CN113406648B - 一种基于pmut的图像声呐接收阵及其制造方法 - Google Patents

一种基于pmut的图像声呐接收阵及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PMUT的图像声呐接收阵及其制造方法。所述的图像声呐接收阵包括承压壳体、PMUT模块、PCB转接板和电子仓;所述的PMUT模块在PCB转接板上均匀分布组成阵列,通过引脚焊盘和PCB转接板进行连接,所述的PCB转接板和电子仓通过信号传输接口进行连接,所述的承压壳体覆盖在PMUT模块上,并与PCB转接板粘接;所述PMUT模块包括管壳和封装于管壳中的PMUT芯片,PMUT芯片表面形成空腔,PMUT阵元裸露,空腔内填充耦合剂。本发明可实现图像声呐接收阵阵元高一致性制造以及阵元的全连接。

Description

一种基于PMUT的图像声呐接收阵及其制造方法
技术领域
本发明属于水声成像技术领域,涉及一种图像声呐接收阵,具体涉及一种基于压电微机械超声换能器(PMUT,Piezoelectric micromachined ultrasound transducer)的图像声呐接收阵及其制造方法。
背景技术
图像声呐是一种能够直观获取水下目标区域图像的一种探测成像设备。图像声呐通常由发射换能器阵、接收换能器阵以及信号采集处理与控制系统组成。
接收换能器阵作为图像声呐电声转换元件,其性能将直接影响成像质量。图像声呐接收阵通常由几百至数千个接收阵元组成,而阵元的接收灵敏度、带宽以及一致性等参数将最终决定图像声呐接收阵的性能。
常规接收换能器阵通常是将块体的压电陶瓷通过机械刻槽的方式形成接收阵阵元,然后再对各阵元正负电极进行引线。图像声呐接收阵对阵元的灵敏度、带宽,尤其是一致性有着较高的要求,因而传统制造工艺对高一致性制造,以及数千个阵元实现全连接的引线显得尤为困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于压电微机械超声换能器(PMUT)的图像声呐接收阵及其制造方法,以解决现有图像声呐接收阵阵元高一致性制造以及阵元的全连接上存在的问题。
为实现上述目的,本发明提供的一种基于PMUT的图像声呐接收阵,其特征在于,包括承压壳体、PMUT模块、PCB转接板和电子仓;所述的PMUT模块在PCB转接板上均匀分布组成阵列,且通过其引脚焊盘和PCB转接板进行连接,所述的PCB转接板和电子仓通过信号传输接口进行连接,所述的承压壳体覆盖在所述PMUT模块上,承压壳体通过灌封胶与PCB转接板粘接;所述PMUT模块包括管壳和封装于管壳中的PMUT芯片,所述的PMUT芯片包含均匀分布的PMUT阵元,封装后的PMUT模块在PMUT芯片表面形成空腔区域,PMUT阵元裸露,以实现声波信号的接收;所述PMUT模块与承压壳体之间的空腔由耦合剂填充。
进一步地,所述图像声呐接收阵中,PCB转接板上包含m×n个均匀分布的PMUT模块组成的阵列,即由m行n列个PMUT模块组成,其中m、n为正整数。所述PMUT芯片通常包含均匀分布的i×j PMUT阵元,即i行j列个阵元组成的阵列,其中i、j为正整数。每个阵元由一个或多个PMUT微元组成。因此,所述图像声呐接收阵中,包含m·i×n·j个PMUT阵元组成的PMUT接收阵列(其中m、n、i、j为正整数)。
具体地,若m·i和n·j均大于1,则组成的PMUT接收阵列为二维面阵,可用于3D图像声呐;若m·i和n·j其中之一等于1,另一个大于1,则组成的PMUT接收阵列为一维线阵,可用于2D图像声呐接收阵。
所述PMUT阵元尺寸是由图像声呐对单阵元在水平和竖直方向上的指向性要求所决定的,所述PMUT阵元间距通常由波束形成后的波束图决定。
特殊地,若i、j均等于1,即每一个PMUT模块仅包含一个PMUT阵元,则组成的PMUT接收阵列为均匀阵,其中所有阵元间距相等,此接收阵在成像时适用直接波形束形成算法,也可以将所有阵元进行子阵划分后再用于成像;若i、j不同时等于1,则该PMUT接收阵列为非均匀阵,使用波束形成算法成像时则需将该接收阵列进行子阵划分,子阵的最小单元为一个PMUT模块。
