一种基于通孔互连的红外温度传感器封装结构及封装方法
技术领域
本发明属于电子机械技术领域，具体涉及一种基于通孔互连的红外温度传感器封装结构及封装方法。
背景技术
红外温度传感器是一种非接触温度测量方式。随着社会生活提高和科技进步发展，红外温度传感器在智能医疗和健康监测等领域应用越来越广泛，例如它是额温枪中最核心的元器件。微型化是这类传感器产品的大势所趋。借助于微电子工艺的强大加工平台，红外传感器的芯片尺寸越做越小，因而如何封装成为传感器产品微型化的主要瓶颈。
目前，红外温度传感器的封装主要采用TO-46封装，以使其在封装之后具有比较小的体积。其封装主要包括将传感器芯片和NTC电阻均焊接在管壳基座的基板上，并通过键合线将它们的输出端过渡至基板的引脚上，从而实现电互连。由于键合线存在一定的跨弧高度和长度，从而造成封装后传感器的体积较大，特别是在垂直方向会比较厚，一般封装后传感器的管帽高度大于2.5mm。这难以满足日益发展的可穿戴、智能医疗和健康监测领域对于封装后传感器的1-2mm厚的需求。此外，采用键合线方式还会引起额外的电阻、电容和电感等问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种基于通孔互连的红外温度传感器封装结构及封装方法，能够降低封装体积和提高互连密度，并具有更好的电气互连效果。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：提供一种基于通孔互连的红外温度传感器封装结构，包括管壳基座、红外温度传感器、金属压焊块、衬底，所述管壳基座上设置金属引脚，所述管壳基座上设置所述衬底，所述衬底上蚀刻有通孔，所述红外温度传感器设置在所述衬底正面，所述通孔靠近所述红外温度传感器的输出端，所述通孔内部设有金属导电体，所述金属压焊块位于所述衬底的背面且设置在所述通孔四周，所述红外温度传感器的输出端与所述通孔电接触，所述金属压焊块与所述金属导电体电接触，所述金属压焊块与所述金属引脚电接触。
优选地，所述金属导电体的导电材料为铝、铜、金、钛、钨、多晶硅中的任一种。
优选地，所述管壳基座包括管壳、基板，所述管壳连接在基板一侧的外周，所述管壳和所述衬底在基板的同侧，所述红外温度传感器的芯片焊接在所述基板上。
优选地，所述衬底背面设置的金属压焊块与所述金属引脚对准焊接。
优选地，所述红外温度传感器的输出端与所述通孔通过金属连接线实现电接触。
优选地，所述衬底材料为硅、陶瓷、石英中的任一种。
本发明的另一技术方案为：提供一种基于通孔互连的红外温度传感器封装方法，包括以下步骤：
步骤1、在衬底的正面装上红外温度传感器，靠近红外温度传感器的输出端处的衬底上蚀刻通孔；
步骤2、在蚀刻出的通孔中填充或覆盖金属导电材料；
步骤3、在通孔中的金属导电材料和红外温度传感器的输出端之间连接金属连接线；
步骤4、在衬底背面且在通孔周边设置金属压焊块，所述金属压焊块与所述通孔中的金属导电材料形成电接触；
步骤5、将装有红外温度传感器的衬底焊接至管壳基座上，金属压焊块与管壳基座上的金属引脚对准焊接。
优选地，所述衬底材料为硅、陶瓷、石英中的任一种，相应地，所述衬底上蚀刻的通孔为硅通孔或陶瓷通孔或石英通孔。
优选地，步骤2中的金属导电材料为铝、铜、金、钛、钨、多晶硅中的任一种。
本发明的有益效果在于：
本发明通过在衬底的正面制备红外温度传感器，在红外温度传感器的输出端附近通过刻蚀技术制作通孔，并在通孔中填充或覆盖金属导电材料，其中红外温度传感器的输出端与通孔中的导电金属通过金属连接线互相连接，然后在衬底的背面且在通孔的四周制作金属压焊块，该金属压焊块与通孔中的导电金属形成电接触；通过利用在衬底的正面上金属连接线和在通孔中的金属导电材料，实现该传感器的输出端与衬底的背面上的金属压焊块电互连；最后，将装有红外温度传感器的衬底焊接在管壳基座上，且要求在衬底的背面上压焊块与管壳基座的金属引脚相对准，从而实现基于通孔互连的红外温度传感器的封装结构。
本发明的一种基于通孔互连技术的红外温度传感器封装结构，其结构简单，通过采用MEMS通孔互连技术实现红外温度传感器的输出端与管壳基座上金属引脚的电气连接，进而在整个封装过程均不需要任何键合线，从而实现红外温度传感器的微型化封装。这种封装结构能够显著减小管壳基座的面积和管壳的高度，提高互连密度，并且具有更好的电气连接等优点。
附图说明
图1是基于传统TO-46封装技术的红外温度传感器的封装结构的示意图。
