本申請(qǐng)依據(jù)35U.S.C.§119(e)要求于2015年4月14日提交的申請(qǐng)?zhí)枮镹o.62/147196的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其標(biāo)題為“具有散熱器的熱感測(cè)器系統(tǒng)及方法”。申請(qǐng)?zhí)枮镹o.62/147196的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)將于此通過整體引入而合并。

背景技術(shù)：

熱電堆可包括將熱能轉(zhuǎn)化成電能的電子設(shè)備。它可由常常串聯(lián)或并聯(lián)的數(shù)個(gè)熱電偶組成。熱電堆對(duì)絕對(duì)溫度沒有反應(yīng)，但產(chǎn)生與局部溫差或溫度梯度成比例的輸出電壓。熱電堆的輸出電壓可在幾十或幾百微伏范圍內(nèi)。熱電堆可用于從例如來自電氣部件、太陽風(fēng)、放射性材料或者燃燒的熱量來產(chǎn)生電能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

描述了包括使用散熱器(例如熱沉)的可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)、可動(dòng)設(shè)備殼體以及用于制造可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)的方法。在一種實(shí)施方式中，可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)包括：被配置為支撐電氣部件的基底；聯(lián)接到該基底的熱探測(cè)器封裝，該熱探測(cè)器封裝包括第一熱電堆、第二熱電堆以及參考溫度探測(cè)器；以及聯(lián)接到所述基底的散熱器。在另一種實(shí)施方式中，可動(dòng)設(shè)備殼體可包括被配置為容納可動(dòng)設(shè)備的殼體，其中該可動(dòng)設(shè)備包括可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)，該可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)包括：被配置為支撐電氣部件的基底；聯(lián)接到該基底的熱探測(cè)器封裝，該熱探測(cè)器封裝包括第一熱電堆、第二熱電堆以及參考溫度探測(cè)器；以及聯(lián)接到所述基底的第一散熱器；所述殼體中的開口；以及設(shè)置在所述殼體上并且鄰近所述開口的第二散熱器，其中該散熱器被配置為與所述可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)接觸并且散熱。

在一種實(shí)施方式中，采用根據(jù)本公開的示例性技術(shù)的用來制造可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)的方法包括將熱探測(cè)器封裝回流焊到基底上，其中該熱探測(cè)器封裝包括至少第一熱電堆、第二熱電堆以及參考溫度探測(cè)器；以及將散熱器放在基底上。

提供的本綜述以引入具有簡(jiǎn)化形式的概念的選擇，下面在詳細(xì)說明中進(jìn)一步描述所述概念。本綜述并不旨在確定要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特征，也不旨在被用作幫助確定要求保護(hù)的主題的范圍。

附圖說明

參照附圖描述詳細(xì)的說明書。說明書和附圖中不同實(shí)例中使用的相同的附圖標(biāo)記可以表示相似或相同的項(xiàng)。

圖1A是說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式的包括散熱器的可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)和熱探測(cè)器封裝的實(shí)施例的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖1B是說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式的包括開口和散熱器的殼體的實(shí)施例的局部平面圖。

圖1C是說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式的包括散熱器的可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)和熱探測(cè)器封裝的實(shí)施例的等距視圖。

圖1D是說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式的在沒有散熱器的情況下計(jì)算的熱探測(cè)器封裝溫度與時(shí)間相對(duì)的圖形化描述。

圖1E是說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式的在具有用于散熱的散熱器的情況下計(jì)算的熱探測(cè)器封裝溫度與時(shí)間相對(duì)的圖形化描述。

圖2是說明用于制造包括散熱器的可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)(諸如在圖1A至1C中說明的可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng))的示例性方法的流程圖。

圖3A是說明根據(jù)圖2所示方法制造的可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)(諸如在圖1A至1C中示出的可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng))的圖示的局部橫截面?zhèn)认蛘晥D。

圖3B是描述根據(jù)圖2所示方法制造的具有散熱器的可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)(諸如在圖1A至1C中示出的可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng))的圖示的局部橫截面?zhèn)认蛘晥D。

具體實(shí)施方式

概述

溫度感測(cè)裝置在便攜式電子設(shè)備中變得越發(fā)普遍。熱電堆通常用于半導(dǎo)體和電子設(shè)備中的溫度感測(cè)，例如非接觸式溫度測(cè)量裝置。

