TWI763270B - 陣列式超聲波感測器 - Google Patents

陣列式超聲波感測器 Download PDF

Info

Publication number
TWI763270B
TWI763270B TW110102393A TW110102393A TWI763270B TW I763270 B TWI763270 B TW I763270B TW 110102393 A TW110102393 A TW 110102393A TW 110102393 A TW110102393 A TW 110102393A TW I763270 B TWI763270 B TW I763270B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
ultrasonic
sensing units
array
ultrasonic sensing
sensing
Prior art date
Application number
TW110102393A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202230839A (zh
Inventor
邱奕翔
李宏斌
Original Assignee
茂丞科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 茂丞科技股份有限公司 filed Critical 茂丞科技股份有限公司
Priority to TW110102393A priority Critical patent/TWI763270B/zh
Priority to US17/333,681 priority patent/US11548031B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI763270B publication Critical patent/TWI763270B/zh
Publication of TW202230839A publication Critical patent/TW202230839A/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0622—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements on one surface
    • B06B1/0629—Square array
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/223—Supports, positioning or alignment in fixed situation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

一種陣列式超聲波感測器，包含半導體基板、第一感測陣列及第二感測陣列。第一感測陣列包含複數個第一超聲波感測單元。各第一超聲波感測單元包含第一正電極及第一負電極，第一超聲波感測單元的第一正電極彼此串接、第一負電極彼此串接。第二感測陣列包含複數個第二超聲波感測單元。各第二超聲波感測單元包含第二正電極及第二負電極，第二超聲波感測單元的第二正電極彼此串接、第二負電極彼此串接。第一感測陣列與第二感測陣列的其中一者用以發射超聲波，而另一者用以接收反射的超聲波。

