原创 PD遇上镀膜新衣 ，芯片滤光技术揭秘

芯片级滤光技术，是一种在成像传感器上集成的像素级光谱滤光器技术。

这种技术可以提供更高的光谱分辨率（例如5-30nm），并且可以在大批量制造中实现。与传统的RGB滤光片不同，芯片级滤光技术不需要复杂且笨重的光学元件或包装，或是慢速扫描与复杂的校准。

01、为什么滤光要做到芯片级？

以可穿戴健康监测领域为例，在接收端，即PD（光电二极管）部分，接收光信号时环境当中可能存在各种颜色、各种波段的光干扰。

但作为接收端仅仅需要有用的光信号，此时就要考虑在PD上应用滤光技术。

“讲到滤光技术，它其实分很多种，”艾迈斯欧司朗亚太区健康监测高级市场经理王亚琴介绍道，“比如，下图左侧的封装材料滤光技术，它是一种基于封装的滤光膜技术。”

从图上可以看到，封装材料滤光技术的封装表面都是黑色的，这正是因为在表面材料中掺了黑色因子以改变PD的光敏曲线，从而实现滤光。“这类技术在传统的汽车、工业领域中应用普遍，但对于消费电子中的可穿戴健康监测而言则不行。”

可穿戴健康监测设备（比如手表、手环）普遍尺寸较小，采用封装材料滤光技术，当光从不同角度入射时，比如说侧面入射和正面入射，光所穿越的散射层路径长短是不一样的，这就导致光从不同角度入射时，PD的光谱特性改变了。

“如果是这样，在随后去除环境噪声时将更为麻烦。”

此时，芯片级滤光技术的优势将真正显现，基于硅材芯片表面做微米级别的多层滤光膜，大约5μm左右，通过一层微观的光学镀膜从而改变PD的光谱特性曲线，而且由于采用芯片级技术，也将极大改善上文提到的角度差异性问题。

可以起到什么作用？

通过改变设备中光敏器件的光敏曲线，起到滤光作用，比如，可以根据具体应用需求，去增强芯片对于某一特定波段的敏感度，也可以去降低该芯片对于某一特定波段的敏感度；当然如果是发射管的话，也可以通过镀膜改变它的发射光谱。

02、应用于产品？

将芯片级滤光技术应用于产品，可以以艾迈斯欧司朗的SFH 2201为例具体分析。

这是一款蓝绿增强的光电二极管。那什么是蓝绿增强？

以下图中右侧的图为准，图中蓝色的曲线是艾迈斯欧司朗上一代产品SFH 2200——一款常规的基于硅的光敏二级管。它的典型光敏曲线是峰值在940nm的蓝色曲线。

通过对SFH 2200进行芯片级滤光技术，也就是蓝绿增强的镀膜，即可提高它对蓝光及绿光波段的敏感度（如图中所示的绿色曲线）。

根据测试数据，在530nm的绿光波段，利用了芯片级滤光技术的SFH 2201比上一代产品的敏感度提升了30%左右，此波段的光电转化效率提升到了0.45A/W。

“这在业内也是比较高的转换指标了。”

而这也将极大提升可穿戴健康监测设备在获取脉率、血压测量值等生命监测结果时的测量精度。

03、提升系统效率

“我们去年新上了2款PD产品，SFH 2705和SFH 2706，同样采用了蓝绿增强镀膜。”

这两款产品最主要的区别在尺寸，SFH 2705近似正方形，而SFH 2706近似长方形，便于客户匹配不同应用场景。

以SFH 2706为准，它是SFH 2703的下一代产品，由于采用蓝绿增强镀膜，它对绿光（530nm）波段的敏感度提升了近30%，对于红光（660nm）波段的敏感度提升了将近10%，因此在这些波段下的信号也更强。

灵敏度的大幅提高，也能让客户进而优化功率预算，通过减小LED驱动电流来延长应用的电池续航时间，特别是与高亮度的单绿光发射器，比如CT DBLP32.12结合使用时，由于LED产品亮度以及PD端灵敏度的大幅增加，心率监测应用系统的整体效率都将进一步提升。