CN111735546B - 传感器装配壳体、无引线热电堆传感器及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种传感器装配壳体、无引线热电堆传感器及制作方法，所述无引线热电堆传感器包括传感器装配壳体和热电堆敏感芯片；所述热电堆敏感芯片的检测面对应设置在所述传感器装配壳体的检测腔内壁顶部下方，至少一个热电堆敏感芯片的电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块接触连接，以实现所述热电堆敏感芯片与所述传感器装配壳体之间的电连接。本发明减少了引线的装配工序，大大简化了装配工艺的操作难度，提高了装配效率，解决了现有热电堆传感器工艺复杂的技术问题；同时，在结构设计上，省去绑定引线空间，大大缩小无引线热电堆传感器整体尺寸，有效解决了现有技术热电堆传感器尺寸过大在电子产品应用受限的问题。
Description
技术领域
本发明涉及热电堆传感器技术领域，具体的说，涉及了一种传感器装配壳体、无引线热电堆传感器及制作方法。
背景技术
热电堆传感器包括多个热敏元件组合成热电阵列或热电堆。热电堆传感器通过监测物体的红外辐射确定物理温度或者气体浓度。当热敏元件接收到物体辐射的红外辐射时，热敏元件的热端和冷端会产生热度差，基于塞贝克原理，热电堆传感器输出的电压会发生变化。进入MEMS传感器时代，先进的半导体工艺能够在极小的空间内，加工出数百对热电偶，构建红外热电堆传感器。凭借MEMS技术，红外热电堆传感器尺寸变得很微小。而且，这种传感器的灵敏度和响应时间等性能大大提高。
现有热电堆传感器大多采用金属TO封装或大尺寸贴片式封装，而无论是金属TO封装结构还是大尺寸贴片式封装结构，均需要通过引线绑定的方式将热电堆敏感芯片和管座相连。引线键合是封装中的主要互连技术之一，引线键合技术主要用于低成本的传统封装，中档封装，内存芯片堆叠等；引线键合机能够利用极细的引线（例如金线或者铜线）将一块芯片缝到另一芯片或衬底上。引线键合技术已经经历了多年的重新改造，并且仍然是封装的主力。
但是，引线键合封装结构的传感器普遍体积较大，难以满足热电堆传感器在耳机、手机、可穿戴设备等小尺寸电子产品的应用。
新冠疫情之下，测温产品及测温传感器的检测精度显得尤为重要，但引线键合封装结构的热电堆传感器制成的测温产品，存在检测精度低且抗震性差的技术问题；检测精度低可能导致部分人员体温参数不准，而热电堆传感器抗震性差可能影响测温产品的使用寿命，进而妨碍防疫工作的进行。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种传感器装配壳体、无引线热电堆传感器及制作方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明第一方面提供一种传感器装配壳体，所述传感器装配壳体设置有用于容纳至少一个热电堆敏感芯片的检测腔；
在所述检测腔顶部设置有用于电连接所述热电堆敏感芯片的内部导电凸块，在所述传感器装配壳体的外壁设置有用于输出检测信号的外部引脚；所述外部引脚与所述内部导电凸块连接，以将热电堆敏感芯片的检测信号经所述外部引脚输出。
本发明第二方面提供一种无引线热电堆传感器，所述无引线热电堆传感器包括上述传感器装配壳体、热电堆敏感芯片和滤光片；
所述滤光片安装在所述检测腔顶部的窗口，所述热电堆敏感芯片的检测面对应所述滤光片设置；
所述热电堆敏感芯片的检测面同侧设置有电极焊盘，至少一个热电堆敏感芯片的电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块接触连接，以实现所述热电堆敏感芯片与所述传感器装配壳体之间的电连接。
基于上述，本发明还给出一种多通道热电堆传感器使用的热电堆敏感芯片结构，所述热电堆敏感芯片包括硅衬底，以及设置在所述硅衬底上的至少一组热电偶阵列和测温元件；
每个热电偶阵列的两端分别通过其中两个电极焊盘与所述传感器装配壳体的内部导电凸块连接；所述测温元件两端通过另两个电极焊盘与所述传感器装配壳体的内部导电凸块连接。
本发明第三方面提供一种无引线热电堆传感器制作方法，所述方法包括以下步骤：
通过环氧树脂胶将滤光片贴装在传感器装配壳体的检测腔顶部的窗口中；
将上述的传感器装配壳体倒置，在所述检测腔顶部的内部导电凸块上点导电胶水；
将热电堆敏感芯片放置到所述传感器装配壳体的检测腔中，其中，所述热电堆敏感芯片的检测面与所述滤光片对应设置；热电堆敏感芯片的电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块通过导电胶水接触连接；
在氮气环境下，通过环氧树脂胶将所述传感器装配壳体的检测腔密封，以使所述热电堆敏感芯片封闭在所述传感器装配壳体的检测腔内。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说：
