本發(fā)明涉及內部溫度測定裝置和傳感器封裝體。

背景技術：

作為檢測從體表面流出的熱流的大小并基于該檢測結果來測定(計算)深部體溫的方法，已知具有使用圖6a所示的結構的傳感器模塊的方法(例如，參照專利文獻1)和使用圖6b所示的結構的傳感器模塊的方法(例如，參照專利文獻2)。

在使用圖6a所示的傳感器模塊，即在絕熱材料的上下表面分別安裝有溫度傳感器的一個熱通量傳感器的情況下，可利用下式(1)，基于由絕熱材料的上表面?zhèn)鹊臏囟葌鞲衅鳒y定的溫度ta和由絕熱材料的下表面?zhèn)鹊臏囟葌鞲衅鳒y定的溫度tt來計算出深部體溫tb。

tb＝(tt-ta)rx/r1+tt…(1)

其中，r1、rx分別為絕熱材料的熱電阻、皮下組織的熱電阻。

即，使用圖6a所示的傳感器模塊的內部溫度計算方法基本上使用固定值作為r1和rx的值。但是，由于rx值為存在位置上的差異、個體差異的值，因此，在使用固定值作為rx值來利用上述數(shù)式來計算出的深部體溫tb中包括與使用的rx值與實際的rx值之差相對應的測定誤差。因此，也通過測定tt、ta的時間變化并基于測定結果來計算rx(參照專利文獻1)。

在使用圖6b所示的傳感器模塊來計算內部溫度的情況下，通過絕熱材料的熱電阻不同的兩個熱通量傳感器，分別測定表示來自體表面的熱通量的溫差。若通過絕熱材料的熱電阻不同的兩個熱通量傳感器測定溫差，則能夠得到下面的兩個數(shù)式。

tb＝(tt-ta)rx/r1+tt…(2)

tb＝(tt’-ta’)rx/r2+tt’…(3)

其中，ta、ta’分別為利用圖6b中的左側、右側所示的熱通量傳感器的上表面?zhèn)鹊臏囟葌鞲衅鳒y定的溫度。tt和tt’分別為利用圖6b中的左側、右側所示的熱通量傳感器的下表面?zhèn)鹊臏囟葌鞲衅鳒y定的溫度。如圖6b所示，r1、r2為各熱通量傳感器的絕熱材料的熱電阻。

在r1和r2為已知數(shù)的情況下，上述的兩個數(shù)式中的未知數(shù)僅為rx和tb。因此，能夠基于數(shù)式(2)和(3)求出tb。在使用圖6b所示的傳感器模塊計算內部溫度的情況下，通過該原理，能夠測定(計算)深部體溫tb。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2002-372464號公報

專利文獻2：日本特開2007-212407號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

圖6a、圖6b所示的傳感器模塊利用多個溫度傳感器得到tb的計算所需的信息。并且，溫度傳感器的精度并不高，因此，在圖6a、圖6b所示的傳感器模塊中使用熱電阻和熱容量大的絕熱材料。因此，這些傳感器模塊為響應性差(直至得到穩(wěn)定的深部體溫的測定結果為止所需的時間長)的模塊。

若將具有熱電堆的mems(microelectromechanicalsystem：微機電系統(tǒng))芯片用于測定溫差，則用于測定深部體溫的模塊的熱電阻和熱容量大大降低，因此，能夠以響應性更好的方式測定深部體溫。因此，進行使用mems芯片的內部溫度測定裝置的開發(fā)。但是，在現(xiàn)有內部溫度測定裝置中所采用的在印刷布線板上配置mems芯片的結構中，難以使mems芯片與測定對象物之間良好地進行熱接觸。

