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非制冷红外探测器简介

2021-04-24 15:37:02

非制冷红外探测器是非制冷热成像系统的核心部件,它利用了所有高于绝对零度的物体均会向外辐射能量这一基本性质,使用敏感元材料吸收目标物的辐射能量,将其转换为热能,热能的变化使得敏感元的物理性质发生变化,再通过专项设计的某种转换机制将该物理性质的变化转换为电信号,实现对目标物的探测和测量。


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最为常用的热敏材料包括氧化钒(VOx)、非晶硅 (a-Si)、硅二极管等。高芯科技研制的非制冷红外探测器主要采用氧化钒(VOx)材料,它具有较高的TCR(即电阻温度系数,在室温环境下约为 2%/K~3%/K),且灵敏度高。


当前行业内非制冷红外探测器的封装工艺主要有金属封装、陶瓷封装、晶圆级封装三种形式。


金属封装是业内最早的封装形式。 金属封装非制冷红外探测器制作工艺上,首先对读出电路的晶圆片进行加工,在读出电路预留的接口处进行MEMS微桥结构的生长,随后进行划片,将整个晶圆片上的探测器芯片切割成独立的单元,然后将每个单元与金属管壳、TEC、吸气剂以及红外保护窗口等部件在特殊环境下进行结合,完成真空封装和相关测试。金属封装探测器的成像稳定性,环境适应性,可靠性,在三种封装形式中最好,但其零部件材料昂贵,制造成本较高,故较适合用于高端或者特殊领域用途。

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陶瓷封装工艺过程与金属封装类似,是较为成熟的一种红外探测器封装技术,相比金属封装探测器其封装后的体积和重量会有较大程度减轻。原材料成本和制造成本上都比传统的金属管壳封装有所降低,适合大批量电子元器件的生产。陶瓷管壳封装技术的发展得益于目前读出电路性能的提升,以及日趋完善的无TEC技术,省去TEC可以减小对封装管壳体积的要求并降低成本,更为民品的专用市场所青睐,但是仍然无法满足智能家居以及消费电子等新兴领域的应用需求。

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晶圆级封装是近几年才日趋成熟的一种封装形式,其封装难度最高,工艺最为复杂,需要制造与微测辐射热计晶圆相对应的另一片硅窗晶圆,微测辐射热计晶圆与硅窗晶圆通过精密对位,红外探测器芯片与硅窗一一对准,在真空腔体内通过焊料环焊接在一起,最后再裂片成为一个个真空密闭的晶圆级红外探测器。从工艺上来讲,可以做到体积更小,效率更高,产量更高,成本更低,可以用在工业以及民品用途,也可以广泛应用于消费品领域,让红外热成像技术进入寻常百姓家成为可能。

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