具有真空密封透鏡蓋的熱成像系統和相關晶圓級制造方法
【技術領域】
[0001] -種使用一熱敏像素的陣列，從發自場景的入射紅外輻射形成一個場景的圖像的 熱成像系統。所有物體放射出所謂的黑體輻射。一個物體放射出黑體輻射的強度和波長系 為該物體溫度的函數。由一高溫物體發出的黑體輻射系比一較冷物體發射黑體輻射更加強 烈且在較短波長到達峰值。因此，一個通過熱成像系統形成的圖像反映了由熱成像系統觀 察到的場景的溫度變化。
【背景技術】
[0002] 在一類的應用中，熱成像系統系被用于取得由很少或沒有可見光照亮的場景的圖 像，并且因此不能被一標準可見光相機映像。例如，熱成像系統系用于監視用途和夜視目 的。在另一類的應用中，熱成像系統系被用于取得關于一個場景的訊息，其系由通過在場景 中的物體發出的紅外線，相對于可見光，傳送。這類應用包括建筑物檢測，醫療診斷，氣象學 和天文學。
[0003] 高質量的熱圖像需要有效地管理該熱成像系統本身的熱特性。熱圖像感測器的各 像素之間的熱串擾，以及每個單獨的像素和其他熱成像系統的非像素部分之間，必須最小 化以避免圖像的模糊。因此，一熱成像系統的熱圖像感測器被密封在真空中。由于傳統的 熱成像系統系復雜的并且昂貴制造。
【發明內容】
[0004] 在一個實施例中，具有一真空密封透鏡蓋的一熱成像系統，包括（a)具有用于檢 測熱輻射的一熱敏像素的陣列的一熱圖像感測器，和（b)用于從一個場景的熱輻射成像到 熱敏像素的陣列和在熱敏像素的周圍密封一真空的一透鏡。
[0005] 在一個實施例中，一種用于制造一具有真空密封透鏡蓋的熱成像系統的晶圓級方 法包括密封一具有一多個透鏡的透鏡晶圓，到一具有多個熱圖像感測器每個具有一熱敏像 素的陣列的感測器晶圓，為每個多個熱圖像感測器密封一真空在熱敏像素周圍。
【附圖說明】
[0006] 圖1根據一實施例說明了一具有真空密封透鏡蓋的熱成像系統。
[0007] 圖2根據一個實施例說明了用于制造一具有真空密封透鏡蓋的熱成像系統的晶 圓級方法。
[0008] 圖3根據一個實施例說明了圖2方法的步驟。
[0009] 圖4根據另一實施例說明了圖2方法的步驟。
[0010] 圖5根據一個實施例說明了一個用于形成一包括多個真空密封透鏡蓋的透鏡晶 圓的方法。
[0011] 圖6A，6B和6C根據一實施例說明了一熱成像系統，其中一真空密封透鏡蓋的一個 平面側系沿著環繞熱圖像感測器的熱敏像素陣列的路徑密封到一熱圖像感測器。
[0012] 圖7根據一個實施例說明一個熱成像系統，其中一個真空密封透鏡蓋密封每個熱 敏像素在一各自獨立的真空中。
[0013] 圖8根據一實施例說明一具有一真空密封透鏡蓋密封到一熱圖像感測器在熱圖 像感測器的熱敏像素陣列內部位置的熱成像系統。
[0014] 圖9根據一實施例說明一具有真空密封透鏡蓋密封到熱圖像感測器的熱成像系 統，其中介于真空密封透鏡蓋和熱圖像感測器之間的所有接觸點系都位于該熱敏像素陣列 的外部。
[0015] 圖10根據一個實施例說明一具有真空密封透鏡蓋密封到熱圖像感測器的熱成像 系統，其中一些但不是全部在熱圖像感測器中像素囊之間的邊界系從真空密封透鏡蓋和熱 圖像感測器之間的界面凹入。
[0016] 圖11A和11B根據一實施例說明了一具有真空密封透鏡蓋密封到一熱圖像感測器 的熱成像系統，其中該真空密封透鏡蓋具有面向該熱圖像感測器的凹面。
[0017] 圖12A和12B根據一個實施例說明了一熱敏像素的組態。
[0018] 圖13A和13B根據一個實施例說明了一熱敏像素的另一個組態。
【具體實施方式】
[0019] 圖1說明，在橫剖面側視圖，一個具有一個真空密封透鏡蓋110的示范性熱成像系 統100。熱成像系統100包括真空密封透鏡蓋110和熱圖像感測器120。熱圖像感測器120 包括熱敏像素122的陣列，每個懸置在一個相應的囊124中。為了清楚地說明，只有一個熱 敏像素122和一個囊124被標記在圖1中。真空密封透鏡蓋110在熱敏像素122周圍密封 一真空在囊124中。在熱敏像素122和囊124之間的機械支撐結構延伸至在囊124中由透 鏡蓋110到懸置熱敏像素122密封的真空。為清楚地說明，這樣的機械支撐結構系未在圖 1中描繪。
[0020] 對于本公開的目的，"真空"一詞指的是相比于一個巴的標準壓力減少的一個壓 力。例如，"真空"可以指被減少至約一個巴的1%或更小的一個壓力。