图2是基于传统TO-46封装技术的红外温度传感器的封装结构的横截面。
图3是基于通孔互连的红外温度传感器的封装结构的示意图。
图4是基于通孔互连的红外温度传感器的封装结构的横截面图。
附图标记：1、管壳，2、基板，3、红外温度传感器，3-1、红外温度传感器的输出端，4、衬底，5、键合线，6、金属引脚，7、金属导电体，8、金属连接线，9、金属压焊块，10、通孔，11、NTC热敏电阻。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
请参阅图3和图4所示，本发明提供了一种基于通孔互连的红外温度传感器封装结构，包括管壳基座、红外温度传感器3、金属压焊块9、衬底4，所述管壳基座上设置金属引脚6，所述管壳基座上设置所述衬底4，所述衬底4上蚀刻有通孔10，所述红外温度传感器3设置在所述衬底4正面，所述通孔10靠近所述红外温度传感器3的输出端，所述通孔10内部设有金属导电体，所述通孔10中填充或覆盖有金属导电体7，所述金属压焊块9位于所述衬底4的背面且设置在所述通孔10四周，所述红外温度传感器3的输出端与所述通孔10电接触，所述金属压焊块9与所述金属导电体7电接触，所述金属压焊块9与所述金属引脚6电接触。
所述金属导电体7的导电材料为铝、铜、金、钛、钨、多晶硅中的任一种。
所述管壳基座包括管壳1、基板2，所述管壳1连接在基板2一侧的外周，所述管壳1和所述衬底4在基板2的同侧，所述红外温度传感器3的芯片焊接在所述基板2上。
所述衬底4背面设置的金属压焊块9与所述金属引脚6对准焊接。
所述红外温度传感器3的输出端与所述通孔10通过金属连接线8实现电接触。
所述衬底4材料为硅、陶瓷、石英中的任一种。
本发明还提供了一种基于通孔互连的红外温度传感器封装方法，包括以下步骤：
步骤1、在衬底的正面装上红外温度传感器3，靠近红外温度传感器3的输出端处的衬底4上蚀刻通孔10；
步骤2、在蚀刻出的通孔10中填充或覆盖金属导电材料；
步骤3、在通孔10中的金属导电材料和红外温度传感器的输出端3-1之间连接金属连接线8；
步骤4、在衬底4背面且在通孔周边设置金属压焊块9，所述金属压焊块9与所述通孔10中的金属导电材料形成电接触；
步骤5、将装有红外温度传感器3的衬底4焊接至管壳基座上，金属压焊块9与管壳基座上的金属引脚6对准焊接，从而实现在衬底4正面上的红外温度传感器的输出端3-1通过通孔10中的金属导电材料过渡到管壳基座的金属引脚6上。
所述衬底材料为硅、陶瓷、石英中的任一种，相应地，所述衬底上蚀刻的通孔10为硅通孔或陶瓷通孔或石英通孔。
步骤2中的金属导电材料为铝、铜、金、钛、钨、多晶硅中的任一种。
本发明通过在衬底4的正面制备红外温度传感器3，在红外温度传感器的输出端3-1附近通过刻蚀技术制作通孔10，并在通孔10中填充或覆盖金属导电体7，其中红外温度传感器的输出端3-1与通孔10中的导电金属通过金属连接线8互相连接，然后在衬底4的背面且在通孔10的四周制作金属压焊块9，该金属压焊块9与通孔10中的导电金属形成电接触；通过利用在衬底4的正面上金属连接线8和在通孔10中的金属导电体7，实现该传感器的输出端3-1与衬底4的背面上的金属压焊块9电互连；最后，将红外温度传感器3焊接在管壳基座上，且要求在衬底4的背面上的金属压焊块9与管壳基座的金属引脚6相对准，从而实现基于硅通孔互连技术的红外温度传感器的封装结构。
请参阅图1和图2所示，基于传统TO-46封装技术的红外温度传感器的封装结构，基板2上设有NTC热敏电阻11，NTC热敏电阻11通过键合线5与金属引脚6电连接，传统TO-46封装技术的红外温度传感器的封装结构由于衬底4上没有设置通孔10，红外温度传感器的输出端3-1至金属引脚6的电连接路径无法经过通孔内部，红外温度传感器3与金属引脚6的电接触需要设置键合线5，由于键合线5存在一定的跨弧高度和长度，从而造成封装后红外温度传感器3的体积较大，特别是在垂直方向会比较厚，增大了封装结构的体积。
本发明的一种基于硅通孔互连技术的红外温度传感器的封装结构，其结构简单，通过采用MEMS硅通孔互连技术实现红外温度传感器的输出端3-1与管壳基座上金属引脚6的电气连接，进而在整个封装过程均不需要任何键合线，从而实现红外温度传感器的微型化封装。这种封装结构能够显著减小管壳基座的面积和管壳的高度，提高互连密度，并且具有更好的电气连接等优点。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