进一步地,本发明的基于PMUT的图像声呐接收阵,可采用基于MEMS技术及与IC兼容的制造工艺或集成封装技术,大大简化后继处理电路。在所述的PMUT模块中,一种方式是在PMUT芯片上集成制造IC电路,另一种方式是采用较为成熟的三维堆叠封装方案,将IC芯片和PMUT芯片集成封装到PMUT模块中。所述的IC电路或IC芯片主要是用于对PMUT信号的放大和滤波等功能的电路或模块。
进一步地,所述的PMUT模块中,管壳的封装可采用DFN、QFN、LGA等多种小尺寸封装形式。为实现耐压的要求,管壳可采用金属或陶瓷等可承受较大压力的材质。
具体地,基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)工艺,本发明中作为接收换能器的PMUT,其基本结构单元为PMUT微元。作为本领域通常的一种形式,所述PMUT微元包括衬底硅、顶层硅、下电极、上电极和压电层,其中下电极、上电极和压电层部分刻蚀后形成振动薄膜,衬底硅部分刻蚀后在顶层硅下方形成空腔结构,所述振动薄膜与其相对应的空腔结构构成一个PMUT微元。
可选地,所述的PMUT微元为圆形,亦可为长方形或其他多边形。所述PMUT微元的灵敏度、带宽、声阻抗等特性可通过结构设计和材料改进等进行优化。
作为PMUT芯片的基本功能单元,PMUT阵元包括一个PMUT微元或多个并联的PMUT微元。所述PMUT阵元内的PMUT微元之间通过引线将所有PMUT微元的上电极相连,且所有PMUT微元共用下电极,实现PMUT阵元内的所有PMUT微元并联。
所述的PMUT芯片中,所述PMUT阵元的上、下电极通过PMUT芯片引线引出至PMUT芯片焊盘。
所述的PMUT模块中,PMUT芯片与管壳粘接固化后,采用引线键合的方式将PMUT芯片焊盘与管壳上的引脚焊盘通过键合引线连接,键合引线由灌封胶进行密封保护;当采用与IC芯片集成封装时,首先将IC芯片与管壳粘接,再将PMUT芯片与IC芯片粘接,分别使用键合引线将IC芯片焊盘与管壳上的引脚焊盘,以及PMUT芯片焊盘与IC芯片焊盘连接,键合引线由灌封胶进行密封保护。
所述的PCB转接板可以根据PMUT模块选择采用。PMUT模块的引脚焊盘和PCB转接板的连接可以采用焊接方式,由PMUT模块的引脚方式所决定,常用回流焊,焊接时可采用夹具等装置提高对准及焊接精度。所述的PCB转接板背面设置信号传输接口,用于连接电子仓。
所述电子仓内包括放大、滤波、采集和存储电路、模块或芯片,实现对各PMUT阵元接收的信号进行放大、滤波、采集和存储等功能,并在其正面和背面提供相应的接口分别与PCB转接板和外部控制系统连接。
所述承压壳体背面有一空腔,空腔长宽大于PMUT模块阵列,空腔高度小于PMUT模块的高度。承压壳体与PCB转接板粘接后,PMUT模块的管壳与承压壳体硬接触,以传递深水工作时来自承压壳体的强大压力,从而避免PMUT芯片的损坏。承压壳体通常采用声阻抗与水相近、声衰减较小且耐腐蚀的材料,具体包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃等材料。
所述耦合剂可根据声阻抗匹配、声衰减以及流动性等条件选择。
本发明还涉及所述的基于PMUT的图像声呐接收阵的制造方法,包括如下步骤:
1)PMUT芯片制造
所述PMUT芯片包含均匀分布的PMUT阵元,所述PMUT阵元包括一个或多个并联的PMUT微元,所述PMUT微元包括衬底硅、顶层硅、下电极、上电极和压电层;首先在SOI材料上沉积下电极、压电层、上电极,接着分别对下电极、压电层、上电极图形化,并通过PMUT芯片引线将上、下电极分别引出至PMUT芯片焊盘,最后刻蚀衬底硅形成空腔结构;
或者,进一步地,在PMUT芯片上制造IC电路;
2)PMUT模块封装将PMUT芯片与管壳粘接固化,采用引线键合的方式将PMUT芯片焊盘与管壳上的引脚焊盘通过键合引线连接,键合引线由灌封胶进行密封保护;封装后PMUT模块在PMUT芯片表面形成空腔,PMUT阵元裸露;
