具有有源阻尼器的微机电膜换能器制造技术

公开了具有有源阻尼器的微机电膜换能器。微机电膜换能器包括：支撑结构；腔，在支撑结构中；膜，耦合到支撑结构以便在一侧覆盖腔；悬臂阻尼器，围绕膜的周边被固定到支撑结构，并且在距膜一定距离处朝向膜的内部而延伸；以及阻尼器压电致动器，被布置在悬臂阻尼器上并且被配置以便响应于电致动信号而将悬臂阻尼器朝向膜弯曲。向膜弯曲。向膜弯曲。

【技术实现步骤摘要】
具有有源阻尼器的微机电膜换能器


[0001]本公开涉及微机电膜换能器、用于控制微机电膜换能器的方法以及用于制造微机电膜换能器的过程。

技术介绍

[0002]已知微机电膜换能器可以被用在各种领域中以用于接收和生成压力波。该类型的微机电换能器可以以单向方式(例如，压力传感器和麦克风)或以双向方式使用，例如用于为各种应用提供超声探头。
[0003]微机电超声换能器通常包括：半导体材料的支撑结构，其中形成有腔；以及在一侧封闭腔的膜，该膜也是半导体材料的。压电板形成在膜上并且连接到驱动器件，该驱动器件交替地使驱动信号能够施加到压电板以用于生成压力波并且用于检测由传输的压力波的回波引起的膜的振荡。实际上，微机电换能器在传输模式和接收模式之间切换。在传输模式中，驱动器件利用脉冲串来激励压电板并且引起膜的振动，这产生经控制的幅度和频率的压力波。在接收模式中，膜通过由介质密度沿传输步骤中发射的压力波的传播路径的变化引起的回波而被设置处于振动。压电板将膜片的振荡转换成换能信号，该换能信号由驱动器件检测并放大。
[0004]微机电膜换能器的普遍问题在于在传输模式和接收模式之间切换时膜的振荡的阻尼时间，特别是在“空气中”的应用中。
[0005]当微机电换能器切换到接收模式时，膜继续振动(即，回响)并且在由阻尼因子确定的时间内产生压力波的尾部，阻尼因子通常相对较低以便获得更高的灵敏度。一方面，压力波的尾部引起噪声，并且可能使返回信号的处理变得更加复杂。另一方面，在微机电换能器准备好以接收模式接收回波之前，需要等待压力波的尾部消失。这对无法被调查的盲区深度具有影响，因为可能存在的障碍物的回波将叠加到压力波的尾部上。
[0006]已提出了解决方案，然而，这些解决方案首先并不令人满意，因为它们对制造过程中的可变性过于敏感。
[0007]例如，主动抑制设想膜的振荡的检测和反相驱动信号的应用，而后处理期间的滤波技术旨在消除检测的压力波下游的尾部的影响。然而，在这两种情况下，校正动作的有效性因此与个体微机电换能器的参数和环境条件有联系，这样制造过程的不可移除的扩展将迫使校准和测试所生产的每个独立元件，从而产生不可持续的成本。

