应用于红外传感器的封装结构及红外传感器封装方法

摘要

本发明属于传感器技术领域，具体涉及应用于红外传感器的封装结构及红外传感器封装方法。包括基板、敏感元件、敏感元件配套电路、金属管帽、引脚和封装胶；金属管帽上开有接收窗口，接收窗口设有红外滤光片；敏感元件和敏感元件配套电路与基板电连接；引脚一端固定安装在基板上并与基板电连接，另一端伸出封装胶外，用作外引脚；金属管帽上还设有用于实现敏感元件定位、确保敏感元件和接收窗口之间距离和实现金属管帽接地的结构；基板上安装有敏感元件的一面朝向接收窗口，基板另一面与金属管帽合围成空腔，空腔填充有封装胶。本发明简化了红外传感器的封装结构和生产流程，使产品具有结构简单和成本低廉的特点。

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及应用于红外传感器的封装结构及红外传感器封装方法。

背景技术

红外传感器通过接收红外辐射源的能量实现对辐射源本体的感知，常见的红外传感器有热释电传感器、热电堆传感器、红外成像传感器等。

如图1所示，传统红外传感器的封装结构，包括：

开有接收窗口的金属管帽1，并在接收窗口处装有红外滤光片4，实现入射红外线的光谱选择；

敏感元件7、敏感元件配套电路8等安装在基板5上，与基板上敷设的金属导线电气相连，形成完整的传感电路；

基板安装、固定在金属管座2上；

引脚3一端和基板电气相连，另一端引出金属管座用作外部引脚，并穿过、固定在金属管座上，其中地线引脚和金属管座电性导通，其余引脚和金属管座电性绝缘；

金属管帽和金属管座电性导通，通过压焊连接固定，对内部的基板和传感电路起到定位、支撑保护和电磁屏蔽作用。

上述传统的红外传感器封装结构存在元件多、结构复杂、组装工艺要求高以及成本高的缺点。

例如，申请号为CN201220018317.4的中国实用新型专利所述的一种用于热释电红外传感器的半导体封装结构件及其传感器。该半导体封装结构件包括导电金属箔、热释电红外传感器模数混合处理集成电路裸片、塑封壳体及用于支承敏感元件的支承部件。热释电红外传感器模数混合处理集成电路裸片粘贴在导电金属箔上，并与之电连接；塑封壳体用于封装导电金属箔及裸片。塑封壳体暴露了部分导电金属箔，暴露的部分用于实现导电金属箔与敏感元件及管座引脚的电连接。虽然采用半导体封装工艺将热释电红外传感器模数混合处理集成电路裸片封装成热释电红外传感器所需要的基板的结构和形状，该封装结构件兼具现有热释电红外传感器的基板的电连接功能，支架的支承功能以及信号转换功能，虽然可以简化安装、焊接信号处理元件的工序，但需要增加裸片封装成基板的结构和形状的工序，技术难度大大提高，不利于生产成本的降低和效率的提升。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中，传统的红外传感器封装结构存在元件多、结构复杂、组装工艺要求高以及成本高的问题，提供了一种具备结构简单、成本低廉、适用性强的应用于红外传感器的封装结构及红外传感器封装方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

应用于红外传感器的封装结构，包括基板、设于基板上的敏感元件和敏感元件配套电路、金属管帽、引脚和封装胶；所述金属管帽在朝向接收方向上开有接收窗口，所述接收窗口处固定安装有红外滤光片；所述敏感元件和敏感元件配套电路与基板电连接；所述引脚的一端固定安装在基板上，并与基板电连接，所述引脚的另一端伸出封装胶外，用作外引脚；所述金属管帽上还设有用于实现敏感元件定位、确保敏感元件和接收窗口之间距离和实现金属管帽接地的结构；所述基板上安装有敏感元件的一面朝向接收窗口，基板另一面与金属管帽合围成底部密闭的空腔，所述空腔填充有用于对基板固定保护的封装胶。

作为优选，所述基板上敷设有金属导线，所述敏感元件和敏感元件配套电路通过金属导线和导电胶与基板电连接，用于构成传感电路。

作为优选，所述金属管帽内侧壁上还设有用于实现敏感元件定位、确保敏感元件和接收窗口之间距离和实现金属管帽接地的凸台，所述凸台呈环形，所述基板安装在凸台上，所述凸台通过导电胶与基板上的地线电连接或直接与基板上的地线接触实现电连接，所述敏感元件和接收窗口之间的距离随凸台的位置变化而变化。

作为优选，所述金属管帽内侧壁上还设有至少三个用于实现敏感元件定位、确保敏感元件和接收窗口之间距离和实现金属管帽接地的卡点，所述基板安装在卡点上，所述卡点导电，所述卡点通过导电胶与基板电连接或直接与基板接触实现电连接，所述敏感元件和接收窗口之间的距离随卡点的位置变化而变化。

