红外线传感器及用于其的热电堆感测芯片的制作方法

本实用新型是有关一种非接触式红外线传感器，特别是一种利用电阻与电容在输出端保护的热电堆感测元件，以符合欧盟对耳温枪或温枪严格的静电耐受性(ESD)与电磁(EMC)干扰规范。

背景技术：

热电堆感测元件已经广泛应用于耳温枪等非接触式量测温度产品。唯近年来欧盟对此类产品的静电耐受性(ESD)与电磁(EMC)干扰，其规范日趋严格，相关规定可参考医疗电子器材基本安全要求IEC60601-1第4版，传统的热电堆感测元件已无法通过此要求，且过往的保护电容(例如是陶瓷积层电容)，体积过大，尚无法将此大电容置于热电堆感测元件封装内，故难以达到欧规。因此，需要一款能耐ESD至少8KV而且能通过电磁干扰的热电堆感测元件。

技术实现要素：

本实用新型提供一种非接触式红外线传感器，接收红外线辐射而输出信号，包括具多个电性接脚的封装基座、热电堆感测芯片、热敏电阻及封盖。电性接脚可以是封装结构中的引脚、电性接垫、或覆晶形式的电性接点。热电堆感测芯片设于封装基座上，包括热电堆感测元件、保护电容及保护电阻。热电堆感测元件具有正负端，可分别通过保护电阻电性连接至电性接脚。保护电容位于热电堆感测芯片周围，两端跨设于热电堆感测元件的正负端。热敏电阻设于封装基座，电性连接另一电性接脚以提供环境温度信号。封盖固接于封装基座上提供气密封装，并具有视窗及红外线滤片。

本实用新型提供一种热电堆感测芯片，设于封装基座上，包括热电堆感测元件、保护电容及保护电阻。热电堆感测元件具有正负端电性连接至电性接脚。保护电容位于热电堆感测芯片周围，两端跨设于热电堆感测元件的正负端。保护电阻串接于热电堆感测元件的正端与电性接脚作输出。

以下借由具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

【附图说明】

图1绘示依照本实用新型一实施例的热电堆感测元件应用于耳温枪等效电路图。

图2绘示依照本实用新型一实施例的耳温枪热电堆感测元件的示意图。

图3绘示依照本实用新型一较佳实施例的热电堆感测元件等效电路图。

图4a绘示本实用新型一实施例的单层MOM电容结构示意图。

图4b绘示本实用新型另一实施例的双层MOM电容结构示意图。

图5绘示依照本实用新型一较佳实施例的热电堆感测元件封装结构示意图。

图6绘示依照本实用新型一较佳实施例的热电堆感测芯片结构俯视图。

【符号说明】

101 热电堆感测元件

102 保护电容

103、125、136 电性接脚

104 保护电容

105 耳温枪电路板

110、121、400 热电堆感测元件

111 高热容金属块

112 金管

113 耳套管

120、132、300 热电堆感测芯片

122、C 保护电容

123、124、R1、R2 保护电阻

130 热电堆感测元件

131 封装基座

133 热敏电阻

134 封盖

135 红外线滤片

137、打线

304 正端输出导线

310 基板

312 浮脚接线

314 负端输出导线

402 浮板

404 空腔

TP+ 正端

TP- 负端

P1、P2 电性接垫

TP 热电偶串

R 内阻

Cap+ 电容正极

Cap- 电容负极

【具体实施方式】

以下将详述本实用新型的各实施例，并配合图式作为例示。除了该多个详细说明之外，本实用新型亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本实用新型的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本实用新型有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本实用新型可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免对本实用新型形成不必要的限制。图式中相同或类似的组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意的用，并非代表元件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。

图1绘示一种具有ESD与EMC抗干扰电路的感测装置，包括热电堆感测元件101等效电路、ESD/EMC保护电容102及104、耳温枪电路板105，并通过电性接脚103(例如是引脚)连接热电堆感测元件101的正负端到耳温枪电路板105。一般而言，保护电容102及104靠近热电堆感测元件101时效果最好，反之，若为靠近耳温枪电路板105时，静电耐受性(ESD)将降低而无法达到8KV需求。然而，保护电容102是否可靠近热电堆感测元件101，仍受限于机构设计，例如是电容的大小及种类等。热电堆感测元件101的等效电路包括多个具有正负极的热电偶串TP，以及一内阻R。

图2所示为耳温枪热电堆式红外线传感器的示意图，包括热电堆感测元件110、高热容金属块111、可导光的金管112、耳套管113。热电堆感测元件110设置在一高热容金属块111上，用以降低环温变化对热电堆感测元件的影响，高热容金属块111与金管112接触，用以将耳膜的热辐射导到热电堆感测元件110。金管112是可选择地设置，目前很多耳温枪装置为降低成本，已不具备金管112。塑胶制耳套管113用来固定并支撑热电堆感测元件110、高热容金属块111及金管112等部件。

