电容式微机械超声换能器及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种电容式微机械超声换能器及其制作方法，涉及超声换能器技术领域。其中，电容式微机械超声换能器包括依次设置的金属振动薄膜、空腔支撑层、粘合层、绝缘层以及金属基底；所述空腔支撑层中形成若干个空腔；所述金属振动薄膜蚀刻有分割阵列沟槽，所述分割阵列沟槽蚀刻至所述空腔支撑层。本申请能够实现超声换能器的柔性化设计，结构简单且成本低。结构简单且成本低。结构简单且成本低。

【技术实现步骤摘要】
电容式微机械超声换能器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及超声换能器
，尤其涉及一种电容式微机械超声换能器及其制作方法。

技术介绍

[0002]电容式微机械超声波换能器(Capacitive Micro
‑
machined Ultrasonic transducer，CMUT)具有设计灵活、组成材料便于制造、材料低廉、带宽宽、灵敏度高、噪声低、阻抗匹配性好CMUT等许多优点，有效地弥补了压电式超声换能器的不足，因此，CMUT可以应用在各个不同的领域中，例如在医学诊测、水下探测与成像、无损检测等
都可以发挥重要作用。在汽车领域，自动驾驶受到越来越多研究人员的青睐，国外许多汽车制造商和技术公司都在测试具备完全自动驾驶功能的自动驾驶汽车，而超声波换能器在倒车、泊车雷达系统中是不可或缺的部件。将CMUT的工作频率控制在低频1～500kHz左右，与汽车结合，可以为汽车提供更多的道路实时信息，便于进行路障分析和障碍规避，这样可以满足车辆对于安全性、舒适性和操作性能越来越高的要求。
[0003]目前，CMUT主要是以单晶硅以及硅化物作为材料，采用硅基集成电路工艺进行制备，工艺成本较高，且工艺流程较为复杂，对制造环境条件要求较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种电容式微机械超声换能器及其制作方法，能够实现超声换能器的柔性化设计，结构简单且成本低。
[0005]一方面，本专利技术实施例提供了一种电容式微机械超声换能器，包括依次设置的金属振动薄膜、空腔支撑层、粘合层、绝缘层以及金属基底；
[0006]所述空腔支撑层中形成若干个空腔；
[0007]所述金属振动薄膜蚀刻有分割阵列沟槽，所述分割阵列沟槽蚀刻至所述空腔支撑层。
[0008]根据本专利技术一些实施例，所述空腔支撑层的厚度为0.5～10微米，空腔支撑层中的空腔深度为0.5～10微米，空腔直径为20～10000微米。
[0009]根据本专利技术一些实施例，所述空腔支撑层的支撑部分为光刻胶。
[0010]根据本专利技术一些实施例，所述金属振动薄膜、所述粘合层以及所述空腔支撑层的支撑部分气密包覆形成所述空腔，所述空腔内的真空度为0～101.325千帕。
[0011]根据本专利技术一些实施例，所述绝缘层的厚度为0.5～5微米，所述金属振动薄膜厚度为3～15微米，所述金属基底的厚度为20～100微米，所述粘合层的厚度为0.5～5微米。
[0012]另一方面，本专利技术实施例还提供电容式微机械超声换能器制作方法，包括以下步骤：
[0013]取一片金属箔作为金属振动薄膜；
[0014]将光刻胶涂在所述金属振动薄膜的一侧，并在所述金属振动薄膜一侧的光刻胶上进行曝光显影形成空腔支撑层；
[0015]取另一片金属箔作为金属基底；
[0016]将混合物溶液涂在所述金属基底上，加热烘干所述混合物溶液形成绝缘层；
[0017]通过粘合层粘接所述金属振动薄膜上的空腔支撑层与所述金属基底上的绝缘层；
[0018]将光刻胶涂在所述金属振动薄膜的另一侧，并在所述金属振动薄膜另一侧的光刻胶上进行曝光显影形成分割阵列沟槽；
[0019]将所述分割阵列沟槽蚀刻至所述空腔支撑层，形成电容式微机械超声换能器。
[0020]根据本专利技术一些实施例，所述通过粘合层粘接所述金属振动薄膜上的空腔支撑层与所述金属基底上的绝缘层包括以下步骤：
[0021]将热熔胶涂在所述绝缘层上，加热烘干所述热熔胶形成粘合层；
[0022]将所述金属振动薄膜上的空腔支撑层与所述金属基底上的粘合层叠合形成整体结构；
[0023]对所述整体结构进行热压处理以粘合所述空腔支撑层与所述绝缘层。
[0024]根据本专利技术一些实施例，在所述将所述金属振动薄膜上的空腔支撑层与所述金属基底上的粘合层叠合形成整体结构的步骤之后，所述通过粘合层粘接所述金属振动薄膜上的空腔支撑层与所述金属基底上的绝缘层还包括以下步骤：
[0025]将所述整体结构放入真空袋中，对所述真空袋进行抽真空处理。
[0026]根据本专利技术一些实施例，所述混合物溶液通过以下步骤制取：
[0027]按照储电材料：介电材料＝1：19～49的重量比例配置混合物；
[0028]按照混合物：溶剂＝1：5～10的重量比例配置混合物溶液。
