传感器封装体的制作方法

本发明涉及在封装部内配置有具备一个以上的热电堆的mems芯片的传感器封装体。

背景技术：

作为检测从体表面流出的热流的大小并基于该检测结果来测量(计算)深部体温的方法，已知使用图11a所示的结构的传感器模块的方法(例如，参照专利文献1)和使用图11b所示的结构的传感器模块的方法(例如，参照专利文献2)。

在使用图11a所示的传感器模块、即在绝热材料的上下表面分别安装了温度传感器的一个热通量传感器的情况下，可利用下式(1)，基于由绝热材料的上表面侧的温度传感器所测量的温度ta和由绝热材料的下表面侧的温度传感器所测量的温度tt，来计算出深部体温tb。

tb＝(tt-ta)rx/r1+tt…(1)

其中，r1、rx分别是绝热材料的热电阻、皮下组织的热电阻。

即，使用图11a所示的传感器模块的内部温度计算方法基本上使用固定值作为r1以及rx的值。但是，由于rx值是存在位置上的差异、个体差异的值，因此在使用固定值作为rx值来利用上述式计算出的深部体温tb中，包括对应于所使用的rx值与实际的rx值之差的测量误差。因此，还进行测量tt、ta的时间变化，根据测量结果来计算rx的方法(参照专利文献1)。

在使用图11b所示的传感器模块而计算内部温度的情况下，通过绝热材料的热电阻不同的两个热通量传感器，分别测量表示来自体表面的热通量的温度差。若由绝热材料的热电阻不同的两个热通量传感器来测量温度差，则能够得到以下的两个数式。

tb＝(tt-ta)rx/r1+tt……(2)

tb＝(tt′-ta′)rx/r2+tt′……(3)

这里，ta、ta′分别是由在图11b中左侧、右侧所示的热通量传感器的上表面侧的温度传感器所测量的温度。tt、tt′分别是由在图11b中左侧、右侧所示的热通量传感器的下表面侧的温度传感器所测量的温度。如图11b所示，r1、r2是各热通量传感器的绝热材料的热电阻。

在r1以及r2是已知数的情况下，上述两个数式中的未知数仅为rx和tb。因此，能够根据(2)以及(3)式来求出tb。在使用图11b所示的传感器模块而计算内部温度的情况下，能够根据该原理来测量(计算)深部体温tb。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-372464号公报

专利文献2：日本特开2007-212407号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

图11a、图11b所示的传感器模块利用多个温度传感器得到tb的计算所需的信息。并且，由于温度传感器的精度并不那么高，因此在图11a、图11b所示的传感器模块中，使用热电阻以及热容量大的绝热材料。因此，这些传感器模块的响应性差(直到得到稳定的深部体温的测量结果为止所需的时间长)。

若将具备热电堆的mems芯片用于温度差的测量，则由于用于测量深部体温的模块的热电阻以及热容量大幅减少，因此能够以响应性较好的方式测量深部体温。因此，进行着使用了mems芯片的内部温度测量装置的开发。但是，由于mems芯片是极其小的容易受到周围温度的影响的器件，因此制造能够高精度地测量(计算)深部体温等测量对象物的内部温度的内部温度测量装置极其困难。

因此，本发明的课题在于，提供一种能够实现能够高精度地测量(计算)测量对象物的内部温度的内部温度测量装置等的技术。

解决问题的技术方案

为了解决上述课题，在本发明中，将具备一个以上的热电堆的mems芯片进行封装而成为如下的传感器封装体，即，“封装部，其包括有底筒状的框体和贯通所述框体且彼此大致平行的多根引线；以及mems芯片，其具备测量预定方向的温度差的一个热电堆或者测量同一方向的温度差的多个热电堆。所述mems芯片以所述一个热电堆或者所述多个热电堆的温度差的测量方向与所述封装部的各根所述引线的长度方向大致正交的姿势，配置在所述封装部的所述框体的内底面上”。

