CN111912533A - 一种非接触式mems红外测温传感器及其制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及温度感应相关电器元件技术领域，且公开了一种非接触式MEMS红外测温传感器及其制作工艺，包括PCB基材，所述PCB基材的表面设置有环形焊盘、模拟数字转换器、阻容器、NTC和MEMES热电堆红外感应器，环形焊盘环形粘接在PCB基材表面，模拟数字转换器、阻容器、NTC和MEMES热电堆红外感应器均位于环形焊盘的焊接区域，模拟数字转换器、阻容器、NTC、MEMES热电堆红外感应器和环形焊盘之间均通过金线相互导电连接，PCB基材的表面设置有覆盖环形焊盘的管壳，管壳的内侧安装有滤光片。该非接触式数字输出MEMS红外测温传感器，在提高精度的前途下，为客户端解决硬件设计难度，节省空间，使得产品能够适配更多的电子类产品，扩大产品的适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及温度感应相关电器元件技术领域，具体为一种非接触式MEMS红外测温传感器及其制作工艺。
背景技术
温传感器热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特征来进行温度测量的。测温传感器热电阻大都由纯金属材料制成，其中，目前TO46封装形式红外测温传感器输出信号为模拟信号，内部仅集成NTC4和红外测温传感器，抗干扰能力弱，同时TO46封装形式红外测温传感器厚度一般在3-4毫米，体积和重量较大，对于较小体积的组装配件来说不便于组装使用，且TO46封装形式红外测温传感器为插件封装，客户端仍需外加ADC做模数转换，增加成本及硬件设计难度，部分应用场景空间受限，对于一些组装自动化程度低的生产厂家来说，安装精度不能保证，组装效率较低，使得温度传感器所应用范围受局限，不利于产品的推广使用，因此发明人设计了一种非接触时数字传输MEMS红外测温传感器及其制作工艺，对产品加工工艺及其结构进行改进，优化产品的适用性。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种非接触式MEMS红外测温传感器及其制作工艺，解决了传统的T046封装形式红外测温传感器抗干扰能力弱、体积大不便于组装使用的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种非接触式MEMS红外测温传感器及其制作工艺，包括PCB基材，所述PCB基材的表面设置有环形焊盘、模拟数字转换器、阻容器、NTC和MEMES热电堆红外感应器，环形焊盘环形粘接在PCB基材表面，模拟数字转换器、阻容器、NTC和MEMES热电堆红外感应器均位于环形焊盘的焊接区域，模拟数字转换器、阻容器、NTC、MEMES热电堆红外感应器和环形焊盘之间均通过金线相互导电连接，PCB基材的表面设置有覆盖环形焊盘的管壳，管壳的内侧安装有滤光片，管壳的顶部开设有光窗。
优选的，所述模拟数字转换器采用24Bit模拟数字转换器，所述模拟数字转换器内部包含参考电压输出、多路转换器、4-64X可编程运算放大器、24位数模转换器、数字滤波器、DSP、串行通信支持I2C或SPI，支持传感器校正，提高出厂传感器的一致性。
优选的，所述MEMES热电堆红外感应器和NTC通过银胶粘接在PCB基材的表面。
优选的，所述滤光片9与管壳7的内侧壁之间通过UV胶固化粘接，滤光片9位于管壳7的内侧棱角处位置。
优选的，所述管壳与PCB基材之间通过锡膏融化粘接，管壳上所开设的光窗位于MEMES热电堆红外感应器的正上方。
一种非接触式MEMS红外测温传感器及其制作工艺，包括以下步骤：
S1.贴片：使用贴片机将阻容器3贴装在PCB基材上；
S2.固晶：使用自动化设备吸取模拟数字转换器、MEMES热电堆红外感应器和NTC，MEMES热电堆红外感应器及NTC用银胶固定在PCB基材上，提高导电率，加强散热，保证环境温度的稳定，提高测温精度；
S3.烘烤：将模拟数字转换器、MEMES热电堆红外感应器和NTC的PCB基材1放入150°的烘箱进行烘烤；
S4.键合：利用自动化设备，通过超声波将金线焊接到模拟数字转换器、MEMES热电堆红外感应器、NTC与环形焊盘之间，完成芯片的电气连接；
S5.贴片：借助摆盘机将管壳放在特质的TRAY盘上，管壳的内侧朝上，用自动点胶机在管壳内侧点上UV胶，然后在管壳内侧贴上滤光片，送入紫外线固化机中固化；
S6.贴壳：用自动化点胶设备将锡膏涂抹在PCB基材的边框上，通过自动贴合设备将管壳贴在PCB基材上，并通过回流炉使锡膏融化；
S7.分板：使用自动切割机，通过转速为30000r/min的薄金刚石刀片把整片PCB基材分割为单个的温感元件；
S8.检测：自动吸取元件进行光电和电性能检测，元件自动完成检测，不良品剔除；
S9.入库：将检测合格的成品温感元件打包入库。
