阅读说明：本技术 一种dfn封装的数字式红外温度传感器 (Digital infrared temperature sensor of DFN encapsulation ) 是由 杨明鹏 鹿永琪 冯李航 姚敏 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种DFN封装的数字式红外温度传感器,包括顶部带有开窗的DFN封装外壳,DFN封装外壳内设有热电堆、TC模板和ASIC模块,DFN封装外壳开窗处设有红外滤光片,所述红外滤光片与DFN封装外壳围成密闭空间；DFN封装外壳上设有引气孔和排气孔,DFN封装外壳底部设有引脚,DFN封装外壳内壁上设有金属屏蔽层和SiO<Sub>2</Sub>薄膜。具有微型化,低成本,电磁屏蔽效能好,测量精度高,易读性好,成型工艺简单,适合大规模的生产,应用广泛的优点。(The invention discloses a DFN packaged digital infrared temperature sensor, which comprises a DFN packaging shell with a window at the top, wherein a thermopile, a TC template and an ASIC module are arranged in the DFN packaging shell; the DFN packaging shell is provided with air guiding holes and air exhaust holes, and the bottom of the DFN packaging shellThe inner wall of the DFN packaging shell is provided with a metal shielding layer and SiO 2 A film. The device has the advantages of miniaturization, low cost, good electromagnetic shielding efficiency, high measurement precision, good readability, simple forming process, suitability for large-scale production and wide application.)

一种DFN封装的数字式红外温度传感器

技术领域

本发明属于红外温度传感器技术领域，具体涉及一种DFN封装的数字式红外温度传感器。

背景技术

红外温度传感器的敏感单元吸收待测目标的红外辐射后，其红外光吸收区会产生温升，从而引起温度传感器某些物理量的变化，例如热电压或者热电阻等的变化。红外温度传感器的一个优势是可实现非接触测量，在不宜与待测目标接触的场合下，可以规避接触测温，例如在传染病的防疫工作中，非接触测温具有重要作用。此外，红外温度传感器还具有响应速度快、使用安全、寿命长等优点。

目前红外温度传感器的温度敏感元件较多选用热电堆，一般由若干个热电偶串联而成，待测目标的红外辐射使得热电堆热端温度升高，由于赛贝克效应，会在热电堆的热、冷端产生温差电动势。对温差电动势的冷端温度进行补偿，即可得出待测目标的实时温度。

目前市面上常见的红外温度传感器的封装方式是TO罐封装，将高精度红外热电堆封装于金属TO罐中，但是TO封装体积较大，不易于集成化。

DFN塑料封装方法目前较多用于传统IC集成电路的封装工艺中，具有体积小、可批量化生产等优点；然而，目前却较少将DFN塑料封装方法应用于热电堆红外温度传感器中。主要存在如下技术难点：（1）热电堆接收的红外辐射能量较少，对于热量的隔热要求高；（2）DFN塑料封装，电磁屏蔽效能较弱。此外，虽然有国内公司已经成功研发出微型封装的红外热电堆传感器，但是其输出信号依然是模拟电压信号，不利于该产品的推广应用。

发明内容

鉴于以上述现有技术的存在的问题，本发明提供一种用DFN封装的数字式红外温度传感器。

为实现上述发明的目的，本发明的具体技术方案如下：

一种DFN封装的数字式红外温度传感器，包括顶部带有开窗的DFN封装外壳，DFN封装外壳内设有热电堆、TC模板和ASIC模块，DFN封装外壳开窗处设有红外滤光片，所述红外滤光片与DFN封装外壳围成密闭空间；DFN封装外壳上设有引气孔和排气孔，DFN封装外壳底部设有引脚，DFN封装外壳内壁上设有金属屏蔽层和SiO₂薄膜隔热层。

进一步地，所述金属屏蔽层采用在DFN封装的壳体内壁蒸镀有铜镀层和铜镀层，其中铜镀层的厚度为0.5~3.8 μm，镍镀层的厚度为0.2~0.5 μm。

进一步地，所述SiO₂薄膜厚度为500 nm或1 μm。

进一步地，所述热电堆为微型热电堆，可实现红外光辐射能量到电压信号的转化。

进一步地，所述红外滤光片的波长通带为2~14 μm，其对应的测温范围约为-65~200ºC。

进一步地，所述TC模块采用金属热电阻或PTC热敏电阻或NTC热敏电阻。

进一步地，TC模块采用微型金属热电阻，其尺寸为0.2 mm~0.3 mm，其金属材料选用铂金。

进一步地，所述Pt热敏电阻丝的宽为2 μm，间距为8 μm，检测精度为±0.05℃。

进一步地，红外滤光片与DFN封装外壳围成密闭空间中充有惰性气体，惰性气体选用氩气。

进一步地，所述封装壳外部的底端安装有五个引脚，分别是SDA，VDD，GND，SCL，ADDR。

本发明的DFN封装的数字式红外温度传感器，具有以下有益效果：

（1）本发明的DFN封装的数字式红外温度传感器基于MEMS工艺，内置微型热电堆，并采用塑料DFN封装方式，实现红外温度传感器的微型化，在可靠性与金属或陶瓷材料相当的前提下，还具有微型化，低成本，成型工艺简单，适合大规模的生产，应用广泛的优点。

（2）本发明通过两个气孔在DFN壳体内部填入惰性气体，增加了壳体内的热阻，降低了热电堆热端的热量流失速率，提高检测精度。

（3）本发明在DFN内壁蒸镀了金属屏蔽层，提高了红外温度传感器的电磁屏蔽效能；本发明采用的Cu/Ni双镀层具有良好的电磁屏蔽功能，镍镀层具有较好的耐磨耐蚀性，可以保护内部的铜层不被氧化，长久耐用。

