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MEMS,传感技术相关技术文章详析MEMS红外传感器光电特性

传感器半导体技术的开发成果日益成为提高传感器集成度的一个典型途径,在很多情况下,为特殊用途的MEMS(微机电系统)类传感器提高集成度的奠定了坚实的基础。

本文介绍一个MEMS光热传感器的封装结构以及系统级封装(SIP)的组装细节,涉及一个基于半导体技术的红外传感器结构。传感器封装以及其与传感器芯片的物理交互作用,是影响系统整体性能的主要因素之一,本文将重点介绍这些物理要素。

本文探讨的封装结构是一个腔体栅格阵列(LGA)。所涉及材料的结构特性和物理特性必须与传感器的光学信号处理和内置专用集成电路(ASIC)控制器的电信号处理性能匹配。

从概念和设计角度看,专用有机衬底设计、模塑腔体结构和硅基红外滤光窗是所述光学传感器系统的主要特性。本文最后给出了传感器性能和光电表征测试报告,包括红外光窗尺寸不同的两种封装的FFOV(全视野)测试结果。

引言

如今,光热探测器被广泛用于体感检测、温度测量、人数统计和烟火探测等各种功能,覆盖建筑、安全、家电、工业和消费等多个市场。

光热探测器市场未来有五大增长点:便携式点测温、体感检测、智能建筑、暖通空调(HVAC)及其它媒介测温、人数统计。

每个物体都会产生热辐射,辐射强度与其本身温度有关。根据斯蒂芬-波尔兹曼定律,物体的温度与辐射能量之间的关系是固定的,随着温度升高,辐射峰值的波长开始变短:300K(室温)光线的辐射峰值是10 um波长,而太阳光(6000K)的辐射峰值是500nm波长,属于可见光频域。

在吸收入射红外辐射后,光热探测器利用热电机制将电磁波能转换为电信号,例如,热电电压、塞贝克热电效应3、电阻或热释电电压)。

现代半导体技术,尤其是MEMS制造技术,可以生产出非常高效的非制冷红外探测器,因为可以实现热隔离,所以传感器的灵敏度非常高,而且体积小,响应时间非常快,并且,半导体的规模生产方式5, 6可降低MEMS传感器的价格。为了提高传感器系统的效率,必须给MEMS传感器匹配性能相似的封装及光学单元。

传感器的某些物理组件,例如,封装外壳和使红外辐射到达传感器的光窗,还起到保护周边电路和互连线的作用。在某些情况下,滤光窗可以改善传感器的响应光谱,避免可见光辐射影响传感器性能。滤光窗材质通常是硅基干涉滤光片。