此處，本發(fā)明的課題在于，提供能夠使mems芯片與測定對象物之間良好地進行熱接觸的內部溫度測定裝置和用于制造這樣的內部溫度測定裝置的傳感器封裝體。

解決問題的手段

為了解決上述課題，本發(fā)明的用于對測定對象物的內部溫度進行測定的內部溫度測定裝置包括：

傳感器封裝體，在該傳感器封裝體的帶底筒狀的封裝部內配置有mems芯片和溫度傳感器，所述mems芯片包括用于測定通過所述封裝部的底部的一部分區(qū)域的熱通量的一個或多個熱電堆，所述溫度傳感器用于測定作為所述mems芯片的規(guī)定部分的溫度使用的基準溫度，

印刷電路板，基于所述傳感器封裝體的輸出來計算測定對象物的內部溫度；

所述傳感器封裝體的外底面具有通過設置于所述印刷電路板的貫通孔，從所述印刷電路板的板面凸出。

即，本發(fā)明的內部溫度測定裝置為，mems芯片配置于封裝部的底部上而非配置于印刷電路板(構成印刷電路板的印刷布線板)上的結構，封裝部的外底面具有從印刷電路板的板面(下表面)凸出的結構。因此，根據(jù)本發(fā)明的內部溫度測定裝置，能夠使mems芯片與測定對象物(人體等)之間良好地進行熱接觸。

此外，本發(fā)明的內部溫度測定裝置中的“帶底筒狀的封裝部”為具有帶底圓筒狀、帶底橢圓筒狀、帶底方筒狀等的底部和圍繞該底部周圍的側壁部的封裝部即可。另外，對本發(fā)明的內部溫度測定裝置也可以采用如下結構，即，“所述封裝部的所述底部包括非傳熱部和傳熱部，該傳熱部由導熱性比所述非傳熱部的構成材料的導熱性好的材料(例如，金屬)構成，所述mems芯片中的至少一部分位于所述傳熱部上”。

對本發(fā)明的內部溫度測定裝置也可以采用如下結構，即，“所述傳感器封裝體的所述封裝部具有多條引線，所述多條引線貫通所述封裝部的筒狀壁，且比所述筒狀壁更靠外側的頂端部的朝向同一方向的面位于同一平面上，利用所述多條引線的所述頂端部的所述面，使所述傳感器封裝體安裝于所述印刷電路板”。此外，若對本發(fā)明的內部溫度測定裝置采用該結構，則與采用其他結構的情況相比，能夠容易地制造(組裝)裝置。另外，為了進一步提高mems芯片與測定對象物(人體等)之間的熱接觸性，也可以采用如下結構，即，“所述傳感器封裝體的所述外底面具有中央部凸出的曲面形狀”。

也可以利用模具成型來形成本發(fā)明的內部溫度測定裝置的傳感器封裝體的封裝部。若如此形成，則易于制造傳感器封裝體，因此，能夠容易地(以總工序數(shù)更少的方式)實現(xiàn)本發(fā)明的內部溫度測定裝置。

另外，為了防止從上方入射的光被傳感器封裝體的內表面反射而向mems芯片入射的情況，為了使傳感器封裝體10內的空氣溫度穩(wěn)定，也可以利用黑色構件覆蓋本發(fā)明的內部溫度測定裝置的封裝部的筒狀壁的內表面。

另外，本發(fā)明的傳感器封裝體，用于獲取在測定對象物的內部溫度的計算中使用的數(shù)據(jù)，

該傳感器封裝體包括：

帶底筒狀的封裝部，

配置于所述封裝部內的mems芯片和溫度傳感器，所述mems芯片包括用于測定通過所述封裝部的底部的一部分區(qū)域的熱通量的一個或多個熱電堆，所述溫度傳感器用于測定作為所述mems芯片的規(guī)定部分的溫度使用的基準溫度，

