[发明专利]支持SMD的红外热电堆传感器

说明书

本发明涉及一种用于非接触式温度测量的支持SMD的红外热电堆传感器，作为热点或用于手势检测，在单片集成传感器芯片上具有至少一个微型化热电堆像素，所述传感器芯片容纳在气密密封的壳体中，该壳体由至少部分地非金属的壳体基板和壳体盖组成，气体或气体混合物容纳在壳体中。本发明的目的是设计一种微型化的可表面安装的红外热电堆传感器，其具有特别低的总高度，特别是在z方向上。这是借助于在与热电堆像素(29)相对的壳体盖(3)中引入孔径开口(26)来实现的，该孔径开口由聚焦透镜(4)闭合，该聚焦透镜将来自物体的辐射聚焦在壳体基板(1)上的热电堆像素(29)上，并且借助于在热电堆像素(29)旁集成在同一传感器芯片(2)上的信号处理单元(12)，其中总壳体高度(1)和壳体盖(3)至多为3mm或小于2.5mm。

技术领域

本发明涉及一种用于非接触式温度测量的支持SMD的热电堆红外传感器，作为热点或用于手势检测，在单片集成传感器芯片上具有至少一个微型化热电堆像素，该传感器芯片容纳在气密密封的壳体中，该壳体由至少部分地非金属的壳体基板和壳体盖组成，其中气体或气体混合物位于壳体中。

背景技术

非接触式温度测量、手势控制或热和冷物体的检测正日益成为诸如智能电话、智能平板或其他小型便携式设备的移动设备的兴趣。在这种情况下，由于可用空间小或者由于越来越小的设备厚度，所以要安装的SMD部件的特别小的尺寸是重要的。因为还要捕获更加远程或空间定界的测量对象，所以传感器需要小的视角。

红外传感器也必须在安装到一个所述设备之前进行“校准”，即能够输出可再现的物体温度。一个优选的应用领域是，例如，使用智能电话进行非接触式发热测量，这又需要非常高的测量精度。

智能电话的壳体的尺寸的典型要求尤其在于，z轴(即，在测量方向上)为至多3mm并且优选地仅2mm，使得红外传感器可以布置成例如邻近电路板上的CMOS摄像头，或布置在智能电话端面上的极其狭窄的空间中。另外，红外传感器的x和y方向的横向尺寸也小于5mm，优选至少在一个轴上小于3-4mm。

已知以硅微机械技术生产的大量热红外传感器，例如热电传感器、辐射热计和热电堆。为了在温度测量中实现高水平的绝对精度，热电传感器需要调制器(斩波器)。辐射热计还需要通过机械快门至少暂时地进行偏移补偿以实现高精度。

作为传感器的机械运动部件，斩波器和快门都需要在设备的使用寿命期间具有足够的可靠性，并且必须安装在IR传感器的光学通道中(即，在观察方向上位于传感器的前方)。因此，“z方向”的尺寸将增加大约1mm，因为必须将斩波器或快门安装到光学通道中。由于聚焦光学单元，传感器芯片和壳体除了附加的斩波器/快门组件之外还需要空间，因此在目前现有技术中不可能使用热电传感器或辐射热计传感器来构造具有3mm或甚至2mm z轴(所谓的光学轨道)的小型IR传感器。

在没有斩波器/快门的情况下，使用辐射热计或热电传感器无法实现所需的测量精度，特别是对于发热测量。然而，即使没有安装的快门，目前已知的基于辐射热计的最小红外阵列传感器具有用于温度测量的安装的光学单元和信号处理，FLIR Systems的“Lepton”，其壳体高度为5.9mm(参见数据表“FLIR Lepton”，FLIR Systems，Goleta，CA，USA)。这与现代智能电话的可允许壳体尺寸相差甚远。因此，在现有技术中，热电传感器和辐射热计不能用于现代细长的智能电话中。

热电堆红外传感器也用于对具有高精度的消费者测量设备(例如，发热温度计)重要的大件。在这种情况下，通常使用晶体管壳体(TO壳体)。用于此类测量目的的最小TO传感器具有大约3mm的壳体高度，但是，它们没有聚焦光学单元，这导致视角大于100°，这太大了，并且也不存在任何类型的信号处理(参见数据表10TP583T-0154,Semitek IshizukaElectronics,Japan的数据表)。