1）本发明提供了一种用于装配无引线热电堆传感器的新型传感器装配壳体，该传感器装配壳体在检测腔顶部上设置至少四个内部导电凸块，装配时，将传感器装配壳体和热电堆敏感芯片均倒置，所述传感器装配壳体的检测腔顶部的内部导电凸块与热电堆敏感芯片的检测面上的电极焊盘通过导电胶水粘接，即可实现所述热电堆敏感芯片与所述传感器装配壳体之间的连接，省去了引线连接工序，因此，新型传感器装配壳体的结构也无需为引线连接工序预留空间；本发明通过对传感器装配壳体的结构改进，在满足无引线热电堆传感器的装配要求的前提下，大大缩小了传统的传感器装配壳体的尺寸；
2）本发明还提供了一种微型化的无引线热电堆传感器，所述无引线热电堆传感器包括上述传感器装配壳体、热电堆敏感芯片和滤光片；其中，所述热电堆敏感芯片的敏感电极焊盘和测温电极焊盘对应设置在传感器装配壳体的相应内部导电凸块下方，且所述热电堆敏感芯片与所述检测腔的尺寸大小相匹配；在结构设计上，省去绑定引线空间，大大缩小无引线热电堆传感器整体尺寸，有效解决了现有技术热电堆传感器尺寸过大在电子产品应用受限的问题，可以满足耳机、手机、可穿戴设备等小尺寸电子产品的应用；
3）本发明所提供的微型化的无引线热电堆传感器，所述热电堆敏感芯片的检测信号直接通过热电堆敏感芯片的电极焊盘传递到所述检测腔顶部的内部导电凸块，信号传输距离缩短，避免检测信号在引线上的损失，增强无引线热电堆传感器检测信号的抗干扰能力，提高无引线热电堆传感器的检测精度；
4）由于本发明所提供的新型传感器装配壳体无需为引线连接工序预留空间，较传统的传感器装配壳体的尺寸大大缩小；因而，所述热电堆敏感芯片的检测信号在传感器装配壳体内的信号传输距离也大大缩短，从而减少检测信号在传感器装配壳体内的损失，进一步提高无引线热电堆传感器的检测精度；
5）本发明所提供的微型化的无引线热电堆传感器中，所述热电堆敏感芯片与所述传感器装配壳体不通过引线连接，解决了由于引线连接引起的抗震性差和使用寿命短的技术问题；从而使得无引线热电堆传感器制成的产品具备抗振性能强和使用寿命长的优点；
另一方面，所述无引线热电堆传感器的制作方法减少了引线的装配工序，降低了因为引线焊装误操作产生热电堆传感器不良品的概率，从而提高了无引线热电堆传感器的成品合格率；
本发明大大简化了装配工艺的操作难度，提高了装配效率，解决了现有热电堆传感器工艺复杂的技术问题；
6）在单通道无引线热电堆传感器的基础上，本发明还提供了一种更小尺寸的双元双通道的无引线热电堆传感器；该无引线热电堆传感器的传感器装配壳体上设置两个滤光片；为了便于装配，一个热电堆敏感芯片上设置两组热电偶阵列及敏感电极焊盘；两种滤光片具有不同的中心波长，以检测不同类型的红外光线，大大拓展了无引线热电堆传感器的适用范围；
两种滤光片也可以采用具有相同的中心波长的滤光片，在检测同一类型的红外光线时，其中一个通道检测到的信号作为校验信号，以提高无引线热电堆传感器的检测精度；
7）在单通道无引线热电堆传感器的基础上，本发明还提供了一种更小尺寸的四元四通道的无引线热电堆传感器；该无引线热电堆传感器的传感器装配壳体上设置四个滤光片，为了便于装配，一个热电堆敏感芯片上设置四组热电偶阵列及敏感电极焊盘；四种滤光片的具有不同的中心波长，以检测不同类型的红外光线，大大拓展了无引线热电堆传感器的适用范围；
8）在多通道无引线热电堆传感器的结构上，所述热电堆敏感芯片的介质层上开设有多个隔热槽，所述隔热槽使得相邻热电偶阵列之间物理隔开；也就是说，各个感测区之间的介质层是互相隔开的，也就防止热量在各个通道的介质层之间传递，实现了多通道之间物理隔离，防止各个检测通道对应的信号互相影响，进而提高多通道无引线热电堆传感器的检测精度；
9）不同检测通道之间是通过挡板互相隔开的，也就防止不同检测通道内的红外光线互相影响，进一步提高多通道无引线热电堆传感器的检测精度。
附图说明
图1是本发明的无引线热电堆传感器的爆炸图。
图2至图4是本发明的传感器装配壳体的结构示意图。
图5是本发明的第一种实施例中的热电堆敏感芯片的结构示意图。
图6是本发明的单通道无引线热电堆传感器的剖视图。
图7是本发明的第二种实施例中的热电堆敏感芯片的结构示意图。
图8是本发明的双通道无引线热电堆传感器的剖视图。
图9是本发明的第三种实施例中的热电堆敏感芯片的结构示意图。
图中：1.传感器装配壳体；101. 检测腔底部；102.外部引脚；103.内部导电凸块；104.窗口；105.导引孔；2.热电堆敏感芯片；201.电极焊盘；202.热电偶阵列；203.隔热槽；204.测温元件；205.挡板；3.底板；4.滤光片。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
附图2至4示出了一种传感器装配壳体，所述传感器装配壳体1设置有用于容纳至少一个热电堆敏感芯片的检测腔，所述检测腔顶部设置有用于电连接所述热电堆敏感芯片的内部导电凸块103，所述传感器装配壳体1的外壁设置有用于输出检测信号的外部引脚102；所述外部引脚102与所述内部导电凸块103连接，以将热电堆敏感芯片2的检测信号经所述外部引脚输出。所述内部导电凸块为内部焊盘。
