CN110553717A - 电容式机械波感测装置、阵列与机械波收发装置 - Google Patents

Abstract

一种电容式机械波感测装置，包含：一可动元件层，包含一第一导电层，具有至少一个机械波感测元件区；数个支撑柱，配置于该可动元件层的下方，依照一机械波感测元件形状定义该至少一个机械波感测元件区，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落，且与该第一导电层电性连接；及至少一基底电极，该基底电极的形状依据该机械波感测元件形状定义，配置于该可动元件层的该至少一个机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该至少一基底电极与该第一导电层隔离而形成至少一电容结构。

Description

电容式机械波感测装置、阵列与机械波收发装置

技术领域

本发明是关于一种机械波感测元件，特别关于一种电容式机械波感测元件、支撑柱及机械波收发装置。

背景技术

定义上，机械波（Mechanical wave）是机械振动后所产生，其须通过介质来传播，例如空气与水。而机械波在空气中的传递，依据人类可听到或不可听到而区分为有声波、超音波两个类别。机械波的产生与感测元件，目前有巨观的元件制造与微观的元件制造方法，这两类方法分别可制造出尺度为公分级与微米级的机械波产生元件。

其中，微观的机械波元件制造，目前有两种方式，一种为运用微机电(MEMS)技术，第二种为运用金属氧化半导体制程(CMOS)技术。这两种不同的技术由于制程不同，开发人员往往会因为制程的差异而限制了元件的开发。因为，这两类不同的技术因为制程的差异性，导致其所能制造出来的结构是不同的。

其中，运用MEMS制程制作出来的机械波感测元件，分别有电容式、压电式感测元件。其中，声波感测元件最具代表性的厂商为美商楼式（Knowles）与英飞凌（Infineon），其主要运用MEMS制程来制作电容式声波感测元件；而超声波感测元件最具代表性的厂商为美商高通（Qualcomm），其主要运用MEMS制程来制作压电式超音波感测元件。此外，汤博凯（2010, CMOS微电容式式超音波感测器, CMOS Micromachined Capacitive UltrasonicSensors）运用了CMOS制程制作出电容式超音波感测器。

无论是运用MEMS制程或CMOS制程所制作出来的机械波感测器，当中的必要结构就是前述可动元件的部分。此可动元件都需要有一定的支撑力，让可动元件可以稳固地产生预期的物理变化(如：形变或位移等)，并于物理变化的过程产生所需要的感应讯号。前述的楼式、英飞凌、高通或汤博凯的解决方案，其可动元件的结构，均为周边支撑型的结构。换言之，在机械波感测薄膜的周围（圆形或方形可动元件）提供完整包覆式的支撑，让感测薄膜得以被控制其形变，进而控制感测薄膜的频率响应。

若要将前述的机械波感测元件整合成机械波感测阵列，以周边支撑型前述的技术来说，就必须将每个元件排列起来一起制作，并制作成阵列，例如加州大学教授DavidHorsley于2017年4月28的研讨会文章(Piezoelectric Micromachined UltrasonicTransducers in Consumer Electronics the Next Little Thing，Seminar, TohokuUniversity)指出，1996年Simens运用了电容式微机电超音波传感器(CapacitiveMicromachined Ultrasound Transducers, cMUT)制作出超音波传感器阵列，而此处的cMUT元件，即为采用封闭式环型支撑结构(Anchor)的电容式微机电超音波传感器。Horsley教授本身，则采用压电式微机电超音波传感器(Piezoelectric MicromachinedUltrasound Transducers, pMUT)，其同样采用封闭式环型支撑结构。在机械波感测薄膜的设计上，若为运用到液体的应用(water-coupled)，则机械波感测薄膜需为封闭者，且可动元件下方的空腔为抽取真空的状态。

目前，运用pMUT或cMUT元件所制作的超音波感测阵列，均采取单颗元件整合出来的阵列为主要方式。例如，美国专利US2017128983A所揭示的第3图即为一例；YongqiangQiu(Piezoelectric Micromachined Ultrasound Transducer (PMUT) Arrays forIntegrated Sensing, Actuation and Imaging, Sensors 2015, 15, 8020-8041; doi:10.3390/s150408020)等人于第3图、第7图、第13图所揭露的阵列结构等等。

