一种紫外传感器及其制备方法、电子设备与流程

文档序号:14686101发布日期:2018-06-14 23:13

本发明涉及电子设备制造领域,尤其涉及一种紫外传感器及其制备方法、电子设备。



背景技术:

穿戴式智能电子设备是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称。目前,穿戴式技术被广泛应用在各种电子设备中,例如穿戴式手表、手环、挂件、装饰品等。

其中,在穿戴式智能电子设备中,传感器是必不可少的器件,通过设置相应的传感器可实现例如紫外线、气体等的检测。

然而,由于穿戴式智能电子设备的续航能力都靠其自身配置的电池,随着电子设备的小型化,为了节省空间,其电池的体积相应的也很小,这就导致目前电子产品的续航能力都较差。



技术实现要素:

本发明的实施例提供一种紫外传感器及其制备方法、电子设备,可提高电子设备的续航能力。

为达到上述目的,本发明的实施例采用如下技术方案:

第一方面,提供一种紫外传感器,包括衬底、设置在所述衬底上的至少一个太阳能电池、以及至少一个紫外线检测元件;其中,所述太阳能电池和所述紫外线检测元件之间相互绝缘。

优选的,所述紫外线检测元件设置在所述衬底的中部。

进一步优选的,所述太阳能电池为多个;多个所述太阳能电池和至少一个所述紫外线检测元件阵列排布。

优选的,所述紫外线检测元件的面积为2-8μm2

优选的,所述太阳能电池包括第一电极、第二电极以及位于二者之间的第一N型半导体层和第一P型半导体层;所述紫外线检测元件包括第三电极、第四电极以及位于二者之间的第二N型半导体层和第二P型半导体层;其中,所述太阳能电池和所述紫外线检测元件的结构相同。

进一步优选的,所述第二电极包括电联接的第二电极的第一子部分和第二电极的第二子部分;所述第一电极和所述第二电极的第一子部分靠近所述衬底且间隔设置;第二电极的第二子部分远离所述衬底设置。

所述第四电极包括电联接的第四电极的第一子部分和第四电极的第二子部分;所述第三电极和所述第四电极的第一子部分靠近所述衬底且间隔设置;所述第四电极的第二子部分远离所述衬底设置。

第二方面,提供一种电子设备,包括控制电路板,所述控制电路板包括控制器,该电子设备还包括设置在所述控制电路板上的第一方面所述的紫外传感器,所述紫外传感器与所述控制器相连;其中,所述控制器用于控制所述紫外传感器中的紫外线检测元件工作,并在太阳能电池提供的电压小于所述紫外线检测元件的工作电压时,控制供电模块向所述紫外线检测元件供电。

优选的,所述供电模块为蓄电池;所述控制器还用于在所述太阳能电池提供的电压大于所述紫外线检测元件的工作电压时,对所述蓄电池供电。

优选的,所述电子设备还包括设置在所述控制电路板上的无线传输模块,用于将所述紫外传感器采集的数据传输到外部终端上。

优选的,所述电子设备还包括显示模块,用于显示所述紫外传感器采集的数据。

第三方面,提供一种紫外传感器的制备方法,包括:采用IC封装方式,将至少一个紫外线检测元件与至少一个太阳能电池封装在同一芯片中。

优选的,形成所述太阳能电池包括:通过构图工艺在衬底上形成第一电极、第二电极以及位于二者之间的第一N型半导体层和第一P型半导体层;形成所述紫外线检测元件包括:通过构图工艺在所述衬底上形成第三电极、第四电极以及位于二者之间的第二N型半导体层和第二P型半导体层;其中,所述太阳能电池的所述第一电极和所述第二电极,以及所述紫外线检测元件的所述第三电极和所述第四电极同步形成。

进一步优选的,形成所述太阳能电池的所述第一电极和所述第二电极,以及所述紫外线检测元件的所述第三电极和所述第四电极,包括:通过一次构图工艺形成间隔的所述第一电极以及第二电极的第一子部分,并形成所述第三电极以及第四电极的第一子部分;在形成所述第一N型半导体层和所述第一P型半导体层、所述第二N型半导体层和所述第二P型半导体层后,通过一次构图工艺形成第二电极的第二子部分,并形成第四电极的第二子部分;其中,所述第二电极的第二子部分和所述第二电极的第一子部分电联接;所述第四电极的第二子部分和所述第四电极的第一子部分电联接。