當(dāng)封裝中不存在熱梯度時(shí)，大部分溫度感測(cè)裝置和系統(tǒng)工作好。然而，很多設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生熱量或者經(jīng)受外部熱量，這可能產(chǎn)生熱波動(dòng)以及熱梯度例如橫向熱梯度，并且在測(cè)量溫度時(shí)可能產(chǎn)生誤差。溫度測(cè)量裝置尤其是熱電堆系統(tǒng)可能對(duì)x-y方向上的橫向熱梯度敏感。當(dāng)熱電堆系統(tǒng)放在其中有從不同方向穿過其放熱的熱源的設(shè)備中時(shí)，這可能變成一個(gè)問題。例如，一些熱電堆系統(tǒng)可能有兩個(gè)熱電堆，目的是一個(gè)熱電堆探測(cè)外部輻射且第二個(gè)熱電堆移除并補(bǔ)償垂直熱梯度。然而，僅當(dāng)兩個(gè)熱電堆探測(cè)器溫度相同時(shí)這才起作用。如果它們溫度不同(有時(shí)是由橫向熱梯度所致)，那么可能會(huì)放大溫度測(cè)量誤差。

因此，描述了包括使用散熱器(例如熱沉)的可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)、可動(dòng)設(shè)備殼體以及用于制造可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)的方法。在一種實(shí)施方式中，所述可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)包括：被配置為支撐電氣部件的基底；聯(lián)接到該基底的熱探測(cè)器封裝，該熱探測(cè)器封裝包括第一熱電堆、第二熱電堆以及參考溫度探測(cè)器；以及聯(lián)接到所述基底的散熱器。在另一種實(shí)施方式中，可動(dòng)設(shè)備殼體可包括被配置為容納可動(dòng)設(shè)備的殼體，其中該可動(dòng)設(shè)備包括：可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)，該可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)包括被配置為支撐電氣部件的基底；聯(lián)接到該基底的熱探測(cè)器封裝，該熱探測(cè)器封裝包括第一熱電堆、第二熱電堆以及參考溫度探測(cè)器；以及聯(lián)接到所述基底的第一散熱器；在所述殼體中的開口；以及設(shè)置在所述殼體上并且鄰近于所述開口的第二散熱器，其中該散熱器被配置以與所述可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)接觸并散熱。

在一種實(shí)施方式中，采用根據(jù)本公開的示例性技術(shù)的用于制造可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)的方法包括：將熱探測(cè)器封裝回流焊到基底上，其中該熱探測(cè)器封裝包括至少第一熱電堆、第二熱電堆以及參考溫度探測(cè)器；以及將散熱器放到所述基底上。

于此公開的可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)和可動(dòng)設(shè)備殼體的功能是消除或?qū)嵸|(zhì)上消除可動(dòng)設(shè)備或其他手持設(shè)備中的熱波動(dòng)和梯度的干擾，并且允許熱探測(cè)器/感測(cè)器的精確工作，尤其是在非接觸式高溫計(jì)中，例如熱電堆系統(tǒng)。所述可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)可以用在各種系統(tǒng)中，例如NIR LWIR分光感測(cè)器(例如用于氣體感測(cè)等)中。

示例性實(shí)施方式

圖1A至1C說明了根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方式的可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)100和熱探測(cè)器封裝102。此外，描述了被配置有散熱器124的殼體126，其可以與例如可動(dòng)設(shè)備一起使用。在實(shí)施方式中，可動(dòng)設(shè)備可以被配置為相對(duì)小的且可移動(dòng)(例如重量小于2磅)。一些可動(dòng)設(shè)備的示例可包括智能手機(jī)、移動(dòng)電話、可穿戴設(shè)備(例如手表)和/或平板電腦。預(yù)計(jì)可以利用其它類型的可動(dòng)設(shè)備。

