CN219810496U - 传感器结构和mems传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种传感器结构和MEMS传感器，所述传感器结构包括：第一器件，用于接收外部声学信号并对所述声学信号进行检测以输出检测信号，以及用于发射声波信号和接收因所述发射声波信号而形成的回波信号；第二器件，其与所述第一器件电连接，用于接收并处理所述检测信号和所述回波信号，所述第二器件的外周填充有吸声材料以用于吸收所述第一器件发射的声波信号；封装体，其设有声孔以使得所述外部声学信号传递至所述第一器件，所述封装体用于封装所述第一器件和所述第二器件。本实用新型有利于提升第一器件发射声波信号的强度，从而也提升第一器件的最远测距能力。

Description

传感器结构和MEMS传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种传感器结构和MEMS传感器。

背景技术

MEMS传感器是指基于微电子机械系统(Mircro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)技术制造的微型传感器，其使用微小的机械结构来检测和测量环境中的不同物理量，如加速度、角速度、压力、温度和湿度等。MEMS传感器广泛应用于移动设备(如智能手机、平板电脑等)、汽车、医疗设备、工业自动化和航空航天等领域。

但是，MEMS器件发射的声波信号在传播的过程中，会受到物体的反射，从而形成回波信号。这些回波信号会再次到达MEMS器件，并对MEMS器件发射的声波信号产生干扰影响，例如会降低传感器的信噪比，也会导致传感器输出的信号波动不稳定，进而影响到传感器的测量精度和系统的稳定性。

实用新型内容

本实用新型提供一种传感器结构和MEMS传感器，用以解决相关技术中因MEMS器件发射声波信号经物体的反射形成回波信号对其产生干扰影响的问题。

第一方面，本实用新型提供一种传感器结构，所述传感器结构包括：

第一器件，用于接收外部声学信号并对所述声学信号进行检测以输出检测信号，以及用于发射声波信号和接收因所述发射声波信号而形成的回波信号；

第二器件，其与所述第一器件电连接，用于接收并处理所述检测信号和所述回波信号，所述第二器件的外周填充有吸声材料以用于吸收所述第一器件发射的声波信号；

封装体，其设有声孔以使得所述外部声学信号传递至所述第一器件，所述封装体用于封装所述第一器件和所述第二器件。

在本实用新型一些实施例中，所述封装体包括第一基板和与所述第一基板相对设置的第二基板，所述第一器件封装在所述第一基板上并与所述第一基板的第一电极电连接，所述第二器件封装在所述第二基板上并与所述第二基板的第二电极电连接，所述第一基板与第二基板均为PCB基板，且所述第一电极与所述第二电极电连接。

在本实用新型一些实施例中，所述第一器件包括振膜，所述封装体的声孔在厚度方向上穿过所述第一基板并朝向所述振膜以使得所述外部声学信号传递至所述振膜，当电压施加于所述振膜使得所述振膜振动并产生所述声波信号。

在本实用新型一些实施例中，所述吸声材料全部或部分覆盖在所述第二器件的外表面。

在本实用新型一些实施例中，所述第一器件与所述第二器件具有预设间隔，且所述第一器件与所述第二器件在所述第一基板上的投影至少部分重叠。

在本实用新型一些实施例中，所述第一器件通过胶水封装在所述第一基板上，所述第二器件通过胶水封装在所述第二基板上，所述第一器件通过金属线与所述第一电极电连接，所述第二器件通过金属线与所述第二电极电连接。

在本实用新型一些实施例中，所述封装体采用栅格阵列封装将所述第一器件和所述第二器件封装在一起。

在本实用新型一些实施例中，所述封装体还包括封装外壳，所述封装外壳布设有金属线，通过所述金属线将所述第一电极和所述第二电极进行电连接。

在本实用新型一些实施例中，所述第一器件为MEMS芯片，所述第二器件为SOC芯片。

第二方面，本实用新型还提供一种MEMS传感器，所述MEMS传感器包括如第一方面任一项所述的传感器结构。

本实用新型提供的传感器结构和MEMS传感器，通过设置第一器件和第二器件，并在第二器件的外周填充吸声材料以用于吸收第一器件发射的声波信号，可以防止第一器件发射的声波信号经第二器件反射形成的回波对第一器件发射的声波信号产生信号干扰的影响，有利于提升第一器件发射声波信号的强度，并提升第一器件的最远测距能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的传感器结构的整体示意图；

图2是本实用新型实施例提供的第二器件的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的第一器件的结构示意图。

附图标记：

10：第一器件； 101：振膜； 20：第二器件；

30：封装体； 40：吸声材料；

301：声孔； 302：第一基板； 303：第二基板；

304：封装外壳； 305：第一电极； 306：第二电极；

307：金属线。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

为了解决相关技术中因MEMS器件发射声波信号经物体的反射形成回波信号对其产生干扰影响的问题，本实用新型提供一种传感器结构和MEMS传感器，通过设置第一器件和第二器件，并在第二器件的外周填充吸声材料以用于吸收第一器件发射的声波信号，可以防止第一器件发射的声波信号经第二器件反射形成的回波对第一器件发射的声波信号产生信号干扰的影响，有利于提升第一器件发射声波信号的强度，并提升第一器件的最远测距能力。

