一种芯片集成式NDIR气体传感器及其制备方法与流程

本发明属于ndir气体传感器，具体涉及一种芯片集成式ndir气体传感器及其制备方法。

背景技术：

1、非色散红外(ndir)气体传感器是基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，根据朗伯-比尔定律，利用气体浓度与吸收强度的关系确定气体组分并确定其浓度的传感装置。通常ndir气体传感器主要由红外光源、气室、滤光片和红外探测器组成。气室中的气体分子会引起特定波长的吸收，滤光片过滤掉其他波长的光，通过检测这些波长的衰减从而确定气体种类和浓度。

2、但目前绝大多数ndir气体传感器是使用分立器件组合而成，导致传感器集成程度低、尺寸大，并且在检测多种气体时，需要加入更多的探测器，使ndir气体传感器体积进一步增加。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种芯片集成式ndir气体传感器，以解决现有的ndir气体传感器集成程度低、尺寸大的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

3、一种芯片集成式ndir气体传感器，包括依次键合连接的顶盖组件、第一晶片和第二晶片；

4、所述顶盖组件与第一晶片之间形成气室，所述顶盖组件上设有通气孔，所述第一晶片上设有位于所述气室中的mems红外光源和热电堆组件，所述热电堆组件上盖设有滤光片；

5、所述第二晶片上与第一晶片键合的一侧设有用于对mems红外光源进行控制，并对热电堆组件产生的电信号进行处理的asic电路，以及用于对外界进行信号交换的引脚。

6、一种可能的实施方式中，所述热电堆组件包括多个呈线性阵列排布的热电堆单元，所述mems红外光源垂直于热电堆阵列设置。

7、一种可能的实施方式中，所述热电堆组件包括多个呈圆周阵列排布的热电堆单元，所述mems红外光源设于热电堆阵列的中央。

8、一种可能的实施方式中，所述滤光片为线性渐变滤光片，所述线性渐变滤光片上不同波段的区域分别与多个所述热电堆单元相对应。

9、一种可能的实施方式中，所述滤光片为独立的窄带滤光片，多个不同波段的窄带滤光片分别与多个所述热电堆单元相对应。

10、一种可能的实施方式中，所述顶盖组件包括边框和设置在所述边框上的盖板，所述边框与第一晶片键合连接，所述通气孔设在盖板上，所述盖板内侧设有反射斜面，使所述mems红外光源发射的红外光能够最大限度的被反射至滤光片上。

11、一种可能的实施方式中，所述盖板内表面和所述第一晶片上设置热电堆组件的一侧表面分别设有高反射率膜层，用于提高红外线的反射率。

12、一种可能的实施方式中，所述通气孔上设有防水透气膜。

13、基于同样的发明构思，本发明还提供一种芯片集成式ndir气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

14、通过cmos工艺在晶圆上制备asic电路，然后切割，得到第二晶片；

15、利用半导体技术，在晶圆上制备热电堆组件和mems红外光源，然后切割，得到第一晶片；

16、使用薄膜蒸镀技术在晶圆上蒸镀一滤光层，并切割，得到滤光片；

17、使用各向异性湿法刻蚀工艺对晶圆上制备一空腔，并在空腔底部刻蚀出通气孔，然后切割，得到顶盖组件；

18、使用tsv技术、多晶圆键合技术，将第二晶片、第一晶片、滤光片和盖板组件进行组装。

19、一种可能的实施方式中，上述方法还包括：使用真空蒸镀工艺在顶盖组件内表面蒸镀一层高反射率膜层。

20、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过将mems红外光源和用于感应红外信号的热电堆组件均集成在第一晶片上，减小了传感器的体积，且还将用于对热电堆组件产生的信号进行处理的asic电路集成在传感器内部，有效降低了传输噪声，提高了检测精度。

技术特征：

1.一种芯片集成式ndir气体传感器，其特征在于，包括依次键合连接的顶盖组件、第一晶片和第二晶片；

2.根据权利要求1所述的芯片集成式ndir气体传感器，其特征在于，所述热电堆组件包括多个呈线性阵列排布的热电堆单元，所述mems红外光源垂直于热电堆阵列设置。

3.根据权利要求1所述的芯片集成式ndir气体传感器，其特征在于，所述热电堆组件包括多个呈圆周阵列排布的热电堆单元，所述mems红外光源设于热电堆阵列的中央。

4.根据权利要求2所述的芯片集成式ndir气体传感器，其特征在于，所述滤光片为线性渐变滤光片，所述线性渐变滤光片上不同波段的区域分别与多个所述热电堆单元相对应。

5.根据权利要求2或3所述的芯片集成式ndir气体传感器，其特征在于，所述滤光片为独立的窄带滤光片，多个不同波段的窄带滤光片分别与多个所述热电堆单元相对应。

6.根据权利要求1所述的芯片集成式ndir气体传感器，其特征在于，所述顶盖组件包括边框和设置在所述边框上的盖板，所述边框与第一晶片键合连接，所述通气孔设在盖板上，所述盖板内侧设有反射斜面，使所述mems红外光源发射的红外光能够最大限度的被反射至滤光片上。

7.根据权利要求6所述的芯片集成式ndir气体传感器，其特征在于，所述盖板内表面和所述第一晶片上设置热电堆组件的一侧表面分别设有高反射率膜层。

8.根据权利要求1所述的芯片集成式ndir气体传感器，其特征在于，所述通气孔上设有防水透气膜。

9.一种权利要求1-8任一项所述的芯片集成式ndir气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，还包括：使用真空蒸镀工艺在顶盖组件内表面蒸镀一层高反射率膜层。

技术总结
本发明公开了一种芯片集成式NDIR气体传感器，包括依次键合连接的顶盖组件、第一晶片和第二晶片；所述顶盖组件与第一晶片之间形成气室，所述顶盖组件上设有通气孔，所述第一晶片上设有位于所述气室中的MEMS红外光源和热电堆组件，所述热电堆组件上盖设有滤光片；所述第二晶片上与第一晶片键合的一侧设有用于对MEMS红外光源进行控制，并对热电堆组件产生的电信号进行处理的ASIC电路，以及用于对外界进行信号交换的引脚。本发明通过将MEMS红外光源和用于感应红外信号的热电堆组件均集成在第一晶片上，减小了传感器的体积，且还将用于对热电堆组件产生的信号进行处理的ASIC电路集成在传感器内部，有效降低了传输噪声，提高了检测精度。

技术研发人员：宏宇,武斌
受保护的技术使用者：深圳市美思先端电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11