一种集成MEMS芯片与ASIC芯片的超声波传感器的制作方法

一种集成mems芯片与asic芯片的超声波传感器
技术领域
1.本实用新型涉及超声波传感器技术领域，尤其涉及一种集成mems芯片与asic芯片的超声波传感器。


背景技术：

2.超声波传感器是将超声波信号转换成其它能量信号(通常是电信号)的传感器，超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
3.mems超声波传感器由于其尺寸小、功耗低等优点，正处于快速发展的时期，未来的应用市场会持续增大，而目前针对mems超声波传感器的封装结构报道较少。由于超声波的声强是随着距离的增加而逐渐衰减的，因此提升回波信号的信噪比就显得尤为重要。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种集成mems芯片与asic芯片的超声波传感器，该超声波传感器在外壳上开设声孔，且声孔与外壳构成赫姆霍兹共振腔，可提高超声波传感器的发射灵敏度。
5.为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：
6.本实用新型提供一种集成mems芯片与asic芯片的超声波传感器，所述超声波传感器包括：
7.基板；
8.asic芯片，设置于所述基板上；
9.mems芯片，设置于所述基板上，所述mems芯片位于所述asic芯片的一侧，且所述asic芯片电性连接于所述mems芯片；以及
10.外壳，设置于所述基板上，且所述外壳罩设于所述asic芯片和所述mems芯片的外部；
11.其中，所述外壳上设置有声孔，所述声孔位于所述外壳上远离所述基板的一侧且靠近所述mems芯片。
12.在本实用新型的一个实施例中，所述基板与所述外壳之间设置有第一粘贴胶层，所述第一粘贴胶层用于固定所述基板与所述外壳。
13.在本实用新型的一个实施例中，所述外壳内具有第一槽体和第二槽体，所述第一槽体与所述基板之间形成第一腔体，所述第一腔体用于容纳所述asic芯片，所述第二槽体与所述基板之间形成第二腔体，所述第二腔体用于容纳所述mems芯片。
14.在本实用新型的一个实施例中，所述外壳内具有一凹槽，所述凹槽与所述基板之间形成第三腔体，所述第三腔体用于容纳所述asic芯片和所述mems芯片。
15.在本实用新型的一个实施例中，所述第一腔体内设置有第三密封胶层，且允许所述第三密封胶层包裹所述asic芯片。
16.在本实用新型的一个实施例中，所述mems芯片上设置有第一密封胶层，所述第一
密封胶层的一端连接于所述外壳，所述第一密封胶层的另一端连接于所述mems芯片。
17.在本实用新型的一个实施例中，所述mems芯片上还设置有第二密封胶层，所述第二密封胶层位于所述mems芯片的两端，且所述第二密封胶层的一端与所述基板连接，所述第二密封胶层的另一端与所述mems芯片连接。
18.在本实用新型的一个实施例中，所述传感器还包括防水防尘膜，所述防水防尘膜位于所述外壳上远离所述基板的一侧。
19.在本实用新型的一个实施例中，所述防水防尘膜与所述外壳之间设置有第二粘贴胶层，所述第二粘贴胶层用于固定所述防水防尘膜和所述外壳。
20.综上所述，本实用新型提供一种集成mems芯片与asic芯片的超声波传感器，该超声波传感器中通过asic芯片的强大处理能力，以及集成封装结构中信号屏蔽、匹配设计，降低电路中的底噪，提升回波信号的信噪比；mems芯片设计赫姆霍兹共鸣腔，提升发射及接受灵敏度，提升回波的信号强度，从而提升信噪比；此外,该超声波传感器还有尺寸小、功耗低、易装配、防水防尘等优点。
附图说明
21.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
