CN107808877B - 远红外线感测阵列集成电路组合以及远红外线传感器封装 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种远红外线感测阵列集成电路组合以及远红外线传感器封装，该远红外线传感器封装包含：一封装壳体以及复数个远红外线感测阵列集成电路。其中，该复数个远红外线感测阵列集成电路是设置于同一平面上，并且设置于该封装壳体的内部；该些远红外线感测阵列集成电路中之每一者包含有大小相同的远红外线感测单元阵列。

Description

远红外线感测阵列集成电路组合以及远红外线传感器封装

技术领域

本发明是关于红外线感测，尤指一种远红外线感测阵列集成电路组合以及远红外线传感器封装。

背景技术

一般来说，若要侦测空间中热辐射的分布现象，需要透过具有阵列结构的红外线传感器来对空间中的红外线进行侦测。图1绘示了一个内部具有尺寸为8x8的感测单元阵列的远红外线传感器封装100。其中，远红外线传感器封装100具有封装壳体110、滤镜120、远红外线感测阵列集成电路130以及电路板140。远红外线感测阵列集成电路130包含有感测单元阵列135以及用以控制感测单元阵列135的控制电路(未示出)。

热辐射在空气中以电磁波的形式传导。透过滤镜120，只有对应于特定温度区间(特定波长)的光线得以穿透，这些红外线施加在感测单元阵列135上，会让感测单元阵列135中的每一个感测单元产生程度不等的物理变化，而这些物理变化会进一步转换成电能讯号。以热电堆(thermopile)形式的感测单元为例，红外线会被感测单元吸收而转换成热能，这些热能又会让感测单元的两端形成电压差。之后，控制电路可将感测单元上的电压差读出，得到感测讯号。

感测阵列制造商在生产感测单元阵列135的时候，必须考虑到客户的不同需求，生产不同规格大小的感测单元阵列135。然而，这意味着感测阵列制造商并须针对这些规格逐一开设生产线，这样一来无形降低了整体生产效率并提高了成本。

发明内容

因此，为了增加生产流程的弹性与效率，并且降低生产成本，本发明提一种红外线感测阵列的设计概念，其有助于实现红外线传感器的模块化生产。

根据上述的设计概念，本发明之一实施例实现一种远红外线传感器封装。其中，该远红外线传感器封装包含：一封装壳体以及复数个远红外线感测阵列集成电路。该些远红外线感测阵列集成电路是设置于同一平面上，并且设置于该封装壳体的内部，该些远红外线感测阵列集成电路中之每一者包含有大小相同的远红外线感测单元阵列。

本发明之另一实施例实现一种远红外线感测阵列集成电路组合。其中，该远红外线感测阵列集成电路组合包含：一第一远红外线感测阵列集成电路以及复数个第二远红外线感测阵列集成电路。该第一远红外线感测阵列集成电路包含一第一远红外线感测单元阵列以及一第一感测控制电路；以及该复数个第二远红外线感测阵列集成电路中之至少一者包含一第二远红外线感测单元阵列以及一第二感测控制电路。其中，该第一感测控制电路所能提供之功能不同于该第二感测控制电路所能提供之功能，且第一远红外线感测单元阵列与该第二远红外线感测单元阵列的大小相同。

附图说明

图1为习知的远红外线传感器封装的结构示意图。

图2为本发明远红外线传感器封装之一实施例的结构示意图。

图3为本发明远红外线感测阵列集成电路之一实施例的示意图。

图4为本发明远红外线感测阵列集成电路组合之一实施例的结构示意图。

图5～8为本发明远红外线感测阵列集成电路组合之其他实施例的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明

具体实施方式

在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及后续的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的「包含」是为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。此外，「耦接」一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

