[发明专利]一种水听器及其制造工艺

说明书

本发明提供了一种水听器，其体积较小，容易制成大规模阵列，灵敏度高，线性度好，具有超高的噪声分辨率，包括ASIC晶圆和传感器晶圆，ASIC晶圆包括ASIC电路层和硅衬底层，硅衬底层上形成柱状凸起，传感器晶圆包括硅支撑层，硅衬底层朝上与硅支撑层的下表面真空键合形成空腔，硅支撑层的上表面上形成为上金属导电层、压电材料层、下金属导电层的复合层，上金属导电层和下金属导电层分别向外延伸形成上延伸部和下延伸部，复合层包裹在钝化层中且上金属导电层上端设有与环境声学连通的声进入开口，还包括TSV通孔，TSV通孔上端连接上延伸部和下延伸部，TSV通孔的下端连接焊球，此外，本发明还提供了一种水听器的制造工艺。

技术领域

本发明涉及水听器技术领域，具体为一种水听器及其制造工艺。

背景技术

水听器，又称水下传声器， 其能够将水下的压力变化而产生声信号转换为电信号，从而能够可靠的得到水下的压力，常被用于声场的测绘、声传感器的检测标定以及超声设备的检测校准和性能评估等声学领域的研究。随着科学技术的不断发展和进步，水听器的应用技术也逐渐发展成熟。

现有技术中，水听器大多为压电陶瓷材料或复合材料制成的水听器。但目前压电陶瓷材料所制成的水听器由于其结构，由于压电陶瓷材料的纵向和横向的声阻抗远高于水介质，这就使得水中大部分声场能量在水和陶瓷接触的界面处发生反射，进而导致水听器整体性能较差，其灵敏度较低。与此同时，在现有技术中，复合材料所制成的水听器，虽然可以通过设置足够大的电容量，以达到较高的灵敏度，但大的电容量导致水听器的尺寸很大，难以微型化，严重影响了使用的便携性和适用性。现有技术中缺乏具有较高的灵敏度微型的水听器。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种水听器，其体积较小，容易制成大规模阵列，灵敏度高，线性度好，具有超高的噪声分辨率，此外，本发明还提供了一种水听器的制造工艺。

其技术方案是这样的：一种水听器，其特征在于：包括ASIC晶圆和传感器晶圆，所述ASIC晶圆包括ASIC电路层和硅衬底层，所述硅衬底层上设有凹槽，在所述凹槽内通过刻蚀形成柱状凸起，传感器晶圆包括硅支撑层，所述硅衬底层朝上与硅支撑层的下表面真空键合形成空腔，所述硅支撑层的上表面上形成自上至下分别为上金属导电层、压电材料层、下金属导电层的复合层，所述上金属导电层和所述下金属导电层分别向外延伸形成上延伸部和下延伸部，所述复合层包裹在钝化层中且所述上金属导电层上端设有与环境声学连通的声进入开口，其还包括分别垂直穿过所述硅支撑层和所述ASIC晶圆设置的TSV通孔，所述TSV通孔的上端分别连接所述上延伸部和所述下延伸部，所述TSV通孔的下端连接生长在所述ASIC电路层下的焊球。

进一步的，所述上金属导电层和所述下金属导电层分别为Mo层。

进一步的，所述压电材料层别为AlN层。

进一步的，所述TSV通孔中填充有导电金属。

一种水听器的制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：提供ASIC晶圆，对ASIC晶圆的硅衬底层进行减薄，然后进行刻蚀形成凹槽和柱状凸起；

步骤2：将步骤1中得到的ASIC晶圆的硅衬底朝上与硅支撑层的下表面真空键合形成空腔；

步骤3：在硅支撑层的上表面通过SOI工艺形成有自上至下分别为上金属导电层、压电材料层、下金属导电层的复合层，在复合层上包裹钝化层中且在上金属导电层上端设有与环境声学连通的声进入开口；

步骤4：分别对应上金属导电层的上延伸部和下金属导电层的下延伸部形成贯穿ASIC晶圆和传感器晶圆的TSV通孔，TSV通孔的上端分别连接上延伸部和下延伸部；

步骤6：在ASIC晶圆的正面下端生长焊球连接TSV通孔的下端。

进一步的，在步骤2与步骤3之间，对硅支撑层的上端进行减薄处理。