CN101460816B

CN101460816B - 红外传感器

Info

Publication number: CN101460816B
Application number: CN2007800207734A
Authority: CN
Inventors: 内田雄一; 山中浩; 辻幸司; 桐原昌男; 吉原孝明; 西岛洋一
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2027-05-23
Also published as: WO2007139123A1; CN101460816A; KR20080112409A; HK1131657A1; US8097850B2; KR101076666B1; EP2021749A1; EP2021749B1; US20100230595A1

Abstract

为提高热绝缘性，将热红外感测元件(30)承载在多孔材料制成的传感器支座(40)上，并通过在基板上凸出的锚固柱(52)使该热红外感测元件向上离开基板(10)。传感器支座形成有一对共面的梁(42)，所述梁上承载有从感测元件(30)延伸出的引线(32)。引线(32)和梁(42)固定到锚固柱(52)的上端，以将感测元件(30)保持在基板(10)上方的预定高度。梁(42)和引线(32)通过分子间附着作用而彼此结合，以使感测元件(30)以及传感器支座(40)能够一起支撑到锚固柱(52)上。

Description

红外传感器

技术领域

本发明涉及一种带有安装在基板上的热红外感测(thermal infraredsensing)元件的红外传感器。

背景技术

美国专利No.6,359,276披露了一种红外传感器，该红外传感器包括以并行(side-by-side)方式排布在半导体基板顶部上的热红外感测元件和半导体器件。该热红外感测元件保持在形成于基板顶面中的传感器支座(mount)上，同时由从传感器支座延伸到基板其余部分的梁所支撑。传感器支座和梁是由基板的一部分顶面限定的，该部分顶面转变为多孔结构，用以使红外感测元件与基板其余部分热绝缘。亦即，传感器支座和梁是通过将形成在半导体基板表面中的掺杂区的顶部阳极化为多孔体而形成的。由此，现有技术尽可能地利用半导体基板以便在基板的顶面内形成传感器支座。然而，由于传感器支座局限于基板的顶面内，所以实际上不可能在直接位于传感器支座或传感器元件下方的半导体基板中形成半导体器件。更具体地，由于多孔梁只在基板的顶面内延伸，所以传感器支座不可能升高到基板的总体顶部平面的上方。

日本专利公开No.2000-97765披露了另一种现有技术，其中，为使感测元件与基板充分热绝缘，传感器支座以与用以安装红外感测元件的基板隔开的方式被支撑。在此情况下，传感器支座通过从传感器支座向下及向外倾斜并终结于基板上的梁来支撑。所述梁及传感器支座是由氧化硅或氮化硅制成，这些材料被认为具有足够的机械强度，用于以与基板顶面隔开的方式支撑传感器支座和红外感测元件。然而，人们发现这种使用倾斜梁的支撑结构并不适合于使红外感测元件精确地保持在期望的高度。当多个感测元件排布成二维阵列时，关于高度的精确定位尤其重要。然而，如上文的美国专利中所述，当为增强热绝缘而要求使用多孔材料制成的梁和传感器支座时，传感器支座的支撑结构使用倾斜梁并不足以稳定地支撑红外传感器，因此需要一种不能够从上述的任一公开内容获得的特定的设计。

发明内容

鉴于以上问题，本发明旨在实现一种具有有利结构的红外传感器，该红外传感器能够使用多孔材料以与基板顶面隔开的方式支撑红外传感器元件，并确保稳固地使红外感测元件精确地保持在期望的高度。

根据本发明的红外传感器包括：基板；传感器单元，其承载在该基板上；以及密封罩，其固定到该基板上，以在两者之间提供用于容纳传感器单元的气密性密封空间(hermetically sealed space)。该传感器单元包括：热红外感测元件；传感器支座，其上承载该红外传感器；一对梁，其从该传感器支座整体地延伸到该基板，用于以从基板顶面向上隔开的方式来支撑该传感器支座；以及一对端子焊盘(terminal land)，其形成在该基板的顶面上。传感器支座和梁由多孔材料制成，用以使红外感测元件与基板充分地热绝缘。密封罩具有窗口，入射的红外线经过该窗口投射到该热红外感测元件上；红外感测元件具有一对引线，各引线支撑在各梁的顶面上，以沿着所述梁延伸，用于与各对应的端子焊盘电连接。