所述封裝部具有多條引線，所述多條引線貫通所述封裝部的筒狀壁，且比所述筒狀壁更靠外側的頂端部的朝向同一方向的面位于同一平面上。

因此，若使用本發(fā)明的傳感器封裝體，則能夠實現(xiàn)能夠使mems芯片與測定對象物之間良好地進行熱接觸的內部溫度測定裝置。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠使mems芯片與測定對象物之間良好地熱接觸的內部溫度測定裝置。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實施方式的內部溫度測定裝置的概略結構圖。

圖2是在實施方式的內部溫度測定裝置所具有的傳感器封裝體中使用的封裝部的立體圖。

圖3a是配置于封裝部內的mems芯片的一個例子的上表面圖。

圖3b是圖3a所示的mems芯片的沿圖3a中的iii-iii線的剖視圖。

圖4是實施方式的內部溫度測定裝置的使用例的說明圖。

圖5是實施方式的內部溫度測定裝置的使用例的說明圖。

圖6a是用于測定(計算)深部體溫的傳感器模塊的說明圖。

圖6b是用于測定(計算)深部體溫的傳感器模塊的說明圖。

具體實施方式

下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。

圖1示出本發(fā)明一實施方式的內部溫度測定裝置1的概略結構。

本實施方式的內部溫度測定裝置1是作為用于測定人體的內部溫度(深部體溫)的裝置而開發(fā)的。如圖所示，內部溫度測定裝置1具有傳感器封裝體10和印刷電路板30。

印刷電路板30是將運算電路32a等各種器件32(電阻、電容器等)安裝于印刷布線板31上的單元。運算電路32a是基于傳感器封裝體10(后述的mems芯片20、asic(applicationspecificintegratedcircuit：專用集成電路)26)測定的溫差、溫度的測定結果計算并輸出所述測定對象物的內部溫度的電路。

如圖所示，在該印刷電路板30的印刷布線板31上設置有用于插入傳感器封裝體10的貫通孔。在該貫通孔的周圍設置有多個焊盤(省略圖示)，以使其與插入貫通孔的傳感器封裝體10的各引線13相對。

傳感器封裝體10是用于測定內部溫度的計算所需的值(溫度和一個以上的溫差)的模塊。內部溫度測定裝置1構成為使該傳感器封裝體10的圖1中的下側的面與人體表面接觸所使用的裝置。在下面的傳感器封裝體10、內部溫度測定裝置1的說明中，將圖1中的上、下表示為上、下。

傳感器封裝體10是將mems芯片20和asic26配置于封裝部11的內底面的模塊。如圖1中所示，對傳感器封裝體10采用封裝部11，為了使與人體表面的熱接觸狀態(tài)變得良好，該封裝部11將其下表面形狀形成為中央部分向下方凸出的曲面形狀。

下面，對封裝部11進一步詳細地說明。

圖2示出了封裝部11的結構。如圖所示，封裝部11具有大致帶底四方筒狀框體12。在封裝部11的框體12的相對的側壁12a、12b分別設置有貫通側壁12a/12b的距框體12的內底面規(guī)定高度的部分的多條引線13。各引線13的側壁12a/12b的貫通位置被設定為，在將傳感器封裝體10的底部側插入印刷布線板31的貫通孔時，傳感器封裝體10的下表面從印刷電路板30(印刷布線板31)的下表面凸出。

另外，在封裝部11的框體12的底部由高導熱性的材料(本實施例中為金屬)制的傳熱墊片14以及低導熱性的材料制的部分構成。傳熱墊片14是為了使熱量從人體良好地傳遞到mems芯片20和asic26而設置的構件，傳熱墊片14的形狀被設定為，能夠在其上配置mems芯片20和asic26。