Description

陣列式超聲波感測器
本發明涉及感測領域，尤其涉及一種陣列式超聲波感測器。
超聲波感測器通常利用中空腔室的設計，透過傳遞的時間、相位，能有效地分辨發射出的超聲波及反射的超聲波。因此，廣泛地應用在各種生理資訊的辨識上。
隨著搭配使用的電子裝置的輕薄化，超聲波感測器輕薄化必須透過縮減中空腔體來達成。然而，隨著腔體空間的縮減，可能導致超聲波感測器的震動尚未停止就收到反射超聲波，在判斷上可能造成錯誤。雖然可以透過另外增加感測器的方式來完成，但仍然有反射角度過大、音壓過小等問題，而影響到超聲波感測器的靈敏度及感測效果。
為了解決先前技術所面臨的問題，在此提供一種陣列式超聲波感測器。陣列式超聲波感測器包含半導體基板、第一感測陣列及第二感測陣列。第一感測陣列設置於半導體基板上，且包含複數個第一超聲波感測單元。各第一超聲波感測單元包含第一正電極及第一負電極，第一超聲波感測單元的第一正電極彼此串接，且第一超聲波感測單元的第一負電極彼此串接。第二感測陣列設置於半導體基板上，且包含複數個第二超聲波感測單元。各第二超聲波感測單元包含第二正電極及第二負電極，第二超聲波感測單元的第二正電極彼此串接，第二超聲波感測單元的第二負電極彼此串接。第一感測陣列與第二感測陣列的其中一者用以發射超聲波，而另一者用以接收反射的超聲波。
在一些實施例中，第一感測陣列中的第一超聲波感測單元與第二感測陣列中的第二超聲波感測單元數量不同。更詳細地，在一些實施例中，第一感測陣列中的第一超聲波感測單元排列成矩形，第二感測陣列被矩形所圍繞。
在一些實施例中，第一超聲波感測單元與第二超聲波感測單元共同排列成一矩陣，第一超聲波感測單元及第二超聲波感測單元是以相鄰的斜線交互排列。
在一些實施例中，第一超聲波感測單元與第二超聲波感測單元共同排列成矩陣，其中第一超聲波感測單元與第二超聲波感測單元在以橫排或直列交錯排列。
在一些實施例中，第一感測陣列中的第一超聲波感測單元與第二感測陣列中的第二超聲波感測單元數量相同。更詳細地，在一些實施例中，第一超聲波感測單元排列成第一矩陣、第二超聲波感測單元排列成一第二矩陣，第一矩陣與第二矩陣相鄰設置。
在一些實施例中，第一正電極與第二正電極為n型氮化鋁(AlN +)所製成、第一負電極與第二負電極為p型氮化鋁(AlN -)製成。
在一些實施例中，第一超聲波感測單元及第二超聲波感測單元中的中空腔室高度範圍是0.8至1.5mm。
前述實施例中，透過將複數個第一超聲波感測單元串接成第一感測陣列、將複數個第二超聲波感測單元串接成第二感測陣列，並分別發射及接收超聲波，可以解決了習用技術上的各種問題，能配合更加輕薄化，並提升了音壓，而提升了感測的靈敏性。
應當理解的是，元件被稱為「連接」或「設置」於另一元件時，可以表示元件是直接位另一元件上，或者也可以存在中間元件，透過中間元件連接元件與另一元件。相反地，當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到另一元件」時，可以理解的是，此時明確定義了不存在中間元件。
另外，術語「第一」、「第二」、「第三」這些術語僅用於將一個元件、部件、區域、或部分與另一個元件、部件、區域、層或部分區分開，而非表示其必然的先後順序。此外，諸如「下」和「上」的相對術語可在本文中用於描述一個元件與另一元件的關係，應當理解，相對術語旨在包括除了圖中所示的方位之外的裝置的不同方位。例如，如果一個附圖中的裝置翻轉，則被描述為在其他元件的「下」側的元件將被定向在其他元件的「上」 側。此僅表示相對的方位關係，而非絕對的方位關係。
圖1係陣列式超聲波感測器第一實施例的俯視圖。如圖1所示，陣列式超聲波感測器1包含半導體基板10、第一感測陣列20及第二感測陣列30。第一感測陣列20設置於半導體基板10上，且包含複數個第一超聲波感測單元21，各第一超聲波感測單元21包含第一正電極211及第一負電極213。第一超聲波感測單元21的第一正電極211彼此串接，第一超聲波感測單元21的第一負電極213彼此串接，從而，透過串接的方式，使得複數個第一超聲波感測單元21組成第一感測陣列20。
第二感測陣列30設置於半導體基板10上，且包含複數個第二超聲波感測單元31。各第二超聲波感測單元31包含第二正電極311及第二負電極313。第二超聲波感測單元31的第二正電極311彼此串接，第二超聲波感測單元31的第二負電極313彼此串接，從而，透過串接的方式，使得複數個第二超聲波感測單元31組成第二感測陣列30。在此，第一感測陣列20與第二感測陣列30的其中一者用以發射超聲波，而另一者用以接收反射的超聲波。
換言之，透過複數個第一超聲波感測單元21組成第一感測陣列20、複數個第二超聲波感測單元31組成第二感測陣列30，可以在陣列式超聲波感測器1更加輕薄化時，具有較大的音壓。另外，可以將第一感測陣列20與第二感測陣列30分別設定為發送端/接收端、接收端/發射端。可以確保單向的進行，避免雜訊干擾。
