DE102006050041B4 - Radiation sensor with an array of several thermopiles on a substrate with membrane surfaces - Google Patents
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Abstract
Strahlungssensor, insbesondere Infrarotsensor, mit einem Array (22) mehrerer Thermopiles (5) auf einem Substrat mit Membranflächen (10a, 10b), wobei die Membranflächen (10a, 10b) erste Membranflächen (10a) für Thermopiles (5) mit einer 8-eckigen Form und zweite Membranflächen (10b) für Elektronik mit einer quadratischen Form umfassen, welche eine regelmäßige Anordnung bilden, wobei Seiten der quadratischen zweiten Membranflächen (10b) an Seiten der 8-eckigen ersten Membranflächen (10a) angeordnet sind, wobei die Thermopiles (5) jeweils aus in einer Serie geschalteten Thermoelementen (7) gebildet werden und jeweils auf einer der ersten Membranflächen (10a) mit einem Absorber (9) angeordnet sind, und wobei die zweiten Membranflächen (10b) von angrenzenden ersten Membranflächen (10a) seitlich durch Stege (15) als Wärmesenken getrennt werden, welche unterhalb der zweiten Membranflächen angeordnet sind.Radiation sensor, in particular infrared sensor, with an array (22) of several thermopiles (5) on a substrate with membrane surfaces (10a, 10b), wherein the membrane surfaces (10a, 10b) first membrane surfaces (10a) for thermopiles (5) with an 8-sided Molds and second diaphragm surfaces (10b) for electronics having a square shape which form a regular array with sides of the square second diaphragm surfaces (10b) being disposed on sides of the 8-cornered first diaphragm surfaces (10a), the thermopiles (5) each formed of series-connected thermocouples (7) and each on one of the first membrane surfaces (10a) with an absorber (9) are arranged, and wherein the second membrane surfaces (10b) of adjacent first membrane surfaces (10a) laterally by webs ( 15) are separated as heat sinks, which are arranged below the second membrane surfaces.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Strahlungssensor, insbesondere Infrarotsensoren, mit einem Absorber für die zu messende Strahlung und einer Mehrzahl von Thermoelementen zum Messen einer durch die absorbierte Strahlung verursachten Erwärmung des Absorbers.The invention relates to a radiation sensor, in particular infrared sensors, with an absorber for the radiation to be measured and a plurality of thermocouples for measuring a heating of the absorber caused by the absorbed radiation.
Strahlungssensoren der oben erwähnten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Der schematische Aufbau eines solchen Strahlungssensors ist in
Im Bereich des Übergangs von dem ersten Thermomaterial auf das zweite Thermomaterial entsteht jeweils ein Thermokontakt
Wenn Strahlen
Um das Sensorsignal auf möglichst kleiner Chipfläche weiter zu verstärken, sind verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden. So ist beispielsweise aus
Weiter wird in
Ein ähnlicher Aufbau eines Strahlungssensors wird in
Aus der
Typischerweise besteht nach bisherigem Stand der Technik ein Thermopile-Array aus Flächeneinheiten, die eine runde oder eine rechteckige, oft quadratische Form aufweisen. Auf diesen Flächeneinheiten ist jeweils ein Thermopile aufgebracht, so dass die Gesamtheit der Thermopiles in einem rechtwinkligen Gitter auf einem Chip angeordnet ist.Typically, according to the prior art, a thermopile array consists of area units that have a round or rectangular, often square shape. In each case a thermopile is applied to these surface units, so that the entirety of the thermopiles is arranged in a rectangular grid on a chip.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der erfindungsgemäße Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik den Vorteil, dass eine deutliche Ersparnis an benötigtem Gesamtflächenbedarf für ein Thermopile-Array erzielt werden kann. Hieraus resultiert vorteilhaft eine spürbare Senkung der Herstellungskosten von Strahlungssensoren auf der Basis der Mikrosystemtechnologie, da sie zu einem großen Teil durch den notwendigen Flächenbedarf bestimmt werden.The object according to the invention with the features of the independent claim has the advantage over the previously known prior art that a significant saving in the total area required for a thermopile array can be achieved. This advantageously results in a noticeable reduction in the production costs of radiation sensors on the basis of Microsystem technology, as they are largely determined by the space required.
Bei gleicher Empfindlichkeit der Sensoren, d. h. bei gleicher Gesamtfläche des Absorbers, gleicher Anzahl, gleicher Dicke und gleicher Mindestlänge der Thermoelemente und gleicher Wärmekapazität der Membrane, sinkt vorteilhaft bei einem erfindungsgemäßen Sensor der Flächenbedarf deutlich: Durch die Anordnung der Thermopiles bzw. der dazugehörigen Membranfläche nach z. B. hexagonaler Symmetrie reduziert sich der Flächenbedarf bei Nichtberücksichtigung der Fläche für die Elektronik um ca. 30% bei einem 4 × 4 Array, und schon um ca. 40% bei einem 16 × 16 Array.With the same sensitivity of the sensors, d. H. at the same total area of the absorber, the same number, the same thickness and the same minimum length of the thermocouples and the same heat capacity of the membrane, advantageously decreases in a sensor according to the invention, the space requirement significantly: By the arrangement of the thermopiles or the associated membrane surface after z. B. hexagonal symmetry reduces the area requirement for non-consideration of the area for the electronics by about 30% for a 4 × 4 array, and already by about 40% for a 16 × 16 array.
Zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren anhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Expedient developments emerge from further dependent claims and from the description.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail below. Show it:
Die
die
die
die
die
Der erfindungsgemäße Strahlungssensor beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung von Arrays von 6-eckigen oder 8-eckigen Membranflächen, auf denen jeweils eine Sensoreinheit, d. h. ein Thermopile und gegebenenfalls Elektronik hierzu, angeordnet ist, im Vergleich zu 4-eckigen Membranflächen eine Reduzierung des Flächenbedarfs des Strahlensensors bei gleicher Empfindlichkeit erzielt werden kann. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Strahlungssensors gegenüber bisher bekannten Strahlungssensoren kann auch alternativ dadurch ausgedrückt werden, dass bei gleicher Gesamtfläche der Membrane und sonst gleichen Bedingungen eine höhere Empfindlichkeit des Sensors erreicht wird.The radiation sensor according to the invention is based on the knowledge that through the use of arrays of hexagonal or 8-angular membrane surfaces, on each of which a sensor unit, d. H. a thermopile and, where appropriate, electronics for this purpose, a reduction in the area required by the radiation sensor with the same sensitivity can be achieved in comparison with quadrangular membrane surfaces. The advantage of the radiation sensor according to the invention over previously known radiation sensors can also be expressed alternatively in that with the same total area of the membrane and otherwise identical conditions, a higher sensitivity of the sensor is achieved.
Ordnet man mehrere der eben beschriebenen und in
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird gemäß
Auch die 8-eckigen Membranflächen
Im Übrigen können in allen Ausführungsbeispielen die Stege
Jedoch reicht es in vielen Fällen aus, wenn die Stege
Schließlich wird noch hingewiesen, dass vorteilhaft der Absorber
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