一种压电微机械超声换能器封装结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种压电微机械超声换能器封装结构，包括下电极、压电层、上电极、机械层、衬底层以及过渡层，下电极、压电层以及上电极自下而上由SOI材料依次沉积且设于机械层外缘面；衬底层与下电极以机械层相对称，且固定设于机械层另一外缘面；衬底层通过刻蚀工艺相对于机械层外缘面形成一空腔结构；向空腔结构浇筑胶体材料形成过渡层；过渡层远离与机械层连接处的外缘面粘接有吸声层。本实用新型专利技术通过在常规PMUT压电微机械超声换能器正面添加匹配层，在其背面浇筑胶体材料形成过渡层，并通过设置吸声材料的方式，有效提高PMUT压电微机械超声换能器的发射和接收效率，增大其工作带宽与耐压等级，降低背面材料的回波。降低背面材料的回波。降低背面材料的回波。

【技术实现步骤摘要】
一种压电微机械超声换能器封装结构


[0001]本技术涉及微电子机械系统(MEMS)
，具体为一种压电微机械超声换能器封装结构。

技术介绍

[0002]微机械压电超声换能器是基于微机电系统(MEMS)的新型换能器，相比于传统的换能器,微机械压电超声换能器重量轻，体积小，成本低，可靠性高且在实现智能化和IC工艺集成上有着明显的优势，现有微机械压电超声换能器是由一个压电层，一个弹性层和两层电极层构成的多层结构，压电层的厚度达到了微米量级；
[0003]而为了提高微机械压电超声换能器的发射和接收效率，增大其工作带宽与耐压等级，降低背面材料的回波，本技术通过在常规PMUT(压电微机械超声换能器)正面添加匹配层(前衬)，在背面填充过渡层，并设置吸声材料(过渡层和吸声材料)的方式进一步弥补现有技术缺陷。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本技术目的是提供一种压电微机械超声换能器封装结构，以解决上述
技术介绍
中提出的问题，本技术通过在常规PMUT压电微机械超声换能器正面添加匹配层，在其背面填充过渡层，并通过设置吸声材料的方式，解决了现有技术中的问题。
[0005]为了实现上述目的，本技术是通过如下的技术方案来实现：一种压电微机械超声换能器封装结构，包括下电极、压电层、上电极、机械层、衬底层以及过渡层，其中，
[0006]所述下电极、压电层以及上电极自下而上由SOI材料依次沉积且设于机械层外缘面；
[0007]所述衬底层与所述下电极以机械层相对称，且固定设于所述机械层另一外缘面；
[0008]所述衬底层通过刻蚀工艺相对于机械层外缘面形成一空腔结构；
[0009]向所述空腔结构浇筑胶体材料形成所述过渡层；
[0010]所述过渡层远离与机械层连接处的外缘面粘接有吸声层。
[0011]作为对本技术中所述一种压电微机械超声换能器封装结构的改进，还包括至少一个匹配层，每个所述匹配层固定设于所述机械层外缘面且分别与下电极、压电层以及上电极紧密贴合；
[0012]所述匹配层通过胶体材料固化加工而成或由已加工成型的匹配层材料通过胶体材料粘接而成。
[0013]作为对本技术中所述一种压电微机械超声换能器封装结构的改进，所述过渡层的声阻抗与压电微机械超声换能器声阻抗一致。
[0014]作为对本技术中所述一种压电微机械超声换能器封装结构的改进，所述吸声层的声阻抗与过渡层的声阻抗一致，以减少在过渡层与吸声层界面处的声反射。
[0015]与现有技术相比，本技术的有益效果：
[0016]本技术通过在常规PMUT压电微机械超声换能器正面添加匹配层，在其背面浇筑胶体材料形成过渡层，并通过设置吸声材料的方式，有效提高PMUT压电微机械超声换能器的发射和接收效率，增大其工作带宽与耐压等级，降低背面材料的回波。
附图说明
[0017]参照附图来说明本技术的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本技术的保护范围构成限制，在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
[0018]图1为本技术一实施例中所提出封装结构的整体结构示意图；
[0019]图2为本技术一实施例中所提出的常规PMUT结构示意图；