根据本发明的一个方案，提供了一种红外传感器，包括：基板；传感器单元，以及密封罩，其固定到所述基板，以在所述密封罩与所述基板之间提供用于容置所述传感器单元的气密性密封空间，所述密封罩具有窗口，入射的红外线经过该窗口投射到所述传感器单元的所述热红外感测元件上。该传感器单元包括：热红外感测元件；传感器支座，其由多孔材料制成，并且在该传感器支座上承载所述热红外感测元件；一对梁，其由多孔材料制成，用以将所述传感器支座支撑为向上离开所述基板的顶面；和一对端子焊盘，其形成在所述基板的顶面上；所述热红外感测元件具有一对引线，各所述引线支撑在各所述梁的顶部上以沿着所述梁延伸，从而与各对应的所述端子焊盘电连接。其中，所述梁在与所述传感器支座相同的平面上延伸，并离开所述基板的顶面，以在所述梁上承载各自的引线；传感器单元还包括一对锚固柱，各锚固柱从各端子焊盘上竖立，并且各锚固柱的上端固定到各对应的引线的末端，以使感测元件与传感器支座一起以离开基板的顶面的方式支撑在基板上，并使感测元件经由锚固柱电连接到端子焊盘；各锚固柱的上端嵌入各对应的梁中，以使各锚固柱的周边被各对应的梁完全包围，其中各锚固柱均为由金属制成的中空圆柱体，并且均由多孔材料制成的衬套沿着各锚固柱的竖直长度包围。

所述引线分别承载在所述梁上，所述梁在与传感器支座相同的平面内延伸，并与基板的上表面隔开。传感器单元还包括一对锚固柱(anchor stud)，各锚固柱从各端子焊盘中竖立起来，并且各锚固柱的上端连接到该感测元件的各对应引线的末端。由此，感测元件通过锚固柱与基板上的传感器支座支撑在一起，并保持与基板的顶面隔开，同时所述感测元件通过所述锚固柱电连接到基板上的端子焊盘。通过这种设置，锚固柱承载引线，从而承载红外感测元件，由此将红外感测元件保持在基板顶面上方的固定高度上。此外，各锚固柱的上端嵌入各对应的梁中，以使各锚固柱的周边被各对应的梁完全包围。由此，多孔材料的梁能够与所述锚固柱分别良好地接合，以使传感器支座能够固定到支持红外感测元件的锚固柱上。由此，由于红外感测元件被用于增强与基板顶面的热绝缘的多孔材料的传感器支座及梁良好地支撑，所以红外感测元件能够精确地保持在期望的高度上。

优选地，各引线通过沉积而形成在各对应的梁上。在此情况下，各所述锚固柱的上端部装配到形成于各对应的梁的端部中的孔内，且各所述锚固柱的上端形成有翼缘(flange)，所述翼缘围绕所述孔叠合在所述梁上，并连接到各对应的引线。翼缘在锚固柱和梁之间提供了增大的接触区域，以增强多孔材料的梁对锚固柱的分子间附着作用(intermolecular adhesion)，从而将梁和传感器支座保持在基板顶面上方的固定高度。

各引线和相关联的锚固柱可以共同地(commonly)由导电材料制成，以便互相连接(continuous)，从而可以通过单独的一个步骤来形成引线和锚固柱。

或者，引线和锚固柱可由分开的步骤形成，以使各锚固柱的翼缘具有与相关联引线的端部叠合的部分，从而使两者在叠合部分处结合(bond)在一起。在此情况下，锚固柱优选为具有均匀的厚度，该厚度大于引线的厚度。通过这种设置，锚固柱具有足够的机械强度，用以支撑红外感测元件和传感器支座，同时减小了引线的厚度以提高红外感测元件的灵敏度。