技术实现思路

[0008]本公开提供了微机电膜换能器、用于控制微机电膜换能器的方法以及用于制造微机电膜换能器的过程，这克服或减轻了上述限制等。
附图说明
[0009]为了更好地理解本公开，现在将仅通过非限制性示例并参考附图来描述其一些实
施例，其中：
[0010]图1是根据本公开的实施例的微机电膜换能器的局部截面透视图。
[0011]图2是图1所示的微机电膜换能器的横截面图。
[0012]图3是图1的微机电膜换能器沿图2的线III
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III截面的俯视图，其中为了清楚起见，部分被去除。
[0013]图4示出了图2的放大细节；
[0014]图5a是示出关于图1的微机电膜换能器在第一操作条件下的第一量的图；
[0015]图5b是示出在第二操作条件下的第一量的图；
[0016]图5c是示出关于图1的微机电膜换能器在第一操作条件下的第二量的图；
[0017]图5d是示出在第二操作条件下的第二量的图；
[0018]图6a是示出在图1的微机电膜换能器中使用的第一控制量的图。
[0019]图6b是示出在图1的微机电膜换能器中使用的第二控制量的图。
[0020]图7是根据本公开的不同实施例的微机电膜换能器的俯视图，其中为了清楚起见，部分被去除；
[0021]图8是根据本公开的另一实施例的微机电膜换能器的俯视图，其中为了清楚起见，部分被去除；
[0022]图9是根据本公开的另一实施例的微机电膜换能器的俯视图，其中为了清楚起见，部分被去除；以及
[0023]图10
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图14是根据本公开的实施例的用于制造微机电膜换能器的过程的不同处理步骤中的半导体晶片的横截面图。
具体实施方式
[0024]参考图1，附图标记1总体上表示根据本公开的实施例的微机电膜换能器。微机电膜换能器1包括：支撑结构2，在支撑结构2中形成有腔3；膜5，耦合到支撑结构2以便在一侧覆盖腔3；以及悬臂阻尼器7。
[0025]微机电膜换能器1还包括膜压电致动器8、阻尼器压电致动器10、以及耦合到膜压电致动器8和阻尼器压电致动器10的驱动器件12。在一个实施例(未图示)中，各自不同的驱动电路可以耦合到膜压电致动器8和阻尼器压电致动器10。
[0026]支撑结构2从半导体材料的基底获得并且作为非限制性示例具有环形形状。腔3延伸穿过整个支撑结构2，一侧开放，另一侧被膜5覆盖。
[0027]膜5沿其周边连接到支撑结构2，并且在一个实施例中，膜5是半导体材料的并且是圆形的。例如，膜5具有在约600μm和约800μm之间的直径，并且具有在约0.5μm和约15μm之间的厚度。
[0028]膜5的相对面被涂覆有相应的氧化硅保护层13、14。在图1和2的示例中，膜5是连续的并且具有圆形形状。然而，在一些实施例中(未图示)，根据设计偏好，膜5可以被穿孔并且具有任意形状。
[0029]此外，膜压电致动器8被设置在膜5的中心处并且包括在第一膜电极16和第二膜电极17之间的压电材料板，第一膜电极16和第二膜电极17耦合到驱动器件12以交替地供应膜
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致动信号SM和接收接收信号SR。作为非限制性示例，压电材料可以是PZT(锆钛酸铅)。膜
5、膜压电致动器8和膜电极16、17被涂覆有钝化层，例如USG(未掺杂的硅酸盐玻璃)18和氮化硅19的多层。
[0030]悬臂阻尼器7包括环形形状的支架20，该支架20围绕膜5的周边被固定到支撑结构2并且在距膜5一定距离处朝向膜5的内部延伸。更准确地说，锚固(anchorage)区域21(支架20从其突出)通过围绕膜5的粘合层23连接到支撑结构2。支架20从锚固区域21突出例如在约100μm和约200μm之间的量，并且具有在约0.5μm和约5μm之间的厚度。也具有环形形状的止动元件25在朝向膜5的方向上从支架20的径向内边缘延伸。在一个实施例中，锚固区域21和止动元件25具有相同的结构；例如，它们是在面向膜片5的一侧上被涂覆有氧化硅的外延硅。当膜5静止并且阻尼器压电致动器10未被激活时，止动元件25位于例如距膜5约1μm的距离处。
[0031]阻尼器压电致动器10包括压电材料(例如PZT)的连续环形区域，该连续环形区域沿悬臂阻尼器7的内周缘被设置在悬臂阻尼器7上，特别是在与膜5相对的支架20的面上并且被包括在第一阻尼器电极26和第二阻尼器电极27之间。例如，压电材料的环形区域具有在约0.5μm和约3μm之间的厚度(垂直于膜5)和在约80μm和约1000μm之间的宽度(在平行于膜5的方向上)。在所图示的情况中，其中压电材料的环形区域具有环形形状，宽度是外半径和内半径之间的差。
[0032]钝化层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微机电膜换能器，包括：支撑结构；腔，在所述支撑结构中；膜，被耦合到所述支撑结构，并且在一侧覆盖所述腔；悬臂阻尼器，围绕所述膜的周边被固定到所述支撑结构，并且在第二方向上距所述膜一定距离处、沿第一方向朝向所述膜的中心延伸；以及阻尼器压电致动器，被布置在所述悬臂阻尼器上，并且被配置为响应于电致动信号而将所述悬臂阻尼器朝向所述膜弯曲。2.根据权利要求1所述的换能器，其中所述阻尼器压电致动器沿所述悬臂阻尼器的内周缘延伸。3.根据权利要求2所述的换能器，其中所述阻尼器压电致动器沿所述悬臂阻尼器的所述内周缘的整个周边连续。4.根据权利要求2所述的换能器，其中所述阻尼器压电致动器包括多个不同的压电材料区域，每个压电材料区域沿所述悬臂阻尼器的所述内周缘的周边的相应部分被布置。5.根据权利要求1所述的换能器，其中所述悬臂阻尼器包括支架，所述支架沿所述膜的周边被固定到所述支撑结构，并且其中所述阻尼器压电致动器被设置在所述支架的面上。6.根据权利要求5所述的换能器，其中所述悬臂阻尼器包括止动元件，所述止动元件从所述支架的内边缘朝向所述膜延伸，并且其中所述阻尼器压电致动器被设置在所述支架的与所述膜相对的面上。7.根据权利要求5所述的换能器，其中所述悬臂阻尼器包括锚固区域，所述锚固区域围绕所述膜通过粘合层被接合到所述支撑结构，并且其中所述支架从所述锚固区域突出。8.根据权利要求5所述的换能器，其中所述悬臂阻尼器包括多个支架，所述多个支架沿所述膜的周边的相应部分从相应的锚固区域朝向所述膜延伸，并且其中每个支架被提供有相应的阻尼器压电致动器。9.根据权利要求1所述的换能器，包括驱动器件，所述驱动器件被配置为向所述阻尼器压电致动器施加所述电致动信号。10.根据权利要求4所述的换能器，包括驱动器件，所述驱动器件被配置为向所述阻尼器压电致动器施加所述电致动信号，其中所述阻尼器压电致动器的每个部分由所述驱动器件独立控制。11.根据权利要求8所述的换能器，包括驱动器件，所述驱动器件被配置为向每个阻尼器压电致动器独立施加所述电致动信号。12.根据权利要求9所述的换能器，包括膜压电致动器，所述膜压电致动器在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：