一种MEMS超声波传感器封装结构的制作方法

一种mems超声波传感器封装结构
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mems超声波传感器封装结构。


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。超声波传感器具有较强的抗环境干扰能力，例如对光不敏感、对物体颜色不敏感、耐尘及高温等。目前随着超声波传感器的快速发展，其应用场景也越来越多，例如扫地机器人、无人机、智能家居、液位检测等，而不同的应用场景对超声波传感器的性能要求也有差别，例如无人机测距应用，要求超声波传感器的尺寸小、视场小，最远测距距离大；智能家居应用，要求超声波传感器的尺寸小、视场大，最远测距距离适中。
3.但是对于现有的压电陶瓷超声波传感器来说，其封装结构已经固化，很难根据客户需求进行定制化改进，例如指向性定制化改进，此外，压电陶瓷超声波传感器的一致性差、尺寸大、且不易安装。


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mems超声波传感器封装结构，该封装结构将号筒结构直接作为mems芯片的封装外壳，在调节超声波视场的同时可以减小mems芯片的封装尺寸，无需安装，一致性高。
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mems超声波传感器封装结构，所述封装结构包括：
7.pcb板；
8.至少一个mems芯片，设置于所述pcb板上；以及
9.号筒结构，设置于所述pcb板上，且所述号筒结构罩设于所述mems芯片的外部，用于限定所述mems芯片的视场。
10.在本实用新型的一个实施例中，所述号筒结构包括：
11.外壳，连接于所述pcb板上；以及
12.限定结构，设置于所述外壳上，且所述限定结构位于所述外壳上远离所述pcb板的一端。
13.在本实用新型的一个实施例中，所述外壳具有至少一个空腔，所述空腔用于容纳所述mems芯片。
14.在本实用新型的一个实施例中，所述限定结构至少为一个，且所述限定结构与所述空腔连通。
15.在本实用新型的一个实施例中，所述限定结构包括视场限定孔，所述视场限定孔设置于所述外壳上，且所述视场限定孔位于所述外壳上远离所述pcb板的一端。
16.在本实用新型的一个实施例中，所述限定结构还包括出音孔，所述出音孔设置于
所述外壳内，且所述出音孔的一端与所述空腔连通，所述出音孔的另一端连通于所述视场限定孔。
17.综上所述，本实用新型提供一种mems超声波传感器封装结构，该封装结构将号筒结构直接作为mems芯片的封装外壳，在调节超声波视场的同时可以减小mems芯片的封装尺寸，无需安装，一致性高，此外，通过在mems芯片外设置号筒结构，可以有效的减小空气耦合的振动，约束mems芯片的视场，从而起到减小盲区、提升探测能力、减小环境干扰，且号筒结构中的视场限定孔的具体结构可以根据需要进行设计，从而可以调节视场的大小。
附图说明
18.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：
19.图1是本实用新型一个实施例的整体结构示意图；
20.图2是本实用新型一个实施例的整体结构示意图；
21.图3是本实用新型另一个实施例的整体结构示意图；
22.图4是本实用新型图1中mems芯片倒装时的整体结构示意图；
23.图5是本实用新型图1中mems芯片正装时的整体结构示意图；
24.图6是本实用新型图2中mems芯片倒装时的整体结构示意图；
25.图7是本实用新型图2中mems芯片正装时的整体结构示意图；
26.图8是本实用新型图3中一个实施例的整体结构示意图；
27.图9是本实用新型图3中一个实施例的整体结构示意图；
28.图10是本实用新型图2中一个实施例的整体结构示意图；
29.图11是本实用新型图3中一个实施例的整体结构示意图；
30.图12是本实用新型图3中一个实施例的整体结构示意图；
31.图13是本实用新型一个实施例中号筒结构的结构示意图；
32.图14是本实用新型一个实施例中号筒结构的结构示意图；
33.图15是本实用新型一个实施例中号筒结构的结构示意图；
34.图16是本实用新型图14中a-a面的剖视图；
35.图17是本实用新型图14中b-b面的剖视图。
36.图中标号说明：1-pcb板、2-外壳、3-视场限位孔、4-出音孔、5-第一密封胶条、6-焊盘、7-锡焊球、8-mems芯片、9-第二密封胶条、10-空腔、11-导电线。
具体实施方式
37.下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。
38.请参阅图1至图12，本实用新型提供一种mems超声波传感器封装结构，该封装结构将号筒结构直接作为mems芯片8的封装外壳，在调节超声波视场的同时可以减小mems芯片8的封装尺寸，一致性高。具体的，封装结构包括pcb板1和至少一个mems芯片8，mems芯片8具有一背腔和一前腔，mems芯片8设置于pcb板1上。mems芯片8可以正装于pcb板1上，mems芯片8也可以倒装于pcb板1上。在本实用新型的一个实施例中，mems芯片8为一个，mems芯片8正