以上的现有技术，运用到液体或者医疗(固态目标物)用途上时，往往需要用到机械波感测阵列。而以目前的机械波感测阵列的技术来看，由于每个机械波感测元件都是独立的，因此，在与控制积体电路(Controller IC)的整合上，也必须以贴合或焊接的方式来执行，无法整合于同一个半导体制程。例如，美国专利公开号US20150357375A、US20160262727A所揭示者。此外，机械波感测阵列的元件密度，也会受限于每个机械波感测的环型封闭支撑结构所限制，进而降低了其阵列解析度。

因此，如何能够开发出一种可整合半导体制程，将应用于固态、液态目标物的机械波感测阵列可直接与控制IC整合于单一制程，并且，提高机械波感测阵列的整体解析度，成为机械波感测元件与阵列开发的一个重要方向。

发明内容

为达上述目的，本发明提供一种电容式机械波感测装置、感测阵列与机械波收发装置，运用以支撑柱来定义机械波感测元件区的技术，让支撑柱上方的整层可动元件层与支撑柱下方的数个类蜂槽式基底电极形成数个电容式机械波感测矩阵。如此，可让机械波感测矩阵于单一的半导体制程制作出来，并且，可进一步于机械波感测矩阵下方进行控制IC的制作，进而达到高解析度、高整合性、低制造成本的机械波感测矩阵。进一步地，可让机械波感测矩阵大幅运用于各种固态、液态的应用领域。

本发明提供一种电容式机械波感测装置，包含：一可动元件层，包含一第一导电层，具有至少一个机械波感测元件区；数个支撑柱，配置于该可动元件层之下方，依照一机械波感测元件形状定义该至少一个机械波感测元件区，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落，且与该第一导电层电性连接；及至少一基底电极，该基底电极之形状依据该机械波感测元件形状定义，配置于该可动元件层之该至少一个机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该至少一基底电极与该第一导电层隔离而形成至少一电容结构。

本发明另提供一种电容式机械波感测阵列，包含：一可动元件层，包含一第一导电层，具有数个机械波感测元件区，且该些机械波感测元件区构成一矩阵(D)；数个支撑柱，配置于该可动元件层的下方，依照一机械波感测元件形状定义该些机械波感测元件区(A)，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落(B)，且与该第一导电层电性连接；及数个基底电极，该基底电极的形状依据该机械波感测元件形状定义(C)，配置于该可动元件层的该些机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该些基底电极与该第一导电层隔离而形成数个电容结构，该些电容结构的数量由该些基底电极的数量定义。

本发明还提供一种机械波收发装置，包含：一可动元件层，包含一第一导电层，具有数个机械波感测元件区；数个支撑柱，配置于该可动元件层之下方，依照一机械波感测元件形状定义该些机械波感测元件区，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落，且与该第一导电层电性连接；及数个基底电极，该基底电极之形状依据该机械波感测元件形状定义，配置于该可动元件层之该些机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该些基底电极与该第一导电层隔离而形成数个电容结构，该些电容结构之数量由该些机械波感测元件区定义；其中，该可动元件层配置有数个平面弹簧结构，该些平面弹簧结构配置于部分的该些机械波感测元件区，借以使该些具有该平面弹簧结构之该机械波感测元件区与未配置该平面弹簧结构的该机械波感测元件区分别作为一机械波发射元件与一机械波接收元件。

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数个较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下（实施方式）。

附图说明

图1A-1C，本发明的电容式机械波感测矩阵的第一具体实施例的可动元件层20上视图、基底电极41上视图与图1A沿B-B剖面线的剖面图。

图1D-1F，其为图1C局部2的放大动作示意图。

图1G，本发明的电容式机械波感测矩阵的又一具体实施例中，一个机械波感测元件区配置多个基底电极的示意图。

图2A-2F，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第一具体实施例。

图3A-3E，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第二具体实施例。

图4A-4E，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第三具体实施例。

图5A-5E，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第四具体实施例。

图6A-6D，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第五具体实施例。

图7A-7C，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第六具体实施例。

图8A-8C，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第七具体实施例。

图9A-9C，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第二具体实施例。

图10A-10D，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第二具体实施例。

图11A-11D，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第三具体实施例。

符号说明：

2 局部， 10 基板， 12 边框，

20 可动元件层， 21 调整层， 22 导电层，

23、24、25、26、27、28 平面弹簧结构， 29 机械波感测元件区，

30 支撑柱， 41、43、44 基底电极， 42 线路区，

100 空腔， D0、D1、D2 间距。

具体实施方式

根据本发明的多个实施例，本发明提供了一个电容式机械波感测装置、感测阵列与机械波收发装置，运用以支撑柱来定义机械波感测元件区的技术，让支撑柱上方的整层可动元件层与支撑柱下方的数个类蜂槽式基底电极形成数个电容式机械波感测矩阵。如此，可让机械波感测矩阵于单一的半导体制程制作出来，并且，可进一步于机械波感测矩阵下方进行控制IC的制作，进而达到高解析度、高整合性、低制造成本的机械波感测矩阵。进一步地，可让机械波感测矩阵大幅运用于各种固态、液态的应用领域。

