BRPI0812099B1 - Dispositivo apresentado uma estrutura em membrana para detecção de radiação térmica, método de produção e uso do dispositivo. - Google Patents

Description

(54) Título: DISPOSITIVO APRESENTADO UMA ESTRUTURA EM MEMBRANA PARA DETECÇÃO DE RADIAÇÃO TÉRMICA, MÉTODO DE PRODUÇÃO E USO DO DISPOSITIVO.

(51) Int.CI.: G01J 5/04; G01J 5/10; G01J 5/22 (30) Prioridade Unionista: 29/05/2007 DE 10 2007 024 902.2 (73) Titular(es): PYREOS LTD.

(72) Inventor(es): GIEBELER, CARSTEN; SCHREITER, MATTHIAS; PAULUS, CHRISTIAN

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DISPOSITIVO APRESENTANDO UMA ESTRUTURA EM MEMBRANA PARA DETECÇÃO DE RADIAÇÃO TÉRMICA, MÉTODO DE PRODUÇÃO E USO DO DISPOSITIVO.

[0001] A invenção refere-se a um dispositivo para a detecção de radiação térmica contendo pelo menos um elemento detector térmico para converter a radiação térmica em um sinal elétrico. Em adição ao dispositivo são providos um método de produção e um método de uso do dispositivo.

[0002] Um dispositivo para a detecção de radiação térmica e conhecido a partir, por exemplo, do documento DE 100 04 216 A1. Este dispositivo é descrito como um pirodetector. O elemento detector é um elemento detector piroelétrico. Apresenta uma construção em camada compreendendo duas camadas eletrodos com uma camada piroelétrica contendo material sensível piroelétrico disposto entre as camadas eletrodos. Este material é titanato zirconato de chumbo (PZT). Os eletrodos compreendem, por exemplo, platina ou são de uma liga de cromo/níquel que absorve calor.

[0003] O elemento detector térmico é conectado a um suporte de detector feito de silício (bolacha de silício). De maneira a prover isolamento térmico e elétrico entre o elemento detector e o suporte de detector uma camada isolante é disposta entre o elemento detector e o suporte de detector. A camada isolante contém uma cavidade vazia que se estende sobre uma área do elemento detector, uma camada de suporte para a cavidade e uma cobertura sobre a camada de suporte e a cavidade. A camada de suporte compreende poli-silício. A cobertura é feita de um vidro de boro-fósforo-silicato (BPSG). De maneira a reconhecer, processar posteriormente transmitir os sinais elétricos produzidos pelo elemento detector um circuito de leitura é integrado mo suporte de detector. O circuito de leitura é produzido pela tecnologia CMOS (Semicondutores de Óxido de Metal Complementar - Complementary Metal Oxide Semiconductors).

[0004] Um dispositivo comparável para a detecção de radiação térmica é conhecido do documento DE 195 25 071 A1. O elemento detector térmico é também um elemento detector piro-elétrico como descrito acima. O elemento detector é disposto e, um

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2/15 suporte de detector multicamada. O elemento detector é aplicado a uma camada de silício do suporte de detector em uma de suas camadas eletrodos. A camada de silício é localizada em uma membrana isolante elétrica do suporte de detector. A membrana compreende, por exemplo, uma camada tripla - a saber Sí3N4/Sí02/Sí3N4. Mais uma vez, a membrana é aplicada a um substrato de silício do substrato detector. O substrato de silício contém uma janela de radiação (janela de detecção) com uma área que para todos os propósitos práticos se corresponde com uma área do elemento detector piroelétrico. A janela de radiação é uma abertura no substrato de silício. Desta forma, o material de suporte (silício) do substrato é removido para baixo para a membrana. A radiação térmica passa através da janela de radiação para o elemento detector onde produz um sinal elétrico que pode ser avaliado. A este propósito, a membrana se distingue pelo provimento de um meio adequado de transmissão da radiação térmica. Na camada de silício deslocada lateralmente em relação ao elemento detector, é integrado um circuito de leitura para o sinal elétrico. O suporte de detector funciona também como um suporte do circuito para o circuito de leitura.

[0005] No caso dos detectores conhecidos, uma pluralidade de elementos detectores pode ser provido (conjunto de elementos detectores). Nesta situação, o sinal elétrico de cada um dos elementos detectores é lido separadamente. Normalmente, o contato elétrico com as camadas eletrodos é efetuado por fios de ligação. Entretanto, isto significa que é requerido um espaço considerável para a fiação dos elementos detectores, o que resulta em uma densidade de empacotamento limitada e relativamente baixa dos elementos detectores (número de elementos detectores por unidade de área do suporte de detector).

[0006] É um objetivo da invenção especificar um dispositivo compacto para a detecção de radiação térmica que, em comparação com o estado da técnica, apresente uma necessidade de espaço menor.