本发明实施例提供一种紫外传感器及其制备方法、电子设备,通过在紫外传感器中集成太阳能电池,可接收太阳能而转化为电能为紫外传感器中的紫外线检测元件供电,从而实现对紫外线强度的检测。当该紫外传感器应用在电子设备中时,由于该紫外传感器具有自供电功能,而且当太阳能电池转化的电能较多时,还可对电子设备的其他器件进行供电,因此,可提高电子设备的续航能力,从而提高用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,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为本发明实施例提供的一种紫外传感器中太阳能电池和紫外线检测元件的排布示意图一;

图2为本发明实施例提供的一种紫外传感器中太阳能电池和紫外线检测元件的排布示意图二;

图3为本发明实施例提供的一种紫外传感器中太阳能电池和紫外线检测元件的排布示意图三;

图4为本发明实施例提供的一种紫外传感器中太阳能电池和紫外线检测元件的排布示意图四;

图5为本发明实施例提供的一种紫外传感器中太阳能电池和紫外线检测元件的排布示意图五;

图6为本发明实施例提供的一种紫外传感器中太阳能电池和紫外线检测元件的结构示意图;

图7(a)为本发明实施例提供的一种电子设备中紫外传感器、蓄电池、充电电路及控制器的连接示意图;

图7(b)为本发明实施例提供的一种电子设备中紫外传感器、蓄电池、充电电路、控制器及无线传输模块的连接示意图;

图7(c)为本发明实施例提供的一种电子设备中紫外传感器、蓄电池、充电电路、控制器及显示模块的连接示意图;

图7(d)为本发明实施例提供的一种电子设备中紫外传感器、蓄电池、充电电路、控制器及显示模块和无线传输模块的连接示意图;

图8为本发明实施例提供的手环的示意图;

图9为本发明实施例提供的一种对紫外传感器进行封装的示意图;

图10(a)-10(c)为本发明实施例提供的制备紫外传感器中太阳能电池和紫外线检测元件的过程示意图。

附图标记:

1-紫外传感器;10-衬底;20-太阳能电池;201-第一电极;202-第二电极;2021-第二电极的第一子部分;2022-第二电极的第二子部分;203-第一N型半导体层;204-第一P型半导体层;30-紫外线检测元件;301-第三电极;302-第四电极;3021-第四电极的第一子部分;3022-第四电极的第二子部分;303-第二N型半导体层;304-第二P型半导体层;40-充电电路;50-蓄电池;60-控制器;70-无线传输模块;80-显示模块;901-封装盖;902-金属键合引线;903-引脚。

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。

本发明实施例提供一种紫外传感器1,如图1-5所示,包括衬底10、设置在衬底10上的至少一个太阳能电池20、以及至少一个紫外线检测元件30;其中,太阳能电池20和紫外线检测元件30之间相互绝缘。

此处,紫外传感器1的长和宽可控制在3cm以下,例如可以将紫外传感器1做成1cm×1cm,或者1.5cm×1.5cm,或2cm×2cm的尺寸。

太阳能电池20可将接收的太阳能转化为电能,紫外线检测元件30可对外界环境的紫外线强度进行检测。

其中,太阳能电池20接收的电能与其尺寸有关,太阳能电池20的数量越多,尺寸越大,接收的太阳能越多,转换的电能也越多。

紫外线检测元件30的尺寸无需太大,只要能对紫外线强度进行检测即可。紫外线检测元件30的个数越多,检测的紫外线强度越精确。

基于上述描述,需要说明的是,对于紫外线检测元件30的个数,可根据要求的紫外线强度的检测精确进行合理设置。

在此基础上,可合理设置太阳能电池20的数量和尺寸,以最大限度的转化电能为准。

其中,当紫外线检测元件30为多个时,每个紫外线检测元件30独立工作。当太阳能电池20为多个时,多个太阳能电池20可串联在一起。

本发明实施例提供一种紫外传感器1,通过在紫外传感器1中集成太阳能电池20,可接收太阳能而转化为电能为紫外传感器1中的紫外线检测元件30供电,从而实现对紫外线强度的检测。当该紫外传感器1应用在电子设备中时,由于该紫外传感器1具有自供电功能,而且当太阳能电池20转化的电能较多时,还可对电子设备的其他器件进行供电,因此,可提高电子设备的续航能力,从而提高用户体验。