作为优选，所述金属管帽内侧壁上还设有用于实现敏感元件定位、确保敏感元件和接收窗口之间距离和实现金属管帽接地的定位柱，所述定位柱导电，所述定位柱一端安装在基板上，并与基板通过导电胶连接或直接与基板接触实现电连接，所述定位柱的另一端支撑在金属管帽的底面上，并与所述金属管帽的底面通过导电胶连接或直接接触实现电连接，所述敏感元件和接收窗口之间的距离随定位柱的高度变化而变化。

作为优选，所述基板采用陶瓷基板或封装基板。

作为优选，所述封装胶采用封装用黑胶或封装硅胶。

本发明还提供了应用于红外传感器的封装结构的红外传感器封装方法，包括以下步骤：

S1，将敏感元件和敏感元件配套电路组装在基板上；

S2，将引脚一端固定安装在基板上，并通过导电胶或者直接接触的方式与基板实现电性连接；

S3，在金属管帽上的接收窗口处嵌入并固定好红外滤光片后，将基板装入金属管帽，并依赖金属管帽内的特设结构做好定位，确保敏感元件和接收窗口之间距离，所述特设结构为用于实现敏感元件定位、确保敏感元件和接收窗口之间距离和实现金属管帽接地的结构；

S4，将金属管帽与基板上的地线直接接触实现接地或通过使用导电胶使金属管帽与基板上的地线电连接，从而实现接地；

S5，往基板与金属管帽合围成的底部密闭空腔处，灌入封装胶进行填充，实现对基板的固定保护；同时，引脚的另一端伸出封装胶外，用作外引脚；

S6，对封装胶加热固化，封装胶固化后封装完成。

本发明与现有技术相比，有益效果是：(1)不再使用金属管座，而使用封装胶将基板包封在设有可实现敏感元件与接收窗口定位以及与基板接地结构的金属管帽内，实现对基板的固定和防护、对敏感元件和接收窗口距离的定位和对敏感元件和敏感元件配套电路的电磁屏蔽；(2)本发明大大简化了红外传感器的封装结构和封装生产流程，使产品更具备结构简单、成本低廉和易于推广的优点。

附图说明

图1为传统红外传感器的封装结构的一种结构示意图；

图2为本发明中应用于红外传感器的封装结构的实施例1的一种结构示意图；

图3为本发明中应用于红外传感器的封装结构的实施例2的一种结构示意图；

图4为本发明中应用于红外传感器的封装结构的实施例3的一种结构示意图。

图中：金属管帽1、金属管座2、引脚3、红外滤光片4、基板5、封装胶6、敏感元件7、敏感元件配套电路8、凸台9、卡点10、定位柱11、导电胶12、接收窗口13。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例1：

本实施例能够应用在热释电传感器上，如图2所示的应用于红外传感器的封装结构，包括基板5、设于基板上的敏感元件7和敏感元件配套电路8、金属管帽1和引脚3；所述基板侧面与金属管帽内壁紧密贴合；所述金属管帽在朝向接收方向上开有4mm×3mm的长方形接收窗口13，所述接收窗口处固定安装有与接收窗口尺寸相匹配的红外滤光片4。

所述基板上敷设有金属导线，所述敏感元件和敏感元件配套电路通过金属导线和导电胶与基板电连接，用于构成传感电路；所述引脚的一端固定安装在基板上，并通过导电胶12与基板上的焊盘电连接，引脚的另一端用作本实施例产品的外引脚，图2中所示的引脚为3个。

具体的，基板上的金属导线方案按照传感电路所需配置；敏感元件配套电路如果是芯片，则会使用金属线(金线、银线、铝线、合金线、铜线等)连接芯片上的压点和基板上的金属导线；敏感元件配套电路如果是封装好的芯片，则使用导电胶，如锡膏和基板连接。

进一步的，金属管帽内侧壁上还设有凸台9，既用作实现红外传感器的敏感元件的定位结构也用作金属管帽接地连接结构，所述凸台呈环形，基板安装在凸台上，以保证安装在基板上的敏感元件与红外滤光片的距离符合设计要求，调节凸台位置可实现敏感元件与接收窗口距离的调节；所述凸台通过导电胶与基板上的地线电连接，实现金属管帽的接地，用于对电磁干扰信号等起防护作用；所述凸台还能够直接与基板上的地线接触实现电连接，用于实现金属管帽的接地。

进一步的，所述基板上安装有敏感元件和敏感元件配套电路的一面朝向接收窗口，基板另一面与金属管帽合围成底部密闭的空腔，所述空腔填充有用于对基板固定保护的封装胶6；封装胶灌注的高度不超出金属管帽的边沿，能够保证本发明产品底面的平整性。