框體12的側壁的構成材料為導熱性較差的材料即可，框體12的底部(下面，也記載為框體底部)的除了傳熱墊片14以外的部分的構成材料為導熱性比傳熱墊片14的構成材料差的材料即可。但是，若使框體12側壁的構成材料和框體底部的除傳熱墊片14以外的部分的構成材料為相同的樹脂，則能夠利用模具成型(嵌入成型)制造封裝部11。因此，優(yōu)選地，使框體12的側壁的構成材料和框體底部的除傳熱墊片14以外的部分的構成材料為相同的樹脂。

mems芯片20(圖1)是使用mems技術制造的小型溫差傳感器(熱通量傳感器)，其具有一個以上的熱電堆，該熱電堆用于測定因經(jīng)由封裝部11的框體底部流入的熱通量而在芯片內產生的溫差。

用于傳感器封裝體10的mems芯片20的具體結構為與用于計算內部溫度的計算方法相對應的結構。即，如在“背景技術”部分說明的那樣，在內部溫度的計算方法中具有需要兩個溫差(tt-ta、tt’-ta’)的方法和只需要一個溫差的方法。

在將前者的方法用于計算內部溫度的情況下，使用mems芯片20，該mems芯片20具有用于測定δt(相當于“tt-ta”的溫差)的一個以上的熱電堆和用于測定δt’(相當于“tt’-ta’”的溫差)的一個以上的熱電堆。另外，在將后者的方法用于計算內部溫度的情況下，使用具有用于測定δt(1種溫差)的一個以上的熱電堆的mems芯片20。

下面，使用圖3a和圖3b對前者的mems芯片20的一個例子即mems芯片20a進行說明。此外，圖3a是mems芯片20a的上表面圖，圖3b是mems芯片20a的沿圖3a中的iii-iii線的剖視圖。另外，在關于mems芯片20的下面的說明中，上、下、左、右是圖3b中的上、下、左、右。

如圖3b所示，mems芯片20a具有頂面部21和支撐部22。頂面部21是使用各種半導體工藝(成膜、抗蝕劑圖案形成、蝕刻等)形成于硅基板上的部分。支撐部22是將形成頂面部21的硅基板從背面?zhèn)?圖3b中的下側)進行蝕刻而形成的部分。

如圖3b所示，mems芯片20a的支撐部22具有到達頂面部21的一個以上的空洞(被蝕刻的部分)。下面，將位于支撐部22的空洞上方的頂面部21的部分記載為膜部。另外，將支撐部22的圖3a所示的各點劃線框25內的部分(位于熱電堆24的測溫對象的頂面部21的部分下方的支撐部22的部分)記載為腳部23。

如圖3a和圖3b所示，在mems芯片20a的頂面部21內設置有將多個熱電偶進行串聯(lián)連接的熱電堆24a和24b。此外，雖省略了圖示，但在mems芯片20a的頂面部21的上表面設置有用于獲取各熱電堆24的輸出的電極。

構成熱電堆24a的各熱電偶和構成熱電堆24b的各熱電偶為大致相同的長度。如圖3a所示，構成熱電堆24a的各熱電偶的熱接點、冷接點分別配置于mems芯片20a左側的腳部23(支撐部22的左側的點劃線框25內的部分)上方、膜部內的mems芯片20a的左右方向的大致中央部分。另外，構成熱電堆24b的各熱電偶的熱接點、冷接點分別配置于mems芯片20a的右側的腳部23上方、膜部內的mems芯片20a的左右方向的大致中央部分。

mems芯片20a的支撐部22所具有的空洞的左右方向的中心比mems芯片20a的左右方向的中心更靠左側。其結果，從mems芯片20a的左側腳部23的下表面至設置有熱電堆24a的冷接點組的頂面部21的部分的熱路徑的熱電阻大于從右側的腳部23的下表面至設置有熱電堆24b的冷接點組的頂面部21的部分的熱路徑的熱電阻。