请参考图1A-1C，本发明的电容式机械波感测矩阵的第一具体实施例的可动元件层20上视图、基底电极41上视图与图1A沿B-B剖面线的剖面图。从图1A可以发现，可动元件层20为一整面，其由边框12定义其区块范围，可动元件层20本身并无任何的制作与处理，以定义出单一的机械波感测元件。可动元件层20的机械波感测元件的定义，是由下方的支撑柱30来定义，亦即，由四个支撑柱30(如局部2当中的方型结构，亦即，本发明的“机械波感测元件形状”定义出一个正方形结构，让可动元件层20构成一个虚拟的正方形矩阵。在本发明中，支撑柱30配置于机械波感测元件区的角落，借以定义出机械波感测元件区。

在图1B中，有多个基底电极41以矩阵方式排列，每个基底电极41配置在四个支撑柱30之间，换言之，支撑柱30所定义的机械波感测元件区当中。基底电极41之间的间隙则用来配置电极的走线，走线最后会连接到线路区42。由图1B可发现，基底电极41的形状同样为正方形。就另一个实施例而言，基底电极41的形状可以是其他的形状，例如圆形、三角形，甚至不固定形状。基底电极41的形状以能产生与上方的可动元件层20最大的感应量为准，换言之，基底电极41的形状以避开走线与支撑柱30为原则。

接下来，从图1C可以发现，基底电极41形成于基板10之上。其中，基板当中可以预先制作出控制IC，进而实现本发明的机械波感测阵列与控制IC整合于同一制程的目的。可动元件层20与基地电极41之间的空腔，可采用薄膜电晶体(TFT)制程，亦可采用半导体制程，制作出准真空或真空的空腔100(图1D-1F)。制作出准真空或真空的空腔后，可动元件层20就会形成向下挠曲的现象(未绘出)。

接着，请参考图1D-1F，其为图1C局部2的放大示意图，用以说明本发明的机械波感测元件区的可动元件层20的动作，可动元件层20包括了导电层22与调整层21。图1D为静止的状态，可动元件层20当中的导电层22与基底电极41的间距为D0。图1E为可动元件层20的震动状态朝上的示意图，可动元件层20当中的导电层22因基底电极41的电压调整，而发生向上鼓动的情形，两者的间距为D1。图1F则为机械波的震动状态朝下的示意图，可动元件层20当中的导电层22因基底电极41的电压调整，而发生向下吸引的情形，两者的间距为D2。由于机械波的震动周期，为一上一下，震动的频率由可动元件层20的材料与结构所决定，也就是，其总体的弹性系数。就本发明的其他实施例而言，此处的结构，可以是后续的平面弹簧结构与可动元件层20当中的导电层22的厚度与材料，及调整层21的厚度与材料共同构成，换言之，由以上数个参数共同构成总体的弹性系数。

另外，在图1A-1F中，由于支撑柱30配置于机械波感测元件区的四个角落，因此，支撑柱30限制住了可动元件层20的每个“机械波感测元件”的动作，换言之，可动元件层20的动作会被限制在支撑柱30所定义的“机械波感测元件区”而进行局部动作，不会进行整个可动元件层20的动作。

此外，电容结构的数量，即由基底电极41的数量。因电容结构必须包含两个电极，可动元件层20的导电层22与基底电极41。而本发明的电容矩阵，即由基底电极41与可动元件层20共同构成。

就本发明的另一实施例而言，由多个支撑柱30所定义出的一个机械波感测元件区，可以包含多个基底电极41，如图1G所示，其说明了本发明的机械波感测元件区，由4个基底电极41与4个支撑柱30定义出一个电容结构。