另外，所述红外滤光片依据红外传感器所需的辐射波长和带宽确定。

本实施例中，红外滤光片采用长波通硅基滤光片LWP5.0，基板采用PCB封装基板，封装胶采用封装用黑胶；所述PCB封装基板和封装用黑胶的导热性良好，选用导热性良好的封装胶，能够与基板、金属管帽形成较好的热导，保持封装结构内环境的稳定性。

本实施例提供的一种应用于红外传感器的封装结构，节省了金属管座，用于装载敏感元件和敏感元件配套电路的基板安装并被封装胶包封在带有凸台的金属管帽内，大大简化了生产流程，使产品具备结构简单、成本低廉和易于推广的优点。

实施例2：

与实施例1的不同之处在于，如图3所示，本实施例中，所述金属管帽在朝向接收方向上开有圆形的接收窗口，所述接收窗口处固定安装有与接收窗口尺寸相匹配的红外滤光片。

另外，所述引脚的一端铆接在基板上，引脚的另一端用作本实施例产品的引脚，图3中所示的引脚同样为3个。

进一步的，金属管帽上设置有三个或三个以上的卡点10，用于对基板的装载起导向及定位作用，且卡点在与基板上自带的焊盘接触时能够实现金属管帽的电性连接，从而实现金属管帽的接地连接，同时也能够保证安装在基板上的敏感元件与红外滤光片的距离符合设计要求，并对电磁干扰信号等起到防护作用；所述卡点还能够通过导电胶与基板电连接，从而提高金属管帽接地的可靠性。另外，调节卡点位置可实现敏感元件与接收窗口距离的调节。

本实施例中，红外滤光片采用长波通硅基滤光片LWP5.5，基板采用氧化铝陶瓷基板，封装胶采用封装用黑胶。

本实施例提供的一种应用于红外传感器的封装结构，节省了金属管座，用于装载敏感元件和敏感元件配套电路的基板安装并被封装胶包封在具有卡点结构的金属管帽内，大大简化了生产流程，使产品具备结构简单、成本低廉和易于推广的优点。

实施例3：

与实施例1和实施例2的不同之处在于，如图4所示，本实施例中，金属管帽内侧壁上设有两个定位柱11，所述定位柱既用作安装定位结构也用作接地连接结构，所述定位柱为金属材料制成，既导电又导热，两个定位柱的一端均安装在基板上，并与基板通过导电胶连接；两个定位柱的另一端支撑在金属管帽内部的底面上，并与所述金属管帽的底面通过导电胶连接或直接接触实现电连接；所述定位柱还能够直接与基板上的地线接触实现电连接，用于实现金属管帽的接地。通过调整定位柱的高度，能够实现调整安装在基板上的敏感元件与红外滤光片的距离，从而实现了基板的定位。

另外，本实施例中，所述引脚的一端铆接在基板上，引脚的另一端用作本实施例产品的引脚；所述金属管帽在朝向接收方向上开有4mm×3mm的长方形接收窗口，所述接收窗口处固定安装有与接收窗口尺寸相匹配的红外滤光片。

本实施例中带有定位柱结构的金属管帽，既可用于安装定位结构也用作接地连接结构，还可以通过调整定位柱高度来灵活调整敏感元件和红外滤光片的距离，结构简单，应用方便。

基于实施例1，本发明中的应用于红外传感器的封装结构的红外传感器封装方法，包括以下步骤：

S1，将敏感元件和敏感元件配套电路组装在基板上；

S2，将引脚一端固定安装在基板上，并通过导电胶或者直接接触的方式与基板实现电性连接；

S3，在金属管帽上的接收窗口处嵌入并固定好红外滤光片后，将基板装入金属管帽，并依赖金属管帽内的特设结构做好定位，确保敏感元件和接收窗口之间距离，所述特设结构为凸台；

S4，将金属管帽与基板上的地线直接接触实现接地或通过使用导电胶使金属管帽与基板上的地线电连接，从而实现接地；

S5，往基板与金属管帽合围成的底部密闭空腔处，灌入封装胶进行填充，实现对基板的固定保护；同时，引脚的另一端伸出封装胶外，用作外引脚；

S6，对封装胶加热固化，封装胶固化后封装完成。

对于实施例2和实施例3，只需将上述方法步骤S3中的凸台结构分别替换为对应的卡点结构或定位柱结构，即可完成相应的红外传感器封装方法。

综上所述，本发明不再使用金属管座，而使用封装胶将基板包封在金属管帽内，实现对基板的固定和防护，对敏感元件和接收窗口距离的定位和对敏感元件和敏感元件配套电路的电磁屏蔽，本发明大大简化了红外传感器的封装结构和红外传感器的封装生产流程，使产品具备结构简单、成本低廉和易于推广的优点。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。