各所述锚固柱被各多孔材料的衬套(sleeve)沿着各所述锚固柱的竖直长度包围，以同样围绕锚固柱进行热绝缘。衬套还能够用于附加支撑梁的端部。在这种连接中，衬套可以作为梁的组成部分而与梁一体地形成。

多孔材料可以是氧化硅、硅氧烷基有机聚合物以及硅氧烷基无机聚合物中的一种。

优选地，使气密性密封空间减压，用以增强红外感测元件和基板之间的热绝缘。

在优选实施例中，多个传感器单元以阵列形式共同地排布在基板上。在此情况下，所述多个传感器单元的感测元件能够保持在距离基板顶面固定高度的位置处，以确保各传感器单元的输出保持一致。

密封罩的窗口可设置有透镜阵列，在该透镜阵列中，多个光学透镜排布成阵列，以便将入射的红外线会聚在所述传感器单元中的任一个红外传感器上。在这种连接中，透镜阵列可与密封罩一体地形成，从而形成该密封罩的一部分。

或者，可以将透镜阵列叠置(superimposed)在窗口上并位于密封罩的与传感器单元相对的表面上。在此情况下，透镜阵列构造为具有比该窗口的折射率更小的折射率。因此，可以使红外线穿过折射率更小的介质而射向感测元件，以便减小窗口与外界环境之间、窗口与透镜之间、以及透镜与气密性密封空间内的介质之间的各界面处的总的反射损失，从而增大红外感测元件处的红外线接收量，用以改善响应。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的红外传感器的立体图；

图2是上述红外传感器的剖视图；

图3是上述红外传感器的分解立体图；

图4是上述传感器中包含的传感器单元的立体图；

图5是沿图4的线5-5的剖视图；

图6是上述传感器单元的电路图；

图7是上述传感器单元的一部分的局部放大立体图；

图8是沿图7的线8-8的剖视图；

图9包括(A)至(H)，其均为示出制造上述传感器单元的步骤的剖视图；

图10是上述传感器单元的变型的一部分的局部立体图；

图11是沿图10的线11-11的剖视图；

图12包括(A)至(H)，其均为示出制造上述传感器单元的变型的步骤的剖视图；

图13是根据本发明第二实施例的传感器单元的放大立体图；

图14是沿图13的线14-14的剖视图；

图15是上述传感器单元的一部分的剖视图；

图16包括(A)至(K)，其均为示出制造图13的传感器单元的步骤的剖视图；

图17是示出上述红外传感器的变型的立体图；

图18是示出上述红外传感器的变型的立体图；

图19是示出上述红外传感器的变型的立体图；以及

图20是示出上述红外传感器的另一个变型的剖视图。

具体实施方式

现在参阅图1至图3，其示出根据本发明第一实施例的红外传感器。该红外传感器包括多个传感器单元100，所述多个传感器单元100排列为二维阵列以构成热图像传感器(thermal image sensor)，尽管本发明并不以此为限。所述多个传感器单元100共同地形成在单个半导体基板10上，并容纳在基板10和固定在基板10上的密封罩200之间所限定的气密性密封空间内。将该密封空间减压，以使其与外界环境热绝缘。密封罩200由硅制成，以便提供可透过红外线的窗口202，用以将红外线导向传感器单元100。窗口202一体地形成有具有多个凸透镜204的透镜阵列，各凸透镜204对应于各传感器单元100，用以将红外线聚焦到各传感器单元100。

如图4和图5中所示，各传感器单元100包括：形成在半导体基板10的顶面上的半导体器件20；以及支撑在基板10上的、与半导体器件20相间隔的热红外感测元件30。半导体器件20与红外感测元件30电耦合，以将传感器输出提供给外部处理电路，该外部处理电路根据红外感测元件30上的红外线接收量来分析传感器输出，用以测量温度或确定发射红外线的物体的存在。