即，若将mems芯片进行封装，则能够容易对极其小的mems芯片进行操作。但是，要是简单地进行封装的话，会因经由设置在封装部上的多根引线而流入的热量的影响，而导致mems芯片的各热电堆的温度差的测量精度下降。另一方面，如本发明那样，若将mems芯片以“所述一个热电堆或者所述多个热电堆的温度差的测量方向与所述封装部的各根所述引线的长度方向大致正交的方式”配置在封装部的框体的内底面上，则能够抑制因经由多根引线流入的热量的影响而导致mems芯片的各热电堆的温度差的测量精度下降。因此，若使用本发明的传感器封装体，则能够实现能高精度地测量(计算)测量对象物的内部温度的内部温度测量装置、能根据热电堆的温度差的测量结果来高精度地检测出红外线向mems芯片入射的有无的红外线检测装置、能根据热电堆的温度差的测量结果来高精度地检测出红外线的发生源的温度的非接触温度测量装置。

本发明的封装部的“有底筒状的框体”只要是有底圆筒状、有底椭圆筒状、有底角筒状等的具备底部和围绕该底部的周围的侧壁部的框体即可。此外，本发明的传感器封装体能够以各种方式实现。例如，也可以在本发明的传感器封装体中采用“所述封装部的所述框体的底部包括非导热部和由导热性比该非导热部的构成材料更好的材料(例如，金属)构成的导热部，所述mems芯片的至少一部分位于所述导热部上”的结构。

此外，也可以在本发明的传感器封装体中采用“多根所述引线的位于所述框体外的顶端部的朝向相同方向的面位于同一个平面上”的结构。另外，所述多根引线的所述框体外的顶端部(多根引线的框体外的多个顶端部)的朝向相同的方向的面是指，多个顶端部的朝向封装部的内底面侧(封装部的包括内底面的平面侧)或者相反侧的面。若采用这个结构，则能够得到能进行表面安装的传感器封装体。

本发明的传感器封装体的封装部可以通过任意的方法来形成(制造)，但若通过模具成型(嵌件成型)来形成封装，则能够简单地(以制造所需的工序数少的方式)得到传感器封装体。

此外，为了防止从上方入射的光在传感器封装体的内表面进行反射而入射到mems芯片、为了使传感器封装体内的空气温度稳定，也可以由黑色的部件来覆盖本发明的传感器封装体的封装部框体(封装部的框体)的各内侧表面。

也可以在本发明的传感器封装体中采用“所述mems芯片包括顶面部和支撑部，所述顶面部包括所述一个或多个热电堆，所述支撑部将所述顶面部支撑于所述封装部的所述框体的内底面上且具备到达所述顶面部的一个以上的空洞。以在所述支撑部的与所述封装部的所述框体的内底面相对的一侧的面上，存在利用粘结用部件固定于所述内底面的一个以上第一区域和未利用粘结用部件且未固定于所述内底面的一个以上第二区域的方式，并以从所述mems芯片和所述封装部的所述框体的底部的排列方向观察，构成各个热电堆的多个热电偶的热接点位于所述一个以上第一区域内的方式，将所述mems芯片通过粘结用部件固定于所述封装部的所述框体的内底面”的结构。若采用这个结构，则能够以不会产生性能下降的状态，抑制因空洞内的空气的压力上升而导致膜部(顶面部的、位于空洞上的部分)破损的情况。

此外，本发明的第二方式的传感器封装体具有如下结构，其包括：具备多根引线的有底筒状的封装部；以及mems芯片，其具备测量预定方向的温度差的一个热电堆或者测量同一方向的温度差的多个热电堆；所述mems芯片以所述一个热电堆或者所述多个热电堆的温度差的测量方向为连接两个部分得到的方向的姿势，配置在所述封装部的内底面上，其中，所述两个部分既是所述封装部的内侧表面的两个部分，又是由来自所述多根引线的热量流入所引起的温度上升量比其他部分更少的两个部分。

根据这个结构，也能够抑制因经由多根引线流入的热量的影响而导致mems芯片的各热电堆的温度差的测量精度下降。因此，根据本发明的上述方式的传感器封装体，也能够实现能高精度地测量(计算)测量对象物的内部温度的内部温度测量装置、能根据热电堆的温度差的测量结果来高精度地检测出红外线有无向mems芯片入射的红外线检测装置、能根据热电堆的温度差的测量结果来高精度地检测出红外线的发生源的温度的非接触温度测量装置。

另外，本发明的第二传感器封装体中的“所述封装部的内侧面的两个部分是由来自所述多根引线的热量流入所引起的温度上升量比其他部分更少的部分”是指，只要是温度上升量成为接近最小量的部分即可。

发明效果

根据本发明，能够实现能高精度地测量(计算)测量对象物的内部温度的内部温度测量装置、能根据热电堆的温度差的测量结果来高精度地检测出红外线向mems芯片入射的有无的红外线检测装置等。

