CN214843648U - 数字式红外温度传感器以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种数字式红外温度传感器以及电子设备，数字式红外温度传感器包括集成电路芯片、红外传感元件、隔热层和封装壳体，红外传感元件与集成电路芯片间隔分层排布并电连接；隔热层设置于集成电路芯片和红外传感元件之间，且集成电路芯片和红外传感元件封装于封装壳体内。本申请实施例提供的数字式红外温度传感器通过在集成电路芯片和红外传感元件之间设置隔热层，能够在一定程度上隔绝热量传递，避免封装后集成电路芯片产生的热量影响红外传感元件的测量准确度，且数字式红外温度传感器采用堆叠封装，可有效减少封装后整个传感器所占的面积。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种数字式红外温度传感器以及电子设备。
背景技术
随着电子设备的快速发展，系统对电子器件的尺寸要求越来越严苛。相关技术将红外传感元件与ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)集成封装在同一个封装体内，形成一个小型化的数字输出的红外温度传感器，能够减少封装尺寸。然而红外传感元件对温度非常敏感，小尺寸封装可能会导致封装内的其它器件对红外传感元件产生影响，导致温度测量不准确。
实用新型内容
本申请的目的在于提出一种数字式红外温度传感器以及电子设备，以解决上述问题。本申请通过以下技术方案来实现上述目的。
第一方面，本申请实施例提供了一种数字式红外温度传感器，包括集成电路芯片、红外传感元件、隔热层和封装壳体，红外传感元件与集成电路芯片间隔分层排布并电连接；隔热层设置于集成电路芯片和红外传感元件之间，且集成电路芯片和红外传感元件封装于封装壳体内。
第二方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括外壳以及第一方面所述的数字式红外温度传感器，数字式红外温度传感器设置于外壳。
相对于现有技术，本申请实施例提供的数字式红外温度传感器通过在集成电路芯片和红外传感元件之间设置隔热层，能够在一定程度上隔绝热量传递，避免封装后集成电路芯片产生的热量影响红外传感元件的测量准确度，且红外传感元件、隔热层和集成电路芯片通过封装壳体进行堆叠封装，可有效减少封装后整个传感器所占的面积。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的数字式红外温度传感器的剖面图。
图2是本申请实施例提供的数字式红外温度传感器的另一剖面图。
图3是本申请另一实施例提供的数字式红外温度传感器的剖面图。
图4是本申请又一实施例提供的数字式红外温度传感器的剖面图。
图5是本申请再一实施例提供的数字式红外温度传感器的剖面图。
图6是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1所示，本申请实施例提供的数字式红外温度传感器100包括集成电路芯片110、红外传感元件120、隔热层130和封装壳体140，红外传感元件120与集成电路芯片110间隔分层排布并电连接；隔热层130设置于集成电路芯片110和红外传感元件120之间，集成电路芯片110和红外传感元件120封装于封装壳体140内。
其中，红外传感元件120可以是热电堆感测元件，红外传感元件120包括红外接收面121，可以利用热电动势效应(塞贝克效应)吸收入射至红外接收面121的红外能量，并产生和输出电信号。集成电路芯片110可以是ADC(模数转换器)芯片，集成电路芯片110与红外传感元件120电连接，用于将红外传感元件120输出的模拟信号进行模数转换后生成数字信号，使得数字式红外温度传感器100可以直接输出数字信号，方便使用。
进一步可选地，集成电路芯片110还可以是ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)芯片，用于将红外传感元件120输出的模拟信号进行模数转换和修正处理后输出数字信号。隔热层130可以是玻璃纤维、聚氨酯泡沫、微纳隔热板或者离心剥离纤维棉等隔热材料制成的隔热结构。
本申请实施例提供的数字式红外温度传感器100通过在集成电路芯片110和红外传感元件120之间设置隔热层130，能够在一定程度上隔绝集成电路芯片110和红外传感元件120之间的热量传递，避免集成电路芯片110产生的热量影响红外传感元件120的测量准确度。另一方面，红外传感元件120、隔热层130和集成电路芯片110通过封装壳体140进行堆叠封装，可有效减少封装后整个模块所占的面积。
在一些实施例中，红外传感元件120的正投影可以落在隔热层130的范围内，此时红外传感元件120的面积小于隔热层130，隔热层130能够全部覆盖红外传感元件120，避免红外传感元件120受到集成电路芯片110产生的热量的影响。