如圖1A至1C所示，熱探測(cè)器封裝102可包括封裝104和封裝基底106。封裝104可包括不同類型的材料和/或結(jié)構(gòu)。例如，封裝104可包括陶瓷基材料。在另一示例中，封裝104可以包括硅基材料、金屬、金屬合金(例如鎳-鈷鐵合金(Kovar))和/或聚合物基材料。在具體實(shí)施例中，封裝104可包括陶瓷封裝，其具有被配置有至少一個(gè)壁的封裝基底106，所述壁限定被配置以容納第一熱電堆108、第二熱電堆110和/或參考溫度探測(cè)器112的腔室。第一熱電堆108和第二熱電堆110可以制造在同一模具上。在另一具體實(shí)施例中，封裝104可包括硅基材料，其具有與封裝基底106結(jié)合的四個(gè)壁，所述封裝基底同樣包括硅基材料。封裝基底106可被配置以機(jī)械地和/或電氣地支撐電子設(shè)備，例如第一熱電堆108、第二熱電堆110、參考溫度探測(cè)器112和/或其它部件。封裝104還可被配置以機(jī)械地和/或電氣地支撐封裝蓋114。這些特征(例如封裝104、封裝基底106等)中的至少一些可被配置以便于電互連(例如穿過基底的孔、再分配層、金屬線等等)。

如圖1A至1C所示，可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)100可進(jìn)一步包括第一熱電堆108、第二熱電堆110以及參考溫度探測(cè)器112。在實(shí)施方式中，可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)100可包括額外的熱電堆裝置。熱電堆(例如第一熱電堆108、第二熱電堆110、額外的熱電堆設(shè)備)可包括至少一個(gè)熱電偶，其可探測(cè)入射到熱電偶/熱電堆裝置上的紅外線輻射并且將紅外線輻射/熱能轉(zhuǎn)化為電能。所述熱電偶可包括具有兩個(gè)不同導(dǎo)體的溫度測(cè)量裝置，所述兩個(gè)不同導(dǎo)體在由不同導(dǎo)體((或半導(dǎo)體)經(jīng)歷溫差的一個(gè)點(diǎn)或多個(gè)點(diǎn)(例如熱接點(diǎn)、冷接點(diǎn))處相互接觸。在這些實(shí)施方式中，所述熱電堆(例如第一熱電堆108、第二熱電堆110等等)可以探測(cè)紅外線輻射并提供成比例的電信號(hào)以用于確定目標(biāo)的溫度。在實(shí)施例中，第一熱電堆108和/或第二熱電堆110可設(shè)置在封裝104和/或封裝基底106之上和/或之內(nèi)并被配置為暴露于光和/或電磁輻射并/或接收光和/或電磁輻射。

此外，第一熱電堆108、第二熱電堆110以及參考溫度探測(cè)器112可電聯(lián)接(例如使用電互連)到可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)100和/或熱探測(cè)器封裝102里面的其它部件諸如再分配層、通孔、金屬配線、金屬跡線等等。在具體實(shí)施例中，在可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)100和熱探測(cè)器封裝102中使用的第一熱電堆108和/或第二熱電堆110可以被配置為通過封裝蓋114中的孔118暴露于光和/或紅外線輻射，這在下面將進(jìn)一步描述。在該實(shí)施例中，熱探測(cè)器封裝102可被配置以接收和/或探測(cè)熱探測(cè)器封裝102和/或可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)100外面的電磁能量(例如來自人體或其它物體的能量)。

如圖1A中所示，熱探測(cè)器封裝102可包括設(shè)置在封裝104上的封裝蓋122。在一些實(shí)施例中，封裝蓋122可以氣密地密封到封裝104上。封裝蓋122和封裝104可限定容納第一熱電堆108、第二熱電堆110和/或參考溫度探測(cè)器112的腔室。在一個(gè)具體實(shí)施例中，封裝蓋122可以包括硅蓋。預(yù)期封裝蓋122可包括其它材料。在一些實(shí)施例中，封裝蓋122可與封裝104電互連。在一個(gè)具體示例中，封裝蓋122可通過在金屬蓋(例如鎳-鈷鐵合金)的孔118中放置硅片或硅的基底來實(shí)現(xiàn)。