[0007] De maneira a solucionar este problema, é descrito um dispositivo para a detecção de radiação térmica o qual compreende pelo menos uma membrana sobre a qual é disposto pelo menos um elemento detector térmico para converter radiação térmica em um sinal elétrico e pelo menos um suporte de circuito para suportar a

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3/15 membrana e para suportar pelo menos um circuito de leitura para ler o sinal elétrico, de tal forma que o elemento detector e o circuito de leitura são conectados eletricamente entre si por meio da membrana.

[0008] Além disto, de maneira a solucionar este problema, é descrito um método com as seguintes etapas para a produção do dispositivo:

a) provimento da membrana com o elemento detector e pelo menos uma conexão elétrica transpassante e provimento do suporte de circuito, e b) montagem da membrana e do suporte de circuito de leitura de tal forma que o elemento detector e o circuito de leitura são conectados entre si por um contato elétrico que passa através da membrana.

[0009] A membrana que funciona como o suporte de detector compreende uma camada membrana ou uma pluralidade destas. Neste contexto, uma pluralidade de materiais inorgânicos ou orgânicos pode ser utilizada. Por exemplo, a camada membrana pode ser feita de dióxido de silício (SiO2) ou de nitreto de silício (SiN). Além disto, uma estrutura composta de várias das camadas mencionadas é concebível. A vantagem especial das camadas destes materiais reside em suas propriedades de isolamento elétrico e térmico. Estes materiais funcionam como isolantes elétricos e térmicos.

[00010] De acordo com a invenção, pode ser concretizada uma estrutura compacta multicamada que economiza espaço compreendendo a membrana e o suporte de circuito. O circuito de avaliação pode ser integrado diretamente no suporte de circuito, por exemplo, pela tecnologia CMOS. É também concebível que o suporte de circuito contenha apenas uma conexão por fio com o elemento detector. Este fio conecta eletricamente o elemento detector com um ASIC (Circuito Integrado Específico Aplicado - Applied Specific Integrated Circuit) interno disposto no suporte de circuito ou com um ASIC externo. O ASIC externo pode ser fixo. É vantajoso que o contato com o ASIC externo seja feito por meio da tecnologia “Flip-Chip” (ver abaixo).

[00011] A radiação térmica a ser detectada apresenta um comprimento de onda de mais de 1 pm. Preferivelmente, o comprimento de onda é selecionado da faixa entre 5 e 15 pm. O elemento detector térmico se baseia, por exemplo, no efeito Seebeck.

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Preferivelmente, o elemento detector térmico é um elemento detector piroelétrico. Conforme descrito inicialmente. O elemento detector piroelétrico compreende uma camada piroelétrica com um material piroeletricamente sensível com materiais eletrodos aplicados em cada lado. O material piroeletricamente sensível é, por exemplo, uma cerâmica tal como niobato de lítio (LiNbO3) ou titanato zirconato de chumbo. Uma alternativa concebível é um polímero ferro-elétrico tal como fluoreto de polivinilideno (PVDF). Os materiais eletrodos para as camadas eletrodos podem ser, por exemplo, platina ou uma liga de platina. Um eletrodo de cromo-níquel é também concebível na medida em que se trata de um eletrodo de um óxido eletricamente condutor. Tipicamente, o elemento detector apresenta uma área retangular com um comprimento de borda de 25 pm a 200 pm.

[00012] De acordo com uma realização particular o suporte de circuito e a membrana de tal forma dispostos em relação entre si que existe pelo menos uma cavidade entre a membrana e o suporte de circuito a qual é fixada pela membrana e pelo suporte de circuito, este sendo localizado no lado do circuito. A cavidade desacopla termicamente o suporte de circuito da membrana.

[00013] Em uma realização particular pelo menos uma cobertura é provida para proteger o elemento detector. O suporte de circuito, a membrana e a cobertura são dispostos em uma pilha com a membrana localizada entre o suporte de circuito e a cobertura. A cobertura protege o elemento detector de influências nocivas do ambiente. Uma influência ambiental típica seria, por exemplo, poeira, umidade, um produto químico corrosivo que poderia atacar um componente do elemento detector ou afetar negativamente a função do elemento detector.

[00014] De acordo com uma realização adicional, a membrana e a cobertura são dispostas de tal forma entre si que existe pelo menos uma cavidade entre a membrana e a cobertura, que é localizada no lado da cobertura. A cavidade no lado da cobertura serve para desacoplar termicamente a membrana ou o elemento detector na membrana da cobertura.