或者,当集成封装IC芯片时,首先将IC芯片与管壳粘接固化,再将PMUT芯片与IC芯片粘接固化,分别使用键合引线将IC芯片焊盘与管壳上的引脚焊盘,以及PMUT芯片焊盘与IC芯片焊盘连接,键合引线由灌封胶进行密封保护;封装后PMUT模块在PMUT芯片表面形成空腔,PMUT阵元裸露;
3)PMUT模块与PCB转接板、电子仓的连接
将PMUT模块排列在PCB转接板上形成阵列,通过其管壳背面的引脚焊盘和PCB转接板正面的对应焊盘进行连接;将集成PMUT模块阵列的PCB转接板与电子仓之间的信号传输接口进行连接;
4)承压壳体封装
首先将上述PMUT模块阵列中每个PMUT模块的空腔中加入耦合剂,并在PCB转接板外框区域涂覆灌封胶,然后将承压壳体覆盖在PMUT模块上并进行粘接。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明采用以MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)工艺制造的PMUT作为接收换能器,具有体积小、频带宽、一致性好、频率控制灵活以及可批量制造等优点,同时,PMUT可与IC集成制造或集成封装,从而大幅减少后续处理电路,有效提高信号质量;此外,本发明提出的模块化PMUT封装方案可有效解决大规模阵列全连接引线的问题。
附图说明
图1为本发明的基于PMUT的图像声呐接收阵的结构示意图;
图2为本发明的基于PMUT的图像声呐接收阵的剖视图;
图3为图2中A部份的局部放大图;
图4为PMUT微元结构示意图;
图5为本发明中的PMUT芯片结构示意图;
图6为本发明中的线阵PMUT芯片结构示意图;
图7为本发明的线阵PMUT图形声呐接收阵的结构示意图;
图8为本发明的第一种PMUT模块封装示意图;
图9为本发明的第二种PMUT模块封装示意图。
图中:1-PMUT模块、2-PCB转接板、3-电子仓、4-承压壳体、5-耦合剂、6-灌封胶、7-电子仓通信接口、8-信号传输接口、9-管壳、10-PMUT芯片、11-键合引线、12-引脚焊盘、13-PMUT芯片焊盘、14-IC芯片焊盘、15-IC芯片、16-PMUT芯片引线、17-PMUT微元、18-顶层硅、19-下电极、20-上电极、21-压电层、22-衬底硅。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解,以下所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制,则是由权利要求书来确定。
根据本发明的一种基于PMUT的图像声呐接收阵,如图1至图3所示,从上至下依次包括叠合的承压壳体4、一组PMUT模块1、PCB转接板2以及电子仓3;所述PMUT模块1在PCB转接板2上均匀分布组成阵列,且通过其背面的引脚焊盘和PCB转接板2正面的对应焊盘进行焊接,PCB转接板2背面和电子仓3正面均设置有信号传输接口8,PCB转接板2和电子仓3通过信号传输接口8进行固定连接,承压壳体4覆盖在所述PMUT模块1上,PMUT模块1和承压壳体4之间的空腔由耦合剂5填充,承压壳体4通过环氧树脂等灌封胶6与PCB转接板2进行固定粘接。
具体地,所述图像声呐接收阵中,PCB转接板2上包含m×n个均匀分布的PMUT模块1组成的阵列,即该阵列由m行n列个PMUT模块1组成。PMUT模块1是由PMUT芯片10封装得到的一种模块化PMUT器件,所述PMUT芯片10通常由i×j个均匀分布的PMUT阵元组成,即i行j列PMUT阵元组成,每个PMUT阵元可以由一个或多个PMUT微元组成。因此,所述图像声呐接收阵中,包含m·i×n·j个PMUT阵元组成的PMUT接收阵列(m、n、i、j为正整数)。
不难理解,若m·i和n·j均大于1,则该PMUT接收阵列为二维面阵,可用于3D图像声呐;若m·i等于1,n·j大于1,则该PMUT接收阵列为一维线阵,可用于2D图像声呐接收阵。
所述PMUT芯片10中,PMUT阵元尺寸由图像声呐对单阵元在水平和竖直方向上的指向性要求所决定,所述PMUT阵元间距d通常由波束形成后的波束图决定。