本实施例中，将滤光片4贴装在所述检测腔顶部开设的窗口104中；将所述底板3覆盖在所述检测腔底部101的安装口上方，且与所述传感器装配壳体1密封连接，所述底板3、所述滤光片4和所述传感器装配壳体1围成所述检测腔体。
进一步的，所述传感器装配壳体1中开设导引孔105，所述导引孔105中填充导电材料；所述导引孔105中的导电材料连接所述外部引脚102和内部导电凸块103。所述导电材料可以为导电胶水等导电材料，满足信号传输要求即可。
优选的，所述内部导电凸块103设置在所述检测腔顶部的四角，且与设置在热电堆敏感芯片2的检测面的电极焊盘201一一对应设置；以便于无引线热电堆传感器的整体装配，提高热电堆敏感芯片与传感器装配壳体之间的电连接成功概率和便捷性。
在上述传感器装配壳体的基础上，本发明还给出了一种传感器装配壳体制作方法。
所述传感器装配壳体制作方法为：在陶瓷基体的背面刻蚀出用于容纳至少一个热电堆敏感芯片2的检测腔，在所述检测腔顶部刻蚀出至少一个用于安装滤光片的窗口104，检测腔顶部开口作为用于安装底板的安装口，制成传感器装配壳体；在所述传感器装配壳体侧壁中加工出至少四个导引孔105，并在每个导引孔中填充导电胶水；在所述传感器装配壳体外壁上加工出至少四个外部引脚102，所述外部引脚102电连接所述导引孔105中的导电胶水；在所述检测腔顶部加工出至少四个内部导电凸块103，所述内部导电凸块103电连接所述导引孔105中的导电胶水。
需要说明的是，现有技术中热电堆传感器封装普遍采用传统的引线键合方式，这是一种成熟、经济高效且灵活的工艺，目前已有经过验证的装配基础设施。然而，引线键合封装势必需要在传感器装配壳体结构上为引线键合工序的操作预留足够的空间，因而导致现有技术热电堆传感器普遍采用的装配壳体结构尺寸过大；本实施例提供了一种新型传感器装配壳体及其制作方法，专门为无引线热电堆传感器设计，传感器装配壳体的设计只需考虑热电堆敏感芯片的尺寸和形状，无需额外预留空间，大大缩小了传感器装配壳体的尺寸。
另一方面，本实施例将用于与热电堆敏感芯片连接的内部导电凸块设置在所述传感器装配壳体的检测腔顶部，以满足热电堆敏感芯片倒置安装；只需在设计和加工时，使传感器装配壳体的内部导电凸块的位置与热电堆敏感芯片的电极焊盘位置相适配，即可大大简化热电堆传感器的装配工艺，从而大大提高热电堆传感器的成品合格率。
实施例2
本实施例给出了一种单通道无引线热电堆传感器的具体实施方式，如附图1和附图6所示。
所述无引线热电堆传感器包括上述传感器装配壳体、热电堆敏感芯片2和滤光片4；所述滤光片4安装在所述检测腔顶部的窗口，所述热电堆敏感芯片2的检测面对应所述滤光片4设置；所述热电堆敏感芯片2的检测面同侧设置有电极焊盘201，至少一个热电堆敏感芯片的电极焊盘201与所述检测腔顶部的内部导电凸块103接触连接，以实现所述热电堆敏感芯片2与所述传感器装配壳体之间的电连接。
本实施例给出了一种传感器装配壳体的具体实施方式，所述传感器装配壳体包括传感器装配壳体1和底板3，所述传感器装配壳体1设置有用于容纳至少一个热电堆敏感芯片2的检测腔，所述检测腔顶部开设有用于安装滤光片的窗口104，所述检测腔底部开设有用于安装所述底板3的安装口；用于电连接所述热电堆敏感芯片2的内部导电凸块103设置在所述检测腔顶部，用于输出检测信号的外部引脚102设置在所述传感器装配壳体1的外壁；所述外部引脚102与所述内部导电凸块103电连接，以将热电堆敏感芯片2的检测信号经所述外部引脚102输出。
本实施例还给出了一种热电堆敏感芯片的具体实施方式，如附图5所示。所述热电堆敏感芯片2包括硅衬底，以及设置在所述硅衬底上的至少一组热电偶阵列和测温元件；每个热电偶阵列的两端分别通过其中两个电极焊盘与所述传感器装配壳体的内部导电凸块连接；所述测温元件两端通过另两个电极焊盘与所述传感器装配壳体的内部导电凸块连接。
具体的，所述硅衬底的底部开设背腔，所述硅衬底的顶部设置支撑层和介质层；所述热电偶阵列202布设在所述介质层上；所述热电偶阵列包括50~300组串联连接的热电偶对；所述测温元件204位于所述介质层上，且设置在所述热电偶阵列202的冷端侧；所述热电堆敏感芯片2的电极焊盘201包括敏感电极焊盘和测温电极焊盘；其中，所述敏感电极焊盘位于所述热电偶阵列2两端的介质层上，且设置在相应内部导电凸块下方；所述测温电极焊盘位于所述测温元件两端的介质层上，且设置在相应内部导电凸块下方。
进一步的，所述敏感电极焊盘包括正极焊盘和负极焊盘，用于分别连接所述热电偶阵列202与所述传感器装配壳体的内部导电凸块103；所述测温电极焊盘包括正极焊盘和负极焊盘，用于分别连接所述测温元件204与所述传感器装配壳体的内部导电凸块103。所述内部导电凸块包括焊盘Ⅰ、焊盘Ⅱ、焊盘Ⅲ和焊盘Ⅳ；所述敏感电极焊盘的正极焊盘与所述焊盘Ⅰ之间、所述敏感电极焊盘的负极焊盘与焊盘Ⅱ之间、所述测温电极焊盘的正极焊盘与所述焊盘Ⅲ之间以及所述测温电极焊盘的负极焊盘之间设置导电材料。
