貼片式智能熱釋電紅外傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于傳感器的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種貼片式智能熱釋電紅 外傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱釋電紅外傳感器是一種利用熱釋電效應(yīng)原理制成的探測(cè)紅外輻射的傳感器，能 夠檢測(cè)人或某些動(dòng)物等發(fā)射出的紅外線，經(jīng)過(guò)濾波、放大等一系列動(dòng)作后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸 出。
[0003] 目前，市面上質(zhì)量、效果都比較好的傳統(tǒng)熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示，形成 封閉結(jié)構(gòu)的管座和管帽，該管帽的上表面窗口處有濾光片，封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有光學(xué)敏感元 和固定該光學(xué)敏感元的支撐部件，在光學(xué)敏感元和支撐部件的下方有場(chǎng)效應(yīng)管和固定場(chǎng)效 應(yīng)管的基板，基板上印刷有使各元器件電氣連接的電路，管座內(nèi)部向下延伸有三根碳鋼或 鐵鎳合金材料的引腳。其工作原理主要是通過(guò)光學(xué)敏感元將接收到的紅外信號(hào)經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管 進(jìn)行阻抗變換后輸出模擬信號(hào)。然而，現(xiàn)有技術(shù)的熱釋電紅外傳感器的管座內(nèi)部向下延伸 的三根碳鋼或鐵鎳合金材料的引腳需要手工焊接，操作不便，生產(chǎn)效率低下，不利于流水線 生產(chǎn)；引腳和后續(xù)處理電路的存在導(dǎo)致傳感器體積較大，限制其微型化的發(fā)展；另外，傳感 器微信號(hào)放大電路輸出的為模擬信號(hào)，難以適應(yīng)光電行業(yè)數(shù)字化發(fā)展的必然趨勢(shì)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種貼片式智能熱 釋電紅外傳感器。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案： 一種貼片式智能熱釋電紅外傳感器，其特征在于包括：由管帽和基板組成的封閉結(jié)構(gòu) 的外殼，管帽上表面具有窗口，所述窗口上鑲嵌有紅外光學(xué)濾光片;而管帽和基板之間形成 收容空間，所述收容空間收納并封裝有紅外敏感元、支撐部件及信號(hào)處理模塊;所述紅外敏 感元靠支撐部件固定，所述支撐部件和信號(hào)處理模塊直接固定在基板上。
[0006] 其中，所述的紅外敏感元為1個(gè)或多個(gè)。
[0007] 其中，所述紅外敏感元采用的熱釋電陶瓷材料的化學(xué)組成為WPbmLaxSry) (Mm/3Nb2/3) z(Zr。. 94Ti〇. 06)403+ Φ at%A;其中：0.002 <x<0.1，0.01<y<0.1，0.01<z< 0.1;其中，Φ=0或者2.8S Φ <5.5，所述的六為82〇3和〇2〇3的混合物，二者的摩爾比為1:1。
[0008] 其中，所述基板為金屬化陶瓷基板或環(huán)氧樹(shù)脂PCB板。
[0009] 其中，所述信號(hào)處理模塊為數(shù)字智能控制電路芯片或MCU微控制器。
[0010]其中，所述紅外光學(xué)濾光片的兩個(gè)表面依次鍍覆有紅外增透膜和截止膜。
[0011] 其中，所述紅外光學(xué)濾光片為平面硅基、平面鍺基或平面紅外玻璃基濾光片;且其 表面加工有菲涅爾條紋。
[0012] 其中，所述紅外光學(xué)濾光片為球面硅基、球面鍺基或球面紅外玻璃基濾光片。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的機(jī)油自動(dòng)冷卻裝置具有以下有益效果： (1)本發(fā)明的傳感器采用紅外敏感元與紅外光學(xué)濾光片，結(jié)合數(shù)字智能控制電路芯片 模塊或MCU微控制器，直接固定在封裝材料內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)智能分析處理、數(shù)字化輸出、抗干 擾能力強(qiáng)等多種功能;采用更輕的金屬化陶瓷基板和環(huán)氧樹(shù)脂PCB板，并去除引腳，貼片形 式封裝，通過(guò)縮小尺寸，可輕易地將產(chǎn)品重量減輕一半，減少了材料，無(wú)需人工焊接引腳，加 工方便，良品率更高，成本更低，最終使應(yīng)用更趨完美，尤其適合小微型玩具、數(shù)碼、隱蔽性 安防等領(lǐng)域，市場(chǎng)前景廣闊。
[0014] (2 )本發(fā)明所述的熱釋電陶瓷材料不僅具有燒結(jié)溫度低，燒結(jié)溫度范圍寬，機(jī)械性 能優(yōu)良的特點(diǎn)；而且在本發(fā)明的熱釋電陶瓷材料中存在FRL-FRH相變，通過(guò)La和Sr部分取代 Pb，并通過(guò)二者的協(xié)同作用使得材料的相變溫度低，自發(fā)極化小，因相變導(dǎo)致的晶格畸變不 大，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗較低，熱釋電系數(shù)高，制作得到的被動(dòng)紅外熱釋電傳感器噪聲值 低，靈敏度高，探測(cè)距離遠(yuǎn);適合于制作熱釋電被動(dòng)紅外傳感器及非致冷焦平面紅外傳感器 等傳感器。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的熱釋電紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明的熱釋電紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明的熱釋電紅外線傳感器的電路原理圖。