优选的,如图1-5所示,紫外线检测元件30设置在衬底10的中部。

本发明实施例中,将紫外线检测元件30设置在衬底10的中部,可保证紫外线检测元件30接收到太阳能而对紫外线进行检测,保证对紫外线强度检测的准确性。此外,还可以在紫外线检测元件30应用在电子设备中时,避免由于在电子设备的边角被遮挡而导致对紫外线强度检测的不准确。

进一步优选的,如图3-5所示,太阳能电池20为多个;多个太阳能电池20和至少一个紫外线检测元件30阵列排布。

其中,为了保证对紫外线强度检测的精度,优选紫外线检测元件30的个数设置为两个以上,例如可以为4个或5个。

这样,一方面,有利于将紫外线检测元件30设置在中间位置,充分接受光照,提高检测的准确性,另一方面,太阳能电池20的数量越多,可转换的光能也越多。

考虑到紫外线检测元件30的尺寸无需太大即可实现对紫外线强度的检测,因此,优选的,紫外线检测元件30的面积为2-8μm2

示例的,紫外线检测元件30的尺寸可以为2um×2um,或者可以为3um×3um。

这样,可将紫外传感器1的更多面积用来设置太阳能电池20,从而最大化的转化电能。

优选的,如图6所示,太阳能电池20包括第一电极201、第二电极202以及位于二者之间的第一N型半导体层203和第一P型半导体层204。

紫外线检测元件30包括第三电极301、第四电极302以及位于二者之间的第二N型半导体层303和第二P型半导体层304。

其中,太阳能电池20和紫外线检测元件30的结构相同。

具体的,第一电极201例如可以为负极,第二电极202为正极,在此情况下,第一N型半导体层203靠近第一电极201设置,第一P型半导体层204靠近第二电极202设置。当然,也可以是第一电极201为正极,第二电极202为负极,此时第一N型半导体层203则靠近第二电极202设置,第一P型半导体层204靠近第一电极201设置。

第三电极301例如可以为负极,第四电极302为正极,在此情况下,第二N型半导体层303靠近第三电极301设置,第二P型半导体层304靠近第四电极302设置。当然,也可以是第三电极301为正极,第四电极302为负极,此时第二N型半导体层303则靠近第四电极302设置,第二P型半导体层304靠近第三电极301设置。

其中,第一电极201、第二电极202、第三电极301和第四电极302的材料可以为金属,例如Al(铝)、Cu(铜)、Ag(银)等,也可以为合金,例如Mg(镁)-Ag合金等。

第一N型半导体层203和第一P型半导体层204的材料可以为N型单晶硅和P型单晶硅。第二N型半导体层303和第二P型半导体层304的材料可以为N型GaN(氮化镓)和P型GaN。

需要说明的是,由于太阳能电池20和紫外线检测元件30中P型半导体层和N型半导体层中设置方式一定,均为层叠设置,因此,上述太阳能电池20和紫外线检测元件30的结构相同,即为,太阳能电池20的第一电极202和第二电极202、紫外线检测元件30中第三电极301和第四电极的设置方式相同。

本发明实施例中,将太阳能电池20和紫外线检测元件30的结构设置为相同,在工艺制作上更简单。

进一步优选的,如图6所示,第二电极202包括电联接的第二电极的第一子部分2021和第二电极的第二子部分2022;在此基础上,第一电极201和第二电极的第一子部分2021靠近衬底10且间隔设置;第二电极的第二子部分2022远离衬底10设置。

第四电极302包括电联接的第四电极的第一子部分3021和第四电极的第二子部分3022;在此基础上,第三电极301和第四电极的第一子部分3021靠近衬底10且间隔设置;第四电极的第二子部分3022远离衬底10设置。

本发明实施例中,通过将第二电极的第一子部分2021和第四电极的第一子部分3021靠近衬底10设置,可方便引出各电极的引线(也可称为键合引线),从而在对太阳能电池20和紫外线检测元件30封装时,可将第一电极201、第二电极202、第三电极301和第四电极302与芯片的引脚相连。

