[發明專利]微電容超聲傳感器

有效

• 申請號: 201610048961.9
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN106998522B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 苗靜;沈文江;熊繼軍;薛晨陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H04R19/00
• 分類號: H04R19/00
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰

本發明公開了一種微電容超聲傳感器，包括：襯底、設置于襯底上表面的下電極組件、上膜以及設置于上膜上表面的上電極組件，襯底上表面還設置有封閉環繞下電極組件的下密封線圈，上膜下表面凹設有用于收容下電極組件的收容腔以及封閉環繞收容腔的上密封線圈，上膜和襯底至少通過上密封線圈和下密封線圈對接密封收容腔。根據本發明的微電容超聲傳感器不僅提高了密封性，阻斷了其內部的收容腔與外部環境的交換，簡單且低成本地實現了自密封作用；而且還避免了寄生電容對能效的耗散，加強了轉換效率。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體地講，涉及一種微電容超聲傳感器。

背景技術

把電能、機械能或聲能從一種形式的能量轉換為另一種形式的能量的裝置稱作超聲傳感器。超聲傳感器是超聲測距、成像及聲吶系統的核心部件，其廣泛應用于車輛避障、醫學診斷及治療、海洋形貌探測、軍事目標的識別等領域。憑借微機電系統(簡稱MEMS)技術的發展，微電容超聲傳感器(簡稱CMUT)應運而生。與現有技術中的壓電超聲換能器相比，CMUT具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可陣列化、易于電路集成等特點，因此在超聲測距、成像、聲吶系統等領域均具有非常重要的實用價值。

轉換效率是CMUT的一個非常重要的參數，轉換效率是指傳遞的機械能與傳感器總儲能之比。轉換效率對CMUT的帶寬有決定性作用，而帶寬又對CMUT的性能有很大影響?，F有技術中，由于CMUT采用重摻雜的共用底電極或上電極及導電薄膜，導致CMUT存在大量的雜散寄生電容。而寄生電容，尤其是并聯寄生電容的存在，會導致CMUT的轉換效率降低，帶寬變窄，進而降低CMUT的性能。此外，現有技術中，CMUT的空腔密封手段主要分為兩種，一是采用對腐蝕孔密封填充，二是采用硅硅鍵合直接密封。但這兩種方法仍存在缺點：一是引入不必要的附加材料，二是工藝復雜導致加工成本增加，高成品良率難保證。而具有非密封空腔的CMUT難以滿足體內、水下等浸入應用的需求；同時非密封的空腔所存在的空氣阻尼，又會消耗CMUT的有效電能、機械能或聲能，降低其轉換效率，造成CMUT的性能下降。

發明內容

為解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種微電容超聲傳感器，該微電容超聲傳感器不僅能夠實現自密封作用，提高密封性；而且避免了寄生電容對能效的耗散，加強了轉換效率。

為了達到上述發明目的，本發明采用了如下的技術方案：

一種微電容超聲傳感器，包括：襯底、設置于所述襯底上表面的下電極組件、上膜以及設置于所述上膜上表面的上電極組件，所述襯底上表面還設置有封閉環繞所述下電極組件的下密封線圈，所述上膜下表面凹設有用于收容所述下電極組件的收容腔以及封閉環繞所述收容腔的上密封線圈，所述上膜和所述襯底至少通過所述上密封線圈和所述下密封線圈對接密封所述收容腔。

進一步地，所述襯底上表面還設置有與所述下電極組件通過下焊盤引線連接的下焊盤，所述上膜開設有與所述下焊盤對應的下焊盤窗口，所述下焊盤窗口位于所述上密封線圈封閉環繞的區域之外，所述下焊盤通過所述下焊盤窗口暴露；所述上膜上表面還設置有與所述上電極組件通過上焊盤引線連接的上焊盤。

進一步地，所述下焊盤窗口與所述下焊盤的形狀對應，且所述下焊盤窗口的內側壁與所述下焊盤之間具有間隙。

進一步地，所述微電容超聲傳感器還包括夾設于所述上膜與所述上電極組件之間的絕緣層。

進一步地，所述上電極組件包括上電極互聯引線以及通過所述上電極互聯引線彼此連接的若干上電極，所述下電極組件包括下電極互聯引線以及通過所述下電極互聯引線彼此連接的若干下電極；其中，在與所述襯底垂直的方向上，所述若干上電極與所述若干下電極的投影對應重合，且對應的所述上電極之間的上電極互聯引線與所述下電極之間的下電極互聯引線的投影相互交叉。

進一步地，所述上膜下表面還凹設有貫通若干所述收容腔的互聯通道；其中，所述互聯通道與所述下電極互聯引線相對應，且所述互聯通道與所述收容腔的深度相等。