在一些實(shí)施例中，封裝蓋122可包括設(shè)置在封裝蓋122的至少一側(cè)上的金屬層116。金屬層116可以被配置以作為用于熱探測(cè)器封裝102的阻光層和/或吸光層并/或確保極少或沒有光穿過封裝蓋122進(jìn)入腔室。在一個(gè)具體實(shí)施例中，金屬層116可設(shè)置在封裝蓋122的被配置以暴露于腔室的一側(cè)上。預(yù)期金屬層116可以其他方式設(shè)置和配置，例如在封裝蓋122頂上(例如在遠(yuǎn)離腔室的一側(cè)上)。在一些實(shí)施例中，金屬層116和/或封裝蓋122可以包括孔118，其被配置為允許一些光和/或紅外線輻射進(jìn)入腔室并/或入射到第一熱電堆108和/或第二熱電堆110上。

熱感測(cè)器系統(tǒng)100可包括設(shè)置在基底122上的熱探測(cè)器封裝102。在實(shí)施方式中，基底122可被配置為機(jī)械地和/或電氣地支撐熱探測(cè)器封裝102。基底122的一些例子可以包括印刷電路板和/或柔性電路。熱探測(cè)器封裝102可聯(lián)接到基底122，例如使用連接器120(例如焊球、焊盤網(wǎng)格陣列(LGA))。在一個(gè)具體示例中，熱探測(cè)器封裝102可以使用焊球陣列聯(lián)接到柔性電路。

熱感測(cè)器系統(tǒng)100可包括散熱器124。在實(shí)施方式中，散熱器124可包括被動(dòng)熱交換器，其通過散熱冷卻。在圖1A至1C所示實(shí)施例中，散熱器124可用來在熱感測(cè)器系統(tǒng)100和/或熱探測(cè)器封裝102里面的x-y方向(例如平行于基底122和/或封裝基底106)上均勻地散熱，以使得第一熱電堆108、第二熱電堆110和/或參考溫度探測(cè)器112的溫度相同或?qū)嵸|(zhì)上相同。散熱器124可以包括具有高導(dǎo)熱率的材料。例如，散熱器124可包括金屬例如鋁塊。雖然散熱器124在圖1A至1C中被示為塊，但是散熱器124可以包括各種尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)。在一個(gè)具體示例中，散熱器124可包括設(shè)置在基底122上與熱探測(cè)器封裝102相反的一側(cè)上的鋁塊。在另一個(gè)具體示例中，散熱器124可設(shè)置在基底122和熱探測(cè)器封裝102之間。在該具體實(shí)施例中，散熱器124可以聯(lián)接到基底122和熱探測(cè)器封裝102，或者可以僅聯(lián)接到基底122或僅聯(lián)接到熱探測(cè)器封裝102。在一些實(shí)施例中，散熱器124可以包括基底122和/或熱探測(cè)封裝和/或用導(dǎo)熱粘合劑聯(lián)接到基底122和/或熱探測(cè)器封裝102。

在實(shí)施方式中，散熱器124可包括具有高導(dǎo)熱率的材料，尤其是在橫向(例如x-y方向)上。例如，散熱器124可以包括一片高導(dǎo)熱性金屬或合金，例如鋁、銅或者它們的合金。散熱器124材料的一些典型的導(dǎo)熱率的范圍可在150W/mK到450W/mK之間。在一些具體實(shí)例中，散熱器124材料可以包括特殊復(fù)合合金，其具有在450W/mK到800W/mK范圍內(nèi)的典型的導(dǎo)熱率。通常，當(dāng)材料導(dǎo)熱率高時(shí)，較薄的材料片可用于散熱器124。在一個(gè)具體實(shí)施例中，散熱器124可以包括多層和/或多種材料。例如，散熱器124可以包括碳和石墨材料(和/或石墨烯)，例如碳納米管或碳納米纖維，其導(dǎo)熱率可以高達(dá)6000W/mK。在其他示例中，散熱器124可以是高導(dǎo)熱率層和隔熱層交替的多層。在一個(gè)具體實(shí)施例中，散熱器124可以包括具有被隔熱層分開的兩個(gè)高導(dǎo)熱率石墨層(片)的三層(或者更多層)。隔熱層的一些例子可以包括氣態(tài)(和/或多孔的)介質(zhì)，例如空氣、氮?dú)?、NASBIS等。在另一個(gè)具體實(shí)施例中，散熱器124可包括兩層，其中第一高導(dǎo)熱率石墨片設(shè)置在第二隔熱層上。在這些多層的示例中，具有高、低導(dǎo)熱率材料的交替的多層可以導(dǎo)致更有效的散熱器124。

