敏源0.1℃高精度数字温度芯片 用于可穿戴体温测量应用指南
敏源M601系列0.1℃高精度数字芯片,适用于智能体温类穿戴产品,例如智能体温贴、智能手环手表、电子体温计等产品。
为了保证体温测量的速度和准确度,可穿戴温度测量设计还需要考虑传感器安装的热学方面。
位于M601底部的热焊盘是和温度感应元件直接热耦合的。为了准确和快速测量体温,皮肤温度应该和热焊盘的温度越接近越好。为此,电路板上传感器处的顶层,应该有和热焊盘同样尺寸的焊盘。焊接时,传感器的引脚和热焊盘同时焊接电路板上。电路板的底层同样有一个相同尺寸不镀锡的覆铜,该覆铜通过不锈钢与皮肤接触。由于电路板板材的热导率与铜和锡相比很小,为了加强底层覆铜和顶层热焊盘的热阻,放置3个过孔,加强热传导。
传感器安装电路板的尺寸应尽可能小,以减少热质量产生的热惯性,改善热响应时间速度。数字温度传感器芯片在电路板上安装的示意图见下图。
为了更加准确的测量体温,除了上述的提高皮肤和传感器热耦合的措施外,还要尽可能使传感器电路板和周围之间有较高的热隔离。探头与皮肤接触在保证舒适性的基础上,应尽可能紧密。传感器电路板和主板的电气连接应该用柔性电路板或软导线连接,避免与主板的刚性连接产生的皮肤接触的不利影响。
软导线的线径应尽可能细,包括绝缘外皮在内的热质量在保证机械强度的同时足够小。导线在主板的接入处远离主板上的热源并具有较高的热阻。推荐用直径小于0.1mm,热导率低的导线。
附1:半导体工业常用材料的热导率
表1 材料的热导率
材料 |
热导率k [W/(m×K)] |
空气 |
0.023 to 0.045 |
环氧涂层 |
0.2 to 0.3 |
电路板板材FR4 |
0.4 |
聚亚酰胺 |
0.5 |
封装壳体 |
1 |
导热胶 |
1 to 7 |
焊球 |
7.5 |
不锈钢 |
16 to 24 |
焊锡r (63/67) |
39 |
镍 |
91 |
硅 |
100 to 120 |
铝 |
204 to 250 |
金 |
320 |
铜 |
400 |
银 |
425 |