为了要让可动元件层20形成可调整弹性系数，进而调整可动元件层20的频率响应，本发明更进一步地于可动元件层20上制作平面弹簧结构。以下，将列举数个实施例来说明。

接下来，请参考图2A-2F，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第一具体实施例。图2A说明了，在图1A的局部2当中，可动元件层20由四个下方的支撑柱30定义出了一个机械波感测元件区29。

在图2B中，本发明于可动元件层20上制作了多个平面弹簧结构23。其中，每个平面弹簧结构23对应形成于每个“机械波感测元件区”当中。在此实施例中，平面弹簧结构为多个同心圆结构所构成。

图2C中为图2B沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构23的一实施例。在图2C中，平面弹簧结构23形成于调整层21上方。

图2D为图2B沿D-D剖面线的剖面示意图，可由图中看出，此区域为平面弹簧结构23未覆盖的部分，支撑柱30形成”机械波感测元件区”的限制区域。

图2E中为图2B沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构23的另一实施例。在图2E中，平面弹簧结构23形成于导电层22下方。

图2F中为图2B沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构23的又一实施例。在图2F中，平面弹簧结构23同时形成于调整层21上方与导电层22下方。

由图2A-2F的实施例可知，通过于每个“机械波感测元件区”形成一个平面弹簧结构，可调整“机械波感测元件区”的频率响应。在此实施例中，平面弹簧结构的形状为相同的。

接下来，请参考图3A-3E，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第二具体实施例。

在图3A中，本发明于可动元件层20上制作了多个平面弹簧结构23。其中，每个平面弹簧结构23的中心对应形成于每个支撑柱30上方。在此实施例中，平面弹簧结构为多个同心圆结构所构成。

图3B中为图3A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构23的一实施例，此区域为未被平面弹簧结构23覆盖的部分，且可视基底电极41。

图3C中为图3A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构23的一实施例，此区域为平面弹簧结构23覆盖的部分，且支撑柱30形成”机械波感测元件区”的限制区域。在图3C中，平面弹簧结构23形成于调整层21上方。

图3D为图3A沿D-D剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构23的一实施例，可由图中看出，平面弹簧结构23形成于导电层22下方。

图3E中为图3A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构23的一实施例，平面弹簧结构23同时形成于调整层21上方与导电层22下方。

由图3A-3E的实施例可知，通过于每个支撑柱30上方形成一个平面弹簧结构，可调整“机械波感测元件区”的频率响应。在此实施例中，平面弹簧结构的形状为相同的。

接下来，请参考图4A-4E，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第三具体实施例。

在图4A中，本发明于可动元件层20上制作了多个平面弹簧结构24。其中，每个平面弹簧结构24对应形成于每个“机械波感测元件区”当中。在此实施例中，平面弹簧结构24为多个回型结构所构成。

图4B中为图4A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构23的一实施例。在图4B中，平面弹簧结构24形成于调整层21上方。

图4C为图4A沿D-D剖面线的剖面示意图，可由图中看出，此区域为平面弹簧结构24未覆盖的部分，支撑柱30形成“机械波感测元件区”的限制区域。

图4D中为图4A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构24的另一实施例。在图4D中，平面弹簧结构24形成于导电层22下方。

图4E中为图4A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构24的又一实施例。在图4E中，平面弹簧结构24同时形成于调整层21上方与导电层22下方。

由图4A-4E的实施例可知，通过于每个“机械波感测元件区”形成一个平面弹簧结构，可调整“机械波感测元件区”的频率响应。在此实施例中，平面弹簧结构的形状为相同的。

接下来，请参考图5A-5E，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第四具体实施例。

在图5A中，本发明于可动元件层20上制作了多个平面弹簧结构24。其中，每个平面弹簧结构24的中心对应形成于每个支撑柱30上方。在此实施例中，平面弹簧结构为多个回型结构所构成。

图5B中为图5A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构24的一实施例，此区域为未被平面弹簧结构24覆盖的部分，且可视基底电极41。

图5C中为图5A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构23的一实施例，此区域为平面弹簧结构24覆盖的部分，且支撑柱30形成“机械波感测元件区”的限制区域。在图5C中，平面弹簧结构23形成于调整层21上方。

图5D为图5A沿D-D剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构24的一实施例，可由图中看出，平面弹簧结构24形成于导电层22下方。

图5E中为图5A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构24的一实施例，平面弹簧结构24同时形成于调整层21上方与导电层22下方。