下面结合图1-图3描述所述传感器结构和MEMS传感器。

请参考图1、图2、图3，图1是本实用新型实施例提供的传感器结构的整体示意图，图2是本实用新型实施例提供的第二器件的结构示意图，图3是本实用新型实施例提供的第一器件的结构示意图。传感器结构可以包括第一器件10、第二器件20以及封装体30。

示例性地，第一器件10用于接收外部声学信号并对所述声学信号进行检测以输出检测信号，以及用于发射声波信号和接收因发射所述声波信号而形成的回波信号。

也就是说，第一器件10可以用于检测所述外部声学信号和接收因发射所述声波信号而形成的回波信号。所述第一器件10可以采用压电式或电容式。例如，采用压电式的第一器件10，当电压施加于第一器件10的振膜时，可以使得振膜振动并产生所述声波信号，所述声波信号可以输出至外部环境以用于测量目标物体的距离。并且第一器件10也可以在接收到的回波信号的作用下，产生机械振动以将回波信号转为电信号，根据发射声波信号到接收回波信号之间的时间差，计算出被测物体与传感器之间的距离。

示例性地，第二器件20与第一器件10电连接，用于接收并处理所述检测信号和所述回波信号。也就是说，第二器件20可以对第一器件10输出的检测信号和回波信号进行信号放大、滤波和处理等操作，以提高传感器的灵敏度和精度。

示例性地，第二器件20的外周填充有吸声材料40以用于吸收第一器件10发射的声波信号。

由于第一器件10发射的声波信号会被第二器件20反射回来形成回波信号，并且可能会对第一器件10发射的声波信号产生干扰，因此，为了防止第一器件10受到所述回波信号的影响，并提高传感器的性能和精度，可以在基于第一器件10与第二器件20的预设间隔距离上，通过在该预设间隔距离填充吸声材料40来防止第一器件10受到其发射声波信号经第二器件20反射而形成回波信号的影响。

示例性地，吸声材料40为聚合物材料，利用喷涂工艺可以将吸声材料40全部或部分覆盖在第二器件20的外表面。吸声材料40具有良好的吸声性能，能够吸收到达第二器件20表面的声波信号，并且具有较高的机械强度和耐用性。进一步的，通过设置的吸声材料40，可以有效防止第一器件10发射的声波信号经第二器件20反射形成的回波信号会对第一器件10发射的声波信号产生信号干扰的影响，并可以实现提升第一器件10的驱动信号强度，提高第一器件10的最远检测距离。

示例性地，封装体30设有声孔301，通过声孔301可以将外部声学信号传递至第一器件10的振膜，封装体30用于封装第一器件10和第二器件20。

在本实用新型的一些实施例中，封装体30可以包括第一基板302和与第一基板302相对设置的第二基板303，第一器件10封装在第一基板302上并与第一基板302的第一电极305电连接，第二器件20封装在第二基板303上并与第二基板303的第二电极306电连接，第一电极305与第二电极306电连接。

示例性地，第一基板302和第二基板303均为PCB基板。封装体30还包括封装外壳304，封装外壳304布设有金属线，通过所述金属线将第一电极305和第二电极306进行电连接。

示例性地，在传感器的制造过程中，将第一器件10和第二器件20分别对应设置在第一基板302和第二基板303上。

为了减小传感器的平面封装尺寸，可将第一器件10与第二器件20在垂直于第一基板302的方向上间隔排布，且第一器件10与第二器件20在第一基板302上的投影至少部分重叠。封装外壳304形成在第一基板302和第二基板303之间，可以在封装外壳304上加工一些金属线，用于实现第一电极305和第二电极306的电连接，从而实现第一器件10和第二器件20的电连接。所述金属线可以是通过微细加工技术制作而成的，具有较小的尺寸和较高的精度，可确保信号传输的可靠性和稳定性。

需要说明的是，第一器件10与第二器件20也可以沿平行于第一基板302的方向间隔设置于第一基板302表面，此时的第一基板302为PCB基板，第二基板303为盖板。第一器件10与第二器件20通过第一基板302的导电线路实现电连接。吸声材料40全部或部分覆盖在第二器件20的外表面，能够吸收到达第二器件20表面的声波信号，防止第一器件10发射的声波信号经第二器件20反射形成的回波信号对第一器件10发射的声波信号产生信号干扰，并可以实现提升第一器件10的驱动信号强度，提高第一器件10的最远检测距离。

示例性地，封装体30的声孔301可以在厚度方向上穿过第一基板302并朝向第一器件10的振膜，可以使得外部声学信号传递至所述振膜。例如，第一器件10的振膜可以正对着第一基板302上的声孔301，这样设置可以使得第一器件10发射的声波信号更强。