[0021] 真空密封透鏡蓋110比起傳統的系統提供了一種簡單且具成本效益的解決方案 來真空密封熱敏像素122。真空密封透鏡蓋110提供兩個功能：（1)從一個場景180到熱圖 像感測器120的熱輻射成像和（2)熱敏像素122的真空密封。因此，相比于傳統的熱成像 系統，熱成像系統100需要更少的零組件。熱成像系統100的材料成本系可藉由從一個低 成本材料，例如娃來形成真空密封透鏡蓋110被進一步降低。在一般情況下，真空密封透鏡 蓋110系由至少部分地透射熱輻射例如中波長紅外（MWIR)輻射和/或長波長紅外（LWIR) 輻射的材料形成。
[0022] 熱成像系統100系可在晶圓級被制造，從而從晶圓級制造方法的低成本中獲益。 在特定的實施例中，真空密封透鏡蓋110系從熱壓一粉末材料，例如硅或一陶瓷粉末所模 制的透鏡晶圓形成。熱壓是一種非常便宜的模制技術能夠提供足夠的光學質量給熱圖像應 用。熱成像系統空間分辨率的要求比許多可見光成像系統系較不嚴格。在一個實施例中， 最靠近熱敏像素122相鄰的中心到中心的距離系為介于15微米和50微米之間的范圍，例 如25微米。所以，真空密封透鏡蓋的光學面110系可使用粉末熱壓來制造。因此，熱成像 系統100可以，除了具有材料成本低，可以在最小的制程相關的成本下制造。
[0023] 可選地，熱成像系統100包括一圖像信號處理（ISP)電路板130與熱圖像感測器 120通信地耦合。圖像信號處理電路板130至少執行（a)處理由熱圖像感測器120捕捉的 熱圖像和（b)控制熱圖像感測器120的功能性之中的一個。熱圖像感測器120系可表面黏 著到圖像信號處理電路板130上。為了清楚地說明，圖1沒有顯示熱敏像素122和圖像信 號處理電路板130之間的電連接。
[0024] 在圖1說明的示范性場景中，熱成像系統100用作夜間監控攝影機。然而，熱成像 系統100系可使用在其他熱圖像應用包括，但不限于，建筑物檢查，醫療診斷，氣象學和天 文學。
[0025] 囊124可以具有不同于圖1中描繪的形狀，而不脫離本發明的范圍。同樣地，熱圖 像感測器120可包括一比圖1中說明的熱敏像素122不同的數量，而不脫離本發明的范圍。 例如，熱圖像感測器120可包括一 MXN的熱敏像素122的矩形陣列，其中Μ和N是正整數。 在一個實施例中，Μ = 160和Ν = 120。在另一個實施例中，Μ = 240和Ν = 160。另外，在 不脫離本發明的范圍前提下，真空密封透鏡蓋110可以具有與在圖1中描繪的不同形狀，并 且例如系為一彎月形透鏡（凹凸透鏡）或一具有球面或非球面特性的平凸透鏡。
[0026] 圖2系為一說明了用于制造具有一個真空密封透鏡蓋的熱成像系統的一示范性 的晶圓級方法200的流程圖，例如圖1的熱成像系統100。圖3系為一系列示意圖，藉由實 施例說明，晶圓級方法200的步驟。圖2和3最好在一起觀看。
[0027] 在步驟210中，一個透鏡晶圓系被密封到熱圖像感測器晶圓。該透鏡晶圓包括一 多個透鏡，如真空密封透鏡蓋110 (圖1)。該熱圖像感測器晶圓包括各自的多個熱圖像感測 器，如熱圖像感測器120 (圖1)，每個都具有其熱敏像素懸置在熱圖像感測器的囊中。步驟 210系在真空下進行，以形成一具有一真空密封在熱圖像感測器的囊中的復合晶圓。例如， 一透鏡晶圓310 (圖3)被密封到熱圖像感測器晶圓320 (圖3)，以形成一復合晶圓340 (圖 3)。透鏡晶圓310包括多個透鏡352,其系為真空密封透鏡蓋110 (圖1)的實施例；為了說 明清楚，只有一個透鏡352在圖3中被標注。類似于真空密封透鏡蓋110(圖1)的討論中， 透鏡352可具有不同于在圖3中所示的形狀。熱圖像感測器晶圓320包括多個熱圖像感測 器330 ;為了說明清楚，只有一個熱圖像感測器330在圖3中被標記。熱圖像感測器330系 為熱圖像感測器120 (圖1)的一個實施例。各熱圖像感測器330包括懸置在各自的囊124 中（圖1)的熱敏像素122(圖1)的陣列。每個熱圖像感測器330還包括外圍電子電路336 中繼熱敏像素122和位于熱圖像感測器330外部的電路之間的電氣信號。
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