[发明专利]具有减少的非期望声波的传播的集成声学换能器

说明书

技术领域

本发明涉及具有减少的非期望声波的传播的集成声学换能器。

背景技术

使用半导体技术制造的集成声学换能器是已知的并且根据电容原理操作。在一些应用中，这些换能器被用来换能超声波。在这种情况下，无论是电容型(CMUT-电容微机械超声换能器)还是压电型(PMUT-压电的微机械超声换能器)，它们被称为MUT(微机械超声换能器)。例如，CMUT被使用在超声图像生成系统中用于医疗诊断。

该类型的换能器元件的示例在图1中被示出。

图1的换能器元件，整体用附图标记1表示，包括膜2(例如，氮化硅)，其悬置在腔3上并且形成在硅芯片4中或硅芯片上。腔3可以包含空气或气体或部分或全部在真空条件中。导电材料层(例如，铝)通常形成在膜2上并且形成第一电极6。在芯片4中，在腔3下面另一导电材料层形成第二电极10。

通常，声波换能器元件1被耦合到集成电子电路的半导体材料芯片(例如，ASIC(专用集成电路)8)，用于处理由声学换能器元件1生成或向其发送的信号。在图示的实施例中，ASIC 8被固定在声学换能器元件1的后面。在图1的换能器元件1中，第一和第二电极6、7形成电容器，当声波碰撞膜2时，该电容器发生电容变化，引起膜2偏转。在两个电极6、7之间的电容可以由表示被集成在ASIC 8中的电子电路检测，因此将声信号换能为电信号。同样地，当a.c.电信号被施加到一个或两个电极6、7上时，引起因此生成声信号的膜2的运动。出于此原因，换能器元件1可以操作为声波的传感器和发射声波的扩音器二者。

在实际应用中，归因于声学换能器元件的微米量级小尺寸，它们通常被形成为彼此靠近，从而形成尺寸适于设想的应用的声学器件。

当声学换能器元件1操作为声波的生成器时，它生成主要朝向外部世界的声波。然而，该声能量的一部分向ASIC 8回传。由于后者与ASIC 8之间的接口，该声能量可以朝向换能器元件1反射。为了防止这样的背向反射，其可能引起与声信号一起的非期望的干扰现象，已经提出了在芯片5和ASIC 8之间布置衰减层9(参见例如美国专利号6831394和7280435)。

衰减层9可以例如由塑料材料(诸如，环氧树脂。聚氯乙烯或特氟龙)形成，其包换填充材料(诸如，银、钨、BN、AlN或Al₂O₃)。

然而，由于存在现有接口，已知的方案不能确保足够的反射减少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种换能器设备，其能够解决先前技术中遇到的问题。

根据本发明，提供了根据所附权利要求的声学换能器设备。

在实践中，本发明的换能器设备提供被布置在换能器元件和衰减层之间的声学匹配区域。这里该匹配区域是多孔硅，并且在其整个厚度上具有可变声阻抗，该阻抗被匹配以使得具有接近邻近区域的值。以这样的方式，从膜向后传播的声波不会遇到横穿(traversed)介质的声阻抗的任何不连续，并且朝向膜的声波的反射被减少。

附图说明

为了更好地理解本发明，参照附图，现在仅仅以非限制的示例的方式描述其优选的实施例，其中：

图1是已知的声学换能器元件的横截面；

图2是本发明的声学换能器元件的横截面；

图3示出了图2的声学换能器元件的放大的细节图；

图4示出了图3的细节图的放大部分；

图5至图9是本发明声学换能器元件的不同实施例的横截面；以及

图10是器件的横截面，该器件具有多个在图2至图9中示出的换能器元件并且该换能器元件被形成在单个衬底上以便形成阵列。

具体实施方式

图2示出了声学换能器设备的实施例，整体用附图标记10表示。

声学换能器设备10包括形成在半导体材料的衬底25中的换能器元件15。衬底25具有腔19，该腔在底部处定界膜16，第一电极20和第二电极21分别被布置在膜16的上方和腔19的底部上。衬底15(通常是单晶硅和/或多晶硅)可以通过经由导电材料的通孔26被横穿。

在衬底25相对于膜的远离的侧面上，ASIC 30被键合到衬底25。ASIC 30具有第一面30A和第二面30B，并且包括衬底29，其形成面向第一面30A的有源区31。有源区31容纳电子电路(未示出)，该电子电路经由焊盘27和电连接线(未示出)被连接到声学换能器15的衬底25。焊盘27与声学换能器元件15的衬底25的通孔26接触，该通孔在覆盖衬底29的隔离层28内部。