半导体器件20例如是MOSFET晶体管，该晶体管导通和断开以响应于施加在该晶体管上的触发信号而提供传感器输出。晶体管是利用公知技术制作在基板10的顶面上，并包括：掺杂阱区域21，其具有漏极22、源极23、栅极24、漏电极25、源电极26以及栅电极28。所述电极分别电连接到露出于传感器单元顶面上的端子垫。以下，用术语“晶体管”代表半导体器件20，尽管本发明并不局限于使用所示出的单个晶体管。在基板10的大致整个顶面上例如形成由SiO₂或SiN制成的介电层12，以遮蔽其下面的晶体管20。当晶体管20与基板顶部上的电极联接时，介电层12形成为覆盖基板的除电极之外的整个顶面。

各传感器单元100均包括：传感器支座40，用以在其上承载感测元件30；一对水平梁42，其从传感器支座40的相对侧在与传感器支座40相同的平面上延伸，以将传感器支座支撑在基板10上；以及形成在基板10的顶面上的一对端子焊盘50。热红外感测元件30由沉积在传感器支座40上的金属(诸如钛)制成，以形成图案化的条带(patterned strip)，该条带具有与红外线的入射量或强度成比例的变化的电阻，并且该条带包括一对导体或引线32，所述导体或引线32在梁42上沿着梁42延伸，以分别与端子焊盘50电连接。传感器支座40和梁42由多孔材料制成，以使红外感测元件30有效地与基板10和晶体管20热绝缘。本实施例中使用的多孔材料是多孔硅(SiO₂)，并且可以是硅氧烷基(siloxane-based)有机聚合物或硅氧烷基无机聚合物。

各端子焊盘50均设置有向上凸出以保持各相关联的梁42的末端的锚固柱52，以使传感器支座40定位在基板10的顶面上方的一定高度上，从而将感测元件保持为向上离开基板10的顶面，即直接位于晶体管20的上方。锚固柱52由与感测元件30相同的材料制成，并且该锚固柱的上端与引线32结合。如图7和图8所明确显示，锚固柱52呈中空圆柱体形，其上端装配到形成于相关联的梁42的端部中的孔44内。锚固柱52的上端形成有翼缘54，该翼缘54围绕孔44叠合在梁42上，并且该翼缘的一部分周边与延伸在梁42上的引线32的端部结合。由于各引线32分别与基板10上竖立的各锚固柱52一体地制造，因此红外感测元件30通过引线32和锚固柱52支撑在基板10上，以便保持在离开基板10的顶面的、恰好对应锚固柱52长度的高度处。如下所述，感测元件30和引线32分别沉积在传感器支座40及梁42上，以形成分子间附着力，使传感器支座40和梁42分别固定到感测元件30和引线32。由此，传感器支座40和梁42被感测元件30和固定在锚固柱52上的引线32承载，从而也通过锚固柱52支撑到基板10上。由于锚固柱52装配在梁42端部的孔44内，所以梁42的端部包围锚固柱52的上端的整个周边，从而也通过围绕孔44的分子间附着作用而固定到锚固柱52的上端，以将梁42或传感器支座40良好地支撑在锚固柱52或基板10上。此外，翼缘54提供围绕孔44的整个周边的、增大的与梁42的接触表面积，以提供额外的分子间附着力，用以将梁42稳固地支撑在锚固柱52上。

如图6中所示，端子焊盘50分别设置有垫55和57，用以分别连接参考电压源Vref及晶体管20的源电极26。栅电极(图5中未示出)经由埋设线路(buried line)27连接到对应的端子垫28，以连接控制晶体管20导通和断开的外部电路。漏电极25经由埋设线路29连接到端子垫16，以将传感器输出提供到用于探测目标物体发出的红外线的外部电路。

在介电顶层12的顶部上形成由例如铝的金属制成的红外反射体(reflector)17，使穿过红外感测元件30的红外线反射回该红外感测元件上以增强灵敏度。红外感测元件30和红外反射体17之间的距离(d)设定为d＝λ/4，其中λ为从目标物体发出的红外线的波长。当用红外传感器检测人体时，由于人体发出的红外线波长(λ)为10μm，因此该距离被设定为2.5μm。