再次參閱圖1，第一感測陣列20中的第一超聲波感測單元21與第二感測陣列30中的第二超聲波感測單元31數量不同。更詳細地，第一感測陣列20中的第一超聲波感測單元21排列成矩形，第二感測陣列30被矩形所環繞。如此，第一超聲波感測單元21鄰近於第二超聲波感測單元31，構成多個發送端/接收端的組合，入射/反射在各個角度，均能夠進行感測。
在此，第一正電極211與第二正電極311為n型氮化鋁(AlN +)所製成、第一負電極213與第二負電極313為p型氮化鋁(AlN -)製成，也可將兩者倒置使用。另外，該等第一正電極211之間、該等第二正電極311之間、該等第一負電極213之間、及該等第二負電極313之間，可以透過焊墊、金屬線路來串接，再串接到外圍的接觸區27、37、29、39。然而，這僅為示例，而非用以限制。圖中的接線方式僅為示例，而非實際的連接方式，實際上可以透過鍍覆金屬、微影蝕刻的方式來製作。
圖2係陣列式超聲波感測器第一實施例的局部剖視圖。如圖2所示，同時參閱圖1，實際上第一超聲波感測單元21與第二超聲波感測單元31可以為相同的壓電感測元件，透過抽真空的中空腔室215、315，來區別入射波及反射波。各第一超聲波感測單元21及各第二超聲波感測單元31中的中空腔室215、315高度D範圍是0.8至1.5mm，較佳為1至1.2mm。藉由將第一超聲波感測單元21與第二超聲波感測單元31設置為陣列，即便中空腔室215、315的高度受限限制，音壓受到限制，仍可以透過陣列的方式來達到良好的感測效果。
圖3係陣列式超聲波感測器第二實施例的俯視圖。如圖3所示，第一超聲波感測單元21與第二超聲波感測單元31共同排列成單一陣列，第一超聲波感測單元21及第二超聲波感測單元31在同一橫排及同一直列上交錯排列。也就是，第一超聲波感測單元21在橫向及直向，均與第二超聲波感測單元31相鄰。陣列的形狀可以為矩形、三角形、梯形、菱形等形狀，但不限於此。圖3以6x6的矩陣為示例。第一超聲波感測單元21與第二超聲波感測單元31共同排列成矩陣，第一超聲波感測單元21及第二超聲波感測單元31除了在同一橫排及同一直列上交錯排列，更是以相鄰的斜線交互排列。也就是，以斜線的方式串接該等第一正電極211、該等第二正電極311、該等第一負電極213、該等第二負電極313，在連接到外側的接觸區27、37、29、39。
在第二實施例中，第一超聲波感測單元21及第二超聲波感測單元31的數量以相同為例，但實際上也可以不同，可以依據所需感測的區域來調整實際的電路布局。
圖4係陣列式超聲波感測器第三實施例的俯視圖。如圖4所示，第三實施例中，第一超聲波感測單元21與第二超聲波感測單元31共同排列成矩陣，第一超聲波感測單元21與第二超聲波感測單元31以橫排交錯排列。但以上僅為示例，若將圖形倒置，第一超聲波感測單元21與第二超聲波感測單元31為直列交錯排列。同樣地，這也是設計使得第一超聲波感測單元21鄰近於第二超聲波感測單元31，構成多個發送端/接收端的組合，入射/反射在各個角度，均能夠進行感測。
圖5係陣列式超聲波感測器第四實施例的俯視圖。如圖5所示，第一超聲波感測單元21排列成第一矩陣2R、第二超聲波感測單元31排列成第二矩陣3R，第一矩陣2R與第二矩陣3R相鄰設置。在此，雖然圖示中，第一矩陣2R的第一超聲波感測單元21與第二矩陣3R中的第二超聲波感測單元31均是排列成3x3的矩陣，但實際上第一超聲波感測單元21與第二超聲波感測單元31的數量、形狀，可以為相同或不同。
綜上所述，透過將複數個第一超聲波感測單元21串接成第一感測陣列20、將複數個第二超聲波感測單元31串接成第二感測陣列30，並分別發射及接收超聲波，可以解決了習用技術上的各種問題，能配合更加輕薄化，並提升了音壓，而提升了感測的靈敏性。
雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1:陣列式超聲波感測器 10:半導體基板 2R:第一矩陣 20:第一感測陣列 21:第一超聲波感測單元 211:第一正電極 213:第一負電極 215:中空腔室 27:接觸區 29:接觸區 30:第二感測陣列 3R:第二矩陣 31:第二超聲波感測單元 311:第二正電極 313:第二負電極 315:中空腔室 37:接觸區 39:接觸區 D:高度
圖1係陣列式超聲波感測器第一實施例的俯視圖。 圖2係陣列式超聲波感測器第一實施例的局部剖視圖。 圖3係陣列式超聲波感測器第二實施例的俯視圖。 圖4係陣列式超聲波感測器第三實施例的俯視圖。 圖5係陣列式超聲波感測器第四實施例的俯視圖。
1:陣列式超聲波感測器
10:半導體基板
20:第一感測陣列
21:第一超聲波感測單元
211:第一正電極
213:第一負電極
27:接觸區
29:接觸區
30:第二感測陣列
31:第二超聲波感測單元
311:第二正電極
313:第二負電極
37:接觸區
39:接觸區