[00015] De maneira a aumentar o grau de descoplamento térmico das cavidades no lado do circuito e/ou lado da cobertura, estas podem ser vazias ou capazes de serem

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5/15 esvaziadas. Neste contexto, as cavidades podem ser esvaziadas independentemente entre si. Preferivelmente a cavidade no lado do circuito e a cavidade no lado da cobertura são conectadas entre si através de uma na membrana. A abertura é, por exemplo, uma fenda na membrana. Então o esvaziamento de uma resulta então no esvaziamento automático da outra cavidade.

[00016] Independente do efeito que é utilizado para detectar a radiação térmica, é necessário em todos os casos que a radiação térmica seja absorvida por um material termicamente sensível formando o elemento detector o qual libera o efeito relevante. A absorção é efetuada diretamente pelo material termicamente sensível. Entretanto, é também concebível que a radiação térmica seja absorvida por um eletrodo ou camada eletrodo do elemento detector. Além disto, é também possível que a radiação térmica seja absorvida por um objeto absorvente imediatamente adjacente ao elemento detector após o que uma quantidade do calor captado desta forma é transferido por convecção ou condução para o material termicamente sensível. O objeto absorvente atua como um transmissor de energia. Por exemplo, o objeto absorvente é aplicado diretamente ao elemento detector na forma de um revestimento.

[00017] Preferivelmente, o dispositivo para a detecção de radiação térmica é projetado de tal forma que a e radiação térmica incida diretamente sobre o elemento detector. Tendo isto em mente, em uma realização particular, a membrana, o suporte de circuito e/ou a cobertura apresentam pelo menos uma janela de radiação com uma performance de transmissão particular permitindo que a radiação térmica irradie o elemento detector. A janela de radiação é integrada na cobertura, no suporte de detector e/ou no suporte de circuito. O elemento detector e a janela de radiação são dispostos em relação entre si de tal forma que a irradiação do elemento detector é efetuada por uma face frontal do elemento detector voltada em direção contrária ao suporte de detector (radiação de face frontal) e/ou a partir da face traseira do elemento detector voltada na direção do elemento detector (radiação de face traseira). A janela de radiação apresenta uma capacidade de transmissão particular na direção do elemento de detecção. A taxa de transmissão é tão alta quanto possível e, por exemplo, chega a pelo menos 50% e em particular a entre 70% e aproximadamente 95%.

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6/15 [00018] Qualquer material preferido pode ser utilizado para o suporte de circuito ou para a cobertura. Materiais semicondutores, por exemplo, germânio elementar ou diferentes compostos semicondutores são particularmente adequados tendo em vista a possibilidade de integração dos circuitos ou componentes elétricos. De acordo com uma realização particular o suporte de circuito e/ou a cobertura compreendem silício. Em cada caso um substrato de substrato de silício é utilizado como cobertura e/ou como suporte de circuito. A tecnologia CMOS pode ser empregada para integrar as estruturas e funcionalidade escolhidas no substrato. Uma vez que o silício apresenta um coeficiente de absorção baixo em relação à radiação térmica, a janela de radiação pode, acima de tudo, ser facilmente integrada em um substrato de silício: o substrato de silício em si forma a janela de radiação. Por meio de uma disposição adequada das funcionalidades correspondentes no substrato de silício é possível para a radiação térmica incidir sobre o elemento detector de forma não obstruída, isto é, livre de sombra.

[00019] A performance de transmissão não depende apenas do coeficiente de absorção do material do qual a janela de radiação é feita. Um outro fator decisivo é a espessura da janela de radiação. É vantajoso que a janela de radiação forme uma área delgada do suporte de detector ou suporte de circuito. Em uma realização particular, o elemento detector é disposto em oposição a uma abertura na cobertura. Esta abertura na cobertura é uma área da cobertura que apresenta uma espessura relativamente baixa. Nesta área a espessura da cobertura é particularmente delgada, como resultado, por exemplo, da remoção de material. A abertura na cobertura forma a janela de radiação que é integrada na cobertura e através da qual a radiação térmica incide sobre o elemento detector. Preferivelmente, o elemento detector é um pouco distanciado da abertura na cobertura. A abertura na cobertura é uma parte constituinte da cavidade entre a membrana e a cobertura e localizada no lado da cobertura.

[00020] Em uma realização particular a membrana e o suporte de circuito e/ou a membrana e a cobertura e/ou a conexão e o suporte de circuito e/ou a conexão e a cobertura são firmemente unidos entre si por uma ligação de material permanente e em articular, uma ligação de material permanente hermeticamente vedada. De maneira a se

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7/15 obter uma ligação firme uma ligação de material permanente é manufaturada. A ligação firme entre a membrana e o suporte de circuito é obtida pela manufatura de uma ligação de material permanente entre o contato elétrico transpassante da membrana e o suporte de circuito. A ligação firme entre a membrana e a cobertura é obtida pela manufatura de uma ligação de material permanente entre a membrana e a cobertura.