特别地,若i、j均等于1,即PMUT模块1仅包含一个PMUT阵元,则组成的PMUT接收阵列为均匀阵,即该接收阵所有阵元间距相等,此接收阵在成像时适用直接波形形成算法,也可以将所有阵元进行子阵划分后再用于成像;若i、j不均等于1,则该PMUT接收阵列为非均匀阵,使用波束形成算法成像时则必需将该接收阵进行子阵划分,子阵的最小单元为一个PMUT模块10。
本发明的以下具体实施例中,将根据发明的构思和宗旨分别对PMUT芯片10和PMUT模块1、PCB转接板2、电子仓3以及承压壳体4进行设计与制造。
组成PMUT接收阵列的PMUT芯片10的基本功能单元为阵元,阵元包括一个或多个基本结构单位——微元。在微电子机械系统(MEMS)技术领域中,如图4所示,所述PMUT微元通常由衬底硅22、顶层硅18、下电极19、上电极20和压电层21等组成,其中下电极19、上电极20和压电层21部分刻蚀后形成所需形状和尺寸的振动薄膜,衬底硅22部分刻蚀后在顶层硅18下方形成空腔结构,所述振动薄膜与其相对应的空腔结构构成一个PMUT微元。所述的PMUT微元可为圆形,亦可为矩形以及其他多边形。PMUT微元的灵敏度、带宽、声阻抗等特性可通过结构设计和材料改进等进行优化。
参照图4和图5,PMUT芯片10主要包含i×j均匀分布的PMUT阵元,PMUT阵元包含一个或多个PMUT微元。PMUT阵元内的微元之间通过引线将所有微元的上电极相连,且所有微元共用下电极,实现阵元内的所有PMUT微元并联。PMUT芯片10采用现有MEMS制程中光刻、刻蚀、沉积等工艺进行制造,主要经过以下工艺流程:首先在SOI材料上沉积下电极19、压电层21、上电极20,接着分别对下电极19、压电层21、上电极20图形化并通过PMUT芯片引线16将上、下电极分别引出至PMUT芯片10边框的PMUT芯片焊盘13,最后刻蚀衬底硅22形成空腔结构。
一个具体实例如图5所示,为一个3×3阵元的PMUT芯片10,即i=3,j=3,每个阵元由16个PMUT微元17组成,该类面阵PMUT芯片可组成面阵接收阵,主要用于3D图像声呐,该接收阵每个阵元在水平和竖直方向上是对称的,以保证阵元在水平和竖直方向上具有相同的指向性。
另一个具体实例如图6所示,为常规线阵PMUT芯片10阵元示意图,由于2D图像声呐对于接收阵阵元的水平和竖直方向上的指向性要求不同,所以该阵元在水平和竖直方向呈非对称结构。图7所示为根据本发明的线阵PMUT图像声呐接收阵结构示意图,主要用于2D图像声呐,制造工艺与上述3D图像声呐接收阵类似。
PMUT芯片10经过模块化PMUT封装得到PMUT模块1,由管壳9封装PMUT芯片10,PMUT芯片10表面有一空腔区域,使PMUT芯片10上的PMUT阵元裸露。
具体地,管壳9封装可采用DFN、QFN、LGA等多种小尺寸封装形式,为实现耐压的要求,管壳9采用金属或陶瓷等可可承受较大压力的材质。
进一步地,本发明的基于PMUT的图像声呐接收阵,由于采用MEMS技术加工,所述PMUT可采用与IC兼容的制造工艺,实现与前端电路集成制造或集成封装,从而可大大简化后继处理电路。一种方式是在PMUT芯片10上集成制造IC电路,另一种方式是采用较为成熟的三维堆叠封装方案,将IC芯片和PMUT芯片集成封装到PMUT模块中。所述的IC电路或IC芯片主要用于对PMUT信号的放大和滤波等功能。
具体地,一种PMUT模块1封装如图8所示,将PMUT芯片10与管壳9对准粘接,待其固化后采用引线键合的方式将PMUT芯片焊盘13与管壳焊盘12通过键合引线11连接;或者另一种PMUT模块1封装如图9所示,将IC芯片15和PMUT芯片10集成封装到PMUT模块1中,首先将IC芯片15与管壳9对准粘接,再将PMUT芯片10与IC芯片15对准粘接,接下来分别使用键合引线11将IC芯片焊盘14与管壳焊盘12以及PMUT芯片焊盘13与IC芯片14焊盘进行连接;最后使用耐高温灌封胶将键合引线11进行密封保护。最终形成的PMUT模块1表面有一空腔区域,以使PMUT芯片10上的PMUT阵元裸露,以实现声波信号的接收。
完成PMUT模块1的封装后,将进行PMUT模块1与PCB转接板2、电子仓3的连接,最后再进行承压壳体4的封装,实现本发明的基于PMUT的图像声呐接收阵。