Claims (9)

  1. 一種陣列式超聲波感測器，包含：一半導體基板；一第一感測陣列，設置於該半導體基板上，包含複數個第一超聲波感測單元，其中各該第一超聲波感測單元包含一第一正電極及一第一負電極，該等第一超聲波感測單元的該等第一正電極彼此串接，該等第一超聲波感測單元的該等第一負電極彼此串接；以及一第二感測陣列，設置於該半導體基板上，包含複數個第二超聲波感測單元，其中各該第二超聲波感測單元包含一第二正電極及一第二負電極，該等第二超聲波感測單元的該等第二正電極彼此串接，該等第二超聲波感測單元的該等第二負電極彼此串接，其中該第一感測陣列與該第二感測陣列的其中一者用以發射超聲波，而另一者用以接收反射的超聲波，該等第一正電極與該等第二正電極為n型氮化鋁(AlN+)所製成、該等第一負電極與該等第二負電極為p型氮化鋁(AlN-)製成。
  2. 如請求項1所述之陣列式超聲波感測器，其中該第一感測陣列中的該等第一超聲波感測單元與該第二感測陣列中的該等第二超聲波感測單元數量不同。
  3. 如請求項2所述之陣列式超聲波感測器，其中該第一感測陣列中的該等第一超聲波感測單元排列成一矩形，該第二感測陣列被該矩形所圍繞。
  4. 如請求項1所述之陣列式超聲波感測器，其中該等第一超聲波感測單元與該等第二超聲波感測單元共同排列成單一陣列，該等第一超聲波感測單元及該等第二超聲波感測單元在同一橫排及同一直列上交錯排列。
  5. 如請求項4所述之陣列式超聲波感測器，其中該等第一超聲波感測單元與該等第二超聲波感測單元共同排列成一矩陣，該等第一超聲波感測單元及該等第二超聲波感測單元是以相鄰的斜線交互排列。
  6. 如請求項1所述之陣列式超聲波感測器，其中該等第一超聲波感測單元與該等第二超聲波感測單元共同排列成矩陣，其中該等第一超聲波感測單元與該等第二超聲波感測單元以橫排或直列上交錯排列。
  7. 如請求項1所述之陣列式超聲波感測器，其中該第一感測陣列中的該等第一超聲波感測單元與該第二感測陣列中的該等第二超聲波感測單元數量相同。
  8. 如請求項7所述之陣列式超聲波感測器，其中該等第一超聲波感測單元排列成一第一矩陣、該等第二超聲波感測單元排列成一第二矩陣，該第一矩陣與該第二矩陣相鄰設置。
  9. 如請求項1所述之陣列式超聲波感測器，其中各該第一超聲波感測單元及各該第二超聲波感測單元中的一中空腔室高度範圍是0.8至1.5mm。
TW110102393A 2021-01-21 2021-01-21 陣列式超聲波感測器 TWI763270B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110102393A TWI763270B (zh) 2021-01-21 2021-01-21 陣列式超聲波感測器
US17/333,681 US11548031B2 (en) 2021-01-21 2021-05-28 Array-type ultrasonic sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW110102393A TWI763270B (zh) 2021-01-21 2021-01-21 陣列式超聲波感測器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI763270B true TWI763270B (zh) 2022-05-01
TW202230839A TW202230839A (zh) 2022-08-01