[00021] A ligação de material permanente entre os diferentes constituintes do dispositivo pode ser produzido simultaneamente ou consecutivamente. Os materiais de ligação permanente são projetados de tal forma que são formadas cavidades (localizadas no lado da cobertura ou localizadas no lado de troca) capazes de serem esvaziadas. Os componentes do dispositivo que se encontram em cavidades, por exemplo, o elemento detector localizado na cavidade do lado da cobertura, são protegidos do meio ambiente pela ligação hermética de material permanente. Nenhuma troca de material com o meio ambiente pode ocorrer. Isto permite que o dispositivo seja utilizado em um ambiente agressivo.

[00022] Cada ligação de material permanente pode ser formada de um material preferido, por exemplo, um adesivo. É particularmente vantajoso se inserir uma conexão eletricamente-condutora entre as camadas eletrodos e o circuito de leitura ao mesmo tempo em que a ligação de material permanente é colocada no lugar. Para este fim, a ligação de material permanente em uma realização particular contém um material eletricamente condutor. Isto se refere particularmente à ligação de material permanente entre o contato elétrico transpassante (through-going) integrado na membrana e no suporte de circuito ou o circuito de leitura integrado no suporte de circuito. Entretanto, uma ligação de material permanente com capacidade condutora pode ser vantajosa quando localizada entre a cobertura e a membrana ou o elemento detector na membrana se componentes de fiação para os elementos detectores estiverem integrados na cobertura.

[00023] A assim chamada tecnologia “Flip-Chip” é predestinada para a manufatura da ligação de material permanente. Por isto entende-se um método de montagem associado com a tecnologia de construção e conexão (AVT), a qual sobretudo no campo da eletrônica comprovou ser efetiva para a produção de contatos com

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8/15 microchips semicondutores ou circuitos integrados de forma não alojada. Pela utilização da tecnologia “Flip-Chip” um chip sem quaisquer fios de conexão é montado diretamente sobre o substrato com um lado de contato ativo voltado para baixo (suporte de circuito). A fixação permanente é efetuada por meio de assim chamados “batentes” feitos de material eletricamente condutores. Isto resulta em comprimentos de condução muito curtos. Isto é explorado pela presente invenção: o que resulta em uma montagem compacta. Além disto, como conseqüência dos comprimentos de condução muito curtos efeitos indesejáveis de espalhamento de indução e capacitância que interferem com os sinais elétricos a serem lidos, são reduzidos a um mínimo. Esta influência opera de maneira particularmente vantajosa quando existe um número relativamente pequeno de elementos detectores a serem conectados. Com o auxílio da tecnologia “Flip-Chip”, além disto, um número de conexões elétricas pode ser obtido simultaneamente, o que resulta em uma enorme economia em termos de custo e tempo.

[00024] Diferentes técnicas podem ser empregadas para implementar a tecnologia “Flip-Chip” e, como conseqüência, a manufatura da ligação de material permanente. Em uma realização particular, um dos grupos compreendendo métodos de adesão, solda e/ou fixação pode ser selecionado para utilização. Neste contexto, a fixação por adesão ou fixação eutética são ambas possíveis. No caso de solda, batentes de solda (esferas de solda) são aplicados a um ou ambos os suportes ou componentes do dispositivo a ser fixado. Os métodos indicados são preferidos em comparação com a adesão uma vez que quando um adesivo é utilizado pode ocorrer a liberação de gases de substâncias orgânicas (solventes, material adesivo). Particularmente em relação ao esvaziamento das cavidades este é um fator a se ter em mente. Todavia, pode ser necessário ou vantajoso se recorrer à utilização de um adesivo.

[00025] Quando se utiliza um adesivo, um número de diferentes opções está disponível: a adesão pode ser efetuada pela utilização de um adesivo que não é eletricamente condutor. Nesta situação, os batentes são aplicados às áreas de contato do suporte apropriado. Os batentes compreendem, por exemplo, alumínio ou ouro. Depois disto, uma camada do adesivo é aplicada ao suporte e o elemento apropriado é disposto

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9/15 na camada adesiva. Na medida em que seca, o adesivo encolhe e forma os contatos elétricos.

[00026] Da mesma forma, um adesivo condutor isotrópico pode ser utilizado. O material adesivo condutor é aplicado às superfícies de contato de um suporte. Então o objeto com suas áreas de contato é colocado nos pontos providos com adesivo. O adesivo pode ser endurecido termicamente ou pela utilização de radiação UV, obtendose o material de ligação eletricamente condutor.