图2为本发明之远红外线传感器封装之一实施例的侧视结构图。如图所示，远红外线传感器封装200包含一封装壳体210、一光学元件220、一远红外线感测阵列集成电路组合230、一电路板240。远红外线感测阵列集成电路组合230由大致上位在于同一平面的复数个远红外线感测阵列集成电路231_1～231_N所组成。远红外线感测阵列集成电路231_1～231_N中的至少一者，大致上如图3所示，包含有一远红外线感测单元阵列310_N以及感测控制电路320_N。远红外线感测单元阵列310_N由以阵列状排列的红外线感测单元所组成，请注意，在后续的示意图中，远红外线感测单元阵列310_N为8x8个红外线感测单元组成的阵列，但此仅作为说明之用，并非本发明对于红外线感测单元在数量上的限制。光学元件220为具有特殊镀膜的透镜，当热辐射照射在光学元件220上后，会让对应特定温度/波长范围内的红外线通过。远红外线感测单元阵列310_N上的每一个红外线感测单元，基于所接收到的红外线的强度，将产生相对应的变化，从而形成感测讯号。感测控制电路320_N主要用以控制远红外线感测单元阵列310_N，包含(但不限定于)进行每一个红外线感测单元的驱动操作，以及每一个红外线感测单元上的感测讯号的读取操作。并且，感测控制电路320_N中可能包含有(但不限定于)用以进行前述操作的驱动器、多工器、类比至数位转换器、暂存器、以及进行补偿运算的运算电路。在一实施例中，本发明的红外线感测单元可采用热电堆(thermopile)结构来实现，但此非唯一实施方式，亦非本发明之限制。另外，远红外线感测阵列集成电路231_1～231_N上的远红外线感测单元阵列310_1～310_N的阵列大小基本上相同。较佳地，远红外线感测阵列集成电路231_1～231_N可适于感测波长大于3μm的光线。

图4绘示了远红外线感测阵列集成电路组合230的一实施例的俯视结构图。如图所示，远红外线感测阵列集成电路组合230由远红外线感测阵列集成电路231_1～231_4所组成。远红外线感测阵列集成电路231_1包含有远红外线感测单元阵列310_1以及感测控制电路320_1；远红外线感测阵列集成电路231_2包含有远红外线感测单元阵列310_2以及感测控制电路320_2；远红外线感测阵列集成电路231_3包含有远红外线感测单元阵列310_3以及感测控制电路320_3；远红外线感测阵列集成电路231_4包含有远红外线感测单元阵列310_4以及感测控制电路320_4。远红外线感测阵列集成电路组合230的有效感测范围大致为区域280所涵盖的区域，穿过光学元件220的红外线光大致上会被聚集到区域280上，使远红外线感测单元阵列310_1～310_4产生相应的感测讯号。在区域280中，有一区域282上并没有被红外线感测单元覆盖。因此，感测控制电路320_1～320_4中的至少一者，会利用邻近于此区域的红外线感测单元产生的感测讯号，进行补偿运算，模拟出区域282上应有的感测讯号。在一实施例中，补偿运算为内插运算，其是计算相邻于区域282的红外线感测单元上得到的感测讯号的平均值，以作为区域282对应的感测讯号。

远红外线感测阵列集成电路组合230中的远红外线感测阵列集成电路231_1～231_N之间透过导线相连接。在一实施例，远红外线感测阵列集成电路231_1～231_N上具有合接垫(bonding pad)，并以打线接合(wire bonding)的方式，与其他的远红外线感测阵列集成电路相连接。远红外线感测阵列集成电路231_1～231_N中之一者，负责整合其他远红外线感测阵列集成电路侦测到的感测讯号，并根据这些感测讯号进行补偿运算，得到区域282所对应的感测讯号。具体来说，以图4的实施例为例，负责整合其他三者产生的感测讯号的远红外线感测阵列集成电路231_4的感测控制电路320_4中，具有一运算电路322_4。并且，感测控制电路320_4透过一输入界面，以及与远红外线感测阵列集成电路231_1～231_3相连的合接垫与导线，取得其他的感测控制电路320_1～320_3各自从对应的远红外线感测单元阵列310_1～310_3上读取到的感测讯号。之后，运算电路322_4根据远红外线感测单元阵列310_1～310_4上产生的感测讯号进行补偿运算，并将运算结果与远红外线感测单元阵列310_1～310_4的感测讯号整合成一整体大小为16x16的感测结果，最后透过从一输出界面，以及与电路板240相连的合接垫与导线，将这个感测结果输出至外部。