因此，該mems芯片20a作為利用熱電堆24a測定δt，利用熱電堆24b測定δt’(＜δt)的器件發(fā)揮作用。

asic26(圖1)是輸入輸出用多個電極設置于其上表面的集成電路。asic26內置有溫度傳感器。另外，asic26具有用于放大溫度傳感器的輸出以及mems芯片20的各熱電堆24的輸出的功能和對放大后的各輸出進行數(shù)字數(shù)據(jù)化的功能。作為該asic26，例如可以使用如下的集成電路，該集成電路具有用于輸出與絕對溫度成比例的電壓的ptat(proportionaltoabsolutetemperature：與絕對溫度成比例)電壓源(即，發(fā)揮溫度計功能的電壓源)，ptat電壓源的結構構件具有溫度傳感器的功能。

如圖1所示，傳感器封裝體10為如下模塊：將上述那樣的asic26和mems芯片20配置于封裝部11(框體12)的傳熱墊片14上，并將mems芯片20與asic26之間和引線13與asic26之間利用引線鍵合電連接。

并且，內部溫度測定裝置1構成為：在將具有上述結構的傳感器封裝體10的底部插入印刷電路板30(印刷布線板31)的貫通孔的狀態(tài)下，利用引線13將傳感器封裝體10固定于印刷電路板30。

以上，如說明的那樣，本實施方式的內部溫度測定裝置1為mems芯片20配置于封裝部11的內底面上而非印刷電路板30(作為印刷電路板30的結構構件的印刷布線板31)上的結構，并且具有封裝部11的下表面(外底面)從印刷電路板30的板面(下表面)凸出的結構。而且，內部溫度測定裝置1的傳感器封裝體10(封裝部11)的下表面具有中央部分向下方(人體側)凸出的曲面形狀。因此，根據(jù)內部溫度測定裝置1，能夠使mems芯片20與人體之間良好地進行熱接觸。

下面，對內部溫度測定裝置1補充幾點說明。

mems芯片20通常使用銀漿等導熱性良好的粘合劑固定于傳熱墊片14上。此時，也可以使mems芯片20的下表面的整個區(qū)域利用銀漿等固定于傳熱墊片14上。但是，這樣一來，膜部的下方的空洞成為封閉區(qū)域，因此，因溫度升高會導致空洞內的空氣的壓力升高，從而膜部會破損。

因此，優(yōu)選將mems芯片20以各空洞不成為封閉區(qū)域的方式固定于傳熱墊片14上，但是在某腳部23與傳熱墊片14之間存在導熱性差的部分時，利用熱接點存在于該腳部23上的熱電堆24測定的溫差中可能包括因上述部分導致的誤差。并且，若僅在mems芯片20的各腳部23的下表面整個區(qū)域涂敷銀漿等，并將mems芯片20固定于傳熱墊片14上，則能夠不降低mems芯片20的性能，從而能夠抑制因空洞內的空氣的壓力升高而產生膜部破損。

因此，在制造(組裝)傳感器封裝體10時，優(yōu)選地，僅在mems芯片20的各腳部23的下表面整個區(qū)域涂敷銀漿等，并將mems芯片20固定于傳熱墊片14上。但是，根據(jù)mems芯片20的結構，在腳部23中有時也存在與傳熱墊片14之間的導熱性差也無妨的腳部23。對傳感器封裝體10使用這樣結構的mems芯片20的情況下，也可以僅在需要與傳熱墊片14之間的導熱性良好的各腳部23的下表面整個區(qū)域涂敷銀漿等，并將mems芯片20固定于傳熱墊片14上。

將框體底部(框體12的底部)的配置有mems芯片20和asic26的部分作為高導熱性的傳熱墊片14(參照圖1)是因為，原則上，框體底部的厚度方向的導熱性越良好，則越能夠準確地測定溫差。但是，在基于δt和δt’來計算內部溫度的情況下，由于傳熱墊片14的橫向(與厚度方向垂直的方向)的導熱性良好，因此，有時會導致內部溫度的推定誤差(內部溫度的計算結果與實際的內部溫度之差)變大。因此，也可以不在框體底部設置傳熱墊片14，而利用導熱性較差的材料形成框體底部。