多孔材料的孔隙率优选为介于40％至80％的范围内，以确保足够的机械强度，并同时确保良好的热绝缘效果。

在这种连接中应注意的是，多孔硅(SiO₂)具有优异的隔热效果，用以确保经由梁42到基板10的热传导最小，并且还要确保传感器支座40的热容量最小，从而提高红外传感器的灵敏度。

具有上述构造的传感器单元通过图9A至图9H中所示的步骤制作。在晶体管20形成于半导体基板10的顶部上之后，利用热氧化形成SiO₂介电顶层12，以覆盖基板10的整个顶面，如图9A中所示。或者，利用化学气相沉积形成SiN介电顶层12。接着，在介电顶层12上利用溅射来沉积铝层，随后进行选择性地蚀刻，以在介电顶层12上剩余形成(leave)端子焊盘50和红外反射体17，如图9B中所示。之后，在介电顶层12的整个顶面上利用旋涂技术(spin coating technique)涂覆由合适的抗蚀材料(resist material)形成的牺牲层60，如图9C中所示。牺牲层60也可通过旋涂技术由聚酰亚胺形成，或通过沉积由矿物粉(meal)形成，或甚至通过化学气相沉积由多晶硅形成。

随后，在牺牲层60上利用旋涂技术涂覆多孔硅(SiO₂)溶液以形成多孔层70，如图9D中所示。其后，利用合适的抗蚀剂(resist)来掩盖多孔层70，并进行选择性地蚀刻，以形成传感器支座40和各个梁42，并同时形成在多孔层70和牺牲层60中延伸并通向端子焊盘50的通孔72，如图9E中所示。通孔72可利用光刻、干蚀刻或湿蚀刻来形成。接着，利用溅射在传感器支座40上、梁42上及通孔72内沉积钛导电层80，随后利用溅射来涂布氮化钛保护层，如图9F中所示。其后，选择性地蚀刻导电层80和该保护层，以在传感器支座40上剩余形成红外感测元件30的图案化条带，并在对应的梁42上剩余形成引线32，同时在各通孔72内分别剩余形成带有翼缘54的锚固柱52，以完成从感测元件30到端子焊盘50的电连接，如图9G中所示。由此，锚固柱52与引线32、进而与感测元件30制作为一体并且连接，以使这些部件结合成单一结构(unitary structure)。最后，蚀刻牺牲层60以获得传感器单元，如图9H中所示。

形成感测元件30、引线32和锚固柱52的导电材料可以为覆盖有氮化钛或金的钛或铬。该单一结构的感测元件30、引线32和锚固柱52优选具有0.2μm或更大的均匀厚度。

图10至图11示出上述实施例的一个变型，该变型与上述实施例的不同之处仅在于锚固柱52与引线32独立地形成，但固定在引线32上。当引线32和感测元件30的厚度减小以提高对入射的红外线的敏感度、同时感测元件30以及传感器支座40稳固地支撑到锚固柱52上时，该变型尤其是有利的。例如，感测元件30和引线32选择为具有小于0.2μm的厚度，同时锚固柱52设计为具有0.2μm或更大的厚度。在该变型中，引线32的端部结合到与其叠合的翼缘54的一部分上，以便将感测元件30固定地支撑在锚固柱52上。

图12A至图12H示出了制造根据该变型的传感器单元的步骤。在顶面上形成有晶体管20的基板10的介电顶层12上形成端子焊盘50和红外反射体17之后(图12A)，在介电顶层12的整个顶面上利用旋涂技术涂覆由合适的抗蚀材料形成的牺牲层60，如图12B中所示。随后，在牺牲层60上利用旋涂技术涂覆多孔硅(SiO₂)溶液以形成多孔层70，如图12C中所示。其后，利用合适的抗蚀剂来遮蔽多孔层70，并进行选择性地蚀刻，以形成传感器支座40和各个梁42，并同时形成在多孔层70和牺牲层60中延伸并通向端子焊盘50的通孔72，如图12D中所示。随后，利用溅射在传感器支座40上和梁42上沉积钛或铬导电层，随后利用溅射来涂布氮化钛或金保护层，如图12E中所示。其后，选择性地蚀刻导电层80和该保护层，以在传感器支座40上剩余形成红外感测元件30的图案化条带，并在对应的梁42上剩余形成引线32，如图12F中所示。在进行溅射以将钛或铬的另一种导电材料沉积到通孔72中以及部分沉积在引线32的端部上、且沉积厚度大于感测元件30和引线32的厚度之后，选择性地蚀刻该材料以形成锚固柱52，如图12G中所示。在此步骤中，各锚固柱52的翼缘54分别与引线32结合，从而将感测元件30、引线32、传感器支座40和梁42支撑在锚固柱52上。最后，蚀刻牺牲层60以获得传感器单元，如图12H中所示。

