[发明专利]微电容超声传感器

说明书

本发明公开了一种微电容超声传感器，包括：衬底、设置于衬底上表面的下电极组件、上膜以及设置于上膜上表面的上电极组件，衬底上表面还设置有封闭环绕下电极组件的下密封线圈，上膜下表面凹设有用于收容下电极组件的收容腔以及封闭环绕收容腔的上密封线圈，上膜和衬底至少通过上密封线圈和下密封线圈对接密封收容腔。根据本发明的微电容超声传感器不仅提高了密封性，阻断了其内部的收容腔与外部环境的交换，简单且低成本地实现了自密封作用；而且还避免了寄生电容对能效的耗散，加强了转换效率。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体地讲，涉及一种微电容超声传感器。

背景技术

把电能、机械能或声能从一种形式的能量转换为另一种形式的能量的装置称作超声传感器。超声传感器是超声测距、成像及声呐系统的核心部件，其广泛应用于车辆避障、医学诊断及治疗、海洋形貌探测、军事目标的识别等领域。凭借微机电系统(简称MEMS)技术的发展，微电容超声传感器(简称CMUT)应运而生。与现有技术中的压电超声换能器相比，CMUT具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可阵列化、易于电路集成等特点，因此在超声测距、成像、声呐系统等领域均具有非常重要的实用价值。

转换效率是CMUT的一个非常重要的参数，转换效率是指传递的机械能与传感器总储能之比。转换效率对CMUT的带宽有决定性作用，而带宽又对CMUT的性能有很大影响。现有技术中，由于CMUT采用重掺杂的共用底电极或上电极及导电薄膜，导致CMUT存在大量的杂散寄生电容。而寄生电容，尤其是并联寄生电容的存在，会导致CMUT的转换效率降低，带宽变窄，进而降低CMUT的性能。此外，现有技术中，CMUT的空腔密封手段主要分为两种，一是采用对腐蚀孔密封填充，二是采用硅硅键合直接密封。但这两种方法仍存在缺点：一是引入不必要的附加材料，二是工艺复杂导致加工成本增加，高成品良率难保证。而具有非密封空腔的CMUT难以满足体内、水下等浸入应用的需求；同时非密封的空腔所存在的空气阻尼，又会消耗CMUT的有效电能、机械能或声能，降低其转换效率，造成CMUT的性能下降。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种微电容超声传感器，该微电容超声传感器不仅能够实现自密封作用，提高密封性；而且避免了寄生电容对能效的耗散，加强了转换效率。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种微电容超声传感器，包括：衬底、设置于所述衬底上表面的下电极组件、上膜以及设置于所述上膜上表面的上电极组件，所述衬底上表面还设置有封闭环绕所述下电极组件的下密封线圈，所述上膜下表面凹设有用于收容所述下电极组件的收容腔以及封闭环绕所述收容腔的上密封线圈，所述上膜和所述衬底至少通过所述上密封线圈和所述下密封线圈对接密封所述收容腔。

进一步地，所述衬底上表面还设置有与所述下电极组件通过下焊盘引线连接的下焊盘，所述上膜开设有与所述下焊盘对应的下焊盘窗口，所述下焊盘窗口位于所述上密封线圈封闭环绕的区域之外，所述下焊盘通过所述下焊盘窗口暴露；所述上膜上表面还设置有与所述上电极组件通过上焊盘引线连接的上焊盘。

进一步地，所述下焊盘窗口与所述下焊盘的形状对应，且所述下焊盘窗口的内侧壁与所述下焊盘之间具有间隙。

进一步地，所述微电容超声传感器还包括夹设于所述上膜与所述上电极组件之间的绝缘层。

进一步地，所述上电极组件包括上电极互联引线以及通过所述上电极互联引线彼此连接的若干上电极，所述下电极组件包括下电极互联引线以及通过所述下电极互联引线彼此连接的若干下电极；其中，在与所述衬底垂直的方向上，所述若干上电极与所述若干下电极的投影对应重合，且对应的所述上电极之间的上电极互联引线与所述下电极之间的下电极互联引线的投影相互交叉。

进一步地，所述上膜下表面还凹设有贯通若干所述收容腔的互联通道；其中，所述互联通道与所述下电极互联引线相对应，且所述互联通道与所述收容腔的深度相等。