另外，在使用具有δt測定用熱電堆24和δt’測定用熱電堆24的mems芯片20(例如，圖3a和圖3b的mems芯片20a)的溫差測定裝置中，為了防止因框體底部的橫向導熱導致內部溫度的推定誤差增大，也可以將框體底部構成為，在mems芯片20的δt測定用熱電堆24的熱接點側的腳部23下和δt’測定用熱電堆24的熱接點側的腳部23下分別設置傳熱墊片14，并利用導熱性差的構件將這些傳熱墊片14之間隔離。

另外，傳感器封裝體10為如下構件，在測定環(huán)境為不從上方向傳感器封裝體10內入射光(紅外線等)且傳感器封裝體10的上方的空氣溫度穩(wěn)定的環(huán)境的情況下，能夠在圖1所示的狀態(tài)，即上部不被密封的狀態(tài)下使用。但是，測定環(huán)境為如上述那樣的情況占少數(shù)。并且，在從上方向傳感器封裝體10內入射光的情況或傳感器封裝體10上方的空氣溫度發(fā)生變化的情況下，會導致溫差的測定精度降低。因此，傳感器封裝體10通常如圖4中示意性所示的那樣，在利用開口部以上的尺寸的蓋部15覆蓋其開口部(上表面)的狀態(tài)下使用。

另外，傳感器封裝體10是上方的空氣溫度越低則靈敏度越高的模塊。因此，在利用蓋部15覆蓋傳感器封裝體10的開口部的情況下，如圖4所示，也可以在蓋部15的下表面設置用于吸收紅外線的構件16。另外，作為傳感器封裝體10的蓋部15，也可以采用具有散熱性良好的形狀的構件，例如具有散熱片的構件、面積為傳感器封裝體10的開口部的面積的數(shù)倍的構件。

另外，如圖5示意性地所示，也可以不設置蓋部15，而利用框體18包圍除傳感器封裝體10的下表面以外的部分。此外，在此情況下，也可以通過在框體18的傳感器封裝體10的開口部上方的部分設置用于吸收紅外線的構件16，從而能夠提高內部溫度測定裝置的靈敏度。

為了防止從上方入射的光被傳感器封裝體10的內表面反射而向mems芯片20入射的情況，為了使傳感器封裝體10內的空氣溫度穩(wěn)定，也可以利用黑色構件，例如黑色的涂料、黑色的樹脂來覆蓋傳感器封裝體10(封裝部11、框體12)的內表面。

另外，也可以將具有生物體適應性的絕緣性的薄膜、樹脂構件等固定于傳感器封裝體10的下表面。另外，也可以在傳感器封裝體10的下表面設置多個由曲面構成的凸結構，來替代使傳感器封裝體10的下表面成為中央部分向下方凸出的曲面狀。也可以使傳感器封裝體10的下表面成為平坦面，這樣會使該下表面與人體間的熱接觸性稍微變差。

為了能夠利用引線13將傳感器封裝體10安裝在印刷電路板30(可電連接以及物理連接)上，多條引線13的外側的頂端部的朝向同一方向(下方向或上方向)的面位于同一平面即可。因此，也可以使傳感器封裝體10的多條引線13的形狀成為鷗翼狀。另外，傳感器封裝體10的封裝部11(框體12)的形狀也可以是與上述形狀不同的形狀(除帶底四方筒狀以外的帶底方筒狀、帶底圓筒狀、帶底橢圓筒狀等)，也可以將內部溫度測定裝置1變形為用于測定除人體以外的測定對象物內部溫度的裝置等，這些都是理所當然的。

附圖標記的說明：

1內部溫度測定裝置

10傳感器封裝體

11封裝部

12、18框體

12a、12b側壁

13引線

14傳熱墊片

15蓋部

20mems芯片

21頂面部

22支撐部

23腳部

24、24a、24b、24c熱電堆

26asic

30印刷電路板

31印刷布線板

32器件

32a運算電路