图13至图15示出了根据本发明第二实施例的传感器单元，该实施例与第一实施例的不同之处仅在于热红外感测元件30A的结构。相同的部件以相同的附图标记加上后缀“A”表示，并且为简化起见，这里不做重复性说明。

热红外感测元件30A包括保持在下电极131和上电极132之间的非晶硅电阻层130，所述下电极和上电极分别通过引线32A连接到端子焊盘50A。电阻层130响应于红外线入射量的变化而在上电极和下电极之间表现出不同的电阻。如此构造的红外感测元件30A承载在传感器支座40A上，并与该传感器支座40A一起支撑在锚固柱52A上。锚固柱52A沉积在端子焊盘50A上以从该端子焊盘向上凸出，并且各锚固柱的上端分别形成有翼缘54A，所述翼缘与分别从下电极131和上电极132延伸的引线32结合。因此，包括引线32A的整个感测元件30A与锚固柱52A一体制成，并间隔地支撑在基板10A上。一对梁42从多孔材料的传感器支座40A整体地延伸，以在所述梁上承载引线32A，从而使感测元件30A和引线32A与基板10A热绝缘。各锚固柱52A由一衬套46包围，该衬套46与相关联的梁42A一体制成，如图15中所示。梁42A和衬套46通过分子间作用力分别附着到引线32A和锚固柱52A，从而也通过锚固柱52A支撑在基板10A上。在上电极132上沉积红外吸收体(absorber)134，以有效地收集红外线。红外吸收体134可由SiON、Si₃N₄、SiO₂或金黑(gold black)形成。

现在参照图16A至图16K说明制造上述传感器单元的过程。在单晶硅基板10A的顶部上形成了晶体管20A之后，利用热氧化形成SiO₂介电顶层12A，以覆盖基板10A的整个顶面，如图16A中所示。其后，在介电顶层12A上利用溅射沉积铝层，随后进行选择性地蚀刻，以在介电顶层12A上剩余形成端子焊盘50A和红外反射体17A，如图16B中所示。之后，在介电顶层12A的整个顶面上利用旋涂技术涂覆由合适的抗蚀材料形成的牺牲层60A，如图16C中所示。其后，蚀刻部分牺牲层60A，以剩余形成一对通孔62A，各通孔62A均露出端子焊盘50A，如图16D中所示。随后，在牺牲层60A上利用旋涂技术涂覆多孔硅(SiO₂)溶液，以在牺牲层60A上及通孔62A内形成多孔层70A，此后，局部蚀刻其中一个通孔62A内的多孔材料，以形成露出端子焊盘50A的导通孔(via-hole)72A，如图16E中所示。

