CN2658728Y - 热电堆红外线感测组件的封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种热电堆红外线感测组件的封装结构，其利用硅微机电加工技术制作出一具有凹洞设计的封盖，然后将封盖安装至一传感器的基板上，以密封住基板上的热电组件，此封盖除具有密闭组件的作用外，还兼具感应频谱与视线范围大小的律定功能。此外，还可配合一承载基板以结合感测组件构成一表面粘着组件(SMD)，应用于各种相关电路的组装制作；此种封装结构利于大量生产，减少组件制造流程、材料、体积与重量，构成的表面粘着组件还可与自动化生产技术的电子零件型态契合。

Description

热电堆红外线感测组件的封装结构

技术领域

本实用新型涉及一种热电堆红外线感测组件的封装结构，特别是一种利用硅微机电加工技术制作的组件与封盖，此类封装结构可制成热电堆红外线感测表面粘着组件，以配合表面粘着技术(SMT)自动化生产的趋势。

背景技术

就现有技术而言，以热电偶(thermocouple)作为温度感测乃是一种相当广泛的技术。热电偶的原理为利用二种不同金属(导体)构成环路时，当冷热二接合点的温度不同时，环路中就会产生电压，此种热电特性即称的为席贝克效应(Seebeck effect)。藉由量测席贝克电压的大小即可知道热电偶二端的温差，进而测定与校正温度。

热电偶经过特殊组件结构设计，藉由吸收热辐射的能量造成冷热二接合点温差，亦可作为热辐射度量的感测组件。早期的热电偶多用金属细丝制成，如铜-康铜(Cu-Constantan)，而后发现半导体材料有更高的热电系数，所以大力发展半导体热电偶作为微弱热辐射检测；然而，单个热电偶提供的热电电压有限，所以串联数十个或上百个热电偶，构成所谓的热电堆(thermopile)，藉以提升热电电压讯号。此热电电压系与热电偶数目、材料的热电系数、冷热接合点温差等数值的乘积成正比。

近年来随着硅微机电加工技术普及，发展出具备低热容与高热绝缘特性的高性能热电堆结构，其系使用半导体制程材料，例如多晶硅与铝作为热电偶，再配合半导体量产技术，提供高品质与价格低的热电堆等各种应用。热电堆红外线感测组件主要应用在如耳温枪、吹风机、微波炉、汽车工业等有关温度量测与监控，以及利用红外线吸收特性为基础的气体检测器上，应用相当广泛。

传统的热电堆红线感测组件主要系采用标准的TO-5或TO-18金属晶体管封装，如图1所示，此封装结构在前面的金属封盖前端打洞后再填补上适当的红外线穿透材料，此穿透材料通常会镀上一抗反射膜，以提升红外线穿透率及配合应用需求率定出适当的穿透波段。然而，此种金属晶体管包装制程繁复，体积大且成本昂贵，且其在进行印刷电路制作时，亦与目前采用的表面粘着技术制程不兼容，需要额外的加工制程，实不利于量产，且会增加电路板尺寸材料、人工与时间等生产成本。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种热电堆红外线感测组件的封装结构，利用硅微机电加工技术制成的封盖来密封感测组件，且此封盖除了具有密闭组件的作用外，亦兼具感应频谱与视线范围大小的律定功能。

本实用新型可同时配合一基板构成一表面粘着组件(Surface MountDevice，SMD)，以利于大量生产，并减少组件制造流程、材料、体积与重量。

本实用新型可构装成为一种热电堆红外线传感器表面粘着组件，此乃与现有自动化生产技术的电子零件型态相契合，有助于制造商采用自动化生产设备，减少生产流程与时程，并降低系统制造的成本，故有利于量产化。

为达到上述的目的，本实用新型提出一种新的热电堆红外线感测组件的封装结构，包括：一传感器，是在一基板上形成的热电组件；以及一封盖，是在一硅基材蚀刻一凹洞而形成，该封盖安装至该传感器的该基板上，以密封其上的热电组件。