在一实施例中，感测控制电路320_1～320_4可能具有完全相同的电路结构，并由相同的制程所生产。在将远红外线感测阵列集成电路231_1～231_4组成远红外线感测阵列集成电路组合230的过程中，感测控制电路320_1～320_3中的部份功能被关闭，并且，感测控制电路320_1～320_3的界面上的部分讯号接点并未连接至远红外线感测阵列集成电路231_1～231_3的合接垫上。进一步来说，感测控制电路320_1～320_3中可能都包含有运算电路，但在组成远红外线感测阵列集成电路组合230的过程中，这些运算电路会被关闭。另外，感测控制电路320_1～320_3可能都具有与感测控制电路320_4之输入/输出界面相同宽度的界面，但在组成远红外线感测阵列集成电路组合230的过程中，感测控制电路320_1～320_3仅仅保留足够输出感测讯号给感测讯号控制电路320_4的部分界面。这种设计思维是为了单一化远红外线感测阵列集成电路231_1～231_4的设计过程与制造流程。不过，在某些应用中，为了满足其他设计上的需求，感测控制电路可能具有不同的电路架构，并由不同的生产线所制造，此部份的原因将于后叙。

图5～8绘示了本发明不同实施例中，远红外线感测阵列集成电路组合230中之远红外线感测阵列集成电路231_1～231_N的排列方式。其中，远红外线感测阵列集成电路231_1～231_N可以图5部分或图6部分的平行或垂直型式排列，也可以图7部分的垂直与水平混合形式排列。在图6所示的垂直排列范例中，相邻的远红外线感测阵列集成电路231_1～231_N之间，会有较大的区域(如虚线所示处)未被远红外线感测单元阵列覆盖，因此会造成补偿运算的难度。为了降低补偿运算的难度，远红外线感测阵列集成电路231_1～231_N中部分者，例如远红外线感测阵列集成电路231_2～231_3包含有功能简化的感测控制电路320_2～320_3，其电路面积较小。相较于感测控制电路320_1，感测控制电路320_2～320_3可能不包含有进行补偿运算的运算电路，仅仅包含用以驱动与读取感测单元阵列310_2～310_3的电路区块。如此一来，透过缩小感测控制电路的大小，可以有效地缩小在这种特殊排列方式下，未被远红外线感测单元阵列所覆盖例的区域。而在图7的范例中，远红外线感测阵列集成电路231_2上更进一步取消了感测控制电路的配置，远红外线感测单元阵列310_2的驱动与感测讯号的读取可能由远红外线感测阵列集成电路231_1与231_3上的感测控制电路320_1与320_3来进行。而在图8的范例中，远红外线感测阵列集成电路组合230包含远红外线感测阵列集成电路231_1～231_9，但其中的远红外线感测阵列集成电路231_5只包含有远红外线感测单元阵列310_5，而不具备感测控制电路，远红外线感测单元阵列310_5上的感测讯号可由其他远红外线感测阵列集成电路上的感测控制电路负责读取。另外，远红外线感测阵列集成电路231_1与231_9上的感测控制电路320_1与320_9可能都具备有开启的运算电路，用以进行补偿运算，远红外线感测阵列集成电路231_2～231_4与231_6～231_8的感测控制电路，可能不包含运算电路，或者是其中的运算电路未被开启，甚至是其中的驱动与读取相关电路被关闭，而由感测控制电路320_1与320_9负责进行。

以上文中所提及之「实施例」或者「一实施例」是代表针对该实施例所描述之特定特征、结构或者是特性是包含于本发明之至少一实施方式中。文中不同段落中所出现之「一实施例」并非代表相同的实施例。因此，尽管说明书中对于不同实施例在进行描述时，分别提及了不同的结构特征或是方法性的动作，但应当注意的是，这些不同特征可透过适当的修改而同时实现于同一特定实施方式中，而不对发明的范畴造成限制。

透过以上说明可知，透过将远红外线感测阵列集成电路的设计与生产单一化，集成电路制造商可更轻易地因应不同客户在阵列大小上的不同需求。另外，本发明的远红外线感测阵列集成电路，在感测控制电路的设计上有相当大的弹性。不同的远红外线感测阵列集成电路上的感测控制电路在设计与生产时，可能具有相同电路架构，但在后续应用的过程中，部分电路区块在没有使用需求时可被关闭。另外，为了实现特殊排列的远红外线感测阵列集成电路组合，部分远红外线感测阵列集成电路上可能没有设置感测控制电路，或者具有电路结构不同、面积较小的感测控制电路。如此一来，可提升生产远红外线传感器封装时的效率与弹性。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (15)

1.一种远红外线传感器封装，其特征在于，包含：

一封装壳体；以及

复数个远红外线感测阵列集成电路，该些远红外线感测阵列集成电路是设置于同一平面上，并且设置于该封装壳体的内部，其中该些远红外线感测阵列集成电路之每一者包含有大小相同的远红外线感测单元阵列；