示例性地，第一器件10可以通过Bonding胶水封装在第一基板302上，第二器件20也可以通过Bonding胶水封装在第二基板303上，第一器件10通过金属线307与第一电极305电连接，第二器件20通过金属线307与第二电极306电连接。Bonding胶水用于将器件固定在基板上，其是一种高粘度、高耐温的粘合剂，可以在高温下快速固化，并具有较好的机械强度和耐腐蚀性能。

示例性地，封装体30可以采用栅格阵列封装将第一器件10和第二器件20封装在一起。栅格阵列封装(Grid Array Package，GAP)是一种集成电路封装技术，可用于高密度、高性能芯片的封装。栅格阵列封装是将芯片引脚排列成规则的矩形网格状，引脚数量多且密集，可以实现更高的信号传输速率和更小的封装体积。栅格阵列封装具有较好的机械强度和热性能，适用于高温、高压和高振动环境下的应用。

在本实用新型的一些实施例中，第一器件10可以是MEMS芯片，第二器件20可以是SOC芯片。

在本实用新型的一些实施例中，本实用新型还提供一种MEMS传感器，所述MEMS传感器包括如上任一实施例所述的传感器结构。

示例性地，所述MEMS传感器可以是超声波传感器，其包括MEMS芯片和SOC芯片，以实现超声波传感器的测量功能。

MEMS芯片(Micro-Electro-Mechanical Systems)是一种微型机电系统，其可以通过微型加工技术将机械、电子、光学等多种功能集成在一个芯片上。在超声波传感器中，MEMS芯片既可以发射超声波也可以接收超声波，通过分时控制实现超声波的发射和接收。当超声波信号被物体反射回来时，传感器会将接收到的信号转换成电信号，然后输出到SOC芯片进行处理。

SOC芯片(System-On-a-Chip)是一种将多个功能模块集成在一个芯片上的集成电路。在超声波传感器中，SOC芯片负责控制MEMS芯片的工作，并对接收到的超声波信号进行处理。SOC芯片可以包括处理器核心、内存、外设接口等多个模块，可以实现信号处理、数据存储、通信等多种功能。

超声波传感器的工作原理是利用超声波在空气中传播的特性，通过MEMS芯片产生超声波信号，并通过传感器接收反射回来的超声波信号。SOC芯片则负责对接收到的信号进行处理，并输出测量结果。具体来说，SOC芯片会通过对超声波信号的时延和幅值进行分析，计算出物体与传感器之间的距离和位置。

在此需要说明的是，本实用新型实施例提供的MEMS传感器，能够实现上述传感器结构实施例所实现的功能，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与传感器结构实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种传感器结构，其特征在于，所述传感器结构包括：

第一器件，用于接收外部声学信号并对所述声学信号进行检测以输出检测信号，以及用于发射声波信号和接收因所述发射声波信号而形成的回波信号；

第二器件，其与所述第一器件电连接，用于接收并处理所述检测信号和所述回波信号，所述第二器件的外周填充有吸声材料以用于吸收所述第一器件发射的声波信号；

封装体，其设有声孔以使得所述外部声学信号传递至所述第一器件，所述封装体用于封装所述第一器件和所述第二器件。

2.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述封装体包括第一基板和与所述第一基板相对设置的第二基板，所述第一器件封装在所述第一基板上并与所述第一基板的第一电极电连接，所述第二器件封装在所述第二基板上并与所述第二基板的第二电极电连接，所述第一基板与第二基板均为PCB基板，且所述第一电极与所述第二电极电连接。

3.根据权利要求2所述的传感器结构，其特征在于，所述第一器件包括振膜，所述封装体的声孔在厚度方向上穿过所述第一基板并朝向所述振膜以使得所述外部声学信号传递至所述振膜，当电压施加于所述振膜使得所述振膜振动并产生所述声波信号。

4.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述吸声材料全部或部分覆盖在所述第二器件的外表面。

5.根据权利要求2所述的传感器结构，其特征在于，所述第一器件与所述第二器件在垂直于所述第一基板的方向上具有预定间隔，且所述第一器件与所述第二器件在所述第一基板上的投影至少部分重叠。

6.根据权利要求2所述的传感器结构，其特征在于，所述第一器件通过胶水封装在所述第一基板上，所述第二器件通过胶水封装在所述第二基板上，所述第一器件通过金属线与所述第一电极电连接，所述第二器件通过金属线与所述第二电极电连接。

7.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述封装体采用栅格阵列封装将所述第一器件和所述第二器件封装在一起。

8.根据权利要求2所述的传感器结构，其特征在于，所述封装体还包括封装外壳，所述封装外壳布设有金属线，通过所述金属线将所述第一电极和所述第二电极进行电连接。

9.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述第一器件为MEMS芯片，所述第二器件为SOC芯片。

10.一种MEMS传感器，其特征在于，所述MEMS传感器包括如权利要求1～9任一项所述的传感器结构。