装于pcb板1上。具体的，将mems芯片8从晶圆上取下后背腔粘贴至pcb板1上，固化胶水后完成mems芯片8的粘贴。mems芯片8上还设置有导电线11，通过导电线11实现mems芯片8与pcb板1的导通。导电线11的一端连接于pcb板1上，导电线11的另一端连接于mems芯片8的前腔。导电线11可以通过打线的方式与pcb板1和mems芯片8连接。
39.请参阅图1、图4和图5，在本实用新型的一个实施例中，mems芯片8为一个，mems芯片8倒装于pcb板1上。具体的，pcb板1上设置有焊盘6，焊盘6上设置有锡焊球7，将mems芯片8由晶圆上取下后前腔粘贴于锡焊球7上，通过锡焊球7和焊盘6实现mems芯片8与pcb板1的电性导通。mems芯片8上还设置有第一密封胶条5，且第一密封胶条5位于mems芯片8的周围。第一密封胶条5的一端连接于mems芯片8，第一密封胶条5的另一端连接于pcb板1上。mems芯片8上还设置有第二密封胶条9，第二密封胶条9位于mems芯片8的背腔。
40.请参阅图2、图3、图6至图12，在本实用新型的一个实施例中，mems芯片8为两个，两个mems芯片8可以同时倒装于pcb板1上，两个mems芯片8也可以同时正装于pcb板1上，还可以其中一个mems芯片8正装于pcb板1上，另一个mems芯片8倒装于pcb板1上。
41.请参阅图1至图17，在本实用新型的一个实施例中，该封装结构还包括号筒结构，号筒结构设置于pcb板1上，且号筒结构罩设于mems芯片8的外部，用于限定mems芯片8的视场。号筒结构可以通过粘贴的方式与pcb板1连接，然不限于此。号筒结构包括外壳2，外壳2连接于pcb板1上，外壳2的内部设置有至少一个空腔10，空腔10用于容纳mems芯片8。空腔10的数量与mems芯片8的数量一致。mems芯片8倒装时，空腔10的顶部与第二密封胶条9的顶部相抵接。
42.请参阅图1至图17，在本实用新型的一个实施例中，号筒结构还包括用于限定视场的限定结构，限定结构设置于外壳2上，且限定结构位于外壳2上远离pcb板1的一端。限定结构至少为一个，且限定结构与空腔10连通。本技术对限定结构的具体结构不加以限定，在本实用新型的一个实施例中，限定结构包括视场限定孔3和出音孔4，视场限定孔3设置于外壳2上，且视场限定孔3位于外壳2上远离pcb板1的一端。视场限定孔3与出音孔4连接的一端的内径大于出音孔4的内径，视场限定孔3与出音孔4连接的一端的内径与出音孔4的内径之差为0.05-0.3mm，例如可以为0.1mm。当mems芯片8为一个时，限定结构为一个，当mems芯片8为两个时，限定结构可以为一个，也可以为两个。
43.请参阅图1至图14、图16和图17，在本实用新型的一个实施例中，视场限定孔3的内径由与出音孔4连接的一端至远离空腔10的一端可以逐渐增大。例如视场限定孔3的形状可以为圆台结构，也可以为类圆台结构，还可以为由圆台和类圆台组合而成的结构，然不限于此。其中，视场限定孔3的具体结构的理论公式为s＝s
temx
，其中m为蜿展常数，m越小号筒结构的截面积变化率越小，截止频率fc越低，s
t
为号筒结构口的面积。视场限定孔3的形状由圆台和类圆台组合而成时，视场限定孔3的a-a截面为梯形，视场限定孔3的b-b截面为类梯形。视场限定孔3的a-a截面两个侧壁之间的夹角为α，α＝10
°
～170
°
，视场限定孔3的b-b截面两个侧壁之间的夹角为θ，θ＝10
°
～170
°
。本技术对α和θ的具体数值不加以限定，α和θ可以任意组合，例如可以α＝45
°
，θ＝45
°
，也可以α＝120
°
，θ＝45
°
。
44.请参阅图15，在本实用新型的一个实施例中，视场限定孔3的内径由与出音孔4连接的一端至远离空腔10的一端还可以一直不变，例如视场限定孔3可以为圆柱形，然不限于此。此时，视场限定孔3的a-a截面两个侧壁之间的夹角α以及b-b截面两个侧壁之间的夹角θ
均等于180
°
。出音孔4设置于外壳2内，且出音孔4的一端与空腔10连通，出音孔4的另一端连通于视场限定孔3。出音孔4与空腔10共同组成赫姆霍兹共振腔，可以有效提升mems芯片8的发射及接收的灵敏度。
45.综上所述，本实用新型提供一种mems超声波传感器封装结构，该封装结构将号筒结构直接作为mems芯片的封装外壳，在调节超声波视场的同时可以减小mems芯片的封装尺寸，无需安装，一致性高，此外，通过在mems芯片外设置号筒结构，可以有效的减小空气耦合的振动，约束mems芯片的视场，从而起到减小盲区、提升探测能力、减小环境干扰，且号筒结构中的视场限定孔的具体结构可以根据需要进行设计，从而可以限定视场的大小。
46.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。