本发明实施例还提供一种电子设备,包括控制电路板,该控制电路板包括控制器,所述电子设备还包括设置在该控制电路板上的紫外传感器1,紫外传感器1与所述控制器相连。其中,所述控制器用于控制紫外传感器1中的紫外线检测元件30工作,并在太阳能电池20提供的电压小于紫外线检测元件30的工作电压时,控制供电模块向紫外线检测元件30供电。

此处,当紫外线检测元件30的个数为多个时,多个紫外线检测元件30可响应不同的紫外线强度而得到不同的电压信号,传给控制器进行处理后得到紫外线强度值。

需要说明的是,当太阳能电池20提供的电压小于紫外线检测元件30的工作电压时,控制器可控制供电模块向紫外线检测元件30提供不足的那部分电量。

本发明实施例提供一种电子设备,通过在紫外传感器1中集成太阳能电池20,可接收太阳能而转化为电能为紫外传感器1中的紫外线检测元件30供电,从而实现对紫外线强度的检测。其中,由于该紫外传感器1具有自供电功能,而且当太阳能电池20转化的电能较多时,还可对电子设备的其他器件进行供电,因此,可提高电子设备的续航能力,从而提高用户体验。

优选的,所述供电模块为蓄电池;在此情况下,所述控制器还用于在太阳能电池20提供的电压大于紫外线检测元件30的工作电压时,对所述蓄电池供电。

具体的,如图7(a)所示,控制电路板上可包括充电电路40,在控制器60的控制下,通过该充电电路40,紫外传感器1中的太阳能电池20可向蓄电池50供电。其中,控制器60例如可以为单片机,蓄电池50可向控制器60供电。

优选的,如图7(b)所示,所述电子设备还包括设置在控制电路板上的无线传输模块70,用于将紫外传感器1采集的数据传输到外部终端上。

具体的,当紫外传感器1中的紫外线检测元件30对紫外线强度进行检测而得到相应的电压信号时,通过AD(模数)转换之后,控制器60进行处理得到紫外线强度值,并且控制器60通过无线传输模块70将得到的紫外线强度值传输到外部终端上。

其中,无线传输模块70可以为低功耗的蓝牙模块,或低功耗的Wi-Fi模块等。蓄电池50也可向无线传输模块70供电。

本发明实施例通过无线传输模块70将紫外传感器1采集并经控制器60处理后得到的紫外线强度值传输到外部终端上,可使用户实时了解外界环境的紫外线强度,从而据此采用相应的应对措施。此外,通过无线传输模块70还可以将该电子设备接入物联网,通过积累更多的数据可以供给大数据分析以及智能分析。

进一步优选的,如图7(c)和7(d)所示,所述电子设备还包括显示模块80,用于显示紫外传感器1采集的数据。

具体的,当紫外传感器1中的紫外线检测元件30对紫外线强度进行检测而得到相应的电压信号时,通过AD转换之后,控制器60进行处理得到紫外线强度值,并且控制器60通过显示模块80显示该紫外线强度值。

其中,蓄电池50也可向显示模块80供电。

本发明实施例通过显示模块80显示紫外传感器1采集并经控制器60处理后得到的紫外线强度值,可使用户实时了解外界环境的紫外线强度,从而据此采用相应的应对措施。

基于上述,所述电子设备可以为胸针、指环、手环、智能挂件等智能穿戴电子设备。

以手环为例,如图8所示,其可以包括控制电路板以及显示模块80,控制电路板上包括充电电路和单片机(图8中未标识出),此外还可设置蓄电池50和紫外传感器1。其中,控制电路板可采用柔性电路板,在此基础上,蓄电池50也可选用柔性电池。

其工作过程为:当紫外传感器1中的太阳能电池20接收太阳能时,向紫外传感器1中的紫外线检测元件30供电,以使紫外线检测元件30对紫外线强度进行检测而得到相应的电压信号时,通过单片机的AD转换后,进行处理得到紫外线强度值,之后发送到显示模块80显示该紫外线强度值。与此同时,太阳能电池20还有多余的电能,则可通过充电电路向蓄电池50供电。