请接着参考图3，绘示依照本实用新型一较佳实施例的热电堆式红外线传感器等效电路图。热电堆式红外线传感器包括热电堆感测芯片120，是由热电堆感测元件121、热电堆感测芯片120周围的保护电阻123及保护电阻124和保护电容122所构成。保护电容122跨设于热电堆感测元件121的正负端，可吸收ESD的脉冲，以保护热电堆感测元件121，同时电阻电容网络(RC circuit)也可对高频EMC的干扰产生衰减作用，维持热电堆感测芯片120的输出不受电磁干扰的影响。

于一实施例中，保护电容122的容值约介于30皮法拉(picofarad，pF)至0.1微法拉(microfarad，μF)，当保护电容122的容值大于30皮法拉(picofarad，pF)时，可维持ESD耐受性大于8KV。此外，保护电阻123、保护电阻124的阻值在100-20K欧姆之间。其中保护电阻124的电阻值可以为0欧姆，也就是说，至少设置保护电阻123于热电堆感测元件121的正端TP+即可，保护电阻124是可选择地设置于热电堆感测元件121的负端TP-。

于一实施例中，保护电容122可以利用热电堆感测元件中的PIM(Poly Insulator Metal)制作而成，或是用半导体制程的MIM(Metal Insulator Metal)制作而成。保护电阻123及124则利用多晶硅(Poly Si)层来制作，上述结构可和目前的热电堆感测元件制程相容，进而设置于热电堆感测芯片132的中。于另一实施例中，亦可利用两层金属来制作电容，由于金属间的二氧化硅层较厚，可以设计交指式MOM(Metal Oxide Metal)电容结构，通过紧密堆叠的导体、非导体及导体结构，达到最小体积最大电容量的效果。如图4a为单层金属层时的MOM交指电容结构,利用正极Cap+与负极Cap-交指设置兼做电容。图4b为双层金属层MOM交指电容结构,同时利用上层正极(Cap+)下层负极(Cap-)金属的电容结构，达到紧密堆叠的大电容结构。

图5绘示依照本实用新型一较佳实施例的热电堆感测元件封装结构示意图。热电堆感测元件130的封装结构，包括一封装基座131，具有多个电性接脚，于此实施例中的封装是以引脚作为电性接脚。于其他实施例中，也可以利用覆晶形式或其他形式封装，只要电性接脚可以电性连接至外部电路即可，并不限制形式。热电堆感测芯片132与热敏电阻133固接设置于封装基座131上，封盖134提供气密封装，封盖134具有一视窗(红外线滤片135上方，未绘示出)及一红外线滤片135，视窗为透明材质并固接一红外线滤片135，可让红外线光通过红外线滤片135至热电堆感测芯片132。热电堆感测芯片132与热敏电阻133分别通过打线137，连接到封装基座131的电性接脚136，热敏电阻133用以提供环境温度信号。特别地，热电堆感测芯片132上，设有电阻电容保护电路。举例来说，于热电堆感测芯片132的热电堆感测元件(绘示于图3)外围，设置如图3所示的保护电容122、保护电阻123、保护电阻124。

图6绘示依照本实用新型一较佳实施例的热电堆传感器结构俯视图，用以说明热电堆感测芯片300结构关系。热电堆感测芯片300包括基板310，基板310上承载有浮板402。热电堆感测元件400设置于浮板402上，浮板402例如是一薄膜，下方例如是以蚀刻制程形成的空腔404。热电堆感测元件400包括一热端以及一冷端，热端位于浮板402上，且冷端位于浮板402的周围。热电堆感测元件400可通过浮脚接线312跨设空腔作电性连接。于此实施例中，保护电容C位于热电堆感测芯片300的周围，可以跨接于热电堆感测元件400的正端TP+及负端TP-，且热电堆感测元件400的正端再利用正端输出导线304串接第一保护电阻R1至第一电性接垫P1，热电堆感测元件400的负端再利用负端输出导线314串接第二保护电阻R2至第二电性接垫P2，并通过第一电性接垫P1及第二电性接垫P2连接打线(绘示于图5)。

本实用新型的精神在于，将电阻电容网络设计在热电堆感测芯片中，用以保护热电堆感测元件不受ESD与EMC干扰，其ESD耐受性可以大于8KV，达到欧盟等高规格的安全要求。电阻与电容网络则提供EMC干扰信号的衰减。此保护电路制作在热电堆感测元件的周围，而集成为单一热电堆感测芯片。

以上所述的实施例仅是为说明本实用新型的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本实用新型之内容并据以实施，当不能以的限定本实用新型的专利范围，即大凡依本实用新型所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本实用新型的专利范围内。