另外，本实用新型在封盖的内外表面各设有一抗反射多层膜；于上述封盖的外表面镀上一金属屏蔽层，以藉由封盖厚度与金属屏蔽层来控制该传感器的视线范围(FOV)。另外，亦可利用封盖尺寸与蚀刻深度来控制调整该传感器的视线范围。

下面结合附图以具体实例对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1为传统的热电堆红外线感测组件采用标准TO-5或TO-18金属晶体管封装的结构示意图；

图2为本实用新型的封装结构示意图；

图3为本实用新型增设有金属屏蔽层的封装结构示意图；

图4为本实用新型封装成无引线芯片承载封装(LCC)形式的结构示意图；

图5为本实用新型封装成小外型封装(SOIC)形式的结构示意图；

图6为本实用新型封装成球栅数组封装(BGA)形式的结构示意图；

图7为本实用新型构装成COB电路板制作方式的结构示意图。

附图标记说明：10热电堆红外线感测组件；12传感器；14基板；16空腔部；18薄膜浮板；20热电组件；22黑体辐射吸收层；24绝缘层；26金属垫；28封装胶体；30封盖；32抗反射多层膜；34抗反射多层膜；36金属屏蔽层；38焊锡；40承载基板；42打线；44封胶；46焊接脚；48焊锡球；50电路板。

具体实施方式

本实用新型提供了一种新的热电堆红外线感测组件的封装结构，其系利用硅微机电加工技术制作出的封盖来密封传感器，并同时配合一承载基板构成一表面粘着组件(SMD)，此种封装结构不但利于量产，且较传统技术更可减少组件制造流程、材料、体积与重量，足以取代传统所使用的TO-5或TO-18的封装方式。

图2为本实用新型的封装结构示意图，如图所示，一热电堆红外线感测组件10的封装结构主要由一热电堆传感器12及一封盖30组成。此传感器12包含一单晶硅基板14，利用化学蚀刻制程于基板14上蚀刻成一空腔部16，一薄膜浮板18覆盖于此空腔部16上，且此薄膜浮板18由一层以上的绝缘薄膜构成，较佳者为硅氧化物与硅氮化物结构层；再于薄膜浮板18上设置有一个或复数个的热电组件20，并利用此热电组件20形成一热接合点及一冷接合点，此热接合点设于薄膜浮板18中心，而冷接合点则位于基板14侧，当薄膜浮板18照射光线后，其温度分布以中心为最高，再向周围递减；以及一用以吸收红外线的黑体辐射吸收层22藉由氧化硅或氮化硅的绝缘层24设置于热电组件20的最上层，此黑体辐射吸收层22的覆盖范围必须覆盖住热接合点，而外围则以不覆盖到冷接合点为界。另在热电组件20周围的基板14上设有复数个金属垫26，以提供作为后续打线制程的接触垫。

接着，藉由一封装胶体28，将一利用硅基材蚀刻一凹洞制成的封盖30安装在上述传感器12的基板14上的绝缘层24表面，以密封住其上的该热电组件20等；在此封盖30的内外表面则分别设有一抗反射多层膜32、34，如此即可完成一初步的热电堆红外线感测组件10封装结构。

其中，上述的硅基材蚀刻一凹洞系利用硅异方性蚀刻技术或硅等方性蚀刻技术来完成的，两者完成的封盖外型不同，然功能相同；且除了使用封装胶体28密封该封盖30与传感器12之外，亦可使用焊锡或低温玻璃密封。

本实用新型选用适当的硅基材厚度来制作封盖30，入射于封盖30内侧斜边的红外线因全反射而无法被传感器12接收，形成入射光自然屏蔽，故感测组件10的视角主要由封盖30的薄板区尺寸与薄板到传感器12距离决定，其中薄板到传感器12距离主要藉由蚀刻深度来控制。此外，为求取更佳视角设计效果，亦可在封盖30外表面的抗反射多层膜34表面镀上一层金属屏蔽层36，如图3所示，以利用封盖30厚度与该金属屏蔽层36来规范感测组件10的视线范围。