由图5A-5E的实施例可知，通过于每个支撑柱30上方形成一个平面弹簧结构，可调整“机械波感测元件区”的频率响应。在此实施例中，平面弹簧结构的形状为相同的。

接下来，请参考图6A-6C，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第五具体实施例。

在图6A中，本发明于可动元件层20上制作了多个平面弹簧结构25。其中，每个平面弹簧结构25对应形成于每个“机械波感测元件区”当中。在此实施例中，平面弹簧结构25为一个螺旋结构所构成。

图6B中为图6A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构25的一实施例。在图6B中，平面弹簧结构25形成于调整层21上方。就另一实施例而言，平面弹簧结构25亦可形成于导电层22下方或同时形成于调整层21上方与导电层22下方。

图6C为图6A沿D-D剖面线的剖面示意图，可由图中看出，此区域为平面弹簧结构25未覆盖的部分，支撑柱30形成“机械波感测元件区”的限制区域。

由图6A-6C的实施例可知，通过于每个“机械波感测元件区”形成一个平面弹簧结构，可调整“机械波感测元件区”的频率响应。在此实施例中，平面弹簧结构的形状为相同的。

请参考图6D，其为平面弹簧结构25A、25B为连锁螺旋结构的一具体实施例。运用连锁螺旋结构，可让平面弹簧结构的应力能够连锁，更增加弹性系数的可调整性。图6D的实施例中，是由两个机械波感测元件区共用一个平面弹簧螺旋结构。就本发明的另一实施例而言，亦可采用一个机械波感测元件区采用两个连锁螺旋结构，也就是一个机械波感测元件区同时采用一个平面弹簧结构25A与一个平面弹簧结构25B。

接下来，请参考图7A-7C，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第六具体实施例。

在图7A中，本发明于可动元件层20上制作了多个平面弹簧结构25。其中，每个平面弹簧结构25的中心对应形成于每个支撑柱30上方。在此实施例中，平面弹簧结构为一个螺旋结构所构成。同样地，就本发明的另一实施例而言，平面弹簧结构可采用如图6D的连锁螺旋弹簧结构，其中心点同样可配置于支撑柱30的中心。

图7B中为图7A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构25的一实施例，此区域为未被平面弹簧结构25覆盖的部分，且可视基底电极41。

图7C中为图7A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构25的一实施例，此区域为平面弹簧结构25覆盖的部分，且支撑柱30形成”机械波感测元件区”的限制区域。在图7C中，平面弹簧结构25形成于调整层21上方。就另一实施例而言，平面弹簧结构25亦可形成于导电层22下方或同时形成于调整层21上方与导电层22下方。

由图7A-7C的实施例可知，通过于每个支撑柱30上方形成一个平面弹簧结构，可调整“机械波感测元件区”的频率响应。在此实施例中，平面弹簧结构的形状为相同的。

接下来，请参考图8A-8C，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第七具体实施例。

在图8A中，本发明于可动元件层20上制作了多个平面弹簧结构26。其中，每个平面弹簧结构26对应形成于每个“机械波感测元件区”当中。在此实施例中，平面弹簧结构26为多个断裂同心圆结构所构成。

图8B中为图8A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构26的一实施例。在图8B中，平面弹簧结构26形成于调整层21上方。就另一实施例而言，平面弹簧结构26亦可形成于导电层22下方或同时形成于调整层21上方与导电层22下方。

图8C为图8A沿D-D剖面线的剖面示意图，可由图中看出，此区域为平面弹簧结构26未覆盖的部分，支撑柱30形成”机械波感测元件区”的限制区域。

由图8A-8C的实施例可知，通过于每个“机械波感测元件区”形成一个平面弹簧结构，可调整“机械波感测元件区”的频率响应。在此实施例中，平面弹簧结构的形状为相同的。

接下来，请参考图9A-9C，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第八具体实施例。

在图9A中，本发明于可动元件层20上制作了多个平面弹簧结构26。其中，每个平面弹簧结构26的中心对应形成于每个支撑柱30上方。在此实施例中，平面弹簧结构为多个断裂同心圆结构所构成。

图9B中为图9A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构26的一实施例，此区域为未被平面弹簧结构26覆盖的部分，且可视基底电极41。

图9C中为图9A沿B-B剖面线的剖面示意图，其为平面弹簧结构26的一实施例，此区域为平面弹簧结构26覆盖的部分，且支撑柱30形成”机械波感测元件区”的限制区域。在图9C中，平面弹簧结构26形成于调整层21上方。就另一实施例而言，平面弹簧结构26亦可形成于导电层22下方或同时形成于调整层21上方与导电层22下方。