附图说明

图1是使用了本发明的一实施方式的传感器封装体而制造的内部温度测量装置的概略结构图。

图2是实施方式的传感器封装体的封装部的立体图。

图3是封装部的模具成型的制造方法的说明图。

图4a是具备对同一方向的温度差进行测量的多个热电堆的mems芯片mems芯片的俯视图。

图4b是图4a所示的mems芯片的、图4a中的iv-iv线剖视图。

图5a是具备对同一方向的温度差进行测量的多个热电堆的其他的mems芯片的俯视图。

图5b是图5a所示的mems芯片的、图5a中的v-v线剖视图。

图6是mems芯片的温度差测量方向和封装部的引线的位置关系的说明图。

图7是mems芯片固定于封装包的方法的说明图。

图8是实施方式的传感器封装体的使用方法的说明图。

图9是实施方式的传感器封装体的使用方法的说明图。

图10a是实施方式的传感器封装体的变形例的说明图。

图10b是实施方式的传感器封装体的变形例的说明图。

图11a是在深部体温的测量中使用的、具备一个热通量传感器的传感器模块的说明图。

图11b是在深部体温的测量中使用的、具备两个热通量传感器的传感器模块的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

图1表示使用了本发明的一实施方式的传感器封装体10的内部温度测量装置1的概略结构。

如图所示，内部温度测量装置1是具备传感器封装体10和印刷电路板30的装置。

印刷电路板30是在印刷线路板31上安装了运算电路32a等各种器件32(电阻、电容器等)的单元。运算电路32a是根据传感器封装体10(后述的mems芯片20、asic26)的温度差、温度的测量结果来计算并输出测量对象物的内部温度的电路。

如图所示，在该印刷电路板30的印刷线路板31上，设置有用于插入传感器封装体10的贯通孔。

传感器封装体10是对内部温度的计算所需的值(温度和一个以上的温度差)进行测量的模块。内部温度测量装置1作为使该传感器封装体10的下表面(图1中的下侧的面)接触到内部温度的测量对象物(人体等)的表面而使用的装置而构成。

如图1所示，传感器封装体10具备封装部11、mems芯片20和asic26。

封装部11是mems芯片20以及asic26的外壳。封装部11具有多根引线13从相对的两个侧面突出的形状。

更具体而言，如图2所示，封装部11具有大致带底四方筒状的框体12。封装部11的框体12的相对的侧壁12a、12b上分别设置有与框体12的下表面隔着预定的间隔并贯通侧壁12a或者12b的多根引线13。各引线13与框体12的下表面之间的间隔被如下确定：在印刷线路板31的贯通孔中插入了传感器封装体10的底部侧时，传感器封装体10的下表面从印刷电路板30(印刷线路板31)的下表面突出。

此外，在框体12的底部，设置有由高导热性的材料(本实施方式中为金属)构成的导热垫14。

框体12的各侧壁的构成材料只要是导热性差的绝缘性材料即可。此外，框体12的底部的、导热垫14以外的部分的构成材料优选是导热性差的材料，但也可以是导热性好的材料。

另外，若将框体12的导热垫14以外的部分的构成材料为树脂，则能够通过使用了如图3所示的形状的金属板40、即具有成为引线13的部分和成为金属板14的部分的金属板40的模具成型(嵌件成型)，容易地制造封装部11。因此，优选将框体12的导热垫14以外的部分的构成材料设为树脂。

asic26(图1)是在其上面设置有输入输出用的多个电极的集成电路。asic26内置有用于测量作为mems芯片20的预定部分的温度来使用的温度的温度传感器。此外，asic26具有将该温度传感器的输出以及mems芯片20的输出进行放大的功能，以及将放大后的各输出进行数字数据化的功能。作为该asic26，例如能够使用如下集成电路：具备输出与绝对温度成比例的电压的ptat(与绝对温度成比例(proportionaltoabsolutetemperature))电压源(即，作为温度计来发挥作用的电压源)，且ptat电压源的构成元素作为温度传感器来发挥作用。