另一方面，随着电器产品的短小轻薄化，目前电路板采用的零件，不论是主动组件或是被动组件，其封装形式都以表面粘着组件(SMD)为主，以利于快速自动化生产与量产。本实用新型于前面所揭露的热电堆红外线感测组件可轻易构装成各种不同形式的表面粘着组件，以符合现有技术趋势。

如图4所示，将热电堆红外线感测组件10安装固定于一已布线且已上有焊锡38的承载基板40上，通常为氧化铝基板或印刷电路板(PCB)，且该焊锡38系作为对外的导电接点；再利用复数打线42将讯号线连接至承载基板40上，最后涂上一封胶44以保护打线42及增加机构强度，如此即可完成一无引线芯片承载封装(Leadless Chip Carrier，LCC)形式的表面粘着组件。再利用复数只焊接脚46代替该承载基板40上的焊锡38，即可形成如图5所示的小外型封装(SOIC)形式的表面粘着组件。

如上所述，本实用新型亦可封装成球栅数组封装(BGA)形式，如图6所示，在承载基板40底面设有复数个焊锡球48，以利用该等焊锡球48作为感测组件10对外的导电接点。此外，更可将感测组件10直接构装至一电路板50上，且感测组件10利用打线42电连接至该电路板50上，如图7所示，以构装成一COB(Chip On Board)电路板制作方式。

其中，在上述的承载基板上还可设有热敏电阻或是二极管，以作为本体温度的量测。

本实用新型利用硅微机电加工技术制成的封盖来密封感测组件，封盖的内外两面各镀有一抗反射多层膜以增加穿透率与限定传感器的感应频谱；再设计适当的封盖薄板处的尺寸、凹洞蚀刻深度与金属屏蔽层尺寸来控制该传感器的视线范围。同时配合承载基板的设计，以构装成一种热电堆红外线传感器表面粘着组件，以减少组件制造流程、材料、体积与重量，并有助于制造商采用自动化生产设备，减少生产流程与时程，降低系统制造的成本，因此有利于量产化。

Claims (11)

1、一种热电堆红外线感测组件的封装结构，其特征在于包括：

一传感器，是在一基板上形成的热电组件；以及

一封盖，是在一硅基材蚀刻一凹洞而形成，该封盖安装至该传感器的该基板上，以密封其上的热电组件。

2、如权利要求1所述的热电堆红外线感测组件的封装结构，其中该传感器包括：

基板，具有一空腔部；

一薄膜浮板，位于该空腔部上方；

数个热电组件，形成于该薄膜浮板上；

一绝缘层，位于该热电组件上方；以及

一黑体辐射吸收层，覆盖于该绝缘层上。

3、如权利要求2所述的热电堆红外线感测组件的封装结构，其中该薄膜浮板是由一层以上的薄膜构成的绝缘结构，较佳者为硅氧化物与硅氮化物结构层。

4、如权利要求1所述的热电堆红外线感测组件的封装结构，其中在该封盖的内外表面设有一抗反射多层膜。

5、如权利要求1所述的热电堆红外线感测组件的封装结构，其中在该封盖的外表面镀一金属屏蔽层。

6、如权利要求1所述的热电堆红外线感测组件的封装结构，其中该封盖借助封装胶体、焊锡或低温玻璃密封传感器。

7、如权利要求1所述的热电堆红外线感测组件的封装结构，其中在该传感器的基板下方还设有一承载基板，并形成有数个对外的导电接点，以构成一表面粘着组件。

8、如权利要求7所述的热电堆红外线感测组件的封装结构，其中该承载基板为氧化铝基板及印刷电路板。

9、如权利要求7或8所述的热电堆红外线感测组件的封装结构，其中在该承载基板上还可设有热敏电阻或二极管。

10、如权利要求7所述的热电堆红外线感测组件的封装结构，其中该对外的导电接点为焊锡、焊接脚及焊锡球。

11、如权利要求1所示的热电堆红外线感测组件的封装结构，其中该传感器直接构装至一电路板上。

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