在一些实施例中，隔热层130大致为平板状结构，红外传感元件120和集成电路芯片110的正投影可以落在隔热层130的范围内，即隔热层130的面积既大于或等于红外传感元件120的面积，也大于或等于集成电路芯片110的面积，可以增强热量阻隔效果。
在一些实施例中，如图2所示，数字式红外温度传感器100还可以包括环境温度感测元件150，环境温度感测元件150与红外传感元件120位于隔热层130的同一侧，并与集成电路芯片110电连接。
环境温度感测元件150可以是热敏电阻，例如NTC(Negative TemperatureCoefficient，负温度系数)热敏电阻或其他热敏材料制成的热敏电阻，用于测量红外传感元件120所处的环境温度，即红外传感元件120的冷端温度。集成电路芯片110可以根据环境温度感测元件150获取到的环境温度信号对红外传感元件120检测到温度信号进行校准，提高测量准确性。环境温度感测元件150与红外传感元件120位于隔热层130的同一侧，可以避免隔热层130另一侧的集成电路芯片110的热干扰，准确地测量到红外传感元件120所处的环境温度。
在一些实施例中，如图2所示，数字式红外温度传感器100还可以包括导热层160，导热层160设置于隔热层130和红外传感元件120之间，导热层160包括安装面161，安装面161背离隔热层130，红外传感元件120和环境温度感测元件150设于安装面161。利用导热层160的导热作用，环境温度感测元件150可以更加准确地测量红外传感元件120的冷端温度。
本实施例中，导热层160可以由导热硅胶片、氧化铝陶瓷片、碳化硅陶瓷和导热硅脂等等导热材料制成，导热层160大致为板状结构，红外传感元件120和环境温度感测元件150可以直接贴合于安装面161，也可以通过粘胶层粘接于安装面161。
在一些实施例中，如图2所示，红外传感元件120和环境温度感测元件150可以分别通过邦定线170与集成电路芯片110电连接。在传感器制作过程中，可以先完成集成电路芯片110、红外传感元件120和环境温度感测元件150的堆叠组装，再分别通过邦定线170建立集成电路芯片110和红外传感元件120之间的电连接、以及集成电路芯片110和环境温度感测元件150之间的电连接，最后再用封装材料形成封装壳体140，制作方便。
邦定线170可以是铝线或者金线等，邦定线170可以通过焊接分别固定于红外传感元件120、环境温度感测元件150和集成电路芯片110。
在一些实施例中，如图2所示，封装壳体140可以开设有透光孔141，透光孔141与红外传感元件120的位置相对。数字式红外温度传感器100还包括红外滤波透镜180，红外滤波透镜180嵌设于透光孔141。
其中，透光孔141与红外传感元件120相对可以是指透光孔141与红外传感元件120的红外接收面121相对，红外滤波透镜180嵌设于透光孔141，用于过滤非红外波段的入射光，而将一定波长范围的红外光透射至红外接收面121，红外传感元件120吸收入射至红外接收面121的红外能量，并产生和输出电信号，通过红外滤波透镜180滤波可以排除非红外光的影响，提升温度测量准确性。
在一些实施例中，如图2所示，封装壳体140可以包括基板142和面壳143，面壳143盖设于基板142并与基板142共同形成容置腔144，集成电路芯片110、红外传感元件120和隔热层130设于基板142且位于容置腔144内，且隔热层130贴合于集成电路芯片110。基板142用于承载集成电路芯片110，在制作传感器时，可以先在基板142上依次叠置集成电路芯片110、隔热层130、导热层160、红外传感元件120和环境温度感测元件150，再在基板142上形成面壳143，即可将各元器件封装在封装壳体140内。可选地，面壳143可以选用塑料、陶瓷或金属等材料，可通过注塑、陶瓷封装或金属封装等封装工艺形成。
本实施例中，基板142大致为板状结构，基板142可以是树脂基板、塑料基板、陶瓷基板或者其他基板。面壳143可以为圆柱体状、长方体状或其他任意形状的壳状结构，红外滤波透镜180与红外传感元件120之间可以间隔设置。
在一些实施例中，数字式红外温度传感器100还可以包括贴片引脚(未示出)，贴片引脚设置于封装壳体140并显露于封装壳体140外，贴片引脚与集成电路芯片110电连接，以方便将集成电路芯片110获取的数字信号输出。同时，采用贴片式引脚可以减薄传感器的整体厚度。
作为一种实施方式，贴片引脚可以设置于基板142的远离集成电路芯片110的一面，且贴片引脚的一端贯穿基板142直接延伸至封装壳体140内并与集成电路芯片110电连接。
作为另一种实施方式，基板142内设置有连接线路，贴片引脚设置于基板142，贴片引脚和集成电路芯片110可以通过基板142内的连接线路建立电连接。
请参阅图3所示，在一些实施例中，红外滤波透镜180层叠设置于红外传感元件120的红外接收面121，红外接收面121背离隔热层130；封装壳体140设有通孔147，通孔147与红外滤波透镜180相对。本实施例将红外滤波透镜180直接叠置于红外传感元件120，通过缩小红外滤波透镜180与红外传感元件120之间的间距可以进一步地减小封装壳体140的体积。