[00027] Alternativamente, um adesivo condutor anisotrópico pode ser utilizado. Um adesivo condutor anisotrópico é um material adesivo que compreende um adesivo eletricamente não condutor com um baixo teor de partículas eletricamente condutoras. O adesivo condutor anisotrópico é colocado sobre as áreas de contato do suporte (suporte de circuito, membrana). Como resultado, tendo em vista o baixo teor de partículas eletricamente condutoras estas não entram em contato entre si depois que o adesivo foi aplicado. Nenhum contato eletricamente condutor é efetuado. Quando o objeto é colocado em posição, o adesivo eletricamente não condutor é comprimido até que as partículas entre as áreas de contato do suporte e as áreas de contato são forçadas a se unirem produzindo, desta forma, uma união eletricamente condutora entre as áreas de contato.

[00028] De maneira a prover a membrana, as seguintes etapas metodológicas em particular são realizadas: d) provimento de um elemento de suporte de sacrifício utilizando-se um material de sacrifício, c) disposição de uma membrana em uma seção da superfície do elemento de suporte de sacrifício e unindo-se a membrana e um elemento de suporte da membrana para portar a membrana e e) remoção do material de sacrifício de tal forma que a membrana é pelo menos parcialmente liberada. Preferivelmente, o elemento de suporte de sacrifício compreende silício. O elemento de suporte da membrana serve, por exemplo, como um suporte temporário para a membrana. Entretanto, o elemento de suporte da membrana pode posteriormente ser utilizado como a cobertura para o elemento detector. A disposição da membrana sobre o suporte de sacrifício e a união da membrana e do suporte da membrana podem ocorrer simultaneamente ou consecutivamente. A este propósito, a remoção de material

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10/15 significa, por exemplo, erosão da face reversa do silício debaixo da membrana. Além disto, a membrana permanece sobre o suporte de membrana com a conexão que é conectada ao suporte de circuito.

[00029] A criação da conexão transpassante (through-connection) pode ser alcançada utilizando-se uma variedade de etapas metodológicas. De acordo com uma realização particular as seguintes etapas adicionais do método são conduzidas antes da disposição da membrana sobre suporte de sacrifício ou depois da disposição da membrana sobre o suporte de sacrifício: f) perfuração de um orifício na membrana e g) enchimento do orifício com um material eletricamente condutor, de tal forma que é obtido o contato elétrico.

[00030] De acordo com uma realização particular do método, a cavidade no lado da cobertura e/ou a cavidade no lado do circuito são esvaziadas durante e/ou depois da obtenção da conexão firme. Por exemplo, a manufatura da ligação de material permanente entre os componentes da pilha ocorre sob vácuo. Cada cavidade é esvaziada com a formação da ligação de material permanente. É também concebível que as cavidades sejam formadas primeiro e esvaziadas posteriormente. Deve ser relembrado aqui que as cavidades podem ser esvaziadas consecutivamente ou simultaneamente. No caso de esvaziamento simultâneo as cavidades podem ser conectadas de maneira isobárica. Isto significa que a pressão nas duas cavidades na pilha é a mesma e as cavidades estão conectadas, por exemplo, por um orifício na membrana.

[00031] O dispositivo pode conter um único elemento detector. No que diz respeito ao dispositivo sendo utilizado como registro de presença ou, em particular, como câmera sensível a calor é desejável, entretanto, e mesmo necessário que vários elementos detectores sejam providos. Em uma realização particular, desta forma, é provido pelo menos um conjunto com vários elementos detectores. Isto significa que um elemento detector representa um pixel no conjunto. O conjunto detector é caracterizado, por exemplo, por uma disposição em coluna e/ou linear dos elementos detectores. No caso de uma disposição linear ou em coluna os elementos detectores são distribuídos em uma dimensão em uma direção particular. No caso de uma disposição em coluna e uma disposição linear, a distribuição é de natureza bidimensional. O conjunto detector

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11/15 compreende, por exemplo, 240 x 320 elementos individuais. Isto corresponde à resolução padrão QVGA relativamente baixa. É concebível também se escolher uma distribuição tipo em área dos elementos detectores. Uma janela de radiação pode ser provida para cada elemento detector. É vantajoso, entretanto, que o dispositivo contenha uma única janela de radiação para vários ou todos os elementos detectores. Isto permite que a manufatura seja simplificada.

[00032] De acordo com uma realização adicional, o dispositivo apresenta um estojo. Da firme fixação da membrana e do suporte de circuito e da firme fixação da membrana e da cobertura, resulta uma pilha, em torno da qual é disposto um estojo. Este estojo protege a pilha e suas partes componentes contra influências ambientais negativas, por exemplo, umidade - e também contra danos mecânicos. O ponto a ser assegurado aqui é que a radiação que incide sobre o elemento detector não seja negativamente afetada pelo estojo. Para ente fim, um janela de radiação permitindo uma alta taxa de transmissão de radiação térmica é integrada no estojo.