[0020]图3为本技术一实施例中所提出的压电微机械超声换能器吸声原理示意图。
[0021]附图标记说明：1
‑
下电极、2
‑
压电层、3
‑
上电极、4
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机械层、5
‑
衬底层、6
‑
过渡层、7
‑
吸声层、8
‑
匹配层、a
‑
传播介质、b
‑
PMUT。
具体实施方式
[0022]容易理解，根据本技术的技术方案，在不变更本技术实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本技术的技术方案的示例性说明，而不应当视为本技术的全部或者视为对本技术技术方案的限定或限制。
[0023]如图1
‑
2所示，作为本技术的一个实施例，本技术提供技术方案：一种压电微机械超声换能器封装结构，包括下电极1、压电层2、上电极3、机械层4、衬底层5以及过渡层6，其中，
[0024]下电极1、压电层2以及上电极3自下而上由SOI材料依次沉积且设于机械层4外缘面，具体实施时，通过光刻刻蚀等工艺对下电极1、压电层2和上电极3进行图形化；
[0025]衬底层5与下电极1以机械层4相对称，且固定设于机械层4另一外缘面；
[0026]衬底层5通过刻蚀工艺相对于机械层4外缘面形成一空腔结构；
[0027]向空腔结构浇筑胶体材料形成过渡层6，实施时，采用真空滴胶设备对PMUT空腔结构进行填充并进行胶体固化；
[0028]过渡层6远离与机械层4连接处的外缘面粘接有吸声层7。
[0029]本技术还包括至少一个匹配层8，每个匹配层8固定设于机械层4外缘面且分别与下电极1、压电层2以及上电极3紧密贴合；
[0030]匹配层8通过胶体材料固化加工而成或由单独加工好的匹配层材料通过胶体材料粘接而成。
[0031]基于本技术上述构思，过渡层6的声阻抗与压电微机械超声换能器声阻抗一致或接近，且吸声层7的声阻抗与过渡层6声阻抗接近或相同，同时具有较大的声衰减系数，以尽量减少在过渡层6与吸声层7界面处的声反射。
[0032]在本技术的一实施例中，通过在常规PMUT压电微机械超声换能器正面添加匹配层8，在其相对背面浇筑胶体材料形成过渡层6，并通过设置吸声材料的方式，有效提高
PMUT压电微机械超声换能器的发射和接收效率，增大其工作带宽与耐压等级，降低背面材料的回波。
[0033]作为本技术的另一实施例，本技术还提出压电微机械超声换能器的封装工艺，其中，包括以下步骤：
[0034]准备SOI材料；
[0035]将SOI材料依次沉积下电极1、压电层2和上电极3；
[0036]通过光刻刻蚀等工艺对下电极1、压电层2和上电极3进行图形化；
[0037]通过刻蚀工艺去除部分衬底材料形成空腔结构；
[0038]采用真空滴胶设备对PMUT空腔进行填充并进行胶体固化；
[0039]将PMUT电微机械超声换能器与吸声材料进行粘接，并将粘接后的PMUT进行引线键合封装至管壳中；
[0040]优选的，电微机械超声换能器的正面匹配层8可以通过胶体材料固化加工而成，亦可将加工好的匹配层8材料粘接至PMUT芯片上。
[0041]如图3所示，基于上述构思，需要说明的是，本技术涉及传播介质a、封装材料以及PMUT器件的声阻抗，其中，封装材料包括匹配层8、过渡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电微机械超声换能器封装结构，其特征在于：包括下电极、压电层、上电极、机械层、衬底层以及过渡层，其中，所述下电极、压电层以及上电极自下而上由SOI材料依次沉积且设于机械层外缘面；所述衬底层与所述下电极以机械层相对称，且固定设于所述机械层另一外缘面；所述衬底层通过刻蚀工艺与机械层外缘面结合形成一空腔结构；向所述空腔结构浇筑胶体材料形成所述过渡层；所述过渡层远离与机械层连接处的外缘面粘接有吸声层。2.根据权利要求1所述的一种压电微机械超声换能器封装结构，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐波，何野，徐方良，
申请(专利权)人：江苏英特神斯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：