作为传感器封装体10的构成元素来使用的mems芯片20是具备一个热电堆、或者测量同一方向的温度差的多个热电堆的器件。

以下，使用图4a、图4b、图5a以及图5b，说明具备测量同一方向的温度差的多个热电堆的mems芯片20(20a、20b)的结构例。另外，在涉及mems芯片20a、20b的以下的说明中，上、下、左、右是图4b、图5b中的上、下、左、右。此外，图4a是具备测量同一方向(左右方向)的温度差的两个热电堆24a、24b的mems芯片20a的俯视图，图4b是mems芯片20a的、图4a中的iv-iv线剖视图。图5a是具备测量同一方向(左右方向)的温度差的三个热电堆24a～24c的mems芯片20b的俯视图，图5b是mems芯片20b的、图5a中的v-v线剖视图。

如图4b以及图5b所示，mems芯片20(20a、20b)具备顶面部21和支撑部22。顶面部21是在硅基板上使用半导体工艺而形成的层叠体。如图4a以及图4b所示，在mems芯片20a的顶面部21内，设置有将热电偶进行串联连接的热电堆24a、24b。此外，如图5a以及图5b所示，在mems芯片20b的顶面部21内，设置有热电堆24a～24c。此外，虽然省略图示，但在mems芯片20a、20b的顶面部21的上表面，设置有各热电堆24的电极。

支撑部22是通过从背面侧对形成了顶面部21的硅基板进行蚀刻而形成的部分。如图4b、图5b所示，支撑部22具有到达顶面部21的一个或者多个空洞。以下，将位于支撑部22的各空洞上方的、顶面部21的部分表述为膜部(参照图4a)。此外，将支撑部22的图4a以及图5a所示的各单点划线框25内的部分、即位于成为热电堆24的测温对象的顶面部21的部分下方的支撑部22部分表述为脚部23。

作为传感器封装体10的构成元素而被使用的mems芯片20是如mems芯片20a、20b所示的、具备测量同一方向(以下，表述为温度差测量方向)的温度差的多个热电堆的器件或者具备测量某一方向(以下，表述为温度差测量方向)的温度差的一个热电堆的器件。

本实施方式的传感器封装体10是将基本上具有如上所述的结构的mems芯片20与asic26一同固定在封装部11的导热垫14上，且将mems芯片20以及asic26之间和引线13以及asic26之间通过引线键合而电连接的模块(参照图1)。

其中，如在图6中示意性地示出，传感器封装体10以使mems芯片20的温度差测量方向与封装部11的各引线13的长度方向大致正交的方式，将mems芯片20配置在封装部11内。

以下，说明在传感器封装体10中采用上述结构的理由。

在传感器封装体10的封装部11(参照图2)的侧壁12a以及侧壁12b上，设置有多根引线13，但在另外的两个侧壁上，没有设置引线13。

由于引线13是导电体，所以是高导热体。因此，设置有引线13的封装部11的侧壁12a以及侧壁12b因热量容易经由引线13而流入，所以与其他的侧壁相比，温度容易上升。此外，因经由引线13的热量流入而产生的温度上升量通常在侧壁12a和侧壁12b中不同。并且，由mems芯片20的热电堆24所测量的温度差是极其小的温度差。

因此，在将mems芯片20配置为温度差测量方向与侧壁12a以及侧壁12b的壁面正交的情况下，有时在由mems芯片20的几个热电堆24所测量的温度差中会包括由侧壁12a和/或12b的温度上升而引起的比较大的误差。

另一方面，若将mems芯片20配置为温度差测量方向与各引线的长度方向大致正交，则能够抑制在热电堆24所测量的温度差中包括如上所述的误差。因此，在本实施方式的传感器封装体10中采用上述结构。

以下，关于传感器封装体10，补充几点说明。

mems芯片20通常使用银膏等导热性好的粘结剂而被固定在导热垫14上。此时，可以是mems芯片20的下表面的整个区域通过银膏等而被固定在导热垫14上。但是，此时，由于膜部的下方的空洞成为封闭空间，所以认为因温度上升而导致空洞内的空气的压力上升，从而导致膜部破损。

因此，优选mems芯片20以各空洞不会成为封闭空间的方式固定在导热垫14上，但若在某一脚部23和导热垫14之间存在导热性差的部分时，则由热接点存在于该脚部23的热电堆24所测量的温度差中会包括因上述部分导致的误差。并且，如在图7中示意性地示出的，若只在mems芯片20的各脚部23的下表面的整个区域上涂抹银膏等而将mems芯片20固定在导热垫14上，则能够抑制膜部因空洞内的空气的压力上升而产生破损，而不会降低mems芯片20的性能。另外，该图7是图5所示的mems芯片20b的、从下表面侧观察的平面图。