[00033] O estojo pode compreender uma caixa feita de qualquer material escolhido. Preferivelmente, a caixa é de um composto moldável. De maneira a prover o estojo, pode ser utilizado um do grupo de métodos de moldagem por injeção ou métodos de moldagem. Estes métodos são particularmente vantajosos no que diz respeito ao custo. O método envolve a aplicação de um material sintético parcialmente reticulado à pilha. Então o material sintético é induzido termicamente ou endurecido por exposição à luz UV. De maneira a integrar a janela de radiação é utilizada uma máscara, por exemplo, a qual é removida uma vez o material sintético tenha sido colocado no lugar ou depois deste material ter sido endurecido. Isto é obtido pela utilização, por exemplo, de moldes de transferência equipados com uma inserção de mola. É também concebível se empregar uma janela de radiação fabricada a partir de um material que apresente uma taxa de transmissão maior para radiação térmica que permanece no estojo depois do material sintético ter sido colocado no lugar e endurecido.

[00034] O método descrito pode ser utilizado para manufaturar um único dispositivo para a detecção de radiação térmica. É vantajoso, entretanto, que vários dispositivos sejam manufaturados ao mesmo tempo em paralelo. Em uma realização

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12/15 particular, desta forma, um número de dispositivos para a detecção de radiação térmica é manufaturado ao nível de lâminas. Quando a manufatura está completa o dispositivo ou as pilhas dos dispositivos são separados. Bolachas são utilizadas para o suporte de circuitos e possivelmente as coberturas e, em particular, bolachas de silício cada uma das quais é provida com um número de componentes e funcionalidades relevantes que são unidos como descrito acima. As pilhas são separadas umas das outras, preferivelmente, antes da aplicação do estojo. A separação ou divisão ocorre, por exemplo, por corte, erosão ou métodos semelhantes. Quando a separação está finalizada um estojo é aplicado a cada uma das pilhas dos dispositivos.

[00035] De acordo com um aspecto adicional da invenção, o dispositivo é utilizado como um indicador de movimento, um indicador de presença e/ou como uma câmera de imagem térmica. Para um indicador de movimento, um dispositivo com um elemento detector único pode ser adequado. Para um indicador de presença. O dispositivo pode ser equipado com vários elementos detectores. Para a câmera de imagem térmica, o dispositivo necessita um grande número de elementos detectores, por exemplo, 240 x 320 elementos detectores (de maneira a se adequar ao padrão QVGZ). Isto pode ser obtido pela utilização de uma técnica de fiação única e de economia de espaço para os elementos detectores.

[00036] Em resumo, as seguintes vantagens da invenção podem ser identificadas:

- O dispositivo para a detecção de radiação térmica é compacto.

- Tendo em vista a construção em sanduíche um número de elementos detectores pode ser conectado de uma maneira que economiza espaço.

- A condução elétrica entre os eletrodos de um elemento detector e o circuito de leitura correspondente ou elemento de leitura é curta. Os efeitos de indução e capacitância que levam a uma interferência que afeta a capacidade de detecção dos elementos detectores são claramente reduzidos em comparação com fiações.

- Em virtude da maneira pela qual cada contato é feito é possível se introduzir um alto grau de paralelismo na operação de manufatura.

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- Tendo em vista o material hermético da ligação permanente, o acesso às cavidades é muito fácil, as quais são capazes de serem esvaziadas e levadas a aumentar a sensibilidade do dispositivo e à proteção dos elementos detectores.

[00037] Com referência a um número de realizações e às figuras associadas, um dispositivo para a detecção de radiação térmica será apresentado a seguir. As Figuras são de natureza esquemática e não estão apresentadas em escala.

[00038] A Figura 1 mostra um dispositivo para a detecção de térmica em seção transversal.

[00039] A Figura 2 mostra um elemento detector em um suporte de detector em seção transversal.

[00040] O dispositivo (1) para a detecção de radiação térmica contém uma pilha (10) com uma membrana (11) com um conjunto detector (110) de elementos detectores (111) para a conversão de radiação térmica em sinais elétricos, um suporte de circuito (12) com um circuito de leitura (121) para a leitura dos sinais elétricos e pelo menos uma cobertura (13) para cobrir os elementos detectores, onde a membrana e a cobertura são dispostas entre si de tal forma que entre os elementos detectores do suporte de detector e a cobertura no lado da cobertura existe uma cavidade (14) na pilha fixada pelo suporte de detector e pela cobertura enquanto o suporte de circuito e o suporte de detector são dispostos entre se de forma tal que entre o suporte de detector e o suporte de circuito existe pelo menos uma cavidade (15) no lado do circuito fixada pelo suporte de circuito e pelo suporte de detector e citadas entre si por fendas na membrana.