可选地，红外滤波透镜180可以嵌设于通孔147，并与封装壳体140的外表面平齐。红外滤波透镜180也可以位于封装壳体140内，封装壳体140在对应红外滤波透镜180的位置开设有通孔147。
本实施例中，封装壳体140可以包括基板142和封装部148，集成电路芯片110、隔热层130、导热层160和红外传感元件120依次叠置于基板142，封装部148设置于基板142并覆盖集成电路芯片110、隔热层130、导热层160和红外传感元件120。关于基板142的结构可以参考上述实施例的记载，封装部148可以由硅树脂类材料、热固性材料、热塑性材料或UV处理材料等制成。在传感器制作过程中，可以先在基板142上堆叠集成电路芯片110、隔热层130、导热层160、红外传感元件120、红外滤波透镜180，然后再在基板142上注塑生成带有通孔147的封装部148，封装部148可以与各元器件紧密贴合，以最大程度地减小整个传感器封装后的体积。
请参阅图4所示，在一些实施例中，封装壳体140包括壳体主体部145和红外滤光部146，红外滤光部146与壳体主体部145想接，且红外滤光部146与红外传感元件120的位置相对。其中，红外滤光部146与红外传感元件120的位置相对可以是指红外滤光部146与红外传感元件120的红外接收面121相对。红外滤光部146用于过滤非红外波段的入射光，而将一定波长范围的红外光透射至红外接收面121，以排除非红外光的影响，提升温度测量准确性。
本实施例中，封装壳体140同样还包括基板142，壳体主体部145盖设于基板142形成容置腔144，关于基板142和容置腔144可以参考上述实施例的记载。壳体主体部145可以由不透光的硅树脂类材料、热固性材料、热塑性材料或UV处理材料等制成，红外滤光部146可以为只允许红外光透过的有色玻璃、光学玻璃、石英玻璃、塑料、硅等材料制成，壳体主体部145和红外滤光部146在生产过程中可以一次性直接成型，从而形成一体化的封装壳体140，使其可靠性进一步提高，延长其使用寿命。
请参阅图5所示，在一些实施例中，封装壳体140可以包括间隔分层排布的第一封装部191和第二封装部192，隔热层130贴合于第一封装部191和第二封装部192之间，第一封装部191设有第一收容腔193，集成电路芯片110设于第一收容腔193，第二封装部192设有第二收容腔194，红外传感元件120设于第二收容腔194。由此，通过采用PoP(Package onPackage，层叠封装)形式的封装将集成电路芯片110和红外传感元件120分离，可以进一步地阻隔集成电路芯片110和红外传感元件120之间的热量传递。
第一封装部191和第二封装部192之间还可以设置有电气连接件195，电气连接件195与集成电路芯片110和红外传感元件120电连接。
本实施例中，第一封装部191和第二封装部192可以均包括基板和面壳，关于基板和面壳的结构可以参考上述实施例的记载。集成电路芯片110可以设置于第一封装部191的基板，并通过邦定线170与基板内的线路电连接。导热层160和红外传感元件120依次叠置于第二封装部192的基板，红外传感元件120通过邦定线170与第二封装部192的基板内的线路电连接。可选地，当该数字式红外温度传感器还包括环境温度感测元件150时，环境温度感测元件150可设置于导热层160并通过邦定线170与第二封装部192的基板内的线路电连接。
电气连接件195可以是任意的导电结构，电气连接件195的一端与第一封装部191的基板电连接，另一端与第二封装部192的基板电连接，从而可以建立红外传感元件120、环境温度感测元件150与集成电路芯片110的电连接。
在一些实施例中，集成电路芯片110、红外传感元件120和环境温度感测元件150可以直接与电气连接件195电连接，也可以通过邦定线与电气连接件195建立电连接。
本申请实施例还提供一种电子设备200，如图6所示，该电子设备200包括外壳210以及数字式红外温度传感器100，数字式红外温度传感器100设置于外壳210，且红外滤波透镜180(详见图2、3)或者红外滤光部146(详见图4)露出于外壳210外。例如，数字式红外温度传感器100可设置于外壳210的外表面，以使红外滤波透镜180或者红外滤光部146露出于外壳210外；或者，外壳210上开设有测温窗口，数字式红外温度传感器100设置于外壳210的内壁，且红外滤波透镜180或者红外滤光部146与该测温窗口相对，以露出于外壳210外。
其中，电子设备200可以为穿戴设备或者移动终端，穿戴设备包括但不限于智能手表、智能手环、智能衣物等等。本申请实施例以电子设备200为智能手表为例进行说明，外壳210可以为表壳。
电子设备200还可以包括显示面板220和主板，显示面板220设置于外壳210并露出于外壳210外，主板设置于外壳210内并与集成电路芯片110电连接，可以根据集成电路芯片110输出的数字信号直接在显示屏220上显示温度值。