由图9A-9C的实施例可知，通过于每个支撑柱30上方形成一个平面弹簧结构，可调整”机械波感测元件区”的频率响应。在此实施例中，平面弹簧结构的形状为相同的。

接下来，请参考图10A-10D，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第九具体实施例。在此实施例中，机械波感测元件区形状为三角形，且基底电极43同样为三角形，进而构成三角形紧密矩阵。就本发明的另一具体实施例而言，每个机械波感测元件区，可由多个基底电极43所构成，类似图1G的实施例，于此不多加赘述。相较于图1A，图10A的实施例由三个支撑柱30定义了三角形的”机械波感测元件区”的三角形形状。虽然，三个支撑柱30位于“机械波感测元件区”的角落，但完整定义出机械波感测元件必须与基底电极43共同构成，如图10A-10C的局部2所示。

请参考图10D，其为平面弹簧结构27的实施例示意图，其由多个三角回型构成，并配置于三个支撑柱30所构成的平面空间中。就另外的实施例而言，平面弹簧结构27的中心，同样可配置于支撑柱30上。

此外，基底电极43的形状，同样可以不被限制为三角形，其原则如前所述，不再赘述。

接下来，请参考图11A-11D，本发明的具平面弹簧结构的电容式机械波感测阵列的第十具体实施例。在此实施例中，机械波感测元件区形状为正六角形，且基底电极44同样为六角形，进而构成六角形紧密矩阵。就本发明的另一具体实施例而言，每个机械波感测元件区当中，基底电极44可由多个六角形构成，或由多个独立三角形拼成之六角形构成，或者，由多个圆形构成，或者，由单一圆形构成。相较于图1A、图10A，图11A的实施例由六个支撑柱30定义了六角形的”机械波感测元件区”的六角形形状。虽然，六个支撑柱30位于”机械波感测元件区”的角落，但完整定义出机械波感测元件必须与基底电极44共同构成，如图11A-11C的局部2所示。

请参考图11D，其为平面弹簧结构28的实施例示意图，其由多个六角回型构成，并配置于六个支撑柱30所构成的平面空间中。就另外的实施例而言，平面弹簧结构28的中心，同样可配置于支撑柱30上。

由前述的实施例可知，本发明的可动元件层20可包含一层，可包含两层及以上。就其中一实施例而言，本发明可运用TFT制程制作，可动元件层20可由一玻璃层与一导电层构成。就另一实施例而言，其中该可动元件层20由一导电层与一调整层构成。就另一实施例而言，可动元件层20可由超过两层结构构成，并且，至少一层导电层与支撑柱30电连接。

其中，调整层的材料可选自钛(Ti)材料层、氮化钛（TiN）材料层、铬（Cr）材料层、二氧化硅（SiO2）材料层、钛铬(TiCr)合金材料层、硅化钨(SiWu)合金材料层。导电层的材料可采用铜系或铝系金属或复合材料或透明电极材料，亦可采用如单晶材料的单晶硅(Si)，或者多晶硅(Poly Si)，奈米碳管，或者采用其他金属类如含钛、钨等贵金属混和材料。

此外，可动元件层20当中的导电层与支撑柱30电性连接，并且，其各层之间的上下关系，不影响导电层与支撑柱30的电性连接。换言之，如前述实施例的调整层可为具导电性的材料，亦可为不具导电性的材料，而其与导电层的上下关系，可相互调整。

此外，本发明的平面弹簧结构，可形成于可动元件层20的上方或下方，或者上方、下方均形成。

其中，机械波感测元件形状为规则对称形状，最佳者选自三角形、方形、五角形、六角形、八角形，以便构成紧密阵列结构。然本发明并不限于此，本发明亦可运用不规则形状的”机械波感测元件形状”而构成的非紧密的阵列结构。

此外，如前述的实施例，平面弹簧结构可形成于该机械波感测元件区当中，亦可形成于该机械波感测元件区之间。

就本发明的其他实施例而言，不同的平面弹簧结构可以配置于同一个电容式机械波感测阵列当中，借以调整不同频率响应的电容式机械波感测元件，进而可增加电容式机械波感测阵列的频宽。