[00041] Os elementos detectores são elementos detectores piroelétricos com uma construção em camada delgada com duas camadas eletrodos (112) e uma camada piroelétrica (113) disposta entre as camadas eletrodos (Figura 3). A camada piroelétrica é uma camada de PZT com cerca de 1 pm de espessura de natureza piroeletricamente sensível. As camadas eletrodos são feitas de platina e uma liga de cromo-níquel com cerca de 20 nm de espessura.

[00042] A membrana é uma camada tripla de Si3N4/Si02/Si3N4. Um circuito de leitura é integrado no suporte de circuito para os elementos detectores.

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14/15 [00043] O suporte de circuito e a cobertura compreendem um substrato de silício. Os elementos detectores são dispostos dentro da primeira cavidade da pilha em oposição a uma abertura não ilustrada na cobertura. Na área da abertura é disposta uma janela de radiação (17) em comum através da qual a radiação incide sobre os elementos detectores. A radiação passa através do lado frontal.

[00044] A membrana, a cobertura, o suporte de detector e o suporte de circuito são todos firmemente fixados entre si por uma ligação hermética de material permanente (16). De acordo com uma primeira realização a ligação de material permanente compreende um material de solda. Os suportes (substratos de silício) são soldados entre si. Alternativamente, a ligação de material permanente é produzida por adesão.

[00045] É provida uma conexão elétrica (123) para os elementos detectores a ser feita entre o suporte de circuito e a membrana. Os sinais elétricos são lidos dos elementos detectores pó meio da fiação ou pelo circuito de leitura. A ligação de material permanente entre a cobertura e a membrana compreende também material eletricamente condutor. Note-se que em cada caso é provido um elemento de isolamento elétrico (161).

[00046] De maneira a prover a membrana as seguintes etapas são realizadas: a preparação de um suporte de sacrifício feito de silício, disposição de uma membrana com uma conexão a uma seção da superfície do suporte de sacrifício e remoção do material de sacrifício de tal forma que a membrana é pelo menos parcialmente liberada. Para remover o silício, este é erodido do fundo até a membrana. Isto deixa a membrana com a conexão que é então conectada ao suporte de circuito.

[00047] A conexão pode ser produzida por uma série de etapas escolhidas. De acordo com uma realização particular, antes da disposição da membrana no suporte de sacrifício ou depois da disposição da membrana no suporte de sacrifício, as seguintes etapas do método são realizadas: f) um orifício é perfurado na membrana e g) o orifício é preenchido com um material eletricamente condutor de tal forma que a conexão elétrica é efetivada.

[00048] Durante a manufatura das ligações de material permanente é aplicado vácuo de tal forma que uma sub-pressão se desenvolve nas cavidades sendo criadas. As

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15/15 cavidades na pilha são esvaziadas enquanto estão sendo formadas. Alternativamente, as cavidades na pilha são esvaziadas depois das ligações de material permanente terem sido produzidas.

[00049] Uma vez a pilha tenha sido produzida é provida com um estojo (20). Um material sintético não reticulado é aplicado à pilha por uma técnica de moldagem por aspersão e subseqüentemente reticulado. Alternativamente, uma técnica de moldagem pode ser utilizada. Neste contexto, deve-se tomar cuidado para assegurar que a janela de radiação na cobertura permaneça livre, isto é, que a janela não seja coberta.

[00050] Para fabricar o dispositivo a membrana com o conjunto detector, o suporte de circuito com o circuito de leitura e a cobertura são providos e firmemente conectados entre si como descrito acima. O estágio seguinte da manufatura é conduzido ao nível de bolacha. Bolachas de silício são providas com um número de funcionalidades apropriadas (circuitos de leitura e possivelmente as aberturas da cobertura). O suporte de circuito com a membrana e a cobertura são preparados ao nível de bolacha. Estas bolachas de silício funcionalizadas são firmemente conectadas entre si como descrito acima. Uma pilha de bolacha contendo um número de pilhas individuais é produzida. Depois de concluída a atividade de conexão, as pilhas individuais são isoladas por corte através da pilha de bolacha e cada uma delas é então provida com um estojo.

[00051] O dispositivo encontra aplicação em um detector de movimento ou um detector de presença. Para aplicação em uma câmera de imagem térmica uma pluralidade de pilhas ou de dispositivos é provida, cada dispositivo contendo uma pilha.