工作原理：
(三)有益效果
本发明提供了一种非接触式MEMS红外测温传感器及其制作工艺。具备以下有益效果：
()、该非接触式数字输出MEMS红外测温传感器，通过在PCB基材上设置MEMES热电堆红外感应器，区别于传统内部仅集成NTC和红外测温传感器的结构方式，本技术方案内部集成模拟数字转换器可有效改善干扰问题，且可解决客户端ADC精度不够需外挂ADC，同时本技术方案测温范围为-20～100℃，测温精度±0.1℃，在提高精度的前途下，为客户端解决硬件设计难度，节省空间，使得产品能够适配更多的电子类产品，扩大产品的适用范围。
(2)、该非接触式数字输出MEMS红外测温传感器，通过将各个芯片集中安装在PCB基材上，提高设备的集成度，本产品内部集成Bit模拟数字转换器，可直接输出IC信号给到客户端MCU做算法处理，ADC做内部校正电路，保证传感器输出一致性，提高测温精度。
(3)、该非接触式数字MEMS红外测温传感器及其制作工艺，通过本产品封装形式为SMD贴装，通过自动化设备对模拟数字转换器、阻容器、NTC、MEMES热电堆红外感应器和滤光片进行贴装及测试，极大的提高生产效率，降低产品的生产成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明测量原理公式；
图3为本发明测量电路示意图；
图4为本发明控制模块示意图。
图中：1PCB基材、2模拟数字转换器、3阻容器、4NTC、5环形焊盘、6MEMES热电堆红外感应器、7管壳、8光窗、9滤光片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，本发明提供一种技术方案：一种非接触式MEMS红外测温传感器及其制作工艺，包括PCB基材1，PCB基材1的表面设置有环形焊盘5、模拟数字转换器2、阻容器3、NTC4和MEMES热电堆红外感应器6，环形焊盘5环形粘接在PCB基材1表面，模拟数字转换器2、阻容器3、NTC4和MEMES热电堆红外感应器6均位于环形焊盘5的焊接区域，模拟数字转换器2、阻容器3、NTC4、MEMES热电堆红外感应器6和环形焊盘5之间均通过金线相互导电连接，MEMES热电堆红外感应器6和NTC4通过银胶粘接在PCB基材1的表面，PCB基材1的表面设置有覆盖环形焊盘5的管壳7，管壳7的内侧安装有滤光片9，管壳7的顶部开设有光窗8，滤光片9与管壳7的内侧壁之间通过UV胶固化粘接，滤光片9位于管壳7的内侧棱角处位置，管壳7与PCB基材1之间通过锡膏融化粘接，管壳7上所开设的光窗8位于MEMES热电堆红外感应器6的正上方，
模拟数字转换器2采用24Bit模拟数字转换器2，模拟数字转换器2内部包含参考电压输出、多路转换器、4-64X可编程运算放大器、24位数模转换器、数字滤波器、DSP、串行通信支持I2C或SPI，支持传感器校正，提高出厂传感器的一致性。
一种非接触式MEMS红外测温传感器及其制作工艺，包括以下步骤：
S1.贴片：使用贴片机将阻容器3贴装在PCB基材1上；
S2.固晶：使用自动化设备吸取模拟数字转换器2、MEMES热电堆红外感应器6和NTC4，MEMES热电堆红外感应器6及NTC4用银胶固定在PCB基材1上，提高导电率，加强散热，保证环境温度的稳定，提高测温精度；
S3.烘烤：将模拟数字转换器2、MEMES热电堆红外感应器6和NTC4的PCB基材1放入150°的烘箱进行烘烤；
S4.键合：利用自动化设备，通过超声波将金线焊接到模拟数字转换器2、MEMES热电堆红外感应器6、NTC4与环形焊盘5之间，完成芯片的电气连接；
S5.贴片：借助摆盘机将管壳7放在特质的TRAY盘上，管壳7的内侧朝上，用自动点胶机在管壳7内侧点上UV胶，然后在管壳7内侧贴上滤光片9，送入紫外线固化机中固化；
S6.贴壳：用自动化点胶设备将锡膏涂抹在PCB基材1的边框上，通过自动贴合设备将管壳7贴在PCB基材1上，并通过回流炉使锡膏融化；
S7.分板：使用自动切割机，通过转速为30000r/min的薄金刚石刀片把整片PCB基材分割为单个的温感元件；
S8.检测：自动吸取元件进行光电和电性能检测，元件自动完成检测，不良品剔除；
S9.入库：将检测合格的成品温感元件打包入库。
该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220V市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。
工作原理：红外测温仪的测温原理是黑体辐射定律，众所周知，自然界中一切高于绝对零度的物体都在不停向外辐射能量，物体向外辐射能量的大小及其波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系，物体的温度越高，所发出的红外辐射能力越强，黑体处于温度T时，在波长为λ处的单色辐射出度由普朗克公式确定，MEMES热电堆红外感应器6由多个热电偶组成热电堆，，当传感器监测范围内温度有T的变化时，热电偶产生电荷，即在两电极之间产生微弱电压差，MEMS热电堆传感器6检测到变化的温度，经光电转换后，变成一个电压信号，经ADC转换成数字信号供后端MCU做算法处理，且ADC做内部校正电路，保证传感器输出一致性，提高测温精度。