22.图1是本实用新型的整体结构示意图；
23.图2是本实用新型mems芯片正装时整体结构的爆炸图；
24.图3是本实用新型图2的另一个角度的结构示意图；
25.图4是本实用新型mems芯片正装时的整体结构剖视图；
26.图5是本实用新型mems芯片倒装时一个实施例的整体结构爆炸图；
27.图6是本实用新型图5的另一个角度的结构示意图；
28.图7是本实用新型mems芯片倒装时一个实施例的整体结构剖视图；
29.图8是本实用新型mems芯片倒装时另一个实施例的整体爆炸图；
30.图9是本实用新型图8的另一个角度的结构示意图；
31.图10是本实用新型mems芯片倒装时另一个实施例的整体结构剖视图。
32.图中标号说明：1-基板、2-第一粘贴胶层、3-防水防尘膜、4-第二粘贴胶层、5-外壳、6-第二导电线、7-第一导电线、8-asic芯片、9-第三密封胶层、10-灌胶口、11-通孔、12-声孔、13-mems芯片、14-第二槽体、15-第一槽体、16-第一腔体、17-第二腔体、18-第一密封胶层、19-第二密封胶层、20-凹槽、21-焊盘、22-焊球、23-第三腔体。
具体实施方式
33.下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。
34.请参阅图1至图10，本实用新型提供一种集成mems芯片与asic芯片的超声波传感器，该超声波传感器在外壳上开设声孔12，且声孔12与外壳5构成赫姆霍兹共振腔，可提高超声波传感器的发射灵敏度。该超声波传感器包括基板1、asic芯片8、mems芯片13和外壳5，asic芯片8设置于基板1上。asic芯片8可以粘贴于基板1上，然不限于此。asic芯片8上设置
有第一导电线7，第一导电线7的一端连接于asic芯片8，第一导电线7的另一端连接于基板1，实现asic芯片8与基板1之间的电性连接。
35.请参阅图1至图4，在本实用新型的一个实施例中，mems芯片13具有一前腔和一背腔，mems芯片13设置于基板1上，且mems芯片13位于asic芯片8的一侧，mems芯片13电性连接于asic芯片8。本技术对mems芯片13与基板1之间的安装方式不加以限定，在本实用新型的一个实施例中，mems芯片13可以正装于基板1上，mems芯片13也可以倒装于基板1上。具体的，mems芯片13正装于基板1上时，mems芯片13的背腔粘贴于基板1上，且mems芯片13上还设置有第二导电线6，第二导电线6的一端连接于mems芯片13的前腔，第二导电线6的另一端连接于基板1，实现mems芯片13与基板1的电性连接。
36.请参阅图1、图5至图10，在本实用新型的一个实施例中，mems芯片13倒装于基板1上时，基板1上设置有焊盘21，焊盘21位于基板1上与mems芯片13连接的一侧。mems芯片13可通过焊球22与焊盘21连接，实现mems芯片13与基板1之间的电性连接。焊球22可以为锡焊球，然不限于此。具体的，焊球22的一端焊接于焊盘21上，焊球22的另一端焊接于mems芯片13的前腔。mems芯片13还可以通过导电胶层或导电银浆层与基板1连接，实现mems芯片13与基板1之间的电性连接。mems芯片13上还设置有第一密封胶层18，第一密封胶层18位于mems芯片13的背腔。mems芯片13上还设置有第二密封胶层19，第二密封胶层19位于mems芯片13的两端，且第二密封胶层19的一端与基板1连接，第二密封胶层19的另一端与mems芯片13的一端连接。
