在存在检测传感器系统要求的波长范围内,红外长通滤光片引起的总损耗被控制在大约20%以内,对于一些主要用途,例如,在一个设备PCB板上安装存在检测传感器或红外测温传感器,这个量级的能量损耗被认为是很有限的。对于未来的其它潜在应用,所讨论的干涉滤光片将换成透射光谱不同的滤光片。

详析MEMS红外传感器光电特性

图2:封装上表面集成的长通红外滤光片的透射光谱

本文所讨论的封装采用一个通常两面集成干扰层的硅基滤光片,也可以选择安装不同类型的滤光片,以适应不同的应用需求,例如,NDIR光谱仪。

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图3:MEMS红外传感器和ASIC的封装布局

该红外传感器封装的设计和开发采用常见的并列布局,传感器和ASIC在封装内是并排放置(图3)。

在封装上表面集成一个光学窗口,用于选择红外辐射的波长成分,这种光窗解决方案可以防止环境光辐射到达探测器感光区,从而降低总系统噪声。构成封装上表面和腔壁的聚合物可以视为对可见光-红外辐射完全不透明,可归类为LCP材料(液晶高分子聚合物)。不同的应用可以安装不同的滤光片,例如,NDIR光谱仪。如图3所示,结构元件包括两个裸片和键合引线,传感器和信号处理电路互连,然后在连接到封装衬底上。

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图4:“小红外光窗”封装和“一体式红外滤光封帽”封装的渲染图

实验装置和测量

对MEMS红外传感器光电特性进行表征实验,被测目标物体是一个-20°C至160°C的校准黑体辐射源。所用的黑体辐射源是CI Systems公司的SR-800R 4D/A,其面积是4 x 4平方英寸,辐射率为0.99。

在表征实验过程中,传感器放置在距黑体表面5.0 cm处,以便完全覆盖传感器视野范围。

使用和不用滤光片各采集数据一次,观测到信噪比分别为1.6和2.36。在使用滤光片时,采样信噪比降低,这是滤光片的光衰减所致,并且完全符合图2的频谱。

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带和不带红外滤光片的陶瓷封装传感器灵敏度表征。

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