(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210763372.4 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 中国科学院上海微系统与信息技 术 研究所 地址 200050 上海市长 宁区长宁路865号 (72)发明人 李铁　刘延祥　冯立扬　吴明　 王跃林　 (74)专利代理 机构 上海智信专利代理有限公司 31002 专利代理师 杨怡清 (51)Int.Cl. G01N 21/3504(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种夹层式片上集成微型红外气体传感器 (57)摘要 本发明提供一种夹层式片上集成微型红外 气体传感器， 包括： 微型功能盖， 设有红外光源和 透气孔； 微型探测处理芯片， 设有红外探测器、 电 源模块、 信号处理模块和数字逻辑单元； 以及夹 设于这两者之间的微型光学结构， 微型光学结构 和微型功能盖共同限定一光学气室， 光学气室供 红外光源发射的红外光通过， 使红外光发射或反 射至红外探测器； 传感器为芯片级封装， 微型功 能盖、 微型光学结构和微型探测处理芯片通过 MEMS加工工艺来集成化封装。 本发明的红外气体 传感器采用MEMS技术进行集成化封装， 有效减小 红外气体传感器的体积， 夹层式封装 结构能够有 效解决微型红外气体传感器内部的热干扰问题， 并且实现了折叠式的反射设计， 对光程进行了增 长。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115078289 A 2022.09.20 CN 115078289 A 1.一种夹层式片上集成微型红外气体传感器， 其特 征在于， 包括： 微型功能盖， 其上设有红外光源和透气孔； 微型探测处理芯片， 其上设有红外探测器、 电源模块、 信号处理模块和数字逻辑单元； 以及 微型光学 结构， 其一侧与所述 微型功能盖连接， 另一侧与所述 微型探测处 理芯片连接； 其中， 所述微型光学结构和微型功能盖共 同限定一光学气室， 所述光学气室设置为供 红外光源发射的红外光 通过， 使红外光发射或反射至红外 探测器； 所述夹层式片上集成微型红外气体传感器为芯片级封装， 所述微型功能盖、 所述微型 光学结构和所述 微型探测处 理芯片通过M EMS加工工艺来集成化封装连接 。 2.根据权利要求1所述的夹层式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述光学 气室由至少两个反射面限定， 所述红外光源发射的红外光在光学气室中通过至少两次反射 来反射至红外 探测器， 实现了折叠式的反射设计， 对光 程进行了增长 。 3.根据权利要求2所述的夹层式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述微型 功能盖上设有与红外光源的探测面共面的第一辅助反射面； 所述微型光学结构包括与第一 辅助反射面相对的第二辅助反射面、 至少一部 分设于红外光源正下方的第一主反射面以及 至少一部分 设于红外 探测器的正上 方的第二主反射 面； 所述光学气室至少由第一辅助反射面、 第二辅助反射面、 第 一主反射面、 第 二主反射面 共同限定得到； 所述光学气室的光输入端与微型功 能盖上的红外光源相连接， 光学气室的 光输出端与微型探测处 理芯片上的红外 探测器相连接 。 4.根据权利要求3所述的夹层式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 第 一辅助 反射面通过在微型功 能盖的下表面上镀膜来制作得到， 第二辅助反射面、 第一主反射面和 第二主反射面通过在微型光学结构上镀膜来制作得到； 镀膜的材料为红外波段的反光材 料。 5.根据权利要求1所述的夹层式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述红外 光源和红外探测器的至少一个的表面采用滤光材料， 所述滤光材料包括窄带滤光片或超结 构材料。 6.根据权利要求1所述的夹层式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述红外 光源包括MEMS光源或LED光源； 所述红外探测器包括热电型探测 器芯片或光电型探测 器芯 片。 7.根据权利要求1所述的夹层式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述微型 光学结构的材料为硅或玻璃； 所述微型光学结构的制备工艺为MEMS加工工艺； 微型功能盖 和微型探测处 理芯片采用TSV技 术来电气互连； 或者， 所述微型光学结构的材料为塑料或树脂， 所述微型光学结构的制备工艺为压膜 工艺或3D打印技 术， 微型功能盖和微型探测处 理芯片采用弹簧针嵌入的方法来电气互连。 8.根据权利要求1所述的夹层式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述电源 模块与红外光源、 信号处 理模块和数字 逻辑单元均电气互连。 9.根据权利要求8所述的夹层式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 还包括设 置在红外 探测器附近的热 敏电阻； 所述热敏电阻集成在所述微型功能盖、 所述微型光学结构、 所述微型探测 处理芯片上权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115078289 A 2或外附于夹层式片上集成微型 红外气体传感器上； 所述热敏电阻与所述电源模块和所述信 号处理模块均电气互连。 10.根据权利要求9所述的夹层式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述热 敏电阻的材 料为铂金属、 半导体或陶瓷。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115078289 A 3