接着，利用溅射在多孔层70A上以及导通孔72A内沉积铬，随后进行选择性蚀刻，以在多孔层70A上形成下电极131和相关联的引线32A，并同时形成由多孔材料的衬套46包围的锚固柱52A，如图16F中所示。然后，利用化学气相沉积(CVD)方法在多孔层70A上、下电极131的上方沉积形成非晶硅，随后进行选择性地蚀刻以在下电极131上形成电阻层130，如图16G中所示。其后，选择性地蚀刻延伸到其余的通孔62A内的多孔层70A，以剩余形成露出相关联的端子焊盘50A的另一个导通孔72A，如图16H中所示。然后，在多孔层70A和电阻层130上沉积铬层，并进行选择性地蚀刻以形成上电极132和从该上电极延伸的相光联的引线32A，如图16I中所示。在此步骤中，还将铬沉积在导通孔72A内以形成将引线32A连接到相关联的端子焊盘50A的锚固柱52A。因此，感测元件30A的引线32A是与锚固柱52A一体地制成，从而通过锚固柱52A将感测元件30A支撑在基板10A上。其后，在多孔层70A上、上电极132的上方沉积SiON层，随后进行蚀刻以在上电极132的顶部形成红外吸收体134，如图16J中所示。在用合适的抗蚀剂遮蔽多孔层70A并进行选择性地蚀刻以剩余形成传感器支座40A 和各个梁42A之后，蚀刻牺牲层60A，以获得传感器单元，如图16K中所示。

在上述的实施例中，多孔层或相应形成的部分是由多孔硅制成。然而，本发明可使用其他多孔材料，例如其包括：硅氧烷基有机聚合物(诸如含甲基的聚硅氧烷)、硅氧烷基无机聚合物(诸如含SiH的硅氧烷)、以及二氧化硅气凝胶。

此外，多孔材料可以是包括中空微粒和基体形成材料(matrix-formingmaterial)的多孔基体复合物(porous matrix composite)。中空微粒被定义为具有由壳体包围的空腔，该壳体优选为由金属氧化物或硅石(silica)制成。中空微粒可选自专利申请JP 2001-233611中所披露的或可购得的材料。特别地，该壳体可由选自以下的材料之一或其组合制成：SiO₂、SiO_x、TiO₂、TiO_x、SnO₂、CeO₂、Sb₂O₅、ITO、ATO以及Al₂O₃。多孔基体复合物在涂布到基板上并干燥之后，可使多孔层具有低的导热率和低的比热。在多孔层内，中空微粒作为填充物散布并结合(bound)在基体内。基体形成材料可以是包含硅氧烷键(siloxane bond)的第一类硅化合物，或者是在形成薄膜或层时形成硅氧烷键的第二类硅化合物。第二类硅化合物可以包含硅氧烷键。第一类和第二类硅化合物包括有机硅化合物、硅卤化物(例如氯化硅和氟化硅)，以及包括有机基团(organic group)和卤素的有机硅卤化物。

图17至图19示出了可在本发明中等同地使用的透镜阵列的多种透镜构造。各传感器单元100均设置在一个限定红外传感器的图块(picture segment)的单位正方形(unit square)内。在这种连接中，可以定制透镜阵列的各透镜204的尺寸使其成为具有直径小于该单位正方形的侧边(图17)或等于该正方形的侧边(图18)的圆形凸透镜；或者甚至是具有方形平面构造以覆盖整个单位正方形的凸透镜(图19)。

图20示出了上述实施例的一个变型，在该变型中，密封罩200的窗口202在其与传感器单元100相对的内表面上额外地形成有由独立凸透镜204组成的阵列，该凸透镜204的折射率小于窗口202或密封罩200的折射率。例如，密封罩200由折射率为3.4的Si制成，而透镜204由折射率为1.5的SiO₂制成。当红外线穿过该窗口和透镜投射到感测元件30时，这种设置有效地减少发生在不同介质之间的各界面上的各反射的总量，从而提高红外线穿过密封罩200的透射率。密封罩200可以由其他材料制成，诸如Ge、InP、 ZnSe、ZnS、Al₂O₃以及CdSe，而透镜可由折射率小于密封罩的适当材料制成。此外，在窗口202的远离透镜的外表面上可涂布有折射率小于密封罩的透射层，以进一步提高红外线的透射率。

尽管上述实施例示出了红外感测元件的使用，该红外感测元件响应于红外线的入射量或其变化率而表现出电阻的变化，但同样能够利用表现出介电常数变化的另一种类型的感测元件，诸如响应于红外线的量的变化率而产生热电动势的热电堆类型或产生电压差的焦热电类型。