PMUT模块1分布在PCB转接板2上形成阵列,通过其背面的管壳焊盘12和PCB转接板2正面的对应焊盘进行连接,将PMUT模块1与PCB转接板2进行对准焊接,焊接方式由PMUT模块1的引脚方式所决定,常用采用回流焊,焊接时可采用夹具等装置提高对准及焊接精度。
进一步地,将集成PMUT模块1阵列的PCB转接板2与电子仓3进行焊接,焊接方式可采用回流焊。电子仓3内部包含对每个PMUT阵元接收到的回波信号进行放大、滤波、采集和存储等芯片,将该系列芯片一体化封装至耐压壳体中,并在壳体上表面设置与PCB转接板2相对应的信号传输接口8,在壳体下表面设置与外界通信和数据传输的电子仓通信接口7。使用高温灌封胶对电子仓3进行灌封,以满足水下使用的耐压要求。
为完成所述的基于PMUT的图像声呐接收阵,最后将在其正面封装承压壳体4。承压壳体4采用防水、耐磨、耐压、声阻抗与水接近且声衰减小的材料,具体可由聚氯乙烯、聚苯乙烯、有机玻璃等材料使用模具浇筑而成,如图2所示,承压壳体4背面有一空腔,空腔长宽大于PMUT模块1阵列,空腔高度小于PMUT模块1的高度。
进行封装时,首先将上述PMUT模块1阵列中每个PMUT模块1的空腔中加入耦合剂5,耦合剂5材质通常采用润滑脂或其他膏状耦合剂。
具体地,先将上述PMUT模块1阵列置于可加热的点胶系统中,将耦合剂5和PMUT模块1阵列加热至耦合剂5的滴点以上并滴入每个PMUT模块1空腔的中心区域,所加入的耦合剂体积略小于空腔体积。进一步地,分别将上述PMUT模块1阵列和承压壳体4以水平角度固定在夹具上,并在接收阵的PCB转接板2外框区域涂覆灌封胶6,然后将PMUT模块1阵列和承压壳体4对准后进行粘接。
PMUT模块1空腔内的耦合剂在承压壳体4的压力作用下均匀的填充到阵元区域,该耦合剂在工作温度区间内基本不流动,从而保证PMUT芯片10与承压壳体4之间拥有良好的耦合效果,从而实现声传递。
在上述封装中,可实现PMUT模块1的管壳9与承压壳体4硬接触,以传递深水工作时来自承压壳体4的强大压力,从而避免PMUT芯片10损坏。

Claims (10)

1.一种基于PMUT的图像声呐接收阵,其特征在于,包括承压壳体、PMUT模块、PCB转接板和电子仓;所述的PMUT模块在PCB转接板上均匀分布组成阵列,且通过其引脚焊盘和PCB转接板进行连接,所述的PCB转接板和电子仓通过信号传输接口进行连接,所述的承压壳体覆盖在所述PMUT模块上,并与PCB转接板粘接;所述PMUT模块包括管壳和封装于管壳中的PMUT芯片,所述的PMUT芯片包含均匀分布的PMUT阵元,封装后的PMUT模块在PMUT芯片表面形成空腔,PMUT阵元裸露;所述PMUT模块与承压壳体之间的空腔填充耦合剂。
2.根据权利要求1所述的基于PMUT的图像声呐接收阵,其特征在于,所述的PMUT模块组成m×n阵列,所述PMUT芯片包含组成i×j阵列的PMUT阵元,其中m、n、i、j为正整数;所述图像声呐接收阵为二维面阵,其中m·i和n·j均大于1;或者,所述图像声呐接收阵为一维线阵,其中m·i和n·j中有且只有一个等于1。
3.根据权利要求1所述的基于PMUT的图像声呐接收阵,其特征在于,所述的PMUT模块中,所述PMUT芯片上还包含IC电路;所述的IC电路为PMUT信号的放大和滤波电路或模块。
4.根据权利要求1所述的基于PMUT的图像声呐接收阵,其特征在于,所述的PMUT模块中还包含IC芯片;所述的IC芯片为PMUT信号的放大和滤波电路或模块。
5.根据权利要求1所述的基于PMUT的图像声呐接收阵,其特征在于,所述的PMUT模块中,管壳的封装采用DFN、QFN或LGA封装形式;管壳采用金属或陶瓷材质。
6.根据权利要求1所述的基于PMUT的图像声呐接收阵,其特征在于,所述PMUT芯片中,所述PMUT阵元包括一个PMUT微元或多个并联的PMUT微元,PMUT微元之间通过引线将所有PMUT微元的上电极相连,且所有PMUT微元共用下电极;所述PMUT阵元的上、下电极通过PMUT芯片引线引出至PMUT芯片焊盘。