[0018] 圖4為實(shí)施例1的熱釋電紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖5為實(shí)施例2的熱釋電紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖6為本發(fā)明的基板的底部結(jié)構(gòu)不意圖。
[0021 ]圖7為本發(fā)明的管帽的幾種外形示意圖。
[0022]圖8是本發(fā)明制備的煅燒粉體及燒結(jié)熱釋電陶瓷的XRD圖。
[0023]圖9是本發(fā)明制備的熱釋電陶瓷斷面顯微結(jié)構(gòu)圖。
[0024]其中，各附圖標(biāo)記的含義分別為：1為基板，2為支撐部件，3為信號(hào)處理模塊，4為紅 外光學(xué)敏感元，5為紅外光學(xué)濾光片，6為管帽。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的貼片式智能熱釋電紅外傳感器做進(jìn)一步 的闡述，以幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的 理解。
[0026] 如圖2所示，本發(fā)明所述的貼片式智能熱釋電紅外傳感器，包括有形成封閉結(jié)構(gòu)的 基板1和管帽6,該管帽6的上表面設(shè)有紅外光學(xué)濾光片5,所述封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)收納與封裝紅外 敏感元4、固定該紅外敏感元4的支撐部件2及信號(hào)處理模塊3,支撐部件和信號(hào)處理模塊3固 定在基板1上，基板1上印刷有使各元器件電氣連接的電路，基板1底部設(shè)置有焊盤，運(yùn)用SMT 自動(dòng)貼片及回流焊工藝，應(yīng)用于各種相關(guān)電路的組裝。所述基板1為金屬化陶瓷基板或環(huán)氧 樹(shù)脂PCB板。所述基板1底部設(shè)置有焊盤，運(yùn)用SMT自動(dòng)貼片及回流焊工藝，應(yīng)用于各種相關(guān) 電路的組裝。所述紅外敏感元4為一個(gè)或多個(gè)。如圖3所示，所述的信號(hào)處理模塊3可以是數(shù) 字智能控制電路芯片模塊，其內(nèi)集成有信號(hào)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、低通/高通濾波電路 和信號(hào)輸出單元。所述的信號(hào)處理模塊3還可以是MCU微控制器，是具有可編程能力的微電 腦控制單元，借以實(shí)現(xiàn)更加智能化的傳感器數(shù)據(jù)處理能力，包含模擬和數(shù)字信號(hào)的處理能 力。所述的信號(hào)處理模塊3采用DFN、SOP或COB等封裝工藝封裝而成。圖6為本發(fā)明實(shí)施例采 用的基板的底部結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例采用的管帽的幾種外形示意圖。
[0027] 實(shí)施例1 如圖4所示，基板1材料為金屬化陶瓷基板，并作電磁屏蔽處理，以減少外界的電磁干 擾。紅外光學(xué)濾光片5為球狀紅外玻璃，并且在兩面鍍覆硅基鍍?cè)鐾改ず徒刂鼓V光片，鍍 膜后的球狀紅外玻璃切片后，嵌入管帽上的窗口處，并以樹(shù)脂材料粘牢，替代傳統(tǒng)的光學(xué)濾 光片，體積小，滿足微型化的要求。所述信號(hào)處理模塊3是數(shù)字智能控制電路芯片模塊，其內(nèi) 集成有信號(hào)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、低通/高通濾波電路和信號(hào)輸出單元，實(shí)現(xiàn)智能化的 需求。將該管帽6和基板1密封焊接，形成密封結(jié)構(gòu)的貼片式智能熱釋電紅外傳感器。
[0028] 實(shí)施例2 如圖5所示，基板1材料為環(huán)氧樹(shù)脂PCB板，并作電磁屏蔽處理，以減少外界的電磁干擾。 紅外光學(xué)濾光片5為平面紅外玻璃，并且在兩面鍍覆硅基鍍?cè)鐾改ず徒刂鼓V光片，采用冷 加工工藝或半導(dǎo)體刻蝕工藝，在表面加工出菲涅爾條紋，將其嵌入管帽上的窗口處，并以樹(shù) 脂材料粘牢，替代傳統(tǒng)的光學(xué)濾光片，且體積小，滿足微型化的要求。信號(hào)處理模塊3是數(shù)字 智能控制電路芯片模塊，其內(nèi)集成有信號(hào)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、低通/高通濾波電路和 信號(hào)輸出單元，實(shí)現(xiàn)智能化的需求。將該管帽6和基板1密封焊接，形成密封結(jié)構(gòu)的貼片式智 能熱釋電紅外傳感器。
[0029]在本發(fā)明中，本發(fā)明所述的熱釋電被動(dòng)紅外傳感器用熱釋電陶瓷材料，其化學(xué)元 素組成為：（Pbi-X-yLaxSry) (Mni/3Nb2/3)z(Zr〇.94Tio.〇6)i-ζ〇3+ Φ at%A;其中：0·002<χ<0·1， 0.01 <y<0.1，0.01 其中，Φ=0或者Φ <5.5,所述的A為B2〇3和Cr2〇3的混合 物，二者的摩爾比為1:1。其中，所述的系指A相對(duì)于（Pbi-x-yLaxSr y)(Mm/3Nb2/3)z (ZmTio.osh-zOs的摩爾百分比。所述熱釋電陶瓷材料通過(guò)以下方法制備得到：