本发明实施例还提供一种紫外传感器的制备方法,包括:采用IC(集成电路)封装方式,将至少一个紫外线检测元件30与至少一个太阳能电池20封装在同一芯片中。

具体的,如图9所示,在衬底10上先形成至少一个紫外线检测元件30与至少一个太阳能电池20,然后采用封装盖901进行封装,在此过程中,可通过金属键合引线902使紫外线检测元件30的电极以及太阳能电池20的电极与芯片的引脚903相连。

本发明实施例提供一种紫外传感器的制备方法,通过采用IC封装方式,在紫外传感器1中集成太阳能电池20,可接收太阳能而转化为电能为紫外传感器1中的紫外线检测元件30供电,从而实现对紫外线强度的检测。当该紫外传感器1应用在电子设备中时,由于该紫外传感器1具有自供电功能,而且当太阳能电池20转化的电能较多时,还可对电子设备的其他器件进行供电,因此,可提高电子设备的续航能力,从而提高用户体验。

优选的,如图6所示,形成太阳能电池20包括:通过构图工艺在衬底10上形成第一电极201、第二电极202以及位于二者之间的第一N型半导体层203和第一P型半导体层204。

形成紫外线检测元件30包括:通过构图工艺在衬底10上形成第三电极301、第四电极302以及位于二者之间的第二N型半导体层303和第二P型半导体层304。

其中,太阳能电池20的第一电极201和第二电极202,以及紫外线检测元件30的第三电极301和第四电极302同步形成。

此处,第一电极201例如可以为负极,第二电极202为正极,在此情况下,第一N型半导体层203靠近第一电极201形成,第一P型半导体层204靠近第二电极202形成。当然,也可以是第一电极201为正极,第二电极202为负极,此时第一N型半导体层203则靠近第二电极202形成,第一P型半导体层204靠近第一电极201形成。

第三电极301例如可以为负极,第四电极302为正极,在此情况下,第二N型半导体层303靠近第三电极301形成,第二P型半导体层304靠近第四电极302形成。当然,也可以是第三电极301为正极,第四电极302为负极,此时第二N型半导体层303则靠近第四电极302形成,第二P型半导体层304靠近第三电极301形成。

其中,第一电极201、第二电极202、第三电极301和第四电极302的材料可以为金属,例如Al(铝)、Cu(铜)、Ag(银)等,也可以为合金,例如Mg(镁)-Ag合金等。

第一N型半导体层203和第一P型半导体层204的材料可以为N型单晶硅和P型单晶硅。第二N型半导体层303和第二P型半导体层304的材料可以为N型GaN和P型GaN。

本发明实施例中,将太阳能电池20的第一电极201和第二电极202,以及紫外线检测元件30的第三电极301和第四电极302同步形成,在工艺制作上更简单。

下面提供一具体实施例以详细描述一种紫外传感器的制备方法,包括如下步骤:

S10、如图10(a)所示,在衬底10通过一次构图工艺形成间隔的第一电极201以及第二电极的第一子部分2021,并形成第三电极301以及第四电极的第一子部分3021。

其中,衬底10可采用陶瓷衬底、玻璃衬底等。

S11、如图10(b)所示,在第一电极201和第二电极的第一子部分2021之间形成单晶硅的PN结结构,在第三电极301和第四电极的第一子部分3021之间形成GaN的PN结结构。

其中,单晶硅的PN结结构与第一电极201接触,与第二电极的第一子部分2021不接触;GaN的PN结结构与第三电极301接触,与第四电极的第一子部分3021不接触。

单晶硅的PN结结构包括第一N型半导体层203和第一P型半导体层204;GaN的PN结结构包括第二N型半导体层303和第二P型半导体层304。

S12、如图10(c)所示,形成绝缘层,该绝缘层包括露出第二电极的第一子部分2021和第四电极的第一子部分3021的过孔。

S13、参考图6所示,通过一次构图工艺形成第二电极的第二子部分2022,并形成第四电极的第二子部分3022。

其中,第二电极的第二子部分2022通过S12中的过孔与第二电极的第一子部分2021电联接;第四电极的第二子部分3022通过S12中的过孔与第四电极的第一子部分3021电联接。

以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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