37.请参阅图1至图4，在本实用新型的一个实施例中，外壳5设置于基板1上，且外壳5罩设于asic芯片8和mems芯片13的外部。外壳5与基板1之间设置有第一粘贴胶层2，第一粘贴胶层2可将外壳5固定于基板1上。第一粘贴胶层2可以通过点胶设备图形化点在基板1上，然不限于此。外壳5上还设置有声孔12，声孔12位于外壳5上远离基板1的一侧且靠近mems芯片13。本技术对声孔12的具体结构不加以限定，在本实用新型的一个实施例中，声孔12可以为圆形孔，也可以为方形孔，还可以为其它的异形孔。声孔12的尺寸可以根据需要的共振频率进行调节。
38.本技术对外壳5的具体结构也不加以限定，请参阅图2至图4、图8至图10，在本实用新型的一个实施例中，外壳5的内部设置有第一槽体15和第二槽体14，第一槽体15和第二槽体14与基板1之间分别形成第一腔体16和第二腔体17。第一腔体16可用于容纳asic芯片8，第二腔体17可用于容纳mems芯片13，且第二腔体17连通于声孔12。外壳5上还设置有灌胶口10，灌胶口10位于外壳5上且连通于第一腔体16。第一腔体16内设置有第三密封胶层9，第三密封胶层9位于asic芯片8与外壳5之间。第三密封胶层9由灌胶口处向第一腔体16内灌密封胶而形成。第三密封胶层9可将asic芯片8包裹密封，保护asic芯片8，起到防水防腐蚀的效果。在该实施例中，mems芯片可以正装于基板上，也可以倒装于基板上。当mems芯片13正装时，声孔12与第二腔体17共同组成赫姆霍兹共振腔。当mems芯片13倒装时，声孔12与mems芯片13、外壳5以及第一密封胶层18之间形成赫姆霍兹共振腔。
39.请参阅图1、图5至图7，在本实用新型的一个实施例中，外壳5的内部具有一个凹槽20，凹槽20与基板1之间形成一第三腔体23，该第三腔体23可同时容纳asic芯片8和mems芯片13。在该实施例中，mems芯片13倒装于基板1上，外壳5的内壁与第一密封胶层18接触，在第一密封胶层18、第二密封胶层19与mems芯片13配合下，使asic芯片8处于一个密封的腔体
内，使asic芯片8与外界空气隔绝，可以保护asic芯片8，起到防水防腐蚀的效果。声孔12与mems芯片13、外壳5以及第一密封胶层18之间形成赫姆霍兹共振腔。赫姆霍兹共振腔对超声波传感器所发出的超声波频带内的信号有放大作用，对频带外的信号有抑制作用，赫姆霍兹共振腔的共振频率可以用以下公式计算：其中，f为赫姆霍兹共振腔的共振频率，c为空气中的声速，v为赫姆霍兹共振腔的容积，s为声孔12面积，t为声孔12壁厚，a为声孔12半径，λ为修正系数，例如可以取λ＝1.3。
40.请参阅图1至图7，在本实用新型的一个实施例中，该传感器还包括防水防尘膜3，防水防尘膜3设置于外壳5上，且防水防尘膜3位于外壳5上远离基板1的一侧。外壳5与防水防尘膜3之间设置有第二粘贴胶层4，第二粘贴胶层4可将防水防尘膜3粘贴于固定于外壳5上。第二粘贴胶层4上与声孔12相对应的位置开设有通孔11，可供超声波传出。防水防尘膜3覆盖于外壳5上，可提升超声波传感器的可靠性。
41.综上所述，本实用新型提供一种集成mems芯片与asic芯片的超声波传感器，该超声波传感器中的mems芯片可以正装于基板上，也可以倒装于基板上，当mems芯片正装于基板上时，asic芯片周围采用第三密封胶层进行密封，可以使asic芯片与外界空气隔绝，从而达到防水防腐蚀的目的，第二腔体与声孔组合形成赫姆霍兹共振腔，可提升超声波传感器的发射灵敏度。当mems芯片倒装于基板上时，通过第一密封胶层、第二密封胶层和mems芯片将asic芯片密封于外壳内，同样可以使asic芯片与外界空气隔绝，从而达到防水防腐蚀的目的，声孔与mems芯片、外壳以及第一密封胶层之间形成赫姆霍兹共振腔，可提升超声波传感器的发射灵敏度。在外壳上覆盖防水防尘膜，可提升超声波传感器的可靠性。
42.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。