进一步的，所述传感器装配壳体1中开设导引孔105，所述导引孔105中填充导电材料；所述导引孔105中的导电材料连接所述外部引脚102和内部导电凸块103。所述导电材料可以为导电胶水等导电材料，实现外部引脚与内部导电凸块之间的信号传输。
可以理解，所述热电堆敏感芯片2的敏感电极焊盘和测温电极焊盘对应设置在传感器装配壳体的相应内部导电凸块201下方，且所述热电堆敏感芯片2与所述传感器装配壳体的检测腔尺寸相匹配；在结构设计上，省去绑定金线空间，使得无引线热电堆传感器整体尺寸大大缩小，有效解决了现有技术热电堆传感器尺寸过大在电子产品应用受限的问题，可以满足耳机、手机、可穿戴设备等小尺寸电子产品的应用，扩大了无引线热电堆传感器的产品应用市场，例如红外测温仪、医学（耳温仪）、测温眼睛或者测温防护帽等；
同时，热电堆敏感芯片采集到的检测信号直接通过电极焊盘201直接传递到所述检测腔顶部的内部导电凸块103，即热电堆敏感芯片与传感器装配壳体之间的信号传输距离缩短，电阻降低，提高了无引线热电堆传感器的检测精度；另，热电堆敏感芯片与传感器装配壳体之间直接贴装，不存在引线，提高了热电堆传感器的抗震性能，同时延长热电堆传感器的使用寿命。特别是，本发明提供的无引线热电堆传感器制成的产品具备检测精度高和使用寿命长的优点，对于新冠疫情的防疫工作至关重要。
实施例3
在上述无引线热电堆传感器的基础上，本发明还提供了一种无引线热电堆传感器制作方法。
所述无引线热电堆传感器制作方法包括以下步骤：通过环氧树脂胶将滤光片4贴装在所述检测腔顶部的窗口104中，以保证滤光片与传感器装配壳体之间密封连接，避免漏光；将上述传感器装配壳体1倒置，在所述检测腔顶部的内部导电凸块103上通过点胶机点导电胶水，并将热电堆敏感芯片2放置到所述传感器装配壳体1的检测腔中，其中，所述热电堆敏感芯片2的检测面对应所述滤光片4设置，使热电堆敏感芯片的电极焊盘201与所述检测腔顶部的内部导电凸块103接触连接，以实现所述热电堆敏感芯片2与所述传感器装配壳体之间的电连接；在氮气环境下，底板3覆盖在所述检测腔底部的安装口上方，通过环氧树脂胶将所述传感器装配壳体的检测腔密封，以使所述热电堆敏感芯片封闭在所述传感器装配壳体的检测腔内。
本实施例给出了一种传感器装配壳体制作方法：在陶瓷基体上刻蚀出检测腔，所述检测腔用于容纳至少一个热电堆敏感芯片；在检测腔底部刻蚀出用于安装底板的安装口，在检测腔顶部刻蚀出至少一个用于安装滤光片的窗口，制成传感器装配壳体；在所述传感器装配壳体侧壁中加工出至少四个导引孔105，并在每个导引孔105中填充导电胶水；在所述传感器装配壳体1外壁上加工出至少四个外部引脚102，所述外部引脚102连接所述导引孔105中的导电胶水；在所述检测腔顶部加工出至少四个内部导电凸块103，所述内部导电凸块103连接所述导引孔105中的导电胶水。
本实施例还给出了一种热电堆敏感芯片的制作方法：在硅基体上表面沉积出氮化硅支撑层，在所述氮化硅支撑层上氧化生长出二氧化硅介质层；在所述二氧化硅介质层上划分出至少一个感测区和测温区，在感测区之间刻蚀出隔热槽203；在每个感测区中加工出一组热电偶阵列202，并在热电偶阵列两端加工出敏感电极焊盘，所述敏感电极焊盘包括正极焊盘和负极焊盘，用于分别连接所述热电偶阵列202与所述传感器装配壳体的内部导电凸块103；每组热电偶阵列包括50~300对热电偶；在所述测温区中加工出测温元件204，所述测温元件204固定在热电偶阵列的冷端侧，并在测温元件两端加工出测温电极焊盘，所述测温电极焊盘包括正极焊盘和负极焊盘，用于分别连接所述测温元件204与所述传感器装配壳体的内部导电凸块103；在硅基体背面刻蚀出背腔。
需要说明的是，所述无引线热电堆传感器的制作方法通过将传感器装配壳体的传感器装配壳体倒置，所述传感器装配壳体的检测腔顶部的内部导电凸块与热电堆敏感芯片的检测面上的电极焊盘通过导电胶水粘接，即可实现所述热电堆敏感芯片与所述传感器装配壳体之间的连接；减少了引线的装配工序，降低了因为引线焊装误操作产生热电堆传感器不良品的概率，从而提高了无引线热电堆传感器的成品合格率；另，本发明大大简化了装配工艺的操作难度，提高了装配效率，解决了现有热电堆传感器工艺复杂的技术问题。
实施例4
本实施例给出了一种双通道无引线热电堆传感器的具体实施方式，如附图8所示。