7.根据权利要求1、3或4任一所述的基于PMUT的图像声呐接收阵,其特征在于,所述的PMUT模块中,PMUT芯片与管壳粘接固化后,采用引线键合的方式将PMUT芯片焊盘与管壳上的引脚焊盘通过键合引线连接,键合引线由灌封胶进行密封保护;或者,当其中包含IC芯片时,首先将IC芯片与管壳粘接,再将PMUT芯片与IC芯片粘接,使用键合引线分别将IC芯片焊盘与管壳上的引脚焊盘,及PMUT芯片焊盘与IC芯片焊盘连接,键合引线由灌封胶进行密封保护。
8.根据权利要求1所述的基于PMUT的图像声呐接收阵,其特征在于,所述电子仓内包括放大、滤波、采集和存储电路模块或芯片。
9.根据权利要求1所述的基于PMUT的图像声呐接收阵,其特征在于,所述承压壳体背面有一空腔,空腔长宽大于PMUT模块阵列,空腔高度小于PMUT模块的高度。
10.权利要求1至9任一所述的PMUT的图像声呐接收阵的制造方法,包括如下步骤:
1)PMUT芯片制造
所述PMUT芯片包含均匀分布的PMUT阵元,所述PMUT阵元包括一个或多个并联的PMUT微元,所述PMUT微元包括衬底硅、顶层硅、下电极、上电极和压电层;首先在SOI材料上沉积下电极、压电层、上电极,接着分别对下电极、压电层、上电极图形化,并通过PMUT芯片引线将上、下电极分别引出至PMUT芯片焊盘,最后刻蚀衬底硅形成空腔结构;
2)PMUT模块封装
将PMUT芯片与管壳粘接固化,采用引线键合的方式将PMUT芯片焊盘与管壳上的引脚焊盘通过键合引线连接,键合引线由灌封胶进行密封保护;封装后PMUT模块在PMUT芯片表面形成空腔,PMUT阵元裸露;
或者,当集成封装IC芯片时,首先将IC芯片与管壳粘接固化,再将PMUT芯片与IC芯片粘接固化,分别使用键合引线将IC芯片焊盘与管壳上的引脚焊盘,以及PMUT芯片焊盘与IC芯片焊盘连接,键合引线由灌封胶进行密封保护;封装后PMUT模块在PMUT芯片表面形成空腔,PMUT阵元裸露;
3)PMUT模块与PCB转接板、电子仓的连接
将PMUT模块排列在PCB转接板上形成阵列,通过其管壳背面的引脚焊盘和PCB转接板正面的对应焊盘进行连接;将集成PMUT模块阵列的PCB转接板与电子仓之间的信号传输接口进行连接;
4)承压壳体封装
首先将上述PMUT模块阵列中每个PMUT模块的空腔中加入耦合剂,并在PCB转接板外框区域涂覆灌封胶,然后将承压壳体覆盖在PMUT模块上并进行粘接。
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103523745A (zh) * 2013-10-21 2014-01-22 安徽北方芯动联科微系统技术有限公司 基于Si导电柱的圆片级封装方法及其单片集成式MEMS芯片
CN103975240A (zh) * 2011-12-15 2014-08-06 英特尔公司 金刚石电极纳米间隙换能器
CN105129720A (zh) * 2015-07-25 2015-12-09 中国科学院地质与地球物理研究所 Mems传感器的封装结构及封装方法
CN105147332A (zh) * 2015-09-14 2015-12-16 电子科技大学 基于微型压电超声传感器阵列的光声/超声双模内窥镜
CN106951887A (zh) * 2017-04-25 2017-07-14 太原科技大学 用于识别的微电容超声波换能器线性阵列装置
CN206450827U (zh) * 2017-01-25 2017-08-29 苏州桑泰海洋仪器研发有限责任公司 一种用于三维成像声纳的接收阵列换能器结构
CN107425112A (zh) * 2017-06-28 2017-12-01 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 薄膜声波传感器及其制作方法
WO2018041635A1 (en) * 2016-09-02 2018-03-08 Koninklijke Philips N.V. Ultrasound probe with digital microbeamformer having integrated circuits fabricated with different manufacturing processes