电子设备200通过数字式红外温度传感器100实现温度检测功能，数字式红外温度传感器100通过在集成电路芯片110和红外传感元件120之间设置隔热层130，能够在一定程度上隔绝热量传递，避免集成电路芯片110产生的热量影响红外传感元件120的测量准确度，且红外传感元件120、隔热层130和集成电路芯片110通过封装壳体140进行堆叠封装，可有效减少封装后整个传感器所占的面积，不会过多占用电子设备200内部空间。
在一些实施例中，电子设备200也可以是其他一些具有温度测量功能的电子设备，例如平板电脑、笔记本电脑、人体监测仪等等，在此并不具体限定。
关于数字式红外温度传感器100的详细结构特征请参阅上述实施例的相关描述。由于电子设备200包括上述实施例中的数字式红外温度传感器100，因而具有数字式红外温度传感器100所具有的一切有益效果，在此不再赘述。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制，虽然本申请已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本申请，任何本领域技术人员，在不脱离本申请技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本申请技术方案内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本申请技术方案的范围内。
Claims (13)
1.一种数字式红外温度传感器，其特征在于，包括：
集成电路芯片；
红外传感元件，与所述集成电路芯片间隔分层排布并电连接；
隔热层，设置于所述集成电路芯片和所述红外传感元件之间；以及
封装壳体，所述集成电路芯片和所述红外传感元件封装于所述封装壳体内。
2.根据权利要求1所述的数字式红外温度传感器，其特征在于，所述数字式红外温度传感器还包括环境温度感测元件，所述环境温度感测元件与所述红外传感元件位于所述隔热层的同一侧，并与所述集成电路芯片电连接。
3.根据权利要求2所述的数字式红外温度传感器，其特征在于，所述数字式红外温度传感器还包括导热层，所述导热层设置于所述隔热层和所述红外传感元件之间，所述导热层包括安装面，所述安装面背离所述隔热层，所述红外传感元件和所述环境温度感测元件设于所述安装面。
4.根据权利要求2所述的数字式红外温度传感器，其特征在于，所述红外传感元件和所述环境温度感测元件分别通过邦定线与所述集成电路芯片电连接。
5.根据权利要求1所述的数字式红外温度传感器，其特征在于，所述封装壳体开设有透光孔，所述透光孔与所述红外传感元件的位置相对；所述数字式红外温度传感器还包括红外滤波透镜，所述红外滤波透镜嵌设于所述透光孔。
6.根据权利要求1所述的数字式红外温度传感器，其特征在于，所述数字式红外温度传感器还包括红外滤波透镜，所述红外滤波透镜层叠设置于所述红外传感元件的红外接收面，所述红外接收面背离所述隔热层；所述封装壳体设有通孔，所述通孔与所述红外滤波透镜相对。
7.根据权利要求1所述的数字式红外温度传感器，其特征在于，所述封装壳体包括壳体主体部和红外滤光部，所述红外滤光部与所述壳体主体部相接，且所述红外滤光部与所述红外传感元件的位置相对。
8.根据权利要求1所述的数字式红外温度传感器，其特征在于，所述数字式红外温度传感器还包括贴片引脚，所述贴片引脚设置于所述封装壳体并显露于所述封装壳体外，所述贴片引脚与所述集成电路芯片电连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的数字式红外温度传感器，其特征在于，所述封装壳体包括基板和面壳，所述面壳盖设于所述基板形成容置腔，所述集成电路芯片、所述红外传感元件和所述隔热层设于所述基板且位于所述容置腔内，且所述隔热层贴合于所述集成电路芯片。
10.根据权利要求1-8任一项所述的数字式红外温度传感器，其特征在于，所述封装壳体包括间隔分层排布的第一封装部和第二封装部，所述隔热层贴合于所述第一封装部和所述第二封装部之间，所述第一封装部设有第一收容腔，所述集成电路芯片设于所述第一收容腔，所述第二封装部设有第二收容腔，所述红外传感元件设于所述第二收容腔。
11.根据权利要求10所述的数字式红外温度传感器，其特征在于，所述第一封装部和所述第二封装部之间设置有电气连接件，所述电气连接件与所述集成电路芯片和所述红外传感元件电连接。
12.一种电子设备，其特征在于，包括外壳以及如权利要求1-11任一项所述的数字式红外温度传感器，所述数字式红外温度传感器设置于所述外壳。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为穿戴设备或者移动终端。
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