就本发明的其他实施例而言，不同大小与形状的电容式机械波感测元件，可配置于同一个电容式机械波感测阵列当中，借以调整不同频率响应的电容式机械波感测元件，进而可增加电容式机械波感测阵列的频宽。

就本发明的另一实施例而言，不同的电容式机械波感测元件可配置于同一个电容式机械波感测阵列当中，借以使电容式机械波感测阵列具有电容式机械波发射元件与电容式机械波接收元件，进而构成电容式机械波收发装置。

虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神所作些许之更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims (14)

1.一种电容式机械波感测装置，其特征在于，其包含：

一可动元件层，包含一第一导电层，具有至少一个机械波感测元件区；

数个支撑柱，配置于该可动元件层的下方，依照一机械波感测元件形状定义该至少一个机械波感测元件区，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落，且与该第一导电层电性连接；及

至少一基底电极，该基底电极之形状依据该机械波感测元件形状定义，配置于该可动元件层的该至少一个机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该至少一基底电极与该第一导电层隔离而形成至少一电容结构。

2.如权利要求1所述的电容式机械波感测装置，其特征在于，该可动元件层还包含一调整层，该调整层选自钛材料层、氮化钛材料层、铬材料层、二氧化硅材料层、钛铬合金材料层、硅化钨合金材料层。

3.如权利要求1所述的电容式机械波感测装置，其特征在于，该机械波感测元件形状为规则对称形状。

4.如权利要求1所述的电容式机械波感测装置，其特征在于，该可动元件层上还包含至少一平面弹簧结构，该平面弹簧结构形成于该可动元件层的表面。

5.如权利要求4所述的电容式机械波感测装置，其特征在于，该平面弹簧结构形成于该机械波感测元件区当中或之间。

6.一种电容式机械波感测阵列，其特征在于，其包含：

一可动元件层，包含一第一导电层，具有数个机械波感测元件区，且该些机械波感测元件区构成一矩阵(D)；

数个支撑柱，配置于该可动元件层之下方，依照一机械波感测元件形状定义该些机械波感测元件区，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落，且与该第一导电层电性连接；及

数个基底电极，该基底电极之形状依据该机械波感测元件形状定义，配置于该可动元件层的该些机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该些基底电极与该第一导电层隔离而形成数个电容结构，该些电容结构的数量由该些基底电极的数量定义。

7.如权利要求6所述的电容式机械波感测阵列，其特征在于，该可动元件层还包含一调整层，该调整层选自钛材料层、氮化钛材料层、铬材料层、二氧化硅材料层、钛铬合金材料层、硅化钨合金材料层。

8.如权利要求6所述的电容式机械波感测阵列，其特征在于，该机械波感测元件形状为规则对称形状。

9.如权利要求6所述的电容式机械波感测阵列，其特征在于，该可动元件层上还包含数个平面弹簧结构，该平面弹簧结构形成于该可动元件层的表面。

10.如权利要求9所述的电容式机械波感测阵列，其特征在于，该些平面弹簧结构形成于该机械波感测元件区当中或之间。

11.一种机械波收发装置，其特征在于，其包含：

一可动元件层，包含一第一导电层，具有数个机械波感测元件区；

数个支撑柱，配置于该可动元件层的下方，依照一机械波感测元件形状定义该些机械波感测元件区，该些支撑柱配置于该机械波感测元件区的角落，且与该第一导电层电性连接；及

数个基底电极，该基底电极之形状依据该机械波感测元件形状定义，配置于该可动元件层之该些机械波感测元件区的对侧且与该些支撑柱隔离，该些基底电极与该第一导电层隔离而形成数个电容结构，该些电容结构之数量由该些机械波感测元件区定义；

其中，该可动元件层配置有数个平面弹簧结构，该些平面弹簧结构配置于部分的该些机械波感测元件区，借以使该些具有该平面弹簧结构的该机械波感测元件区与未配置该平面弹簧结构的该机械波感测元件区分别作为一机械波发射元件与一机械波接收元件。

12.如权利要求11所述的机械波收发装置，其特征在于，该可动元件层还包含一调整层，该调整层选自钛材料层、氮化钛材料层、铬材料层、二氧化硅材料层、钛铬合金材料层、硅化钨合金材料层。

13.如权利要求11所述的机械波收发装置，其特征在于，该机械波感测元件形状为规则对称形状。

14.如权利要求11所述的机械波收发装置，其特征在于，该平面弹簧结构形成于该可动元件层的表面。