（4）本发明在DFN金属屏蔽层之外继续蒸镀一层SiO₂薄膜，起到防止连接线短路的作用，同时由于SiO₂具有较大的热阻，进一步减少热量流失速率，提高检测精度；

（5）本发明采用的镀膜工艺，可批量生产。相比于普通贴膜工艺，可实现生产自动化，且不会产生贴膜误差，比如贴膜过程中造成的贴膜不完整而导致电磁泄漏等问题；

（6）本发明将ASIC模块同时封装于壳体内，实现对热电堆及TC模块的信号处理与温度补偿，并提供电压输入端口与数字输出端口，提高该温度传感器的可读性与易集成性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图（也作摘要附图）；

图2是本发明的顶视图；

图3是本发明的壳体图；

图4是本发明的Pt热电阻；

图中：1、DFN封装外壳；2、红外滤光片；3、引气孔；4、排气孔；5、TC模块；6、装配焊点；7、热电堆；8、ASIC模块；201、窗口；202、SDA；203、VDD；204、GND；205、SCL；206、ADDR；301、DFN封装外壳；302、SiO₂薄膜；303、Cu/Ni镀层。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的方法与系统，以下结合具体附图对本发明作进一步说明。

实施例一：

本发明的DFN封装的数字式红外温度传感器包括：DFN封装外壳1；红外滤光片2；引气孔3；排气孔4；TC模块5；装配焊点6；热电堆7；和ASIC模块8。

请参阅图1及图2，为最大可能减小所述DFN封装的数字式红外温度传感器的体积，选用微型热电堆作为温度敏感器件，将其封装于传感器内部，其功能是将红外辐射能量转换成电信号；红外滤光片2的波长通带为2~14 μm，实现了干扰光的滤除；所述TC模块5采用可采用金属热电阻或PTC热敏电阻或NTC热敏电阻，对热电堆的冷端温度进行补偿，得出待测目标的实时温度；ASIC模块可对NTC热敏电阻供电，且可对热电堆与TC模块的模拟信号进行处理并作温度补偿运算；热电堆7，TC模块5，ASIC模块8相隔一定间距排列，并通过装配焊点6安装在DFN封装外壳的底部；红外滤光片固定在箱体上部打开的窗口处并密封良好，红外滤光片与DFN封装外壳一起构成密闭空间。

如图1所示，封装壳两侧分别开有引气口3与排气口4，通过这两个气孔注入惰性气体，优选气体是氩气。

实施例二：

请参阅图2，本实例进一步设计在于，封装方式为塑料DFN封装，封装外部的底端安装有五个引脚，分别是SDA，VDD，GND，SCL，ADDR。所述SDA的功能是I2C数据线；VDD是电源端；GND是接地端；SCL是I2C时钟线；ADDR是I2C的LSB端口。

实施例三：

请参阅图3，本实例进一步设计在于，通过在封装壳内壁镀有屏蔽层和隔热层，提高了红外温度传感器的电磁屏蔽效能，防止连接线短路，减少热量流失速率，提高检测精度。DFN封装外壳301内壁上依次为屏蔽层为Cu/Ni镀层303和Cu/Ni镀层303 和SiO₂薄膜302，其中铜镀层的厚度为0.5~3.8 μm，镍镀层的厚度为0.2~0.5 μm。隔热层采用SiO₂薄膜302，SiO₂薄膜厚度为500 nm或1 μm。

实施例四：

本实例进一步设计在于，屏蔽层与隔热层的加工顺序与方法，蒸镀步骤为：DFN封装壳内部先蒸镀一层Cu，然后再蒸镀Ni，最后蒸镀SiO₂层。

请参阅图4，TC模块为微型TC模块，用于补偿热电堆的冷端温度。TC模块采用金属热电阻或PTC热敏电阻或NTC热敏电阻。TC模块的尺寸为0.2 mm~0.3 mm。TC模块Pt热电阻的加工工艺包括如下步骤：

a.在硅基表面生SiO₂薄膜；

b.在SiO₂薄膜上生长Pt层；

c.光刻工艺刻蚀中Pt丝图案；

d.制备SiO₂保护层；

e.光刻工艺制备Pt热电阻电连接点。

所属Pt热敏电阻丝的宽为2 μm，间距为8 μm，包含15个线路循环。所述热电堆与TC模块的输出信号接入ASIC模块，对热电堆的冷端温度进行补偿，进而测出待测目标的实时温度。该传感器的原始信息经过处理后存储在RAM中，所述功能由状态机控制，每个测量转换的结果都可以通过I²C访问。

综上所述，本发明的DFN封装的数字式红外温度传感器，TC模块为微型温度补偿模块，DFN封装外壳采用塑料DFN封装，DFN封装壳体的内部蒸镀一层Cu/Ni金属薄膜与SiO₂薄膜，分别作为屏蔽层与隔热层。本发明可实现红外温度传感器的微型化，可实现红外温度传感器的微型化；具有不逊于金属或陶瓷封装结构的可靠性，还具有微型化，低成本，成型工艺简单，适合大规模生产，应用广泛等优点。

本申请通过在壳体内部镀有屏蔽层使其具有良好的电磁屏蔽效能；通过在壳体内注入惰性气体及在壳体内壁镀有SiO₂薄膜防止连接线短路，减少热量流失速率，提高传感器的检测精度；本发明采用的镀膜工艺可实现批量生产，相对于贴膜工艺，提高了生产效率与产品一致性；通过集成ASIC模块提高了该数字式红外温度传感器的可读性与易集成性。