红外线热电堆传感器制造技术

一种红外线热电堆传感器，其包括一含红外线透镜的硅质封盖、一含有双热电堆感测元件的红外线感测芯片及计算待测物的温度的微控制器芯片，所述元件利用堆叠式3D封装以缩小体积。在红外线感测芯片与微控制器芯片可具有金属层以屏蔽热辐射。本发明专利技术的非接触式红外线热电堆传感器可进行手腕温度至身体核心温度的转换。借由侦测到的环境温度信息、默认的或输入的水蒸气压信息等来计算身体核心温度。在不同温度下手腕温度标准偏差、性别及相对湿度，可有不同的手腕温度至身体核心温度的转换方式。式。式。

【技术实现步骤摘要】
红外线热电堆传感器


[0001]本专利技术涉及一种传感器，尤指一种红外线热电堆传感器。

技术介绍

[0002]穿戴式温度传感器于医院中应用来做早期侦测病患的感染已被证明有其功效，感染为肾衰竭病人的发病与致死的重要原因。因此，特别是在肾移植中的透析(dialysis)或免疫抑制(immunosuppression)及其他免疫相关疾病治疗中，早期辨识及治疗感染已被使用来降低致死率。如此衍伸出持续地对病患的身体温度监测可帮助感染的早期侦测及治疗。目前在加护病房中对病患的体温监测以每2
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4小时由护士为之，因此对病患进行持续的体温监测有其需求。
[0003]经由皮肤温度来进行温度监测对于体温的长期持续监测为便利的方式。以穿戴式装置来说，例如手表，其可借由接触式或非接触式传感器(例如，热电堆传感器)来测量手腕温度，而其读数可经由无线通信方式(例如，蓝芽或Wi
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Fi)传送至控制中心。
[0004]传统的接触式温度传感器多利用硅组件，其读数与接触温度成比例。接触式温度传感器因热质量的原因反应速度较慢，例如必须保持稳定10分钟来取得结果，且其准确率可能受到汗水、传感器至封装间的热阻及/或穿戴时的松紧度等的影响。
[0005]传统的非接触式温度传感器借由侦测人体的红外线辐射，它具有高准确度及反应速度快的特征。然而，其准确度可能受到封装辐射因环境温度变化的影响而有变化。因此，使用非接触式温度传感器必须补偿因封装所造成的环境温度变化的影响。
[0006]进一步来说，人体的皮肤温度与核心温度并不相同。手腕或皮肤温度会因人而有较大差异，且其与环境温度相关，因此无法直接使用来估计体温。通常来说，皮肤温度会因环境温度、湿度、风速、身体核心温度、衣物、性别及新陈代谢率等而不同。
[0007]针对穿戴装置，手腕温度监测对于用户来说较为舒适且适合长期穿戴。因此，本专利技术为解决上述问题，而考虑可用于手表等穿戴装置的红外线热电堆传感器，且可提供作为个人健康管理的身体核心温度。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种红外线热电堆传感器，其可用于穿戴装置并正确地测量身体核心温度。
[0009]为达上述目的，本专利技术主要系揭露一种红外线热电堆传感器，其包括一红外线感测芯片、一硅质封盖、一微控制器芯片、一封装基板及一密封体。红外线感测芯片包括一第一基板、一第一热电堆感测元件、一第二热电堆感测元件及一前端讯号处理单元。第一基板包括一打线垫及以正面湿蚀刻方式形成的二薄膜结构。第一热电堆感测元件设置于薄膜结构的一者，并产生一待测物的一温度讯号。第二热电堆感测元件设置于薄膜结构的另一者，并邻设于第一热电堆感测元件，且产生一补偿温度讯号。前端讯号处理单元设置于第一基板，并与第一热电堆感测元件及第二热电堆感测元件电性连接，包括一环境温度感测元件
及一非挥发性记忆体。环境温度感测元件产生一环境温度信息。非挥发性记忆体储存环境温度信息。硅质封盖以晶圆级键合方式与红外线感测芯片连接，并包括一红外线菲涅尔透镜汇聚待测物的一热辐射至第一热电堆感测元件，硅质封盖的一尺寸小于红外线感测芯片的一尺寸，打线垫外露于硅质封盖。微控制器芯片与红外线感测芯片连接，并接收温度讯号、补偿温度讯号及环境温度信息，依据空气温度及一水蒸气压信息来运算，以得到相关于一默认温度的一温度校正信息，并依据温度讯号、补偿温度讯号及温度校正信息计算出待测物的一温度，且包括一第二基板、一第一金属层及多个硅穿孔。第一金属层设置于第二基板的一上表面，并包括低放射率的一金属材料以降低微控制器芯片对红外线感测芯片的一热干扰。所述硅穿孔设置于第二基板内。封装基板承载微控制器芯片，并经所述硅穿孔接收微控制器芯片的一输出入信号。封装基板包括设置于封装基板的一下表面的多个接点，微控制器芯片的所述硅穿孔及所述接点电性连接。密封体包覆封装基板、微控制器芯片、红外线感测芯片以及硅质封盖，并露出硅质封盖的一上表面。
[0010]在本专利技术的某些实施例中，微控制器芯片将温度讯号扣除补偿温度讯号后，并依据环境温度信息计算出待测物的温度。
[0011]在本专利技术的某些实施例中，微控制器芯片将补偿温度讯号乘上一第一系数后再从温度讯号扣除，再依据环境温度信息计算出待测物的温度。
[0012]在本专利技术的某些实施例中，红外线感测芯片与微控制器芯片经由一黏晶薄膜固接。
[0013]在本专利技术的某些实施例中，红外线感测芯片的第一基板包括一第二金属层设置于第一基板的一下表面。