因此，在制造(组装)传感器封装体10时，优选只在mems芯片20的各脚部23的下表面的整个区域上涂抹银膏等而将mems芯片20固定在导热垫14上。

此外，在测量环境为光(红外线等)不从上方入射到传感器封装体10内，从而传感器封装体10的上方的空气温度稳定的环境的情况下，传感器封装体10能够以图1所示的状态、即上部没有封闭的状态使用。但是，测量环境为这样的情况较少。并且，在光从上方入射到传感器封装体10内的情况下、在传感器封装体10的上方的空气温度发生变化的情况下，温度差的测量精度会降低。因此，如在图8中示意性地示出的，传感器封装体10通常以利用开口部以上的尺寸的盖部15来覆盖其开口部(上表面)的状态来使用。

此外，传感器封装体10是上方的空气温度越低则灵敏度越高的模块。因此，在利用盖部15来覆盖传感器封装体10的开口部的情况下，如图8所示，也可以在盖部15的下表面设置吸收红外线的部件16。此外，作为传感器封装体10的盖部15，也可以采用具有散热性好的形状的部件，例如具备散热片的部件、面积为传感器封装体10的开口部的面积的数倍的部件。

此外，如在图9中示意性地示出的，也可以不设置盖部15，而是利用框体18包围除传感器封装体10的下表面以外的部分。另外，此时，通过在框体18的、传感器封装体10的开口部上方的部分设置吸收红外线的部件16，从而能够提高内部温度测量装置的灵敏度。

为了防止从上方入射的光在传感器封装体10的内表面反射而入射到mems芯片20、或为了使传感器封装体10内的空气温度稳定，也可以利用黑色的部件，例如黑色的涂料、黑色的树脂来覆盖传感器封装体10(封装部11、框体12)的内表面。

此外，在将传感器封装体10用于人体的深部体温的测量的情况下，也可以在传感器封装体10的下表面固定具有生物相容性的绝缘性的膜或树脂部件等。此外，为了使与测量对象物之间的热的接触性变得良好，也可以如下制造传感器封装体10：使下表面成为中央部分向下方突出的曲面状，或者在下表面设置多个由曲面构成的凸结构。

《变形方式》

上述传感器封装体10能够进行各种变形。例如，如图10a所示，也可以将传感器封装体10的封装部11变形为只在一个侧壁设置引线13。另外，在将封装部11如此变形的情况下，也如该图所示，只要将mems芯片20的温度差测量方向设为与封装部11的没有设置引线13的相对的两个侧壁的壁面大致正交的方向即可。但是，在将封装部11如此变形的情况下，为了可靠地进行封装部11(传感器封装体10)对印刷电路板30的固定，如图10a以及图10b所示，优选在与设置引线13的侧壁相对的侧壁上设置突起部19。

在传感器封装体10中采用的上述技术，还能够应用于框体12的形状或引线13所贯通的侧壁的数目与上述记载不同的封装部11中。例如，在有底圆筒状的、各种方向上设置有引线13的封装部11中应用上述技术的情况下，根据该封装部11的结构来确定封装部11的内侧面的两个部分，该两个部分是由来自多根引线13的热量流入所引起的温度上升量比其他的部分更少的部分。此时，确定的两个部分只要是温度上升量为接近最小量的部分(例如，温度上升量为温度上升量的最大量的10％以下的部分)即可。并且，若在封装部11的底部将mems芯片20配置为温度差测量方向为连接了已确定的两个部分的方向，则能够得到不会因经由引线13的热量流入而在mems芯片20的输出中产生大的误差的传感器封装体10。

虽然上述的传感器封装体10是用于内部温度测量装置的传感器封装体，但只要改变空洞的位置等，mems芯片20就能够作为红外线检测装置、非接触温度测量装置的传感器来使用。因此，也可以将传感器封装体10变形为红外线检测装置、非接触温度测量装置用的传感器封装体。

此外，在传感器封装体10内配置的mems芯片20当然也可以是膜部沿着与温度测量方向正交的方向排列的芯片、膜部以矩阵状排列的芯片。

附图标记说明

10传感器封装体

11封装部

12、18框体

12a、12b侧壁

13引线

14导热垫

15盖部

20mems芯片

21顶面部

22支撑部

23脚部

24、24a、24b、24c热电堆

26asic

30印刷电路板

31印刷线路板

32器件

32a运算电路