所述双通道无引线热电堆传感器中：所述传感器装配壳体的检测腔顶部设置有两个用于安装滤光片的窗口104，两个滤光片4对应贴装在所述窗口中；所述检测腔顶部设置有六个用于电连接所述热电堆敏感芯片2的内部导电凸块103，所述传感器装配壳体外壁设置有六个用于输出检测信号的外部引脚102；两组热电偶阵列202、两组敏感电极焊盘、一个测温元件204和一组测温电极焊盘设置在所述热电堆敏感芯片2的介质层上；其中，一个热电偶阵列202与一个滤光片3上下对应设置；每组热电偶阵列202均通过对应的敏感电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块103电连接构成一个检测通道；所述测温元件204通过所述测温电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块连接。
其中，所述测温元件204可以为热敏电阻，所述热敏电阻用于测量检测腔中的温度；在无引线热电堆传感器使用前，需要提前测量检测腔中的温度与热电堆敏感芯片输出的检测信号之间的关系，以制成热电偶分度表。实际测量时，根据热电堆敏感芯片输出的检测信号，查询热电偶分度表，即可得到被测对象的温度或者气体浓度。
需要说明的是，本实施例中两个滤光片与两组热电偶阵列和两组敏感电极焊盘构成两个检测通道；在减小热电堆传感器体积和改善抗振性能的前提下，实现了较小体积的双通道无引线热电堆传感器。两个检测通道的热电堆敏感芯片采集到的检测信号直接通过电极焊盘传递到所述检测腔顶部的内部导电凸块，即热电堆敏感芯片与传感器装配壳体之间的信号传输距离缩短，电阻降低，提高了双通道无引线热电堆传感器的检测精度。
进一步的，两个滤光片为同一类型的滤光片或者不同类型的滤光片。若两个滤光片具有不同的中心波长，例如，其中一种类型为可通过波长范围7至10μm的红外光，适合于人体红外辐射的探测，另一种为7至18μm的红外光，适合于更大范围红外波长的探测；则该双通道无引线热电堆传感器可以检测不同类型的红外光线，大大拓展了无引线热电堆传感器的适用范围。若两种滤光片采用具有相同的中心波长的滤光片，在检测同一类型的红外光线时，另一个通道检测到的信号作为辅助信号，可以大大提高无引线热电堆传感器的检测精度。
为了便于双通道无引线热电堆传感器的装配，本实施例给出了一种热电堆敏感芯片的具体实施方式，如附图7所示。
本实施例中，所述热电堆敏感芯片2包括硅衬底、两组热电偶阵列和测温元件等；所述硅衬底的底部开设背腔，所述硅衬底的顶部设置支撑层和介质层；两组所述热电偶阵列202布设在所述介质层上；所述热电偶阵列包括50~300组串联连接的热电偶对；所述测温元件位于所述介质层上，且设置在所述热电偶阵列的冷端侧；所述热电堆敏感芯片的电极焊盘包括两组敏感电极焊盘和一组测温电极焊盘。
其中，所述敏感电极焊盘位于所述热电偶阵列两端的介质层上，且设置在相应内部导电凸块下方；所述敏感电极焊盘包括正极焊盘和负极焊盘，用于分别连接所述热电偶阵列与所述传感器装配壳体的内部导电凸块；所述测温电极焊盘位于所述测温元件两端的介质层上，且设置在相应内部导电凸块下方；所述测温电极焊盘包括正极焊盘和负极焊盘，用于分别连接所述测温元件与所述传感器装配壳体的内部导电凸块。
需要说明的是，现有技术中的双通道热电堆传感器大多采用两个独立的热电堆敏感芯片，但是两个独立的热电堆敏感芯片在装配时需要进行两次引线操作，不但增加了生产工艺的复杂度，还使得双通道热电堆传感器的体积过大；本实施例提出的新型热电堆敏感芯片，专为双通道无引线热电堆传感器设计，在所述检测腔顶部的内部导电凸块通过点胶工艺点上导电胶水后，热电堆敏感芯片只需一次装配工序即可完成；同时降低了因为引线焊装误操作产生双通道热电堆传感器不良品的概率，从而提高了无引线热电堆传感器的成品合格率。
实施例5
本实施例给出了一种三通道无引线热电堆传感器的具体实施方式。
所述三通道无引线热电堆传感器中：所述传感器装配壳体的检测腔顶部设置有三个用于安装滤光片4的窗口104，三个滤光片4对应贴装在所述窗口104中；所述检测腔顶部设置有八个用于电连接所述热电堆敏感芯片的内部导电凸块103，所述传感器装配壳体1外壁设置有八个用于输出检测信号的外部引脚102；三组热电偶阵列202、三组敏感电极焊盘、一个测温元件204和一组测温电极焊盘设置在所述热电堆敏感芯片的介质层上；其中，一个热电偶阵列与一个滤光片上下对应设置；每组热电偶阵列202均通过对应的敏感电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块103电连接，构成一个检测通道；所述测温元件204通过所述测温电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块电连接。
需要说明的是，本实施例中三个滤光片与三组热电偶阵列和三组敏感电极焊盘构成三个检测通道；在减小热电堆传感器体积和改善抗振性能的前提下，实现了较小体积的三通道无引线热电堆传感器。三个检测通道的热电堆敏感芯片采集到的检测信号直接通过电极焊盘传递到所述检测腔顶部的内部导电凸块，即热电堆敏感芯片与传感器装配壳体之间的信号传输距离缩短，电阻降低，提高了三通道无引线热电堆传感器的检测精度。
