一种DFN封装的数字式红外温度传感器的制作方法

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。

技术实现要素：

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0.5~3.8μm，镍镀层的厚度为0.2~0.5μm。

进一步地，所述sio2薄膜厚度为500nm或1μm。

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2~14μm，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0.2mm~0.3mm，其金属材料选用铂金。

进一步地，所述pt热敏电阻丝的宽为2μm，间距为8μm，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2~14μm，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0.5~3.8μm，镍镀层的厚度为0.2~0.5μm。隔热层采用sio2薄膜302，sio2薄膜厚度为500nm或1μm。

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0.2mm~0.3mm。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2μm，间距为8μm，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。