的器件的方法，具体公开了一种用于检测电磁波的器件，具有包含膜片和至少部分地固定在所述膜片上的检测器结构的第一板，附着于所述第一板的第二板，所述第一和/或第二板上的用于表面安装技术的至少一个触点，从而，所述检测器结构和所述触点之间的连接线至少部分地穿过所述第一和/或所述第二板，此连接线至少部分地是通过薄膜淀积和/或镀敷法制成的。
文档编号G01J5/12GK101213429SQ200580050291
公开日2008年7月2日 申请日期2005年6月27日 优先权日2005年6月27日
发明者乔基姆·温特福尔德, 乔治·斯都特, 德克·安德林, 斯特凡·A·罗辛格, 约翰尼斯·赫恩施多弗 申请人:Hl-平面技术有限公司