进一步的，三个滤光片可以为不同类型的滤光片，或者三种同一类型的滤光片。若三个滤光片具有不同的中心波长，例如，其中一种类型为可通过波长范围7至10μm的红外光，适合于人体红外辐射的探测，另一种为7至18μm的红外光，适合于更大范围红外波长的探测，另一种可通过近红外光；则该三通道无引线热电堆传感器可以检测不同类型的红外光线，大大拓展了无引线热电堆传感器的适用范围；若三种同一类型的滤光片采用具有相同的中心波长的滤光片，在检测同一类型的红外光线时，另两个通道检测到的信号作为辅助信号，可以大大提高无引线热电堆传感器的检测精度。
为了便于三通道无引线热电堆传感器的装配，本实施例给出了一种热电堆敏感芯片的具体实施方式，如附图9所示。
本实施例中，所述热电堆敏感芯片包括硅衬底、三组热电偶阵列和测温元件等；所述硅衬底的底部开设背腔，所述硅衬底的顶部设置支撑层和介质层；三组热电偶阵列202布设在所述介质层上；所述热电偶阵列包括50~300组串联连接的热电偶对；所述测温元件204位于所述介质层上，且设置在所述热电偶阵列的冷端侧；所述热电堆敏感芯片的电极焊盘包括三组敏感电极焊盘和一组测温电极焊盘。
其中，所述敏感电极焊盘位于所述热电偶阵列两端的介质层上，且设置在相应内部导电凸块下方；所述敏感电极焊盘包括正极焊盘和负极焊盘，用于分别连接所述热电偶阵列与所述传感器装配壳体的内部导电凸块；所述测温电极焊盘位于所述测温元件两端的介质层上，且设置在相应内部导电凸块下方；所述测温电极焊盘包括正极焊盘和负极焊盘，用于分别连接所述测温元件与所述传感器装配壳体的内部导电凸块。
需要说明的是，现有技术中的三通道热电堆传感器大多采用三个独立的热电堆敏感芯片，但是三个独立的热电堆敏感芯片在装配时需要进行三次引线操作，不但增加了生产工艺的复杂度，还使得三通道热电堆传感器的体积过大；本实施例提出的新型热电堆敏感芯片，专为三通道无引线热电堆传感器设计，在所述检测腔顶部的内部导电凸块通过点胶工艺点上导电胶水后，热电堆敏感芯片只需一次装配工序即可完成；同时降低了因为引线焊装误操作产生三通道热电堆传感器不良品的概率，从而提高了无引线热电堆传感器的成品合格率。
实施例6
本实施例给出了一种四通道无引线热电堆传感器的具体实施方式。
所述四通道无引线热电堆传感器中：所述传感器装配壳体的检测腔顶部设置有四个用于安装滤光片4的窗口104，四个滤光片4对应贴装在所述窗口104中；所述检测腔顶部设置有十个用于电连接所述热电堆敏感芯片的内部导电凸块103，所述传感器装配壳体1外壁设置有十个用于输出检测信号的外部引脚102；四组热电偶阵列202、四组敏感电极焊盘、一个测温元件204和一组测温电极焊盘设置在所述热电堆敏感芯片的介质层上；其中，一个热电偶阵列与一个滤光片上下对应设置；每组热电偶阵列202均通过对应的敏感电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块103电连接，构成一个检测通道；所述测温元件204通过所述测温电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块电连接。
需要说明的是，本实施例中四个滤光片与四组热电偶阵列和四组敏感电极焊盘构成四个检测通道；在减小热电堆传感器体积和改善抗振性能的前提下，实现了较小体积的四通道无引线热电堆传感器。四个检测通道的热电堆敏感芯片采集到的检测信号直接通过电极焊盘传递到所述检测腔顶部的内部导电凸块，即热电堆敏感芯片与传感器装配壳体之间的信号传输距离缩短，电阻降低，提高了四通道无引线热电堆传感器的检测精度。
进一步的，四个滤光片可以为不同类型的滤光片，或者两种同一类型的滤光片。若四个滤光片具有不同的中心波长，例如，其中一种类型为可通过波长范围7至10μm的红外光，适合于人体红外辐射的探测，另一种为7至18μm的红外光，适合于更大范围红外波长的探测，另一种可通过近红外光；则该四通道无引线热电堆传感器可以检测不同类型的红外光线，大大拓展了无引线热电堆传感器的适用范围；若两种同一类型的滤光片采用具有相同的中心波长的滤光片，在检测同一类型的红外光线时，另一个通道检测到的信号作为辅助信号，可以大大提高无引线热电堆传感器的检测精度。
为了便于四通道无引线热电堆传感器的装配，本实施例给出了一种热电堆敏感芯片的具体实施方式，如附图9所示。
本实施例中，所述热电堆敏感芯片包括硅衬底、四组热电偶阵列和测温元件等；所述硅衬底的底部开设背腔，所述硅衬底的顶部设置支撑层和介质层；四组热电偶阵列202布设在所述介质层上；所述热电偶阵列包括50~300组串联连接的热电偶对；所述测温元件204位于所述介质层上，且设置在所述热电偶阵列的冷端侧；所述热电堆敏感芯片的电极焊盘包括四组敏感电极焊盘和一组测温电极焊盘。
其中，所述敏感电极焊盘位于所述热电偶阵列两端的介质层上，且设置在相应内部导电凸块下方；所述敏感电极焊盘包括正极焊盘和负极焊盘，用于分别连接所述热电偶阵列与所述传感器装配壳体的内部导电凸块；所述测温电极焊盘位于所述测温元件两端的介质层上，且设置在相应内部导电凸块下方；所述测温电极焊盘包括正极焊盘和负极焊盘，用于分别连接所述测温元件与所述传感器装配壳体的内部导电凸块。