本发明的控制方式是通过控制器来自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，电源的提供也属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和电路连接。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种非接触式MEMS红外测温传感器及其制作工艺，包括PCB基材1，其特征在于：所述PCB基材1的表面设置有环形焊盘5、模拟数字转换器2、阻容器3、NTC4和MEMES热电堆红外感应器6，环形焊盘5环形粘接在PCB基材1表面，模拟数字转换器2、阻容器3、NTC4和MEMES热电堆红外感应器6均位于环形焊盘5的焊接区域，模拟数字转换器2、阻容器3、NTC4、MEMES热电堆红外感应器6和环形焊盘5之间均通过金线相互导电连接，PCB基材1的表面设置有覆盖环形焊盘5的管壳7，管壳7的内侧安装有滤光片9，管壳7的顶部开设有光窗8。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式数字输出MEMS红外测温传感器，其特征在于：所述模拟数字转换器采用24Bit模拟数字转换器，所述模拟数字转换器内部包含参考电压输出、多路转换器、4-64X可编程运算放大器、24位数模转换器、数字滤波器、DSP、串行通信支持I2C或SPI，支持传感器校正，提高出厂传感器的一致性。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式数字输出MEMS红外测温传感器，其特征在于：所述MEMES热电堆红外感应器和NTC通过银胶粘接在PCB基材的表面。
4.根据权利要求1所述的一种非接触式数字输出MEMS红外测温传感器，其特征在于：所述滤光片与管壳的内侧壁之间通过UV胶固化粘接，滤光片位于管壳的内侧棱角处位置。
5.根据权利要求1所述的一种非接触式数字输出MEMS红外测温传感器，其特征在于：所述管壳与PCB基材之间通过锡膏融化粘接，管壳上所开设的光窗位于MEMES热电堆红外感应器的正上方。
6.根据权利要求1所述的一种非接触式MEMS红外测温传感器及其制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1.贴片：使用贴片机将阻容器贴装在PCB基材上；
S2.固晶：使用自动化设备吸取模拟数字转换器、MEMES热电堆红外感应器和NTC，MEMES热电堆红外感应器及NTC用银胶固定在PCB基材上，提高导电率，加强散热，保证环境温度的稳定，提高测温精度；
S3.烘烤：将模拟数字转换器、MEMES热电堆红外感应器和NTC的PCB基材放入150°的烘箱进行烘烤；
S4.键合：利用自动化设备，通过超声波将金线焊接到模拟数字转换器、MEMES热电堆红外感应器、NTC与环形焊盘之间，完成芯片的电气连接；
S5.贴片：借助摆盘机将管壳放在特质的TRAY盘上，管壳的内侧朝上，用自动点胶机在管壳内侧点上UV胶，然后在管壳内侧贴上滤光片，送入紫外线固化机中固化；
S6.贴壳：用自动化点胶设备将锡膏涂抹在PCB基材的边框上，通过自动贴合设备将管壳贴在PCB基材上，并通过回流炉使锡膏融化；
S7.分板：使用自动切割机，通过转速为30000r/min的薄金刚石刀片把整片PCB基材分割为单个的温感元件；
S8.检测：自动吸取元件进行光电和电性能检测，元件自动完成检测，不良品剔除；
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|---|---|---|---|---|
| CN113138028A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-07-20 | 深圳市谷德科技有限公司 | 红外热电堆传感器和温度测量装置、系统及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113138028A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-07-20 | 深圳市谷德科技有限公司 | 红外热电堆传感器和温度测量装置、系统及方法 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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