其中该些远红外线感测阵列集成电路之一第一远红外线感测阵列集成电路包含有一第一感测控制电路，该第一感测控制电路用以根据分别从复数个远红外线感测单元阵列上得到的复数个感测讯号进行一补偿运算；

其中该些远红外线感测阵列集成电路中之至少一第二远红外线感测阵列集成电路中的远红外线感测单元阵列耦接于该第一感测控制电路，该第一感测控制电路用以自该第二远红外线感测阵列集成电路中的远红外线感测单元阵列上读取复数个感测讯号，并根据该些感测讯号进行该补偿运算。

2.如权利要求1所述的远红外线传感器封装，其特征在于，另包含一光学元件，设置于该些远红外线感测阵列集成电路以及该封装壳体之一槽孔的上方，用以引导外在的热辐射至该些远红外线感测阵列集成电路对应之一有效感测区域上。

3.如权利要求1所述的远红外线传感器封装，其特征在于，其中该第二远红外线感测阵列集成电路不包含感测控制电路。

4.如权利要求1所述的远红外线传感器封装，其特征在于，其中该些远红外线感测阵列集成电路中之至少一第二远红外线感测阵列集成电路包含有一第二感测控制电路；该第二感测控制电路用以自该第二远红外线感测阵列集成电路中的远红外线感测单元阵列上读取出复数个感测讯号；该第一感测控制电路用以自该第二感测控制电路接收读取出的该复数个感测讯号，并且根据该些感测讯号进行该补偿运算。

5.如权利要求1所述的远红外线传感器封装，其特征在于，其中该些远红外线感测阵列集成电路中之至少一第二远红外线感测阵列集成电路包含有一第二感测控制电路，并且该第一感测控制电路所能提供的功能不同于该第二感测控制电路所能提供的功能。

6.如权利要求5所述的远红外线传感器封装，其特征在于，其中该第一感测控制电路的电路大小不同于该第二感测控制电路的电路大小。

7.如权利要求1所述的远红外线传感器封装，其特征在于，其中该些远红外线感测阵列集成电路为热电堆式感测阵列集成电路。

8.如权利要求1所述的远红外线传感器封装，其特征在于，其中该些远红外线感测阵列集成电路适用于感测波长大于3μm的光线。

9.一种远红外线感测阵列集成电路组合，其特征在于，包含：

一第一远红外线感测阵列集成电路，包含一第一远红外线感测单元阵列以及一第一感测控制电路；以及

复数个第二远红外线感测阵列集成电路，其中至少一者包含一第二远红外线感测单元阵列以及一第二感测控制电路；

其中，该第一远红外线感测单元阵列的大小相同于该第二远红外线感测单元阵列的大小，并且该第一感测控制电路所能提供之功能不同于该第二感测控制电路所能提供之功能；

其中该第一感测控制电路用以根据分别于该第一远红外线感测单元阵列与该第二远红外线感测单元阵列上得到的复数个感测讯号进行一补偿运算。

10.如权利要求9所述的远红外线感测阵列集成电路组合，其特征在于，其中该第二远红外线感测单元阵列耦接于该第一感测控制电路，该第一感测控制电路用以自该第二远红外线感测单元阵列上读取复数个感测讯号。

11.如权利要求9所述的远红外线感测阵列集成电路组合，其特征在于，其中该第二感测控制电路自该第二远红外线感测阵列集成电路之远红外线感测单元阵列上读取复数个感测讯号；该第一感测控制电路用以自该第二感测控制电路接收读取出的该复数个感测讯号，并且根据该些感测讯号进行该补偿运算。

12.如权利要求9所述的远红外线感测阵列集成电路组合，其特征在于，其中该第一感测控制电路的电路大小不同于该第二感测控制电路的电路大小。

13.如权利要求9所述的远红外线感测阵列集成电路组合，其特征在于，其中该复数个第二远红外线感测阵列集成电路中之另一者不包含感测控制电路。

14.如权利要求9所述的远红外线感测阵列集成电路组合，其特征在于，其中该些远红外线感测阵列集成电路为热电堆式感测集成电路。

15.如权利要求9所述的远红外线感测阵列集成电路组合，其特征在于，其中该第一与该第二远红外线感测阵列集成电路适用于感测波长大于3μm的光线。