需要说明的是，现有技术中的四通道热电堆传感器大多采用四个独立的热电堆敏感芯片，但是四个独立的热电堆敏感芯片在装配时需要进行四次引线操作，不但增加了生产工艺的复杂度，还使得四通道热电堆传感器的体积过大；本实施例提出的新型热电堆敏感芯片，专为四通道无引线热电堆传感器设计，在所述检测腔顶部的内部导电凸块通过点胶工艺点上导电胶水后，热电堆敏感芯片只需一次装配工序即可完成；同时降低了因为引线焊装误操作产生四通道热电堆传感器不良品的概率，从而提高了无引线热电堆传感器的成品合格率。
实施例7
本实施例与上述实施例的区别在于：各个热电偶阵列之间的介质层上开设有隔热槽203。
在多通道无引线热电堆传感器的结构上，所述热电堆敏感芯片的介质层上开设有多个隔热槽203，所述隔热槽使得相邻热电偶阵列之间物理隔开；也就是说，各个感测区之间的介质层是互相隔开的，也就防止热量在各个通道的介质层之间传递，实现了多通道之间物理隔离，防止各个检测通道对应的信号互相影响，进而提高多通道无引线热电堆传感器的检测精度。
实施例8
本实施例与实施例4至实施例7的区别在于：所述检测腔顶部设置有挡板205；所述挡板205一端连接所述检测腔顶部，另一端接触热电堆敏感芯片上表面，用于隔开不同的热电偶阵列，防止其他检测通道中的红外光线辐射到本检测通道的热电偶阵列上，避免不同检测通道中的红外光线互相影响，从而进一步多通道无引线热电堆传感器的检测精度。
需要说明的是，上述实施例中的无引线热电堆传感器可以用于检测不同对象的温度大小，或者用于检测不同类型的气体浓度大小。在上述无引线热电堆传感器装配过程中，需要通过热电堆敏感芯片的电极焊盘201直接将热电堆敏感芯片向下互连到所述传感器装配壳体上，至少一个热电堆敏感芯片的电极焊盘201与所述检测腔顶部的内部导电凸块103接触连接。
在进行温度测量或者气体浓度检测时，所述无引线热电堆传感器的滤光片是向上的，以便红外光线通过所述滤光片进入无引线热电堆传感器的检测腔中，使得热电堆敏感芯片输出相应的检测信号。根据热电堆敏感芯片输出的检测信号，查询热电偶分度表，即可得到被测对象的温度或者气体浓度。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (14)
1.一种无引线热电堆传感器，其特征在于，包括：传感器装配壳体、热电堆敏感芯片和滤光片；
所述传感器装配壳体设置有用于容纳至少一个热电堆敏感芯片的检测腔；在所述检测腔顶部设置有用于电连接所述热电堆敏感芯片的内部导电凸块，在所述传感器装配壳体的外壁设置有用于输出检测信号的外部引脚；所述外部引脚与所述内部导电凸块连接，以将热电堆敏感芯片的检测信号经所述外部引脚输出；
所述滤光片安装在所述检测腔顶部的窗口，所述热电堆敏感芯片的检测面对应所述滤光片设置；
所述热电堆敏感芯片的检测面同侧设置有电极焊盘，至少一个热电堆敏感芯片的电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块接触连接，以实现所述热电堆敏感芯片与所述传感器装配壳体之间的电连接；
所述传感器装配壳体的检测腔顶部设置有两个用于安装滤光片的窗口，两个滤光片对应贴装在所述窗口中；
所述检测腔顶部设置有六个用于电连接所述热电堆敏感芯片的内部导电凸块，所述传感器装配壳体外壁设置有六个用于输出检测信号的外部引脚；
所述热电堆敏感芯片的硅衬底上表面设置有两组热电偶阵列、一个测温元件和六个电极焊盘；
每组热电偶阵列的两端均通过其中两个电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块连接；所述测温元件的两端通过另两个电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块连接。
2.根据权利要求1所述的无引线热电堆传感器，其特征在于：所述检测腔顶部设置有挡板，所述挡板用于隔开不同的热电偶阵列。
3.根据权利要求1或2所述的无引线热电堆传感器，其特征在于：所述热电堆敏感芯片与所述检测腔的尺寸大小相匹配。
4.根据权利要求1所述的无引线热电堆传感器，其特征在于：所述传感器装配壳体中开设导引孔，所述导引孔中填充导电材料；所述导引孔中的导电材料连接所述外部引脚和内部导电凸块。
5.一种无引线热电堆传感器，其特征在于，包括：传感器装配壳体、热电堆敏感芯片和滤光片；
所述传感器装配壳体设置有用于容纳至少一个热电堆敏感芯片的检测腔；在所述检测腔顶部设置有用于电连接所述热电堆敏感芯片的内部导电凸块，在所述传感器装配壳体的外壁设置有用于输出检测信号的外部引脚；所述外部引脚与所述内部导电凸块连接，以将热电堆敏感芯片的检测信号经所述外部引脚输出；
所述滤光片安装在所述检测腔顶部的窗口，所述热电堆敏感芯片的检测面对应所述滤光片设置；