如圖1B所示，可以被配置為與熱感測(cè)器系統(tǒng)100一起使用的殼體126可包括散熱器124和開口128。在實(shí)施方式中，殼體126可包括用于設(shè)備例如智能手機(jī)設(shè)備的外殼。殼體126可以是可移除的，或者可以固定在位。在實(shí)施例中，如圖1B所示，殼體126可以包括被配置為允許輻射、熱和/或光穿過殼體126的開口128。散熱器124可鄰近于開口128設(shè)置并被配置為接觸相鄰設(shè)備(例如熱感測(cè)器系統(tǒng)100、熱探測(cè)器封裝102等等)。在實(shí)施方式中，具有散熱器124的殼體126可用來從熱探測(cè)器封裝102散熱(例如在x-y方向上)并為熱探測(cè)器封裝102提供更恒定的熱環(huán)境。

圖1D說明了在沒有散熱器124來補(bǔ)償橫向或x-y方向上的熱梯度的熱感測(cè)器系統(tǒng)100中的計(jì)算溫度的一個(gè)示例。在該示例中，熱感測(cè)器實(shí)時(shí)測(cè)量在37℃的固定目標(biāo)，同時(shí)在可動(dòng)設(shè)備上啟動(dòng)應(yīng)用程序(例如游戲)。如圖1D所示，當(dāng)執(zhí)行應(yīng)用程序(例如游戲)或用于產(chǎn)生熱量的其他工具時(shí)，熱感測(cè)器系統(tǒng)100和熱探測(cè)器封裝102內(nèi)的溫度顯著增加(在本示例中有大約4℃的誤差)。該溫度和熱量的增加負(fù)面地影響熱探測(cè)器封裝102和相關(guān)的溫度測(cè)量，這由多余熱量造成的誤差導(dǎo)致。

圖1E說明了當(dāng)使用散熱器124最小化橫向或x-y方向上的熱梯度時(shí)熱感測(cè)器系統(tǒng)100中的計(jì)算溫度的一個(gè)示例。在該示例中，當(dāng)啟動(dòng)應(yīng)用程序時(shí)，產(chǎn)生的計(jì)算溫度(利用與圖1D中的示例相同的測(cè)量條件)更加一致，這是因?yàn)樯崞?24更有效地散發(fā)過剩熱量并提供最小化的橫向熱梯度。

示例方法

圖2說明了利用技術(shù)來制造熱電堆溫度感測(cè)裝置例如圖1A至1C所示可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)100的示例方法200。圖3A和3B說明了在制造例如圖1A至1C所示的那些期間可動(dòng)熱感測(cè)器系統(tǒng)100和熱探測(cè)器封裝102的截面300。

如圖3A所示，熱探測(cè)器封裝回流焊到基底上(方框202)。在實(shí)施方式中，回流焊熱探測(cè)器封裝302可包括使用回流焊方法?；亓骱阜椒òㄒ允芸氐姆椒ㄊ褂脽?例如來自回流焊爐、紅外線燈等等)來熔化連接器320(例如至少一個(gè)焊接凸點(diǎn))并將連接器320永久地連接到熱探測(cè)器封裝302。在一個(gè)具體實(shí)施例中，可在將散熱器324聯(lián)接到基底322之前將熱探測(cè)器封裝302回流焊到基底322上。

然后，將散熱器放到基底上(方框204)。如圖3B所示，散熱器324可以放置或聯(lián)接到基底322，例如在基底322的與熱探測(cè)器封裝302相反的一側(cè)上。在一些示例中，將散熱器324放置或聯(lián)接到基底322可以包括使用導(dǎo)熱粘合劑。預(yù)期可以使用其它粘合或聯(lián)接方法來將散熱器324放到基底322上。

結(jié)論

盡管已經(jīng)以針對(duì)結(jié)構(gòu)特征和/或方法操作的語言描述主題，但將理解的是所附權(quán)利要求中限定的主題不必限于上述特定特征或動(dòng)作。相反，上述特定特征和動(dòng)作作為實(shí)施權(quán)利要求的示例形式公開。