另外，上述实施例中示出的本发明的红外传感器包括多个传感器单元。然而，本发明不应以这种特定的设置为限，而应包括使用单个传感器单元的情况。虽然所示的实施例被描述为包括基板中的半导体器件，但本发明应被解释为包含不带有半导体器件的可能的变型。

Claims

1.一种红外传感器，包括：

基板(10A)；

传感器单元(100A)，该传感器单元包括：

热红外感测元件(30A)；

传感器支座(40A)，其由多孔材料制成，并且在该传感器支座上承载所述热红外感测元件；

一对梁(42A)，其由多孔材料制成，用以将所述传感器支座支撑为向上离开所述基板的顶面；和

一对端子焊盘(50A)，其形成在所述基板的顶面上；以及

密封罩(200)，其固定到所述基板，以在所述密封罩与所述基板之间提供用于容置所述传感器单元的气密性密封空间，所述密封罩具有窗口，入射的红外线经过该窗口投射到所述传感器单元的所述热红外感测元件上；

所述热红外感测元件具有一对引线(32A)，各所述引线支撑在各所述梁的顶部上以沿着所述梁延伸，从而与各对应的所述端子焊盘电连接；

其中，所述梁(42A)在与所述传感器支座相同的平面上延伸，并离开所述基板的顶面，以在所述梁上承载各自的引线(32A)；

所述传感器单元还包括一对锚固柱(52A)，各所述锚固柱从各所述端子焊盘(50A)上竖立，并且各所述锚固柱的上端固定到各对应的所述引线(32A)的末端，以使所述感测元件(30A)与所述传感器支座(40A)一起以离开所述基板的顶面的方式支撑在所述基板上，并使所述感测元件经由所述锚固柱电连接到所述端子焊盘(50A)；

各所述锚固柱(52A)的上端嵌入各对应的所述梁中，以使各所述锚固柱的周边被各对应的所述梁(42A)完全包围，

其中各所述锚固柱(52A)均为由金属制成的中空圆柱体，并且均由多孔材料制成的各衬套(46)沿着各所述锚固柱的竖直长度包围。

2.如权利要求1所述的红外传感器，其中

各所述引线(32A)沉积在各对应的所述梁(42A)上；

各所述锚固柱(52A)的上端装配在形成于各对应的所述梁的端部中的孔(44)内；

各所述锚固柱的上端均形成有翼缘(54A)，所述翼缘叠合在围绕所述孔的所述梁上，并连接到各对应的所述引线上。

3.如权利要求2所述的红外传感器，其中

各所述引线(32A)和相关联的锚固柱(52A)共同地由导电材料制成，以便互相连接。

4.如权利要求2所述的红外传感器，其中

各所述锚固柱的所述翼缘(54A)具有与各所述引线(32A)的端部叠合的部分，各所述引线在该部分处与各所述锚固柱结合。

5.如权利要求4所述的红外传感器，其中

各所述锚固柱具有均匀厚度，该厚度大于各所述引线的厚度。

6.如权利要求1所述的红外传感器，其中

所述衬套(46)与所述梁一体形成，以作为所述梁的一个组成部分。

7.如权利要求1所述的红外传感器，其中

所述传感器支座由多孔材料形成，所述多孔材料选自由氧化硅、硅氧烷基有机聚合物以及硅氧烷基无机聚合物构成的群组。

8.如权利要求1所述的红外传感器，其中

所述气密性密封空间被减压。

9.如权利要求1所述的红外传感器，其中

所述传感器单元的阵列共同地排布在所述基板上。

10.如权利要求9所述的红外传感器，其中

所述窗口(202)设置有透镜阵列，在所述透镜阵列中，多个光学透镜(204)排布成阵列，以便将入射的红外线聚焦在任一所述传感器单元的所述红外传感器上。

11.如权利要求10所述的红外传感器，其中

所述透镜阵列与所述密封罩一体地形成，以形成为所述密封罩的一部分。

12.如权利要求10所述的红外传感器，其中

所述透镜阵列叠置在所述窗口上并位于所述密封罩的与所述传感器单元相对的表面上，所述透镜阵列的折射率小于所述窗口的折射率。