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Claims (11)

1. REIVINDICAÇÕES ALTERADAS

   1. Dispositivo (1) para a detecção de radiação térmica, caracterizado pelo fato de compreender:

   - pelo menos uma membrana (11) no qual pelo menos um elemento detector térmico (111) para a conversão da radiação térmica em um sinal elétrico é disposto, e

   - pelo menos um suporte de circuito (12) para suportar a membrana e tendo pelo menos um circuito de leitura (121) para ler o sinal elétrico,

   - pelo menos uma cobertura (13) para proteger o elemento detector, no qual é disposto sobre a membrana e voltada para a cobertura, no qual o suporte de circuito, a membrana e a cobertura estão dispostos em forma de pilha de forma que a membrana fica disposta entre o suporte de circuito e a cobertura, na qual a pilha possui uma estrutura sanduiche, no qual o suporte de circuito e a membrana estão dispostos próximo um ao outro de tal forma que entre a membrana e o suporte de circuito existe pelo menos uma cavidade esvaziada (15) voltada para o ciruito e delimitada pelo suporte de circuito e a membrana, no qual a membrana e a cobertura estão dispostos uma próxima da outra, de tal forma que pelo menos uma cavidade (14) voltada para a cobertura esta entre a membrana e a cobertura,

   - o elemento detector e o circuito de leitura são acoplados eletricamente entre si por um contato elétrico transpassante (120) através da membrana e uma ligação de material permanente (16) hermeticamente selada, compreendendo um material condutor elétrico e disposto entre o contato elétrico transpassante da membrana e o suporte de circuito, no qual o contato transpassante e o suporte de circuito são fixados firmemente entre si por uma material de ligação permanente, tal que uma fiação elétrica (123) é provida para o elemento detector com o circuito de leitura, e que a ligação de material permanente (16) hermeticamente selada é formada tal que a cavidade esvaziada (15) voltada para o circuito é formada e componentes do dispositivo dispostos dentro da cavidade são protegidos pela ligação de material permanente (16) hermeticamente selado de seu entorno.

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2. 2/4

   2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da cavidade voltada para a cobertura ser esvaziada.
3. 3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato da cavidade voltada para o circuito e da cavidade voltada para a cobertura se comunicam entre si por uma abertura (114) na membrana.
4. 4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato da membrana, do suporte de circuito e/ou da cobertura compreenderem pelo menos uma janela de radiação (17) com uma transmissão específica para a radiação térmica para irradiar o elemento detector com a radiação térmica.
5. 5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato do suporte de circuito e/ou da cobertura compreenderem silício.
6. 6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato do elemento detector ser disposto em oposição a um recesso na cobertura.
7. 7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato da membrana e o suporte de circuito e/ou a membrana e a cobertura e/ou o contato elétrico transpassante e a cobertura serem fixadas firmemente uns aos outros pela ligação de material permanente (16).
8. 8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de ser provido pelo menos um conjunto detector com múltiplos elementos detectores.
9. 9. Método para a produção de um dispositivo conforme definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:

   - prover uma membrana (11) com um elemento detector (111) e pelo menos um contato elétrico transpassante (120) e disponibilização de um suporte de circuito (12) com um circuito de leitura (121) assim como disponibilização de uma cobertura (13),

   - trazer à união a membrana e o suporte de circuito de forma tal que o elemento detector e o circuito de leitura serem eletricamente acoplados um com utro por um

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   3/4 contato elétrico transpassante que passa através da membrana e estar disponível uma cavidade (15) voltada para o circuito;

   - trazer à união a membrana e a cobertura tal que o elemento detector é voltado para a cobertura e é protegido pela cobertura, na qual a pilha é formada por trazer à união a membrana e o suporte de circuito e por trazer à união a membrana e a cobertura, na qual a pilha possui uma estrutura de sanduiche,

   - fixação firme da membrana e da cobertura pela produção de uma ligação de material permanente entre a membrana e a cobertura de maneira tal que uma cavidade (14) seja voltada para a cobertura,

   - prover de um suporte de sacrifício utilizando-se um material de sacrifício,

   - disposição da membrana sobre uma seção de uma superfície do suporte de sacrifício e trazer à união a membrana e o suporte do circuito,

   - remoção do material de sacrifício de tal forma que a membrana é pelo menos parcialmente exposta,

   - perfuração de um orifício na membrana,

   - preenchimento do orifício com um material eletricamente condutor, de tal forma que o contato elétrico transpassante é formado, e

   - fixação firme da membrana e do suporte de circuito por meio de uma ligação de material permanente (16) entre o contato elétrico transpassante da membrana e do suporte de circuito, pelo qual o método escolhido do grupo compreendendo adesivos, material de soldagem e/ou de ligação é realizado para fazer a ligação material, e que a cavidade (15) voltada para o suporte do circuito é formada pela formação da ligação de material permanente (16) hermeticamente seladotal que componentes do dispositivo dispostos dentro da cavidade são hermeticamente selados pela ligação de material permanente (16) em relação ao seu entorno.
10. 10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a cavidade voltada para a cobertura ser esvaziada durante a fixação firme.
11. 11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 10, caracterizado pelo fato de uma pluralidade de dispositivos para a detecção de radiação

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    4/4 térmica serem produzidos a nível de wafer e quando concluída esta produção é realizada a separação dos dispositivos.

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    DESENHOS

    FIG 2