[0014]在本专利技术的某些实施例中，前端讯号处理单元更包括一讯号选择多工器及一通讯界面分别与环境温度感测元件及非挥发性记忆体电性连接。
[0015]在本专利技术的某些实施例中，环境温度感测元件包括至少一热感测二极管。
[0016]在本专利技术的某些实施例中，硅质封盖包括一第一空腔及一第二空腔分别对应于第一热电堆感测元件及第二热电堆感测元件，且硅质封盖与红外线感测芯片利用一共金键合或一焊锡键合来以晶圆级键合方式连接。
[0017]硅质封盖与红外线感测芯片连接时，第一空腔及第二空腔分别以一真空封装方式密封第一热电堆感测元件及第二热电堆感测元件。
[0018]第一空腔的一深度系大于等于约40微米并小于等于约100微米。
[0019]硅质封盖包括一第四金属层，设置于硅质封盖的上表面并对应于第二热电堆感测元件。
[0020]在本专利技术的某些实施例中，第一金属层的金属材料包括铝。
[0021]在本专利技术的某些实施例中，红外线感测芯片系一绝缘层上覆硅(SOI)芯片，红外线热电堆传感器的一封装高度系小于1厘米。
[0022]在本专利技术的某些实施例中，SOI芯片的一氧化绝缘层的一深度系大于2微米。
[0023]在本专利技术的某些实施例中，环境温度感测元件产生的环境温度信息与一外部环境的空气温度有一偏移量，微控制器芯片依据环境温度信息及偏移量计算空气温度。
[0024]在本专利技术的某些实施例中，微控制器芯片依据待测物的第一温度计算待测物的一第二温度。
[0025]在本专利技术的某些实施例中，微控制器芯片依据一转换曲线将第一温度转换为待测物的第二温度。
[0026]在本专利技术的某些实施例中，微控制器芯片依据第一温度相对于空气温度的不同标准偏差，而利用不同的转换曲线将第一温度转换至第二温度。
[0027]在本专利技术的某些实施例中，待测物的温度为一手腕温度。
[0028]在本专利技术的某些实施例中，微控制器芯片进一步依据空气温度、水蒸气压信息及一性别信息来运算，以得到相关于默认温度的温度校正信息。
[0029]综上所述，本专利技术的红外线热电堆传感器系采用堆叠式3D封装以缩小体积(例如，约2x2x1.0 mm3)，并包括一具有用以限缩接受角度至小于30度(较佳为，小于45度)的透镜的硅质封盖、一具有双热电堆感测元件的红外线感测芯片及一计算待测物的温度的微控制器芯片。本专利技术采用双热电堆感测元件，其中一者作为主动单元来量测待测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外线热电堆传感器，其特征在于，包括：一红外线感测芯片，包括：一第一基板，包括一打线垫及以正面湿蚀刻方式形成的二薄膜结构；一第一热电堆感测元件，设置于所述薄膜结构的一者，并产生一待测物的一温度讯号；一第二热电堆感测元件，设置于所述薄膜结构的另一者，并邻设于该第一热电堆感测元件，且产生一补偿温度讯号；一前端讯号处理单元，设置于该第一基板，并与该第一热电堆感测元件及该第二热电堆感测元件电性连接，包括：一环境温度感测元件，产生一环境温度信息；一非挥发性记忆体，储存该环境温度信息；一硅质封盖，以晶圆级键合方式与该红外线感测芯片连接，并包括一红外线菲涅尔透镜汇聚该待测物的一热辐射至该第一热电堆感测元件，该硅质封盖的一尺寸小于该红外线感测芯片的一尺寸，该打线垫外露于该硅质封盖；一微控制器芯片，与该红外线感测芯片连接，并接收该温度讯号、该补偿温度讯号及该环境温度信息，依据一空气温度及一水蒸气压信息来运算，以得到相关于一默认温度的一温度校正信息，并依据该温度讯号、该补偿温度讯号及该温度校正信息计算出该待测物的一第一温度，且包括：一第二基板；及一第一金属层，设置于该第二基板的一上表面，并包括低放射率的一金属材料以降低该微控制器芯片对该红外线感测芯片的一热干扰；及多个硅穿孔，设置于该第二基板内；一封装基板，承载该微控制器芯片，并经所述硅穿孔接收该微控制器芯片的一输出入信号，且包括设置于该封装基板的一下表面的多个接点，该微控制器芯片的所述硅穿孔与所述接点电性连接；及一密封体，包覆该封装基板、该微控制器芯片、该红外线感测芯片以及该硅质封盖，并露出该硅质封盖的一上表面。2.根据权利要求1所述的红外线热电堆传感器，其特征在于，该微控制器芯片将该温度讯号扣除该补偿温度讯号后，并依据该环境温度信息计算出该待测物的该第一温度。3.根据权利要求2所述的红外线热电堆传感器，其特征在于，该微控制器芯片将该补偿温度讯号乘上一第一系数后再从该温度讯号扣除，再依据该环境温度信息计算出该待测物的该第一温度。4.根据权利要求1所述的红外线热电堆传感器，其特征在于，该红外线感测芯片与该微控制器芯片经由一黏晶薄膜固接。5.根据权利要求1所述的红外线热电堆传感器，其特征在于，该红外线感测芯片的该第一基板包括一第二金属层设置于该第一基板的一下表面。6.根据权利要求1所述的红外线热电堆传感器，其特征在于，该前端讯号处理单元更包括一讯号选择多工器及一通讯界面分别与该...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建勳，林大钧，陈俊江，蔡志勇，梁育誌，乐明，黄振堂，李东阳，古仁斌，
申请(专利权)人：众智光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：