[0029]根据本专利技术一些实施例，所述将所述分割阵列沟槽蚀刻至所述空腔支撑层，形成电容式微机械超声换能器包括以下步骤：
[0030]使用金属刻蚀剂将所述金属振动薄膜上的分割阵列沟槽刻蚀至所述空腔支撑层；
[0031]洗去所述金属振动薄膜表面的光刻胶和残余的所述金属刻蚀剂，形成所述电容式微机械超声换能器。
[0032]本专利技术上述的技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：分别使用金属箔作为振动薄膜和基底形成金属振动薄膜和金属基底，金属振动薄膜和金属基底的导电性良好，可以直接作为超声换能器的上电极和下电极以连接电源，因此无需额外添加上电极和下电极结构，可以省去上电极和下电极的制造，整体操作简单，较易实现大面积阵列且材料低廉，降低制作成本。本申请的电容式微机械超声换能器的金属振动薄膜和金属基底柔韧性高，不易碎裂，降低了对使用环境的要求。
附图说明
[0033]图1是本专利技术实施例提供的电容式微机械超声换能器侧视图；
[0034]图2是本专利技术实施例提供的电容式微机械超声换能器制作方法流程图；
[0035]图3是本专利技术实施例提供的包括有第一柯图泰感光胶层和金属振动薄膜的结构侧视图；
[0036]图4是本专利技术实施例提供的包括有空腔支撑层和金属振动薄膜的结构侧视图；
[0037]图5是本专利技术实施例提供的包括有绝缘层和金属基底的结构侧视图；
[0038]图6是本专利技术实施例提供的包括有粘合层、绝缘层和金属基底的结构侧视图；
[0039]图7是本专利技术实施例提供的包括有金属振动薄膜、空腔支撑层、粘合层、绝缘层以及金属基底的整体结构侧视图；
[0040]图8是本专利技术实施例提供的整体结构的金属振动薄膜上设置有第二柯图泰感光胶层的结构侧视图；
[0041]图9是本专利技术实施例提供的第二柯图泰感光胶层蚀刻有分割阵列沟槽的结构侧视图；
[0042]图10是本专利技术实施例提供的4*4阵列的电容式微机械超声换能器波特图；
[0043]图11是本专利技术实施例提供的4*4阵列的电容式微机械超声换能器的发射信号与40kHz超声波换能器探头接收信号示意图；
[0044]图12是本专利技术实施例提供的4*4阵列的电容式微机械超声换能器的接收信号与40kHz超声波换能器探头发射信号示意图。
具体实施方式
[0045]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或者类似的标号表示相同或者类似的原件或具有相同或类似功能的元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电容式微机械超声换能器，其特征在于，包括依次设置的金属振动薄膜、空腔支撑层、粘合层、绝缘层以及金属基底；所述空腔支撑层中形成若干个空腔；所述金属振动薄膜蚀刻有分割阵列沟槽，所述分割阵列沟槽蚀刻至所述空腔支撑层。2.根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述空腔支撑层的厚度为0.5～10微米，空腔支撑层中的空腔深度为0.5～10微米，空腔直径为20～10000微米。3.根据权利要求2所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述空腔支撑层的支撑部分为光刻胶。4.根据权利要求3所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述金属振动薄膜、所述粘合层以及所述空腔支撑层的支撑部分气密包覆形成所述空腔，所述空腔内的真空度为0～101.325千帕。5.根据权利要求4所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述绝缘层的厚度为0.5～5微米，所述金属振动薄膜厚度为3～15微米，所述金属基底的厚度为20～100微米，所述粘合层的厚度为0.5～5微米。6.一种电容式微机械超声换能器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：取一片金属箔作为金属振动薄膜；将光刻胶涂在所述金属振动薄膜的一侧，并在所述金属振动薄膜一侧的光刻胶上进行曝光显影形成空腔支撑层；取另一片金属箔作为金属基底；将混合物溶液涂在所述金属基底上，加热烘干所述混合物溶液形成绝缘层；通过粘合层粘接所述金属振动薄膜上的空腔支撑层与所述金属基底上的绝缘层；将光刻胶涂在所述金属振动薄膜的另一侧，并在所述金属振动薄膜另一侧的光刻胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑庆祥，李英拓，金积德，王泽霖，杨婷婷，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：