(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 202210778289.4 (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　冯立扬　王翊　周宏　 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 一种背孔式片上集成微型红外气体传感器 (57)摘要 本发明提供一种背孔式片上集成微型红外 气体传感器， 包括： 红外探测芯片， 设有红外光 源、 红外探测器、 红外光源和红外探测器之间的 透气‑隔热结构； 微型光学罩， 位于红外探测芯片 的上表面， 微型光学罩上设有反射面， 且微型光 学罩和红外探测芯片共同构成一封闭的光学腔 室； 其设置为将红外光源发射的红外光反射至红 外探测器； 信号处理芯片， 集成于红外探测芯片 上靠近红外探测器的一侧； 微型光学罩、 红外探 测芯片和信号处理芯片采用MEMS加工工艺封装 连接。 本发 明的微型红外气体传感器采用背孔和 片上一体化集成方法， 有效减小红外气体传感器 的体积， 解决了微型红外气体传感器内部热干扰 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4页 CN 115060682 A 2022.09.16 CN 115060682 A 1.一种背孔式片上集成微型红外气体传感器， 其特 征在于， 包括： 红外探测芯片， 其设有红外光源、 与红外光源 间隔开的红外探测器、 以及位于红外光源 和红外探测器之间的透气 ‑隔热结构； 微型光学罩， 位于红外探测芯片的上表面， 所述微型光学罩上设有至少一个反射面， 且 微型光学罩和红外探测芯片共同构成一封闭的光学腔室； 所述微型光学罩设置为在光学腔 室内通过其反射 面将红外光源发射的红外光反射至红外 探测器； 以及 信号处理芯片， 其集成于红外探测芯片上靠近红外探测器的一侧并与红外探测器电连 接； 所述背孔式片上集成微型红外气体传感器采用芯片级封装， 微型光学罩、 红外探测芯 片和信号处 理芯片采用M EMS加工工艺封装连接 。 2.根据权利要求1所述的背孔式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述红外 探测芯片设有位于红外光源和红外探测器之间的第二辅助反射面， 所述微型光学罩包括与 第二辅助反射面相对设置的第一辅助反射面、 以及位于第一辅助反射面的两侧的第一主反 射面、 第二主反射面； 所述光学腔室由所述第一辅助反射面、 第一主反射面、 第二主反射面、 和第二辅助反射 面共同限定得到， 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所述的背孔式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述第 一 辅助反射面、 第一主反射面、 第二主反射面均通过在微型光学罩的下表面上镀膜来制作得 到， 第二辅助反射面通过在红外探测芯片的红外光源和红外探测器之 间的衬底上镀膜来制 作得到； 镀膜材 料为在红外波段 具有高反射 率的材料。 4.根据权利要求2所述的背孔式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述红外 光源的数量为一个， 所述红外探测器的数量为至少一个， 且第一辅助反射面和第二辅助反 射面的形状随红外光源和红外探测器的形状、 布局和数量变化， 能够辅助红外光传播， 能够 与红外光的光路形状 配合。 5.根据权利要求1所述的背孔式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述透 气‑隔热结构包括贯穿所述红外探测芯片的透气孔结构和贯穿所述微型光学罩的透气孔结 构， 或者仅仅包括贯穿所述红外探测芯片的透气孔结构； 所述透气孔结构为多边形孔、 圆形 孔和条状孔结构中的至少一种。 6.根据权利要求1所述的背孔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。 7.根据权利要求1所述的背孔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。 8.根据权利要求1所述的背孔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光学罩、 红外探测芯片或 信号处理芯片上， 或外附于所述背孔式片上集成微型红外气体传感器上； 所述热敏电阻的 材料为铂金属、 半导体或陶瓷。 9.根据权利要求1所述的背孔式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述微型 光学罩的材料为铝、 铜、 塑料、 树脂、 ABS、 硅或玻璃； 所述微型光学罩的制备方法为微机械加权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115060682 A 2工、 压膜工艺、 3D打印技 术或MEMS加工工艺。 10.根据权利要求8所述的背孔式片上集成微型红外气体传感器， 其特征在于， 所述信 号处理芯片由电源模块、 信号处理模块和数字逻辑单元组成； 所述电源模块设置为向所述 红外光源、 热敏电阻、 信号处理模块和数字逻辑单元提供电压； 所述数字逻辑单元包括存储 单元和逻辑电路。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115060682 A 3