Family

ID=82406731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110102393A TWI763270B (zh) 2021-01-21 2021-01-21 陣列式超聲波感測器

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11548031B2 (zh)
TW (1) TWI763270B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120150041A1 (en) * 2010-12-14 2012-06-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Cell and channel of ultrasonic transducer, and ultrasonic transducer including the same
CN110560352A (zh) * 2019-08-15 2019-12-13 武汉大学 基于Helmholtz共振腔的可调频超声传感器阵列
US20200298276A1 (en) * 2019-03-22 2020-09-24 Seiko Epson Corporation Ultrasonic Device And Ultrasonic Apparatus
TWM614257U (zh) * 2021-01-21 2021-07-11 茂丞科技股份有限公司 陣列式超聲波感測器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8952402B2 (en) * 2011-08-26 2015-02-10 Micron Technology, Inc. Solid-state radiation transducer devices having flip-chip mounted solid-state radiation transducers and associated systems and methods
JP6164405B2 (ja) * 2013-03-28 2017-07-19 セイコーエプソン株式会社 圧電素子モジュール、超音波トランスデューサー、超音波デバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子モジュールの製造方法
JP2015023995A (ja) * 2013-07-26 2015-02-05 セイコーエプソン株式会社 超音波測定装置、超音波ヘッドユニット、超音波プローブ及び超音波画像装置
JP6291814B2 (ja) * 2013-11-29 2018-03-14 セイコーエプソン株式会社 超音波トランスデューサーデバイス、超音波測定装置及び超音波画像装置
US10315224B2 (en) * 2015-05-20 2019-06-11 uBeam Inc. Ultrasonic transducer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120150041A1 (en) * 2010-12-14 2012-06-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Cell and channel of ultrasonic transducer, and ultrasonic transducer including the same
US20200298276A1 (en) * 2019-03-22 2020-09-24 Seiko Epson Corporation Ultrasonic Device And Ultrasonic Apparatus
CN110560352A (zh) * 2019-08-15 2019-12-13 武汉大学 基于Helmholtz共振腔的可调频超声传感器阵列
TWM614257U (zh) * 2021-01-21 2021-07-11 茂丞科技股份有限公司 陣列式超聲波感測器

Also Published As

Publication number Publication date
US20220226862A1 (en) 2022-07-21
TW202230839A (zh) 2022-08-01
US11548031B2 (en) 2023-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8820165B2 (en) Ultrasonic sensor and electronic device
JP3768761B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2007180425A5 (zh)
TWI667763B (zh) 半導體收像裝置
JP2007189696A5 (zh)
JP2011091400A5 (ja) イメージセンサ
TWI776286B (zh) 力感測裝置及拼接裝置
TWM614257U (zh) 陣列式超聲波感測器
TWI763270B (zh) 陣列式超聲波感測器
JP2009194387A5 (zh)
US8729473B2 (en) Infrared light transmissivity for a membrane sensor
US20180182949A1 (en) Ultrasonic device and ultrasonic apparatus
JP4353861B2 (ja) 半導体装置
CN112397533A (zh) 包括图像传感器芯片的半导体封装
JP5844580B2 (ja) 固体撮像素子及び固体撮像素子の実装構造
CN213932562U (zh) 阵列式超声波感测器
KR100741910B1 (ko) 구조적 강도가 향상된 칩 패드 구조를 가지는 반도체 칩
CN114812638A (zh) 阵列式超声波感测器
US10303915B2 (en) Ultrasonic biometric sensor
US10368839B2 (en) Unit ultrasonic wave probe, ultrasonic wave probe module having same, and ultrasonic wave probe device having same
JP2004079578A5 (zh)
JP2015135839A (ja) 半導体装置、固体撮像装置、および撮像装置
CN107396239A (zh) 一种水听器及其封装工艺
JP2004191321A (ja) センサ装置
CN111950324A (zh) 一种超声波传感器及其制作方法和显示面板