所述热电堆敏感芯片的检测面同侧设置有电极焊盘，至少一个热电堆敏感芯片的电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块接触连接，以实现所述热电堆敏感芯片与所述传感器装配壳体之间的电连接；
所述传感器装配壳体的检测腔顶部设置有三个用于安装滤光片的窗口，三个滤光片对应贴装在所述窗口中；
所述检测腔顶部设置有八个用于电连接所述热电堆敏感芯片的内部导电凸块，所述传感器装配壳体外壁设置有八个用于输出检测信号的外部引脚；
所述热电堆敏感芯片的硅衬底上表面设置有三组热电偶阵列、一个测温元件和八个电极焊盘；
每组热电偶阵列的两端均通过其中两个电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块连接；所述测温元件的两端通过另两个电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块连接。
6.根据权利要求5所述的无引线热电堆传感器，其特征在于：所述检测腔顶部设置有挡板，所述挡板用于隔开不同的热电偶阵列。
7.根据权利要求5或6所述的无引线热电堆传感器，其特征在于：所述热电堆敏感芯片与所述检测腔的尺寸大小相匹配。
8.根据权利要求5所述的无引线热电堆传感器，其特征在于：所述传感器装配壳体中开设导引孔，所述导引孔中填充导电材料；所述导引孔中的导电材料连接所述外部引脚和内部导电凸块。
9.一种无引线热电堆传感器，其特征在于，包括：传感器装配壳体、热电堆敏感芯片和滤光片；
所述传感器装配壳体设置有用于容纳至少一个热电堆敏感芯片的检测腔；在所述检测腔顶部设置有用于电连接所述热电堆敏感芯片的内部导电凸块，在所述传感器装配壳体的外壁设置有用于输出检测信号的外部引脚；所述外部引脚与所述内部导电凸块连接，以将热电堆敏感芯片的检测信号经所述外部引脚输出；
所述滤光片安装在所述检测腔顶部的窗口，所述热电堆敏感芯片的检测面对应所述滤光片设置；
所述热电堆敏感芯片的检测面同侧设置有电极焊盘，至少一个热电堆敏感芯片的电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块接触连接，以实现所述热电堆敏感芯片与所述传感器装配壳体之间的电连接；
所述传感器装配壳体的检测腔顶部设置有四个用于安装滤光片的窗口，四个滤光片对应贴装在所述窗口中；
所述检测腔顶部设置有十个用于电连接所述热电堆敏感芯片的内部导电凸块，所述传感器装配壳体外壁设置有十个用于输出检测信号的外部引脚；
所述热电堆敏感芯片的硅衬底上表面设置有四组热电偶阵列、一个测温元件和十个电极焊盘；
每组热电偶阵列的两端均通过其中两个电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块连接；所述测温元件的两端通过另两个电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块连接。
10.根据权利要求9所述的无引线热电堆传感器，其特征在于：所述检测腔顶部设置有挡板，所述挡板用于隔开不同的热电偶阵列。
11.根据权利要求9或10所述的无引线热电堆传感器，其特征在于：所述热电堆敏感芯片与所述检测腔的尺寸大小相匹配。
12.根据权利要求9所述的无引线热电堆传感器，其特征在于：所述传感器装配壳体中开设导引孔，所述导引孔中填充导电材料；所述导引孔中的导电材料连接所述外部引脚和内部导电凸块。
13.一种无引线热电堆传感器制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
通过环氧树脂胶将滤光片贴装在传感器装配壳体的检测腔顶部的窗口中；
将权利要求1或5或9中所述的传感器装配壳体倒置，在所述检测腔顶部的内部导电凸块上点导电胶水；
将热电堆敏感芯片放置到所述传感器装配壳体的检测腔中，其中，所述热电堆敏感芯片的检测面与所述滤光片对应设置；热电堆敏感芯片的电极焊盘与所述检测腔顶部的内部导电凸块通过导电胶水连接；
在氮气环境下，通过环氧树脂胶将所述传感器装配壳体的检测腔密封，以使所述热电堆敏感芯片封闭在所述传感器装配壳体的检测腔内。
14.根据权利要求13所述的无引线热电堆传感器制作方法，其特征在于：
在陶瓷基体上刻蚀出检测腔，所述检测腔用于容纳至少一个热电堆敏感芯片；在检测腔底部刻蚀出用于安装底板的安装口，在检测腔顶部刻蚀出至少一个用于安装滤光片的窗口，制成传感器装配壳体；
在所述传感器装配壳体侧壁中加工出至少四个导引孔，并在每个导引孔中填充导电胶水；
在所述传感器装配壳体外壁上加工出至少四个外部引脚，在检测腔顶部加工出至少四个内部导电凸块；所述外部引脚通过所述导引孔中的导电胶水连接所述内部导电凸块。
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