[發(fā)明專利]一種水聽器及其制造工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710420511.2
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107438213B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙曉宏;林挺宇;俞學(xué)東;羅九斌
• 申請（專利權(quán)）人: 紐威仕微電子（無錫）有限公司
• 主分類號: H04R1/44
• 分類號: H04R1/44
• 代理公司: 無錫盛陽專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32227
• 代理人: 顧吉云

本發(fā)明提供了一種水聽器，其體積較小，容易制成大規(guī)模陣列，靈敏度高，線性度好，具有超高的噪聲分辨率，包括ASIC晶圓和傳感器晶圓，ASIC晶圓包括ASIC電路層和硅襯底層，硅襯底層上形成柱狀凸起，傳感器晶圓包括硅支撐層，硅襯底層朝上與硅支撐層的下表面真空鍵合形成空腔，硅支撐層的上表面上形成為上金屬導(dǎo)電層、壓電材料層、下金屬導(dǎo)電層的復(fù)合層，上金屬導(dǎo)電層和下金屬導(dǎo)電層分別向外延伸形成上延伸部和下延伸部，復(fù)合層包裹在鈍化層中且上金屬導(dǎo)電層上端設(shè)有與環(huán)境聲學(xué)連通的聲進(jìn)入開口，還包括TSV通孔，TSV通孔上端連接上延伸部和下延伸部，TSV通孔的下端連接焊球，此外，本發(fā)明還提供了一種水聽器的制造工藝。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聽器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種水聽器及其制造工藝。

背景技術(shù)

水聽器，又稱水下傳聲器，?其能夠?qū)⑺碌膲毫ψ兓a(chǎn)生聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而能夠可靠的得到水下的壓力，常被用于聲場的測繪、聲傳感器的檢測標(biāo)定以及超聲設(shè)備的檢測校準(zhǔn)和性能評估等聲學(xué)領(lǐng)域的研究。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，水聽器的應(yīng)用技術(shù)也逐漸發(fā)展成熟。

現(xiàn)有技術(shù)中，水聽器大多為壓電陶瓷材料或復(fù)合材料制成的水聽器。但目前壓電陶瓷材料所制成的水聽器由于其結(jié)構(gòu)，由于壓電陶瓷材料的縱向和橫向的聲阻抗遠(yuǎn)高于水介質(zhì)，這就使得水中大部分聲場能量在水和陶瓷接觸的界面處發(fā)生反射，進(jìn)而導(dǎo)致水聽器整體性能較差，其靈敏度較低。與此同時(shí)，在現(xiàn)有技術(shù)中，復(fù)合材料所制成的水聽器，雖然可以通過設(shè)置足夠大的電容量，以達(dá)到較高的靈敏度，但大的電容量導(dǎo)致水聽器的尺寸很大，難以微型化，嚴(yán)重影響了使用的便攜性和適用性。現(xiàn)有技術(shù)中缺乏具有較高的靈敏度微型的水聽器。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種水聽器，其體積較小，容易制成大規(guī)模陣列，靈敏度高，線性度好，具有超高的噪聲分辨率，此外，本發(fā)明還提供了一種水聽器的制造工藝。

其技術(shù)方案是這樣的：一種水聽器，其特征在于：包括ASIC晶圓和傳感器晶圓，所述ASIC晶圓包括ASIC電路層和硅襯底層，所述硅襯底層上設(shè)有凹槽，在所述凹槽內(nèi)通過刻蝕形成柱狀凸起，傳感器晶圓包括硅支撐層，所述硅襯底層朝上與硅支撐層的下表面真空鍵合形成空腔，所述硅支撐層的上表面上形成自上至下分別為上金屬導(dǎo)電層、壓電材料層、下金屬導(dǎo)電層的復(fù)合層，所述上金屬導(dǎo)電層和所述下金屬導(dǎo)電層分別向外延伸形成上延伸部和下延伸部，所述復(fù)合層包裹在鈍化層中且所述上金屬導(dǎo)電層上端設(shè)有與環(huán)境聲學(xué)連通的聲進(jìn)入開口，其還包括分別垂直穿過所述硅支撐層和所述ASIC晶圓設(shè)置的TSV通孔，所述TSV通孔的上端分別連接所述上延伸部和所述下延伸部，所述TSV通孔的下端連接生長在所述ASIC電路層下的焊球。

進(jìn)一步的，所述上金屬導(dǎo)電層和所述下金屬導(dǎo)電層分別為Mo層。

進(jìn)一步的，所述壓電材料層別為AlN層。

進(jìn)一步的，所述TSV通孔中填充有導(dǎo)電金屬。

一種水聽器的制造工藝，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：提供ASIC晶圓，對ASIC晶圓的硅襯底層進(jìn)行減薄，然后進(jìn)行刻蝕形成凹槽和柱狀凸起；

步驟2：將步驟1中得到的ASIC晶圓的硅襯底朝上與硅支撐層的下表面真空鍵合形成空腔；

步驟3：在硅支撐層的上表面通過SOI工藝形成有自上至下分別為上金屬導(dǎo)電層、壓電材料層、下金屬導(dǎo)電層的復(fù)合層，在復(fù)合層上包裹鈍化層中且在上金屬導(dǎo)電層上端設(shè)有與環(huán)境聲學(xué)連通的聲進(jìn)入開口；

步驟4：分別對應(yīng)上金屬導(dǎo)電層的上延伸部和下金屬導(dǎo)電層的下延伸部形成貫穿ASIC晶圓和傳感器晶圓的TSV通孔，TSV通孔的上端分別連接上延伸部和下延伸部；

步驟6：在ASIC晶圓的正面下端生長焊球連接TSV通孔的下端。

進(jìn)一步的，在步驟2與步驟3之間，對硅支撐層的上端進(jìn)行減薄處理。