CN109192749A (zh) * 2018-07-12 2019-01-11 中国科学院微电子研究所 超声波换能器阵列及其制作和封装方法
WO2020062383A1 (zh) * 2018-09-28 2020-04-02 天津大学 柔性微型压电超声换能器、阵列及其形成方法
CN111115552A (zh) * 2019-12-13 2020-05-08 北京航天控制仪器研究所 一种mems传感器混合集成封装结构及封装方法
CN111250376A (zh) * 2020-01-15 2020-06-09 江苏英特神斯科技有限公司 一种多频自聚焦微机械超声换能器
CN112138971A (zh) * 2020-09-22 2020-12-29 深圳市赛禾医疗技术有限公司 超声波侧向环阵列收发器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10770646B2 (en) * 2016-03-01 2020-09-08 Qualcomm Incorporated Manufacturing method for flexible PMUT array

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103975240A (zh) * 2011-12-15 2014-08-06 英特尔公司 金刚石电极纳米间隙换能器
CN103523745A (zh) * 2013-10-21 2014-01-22 安徽北方芯动联科微系统技术有限公司 基于Si导电柱的圆片级封装方法及其单片集成式MEMS芯片
CN105129720A (zh) * 2015-07-25 2015-12-09 中国科学院地质与地球物理研究所 Mems传感器的封装结构及封装方法
CN105147332A (zh) * 2015-09-14 2015-12-16 电子科技大学 基于微型压电超声传感器阵列的光声/超声双模内窥镜
WO2018041635A1 (en) * 2016-09-02 2018-03-08 Koninklijke Philips N.V. Ultrasound probe with digital microbeamformer having integrated circuits fabricated with different manufacturing processes
CN206450827U (zh) * 2017-01-25 2017-08-29 苏州桑泰海洋仪器研发有限责任公司 一种用于三维成像声纳的接收阵列换能器结构
CN106951887A (zh) * 2017-04-25 2017-07-14 太原科技大学 用于识别的微电容超声波换能器线性阵列装置
CN107425112A (zh) * 2017-06-28 2017-12-01 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 薄膜声波传感器及其制作方法
CN109192749A (zh) * 2018-07-12 2019-01-11 中国科学院微电子研究所 超声波换能器阵列及其制作和封装方法
WO2020062383A1 (zh) * 2018-09-28 2020-04-02 天津大学 柔性微型压电超声换能器、阵列及其形成方法
CN111115552A (zh) * 2019-12-13 2020-05-08 北京航天控制仪器研究所 一种mems传感器混合集成封装结构及封装方法
CN111250376A (zh) * 2020-01-15 2020-06-09 江苏英特神斯科技有限公司 一种多频自聚焦微机械超声换能器
CN112138971A (zh) * 2020-09-22 2020-12-29 深圳市赛禾医疗技术有限公司 超声波侧向环阵列收发器

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