CN107271029A - 一种水听器集成模块及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水听器集成模块，其集成度高，功能丰富且其体积较小，重量轻，容易满足小尺寸安装环境的要求，包括基板，基板上设置有水听器传感器、压力传感器、通讯模块和ASIC芯片，水听器传感器、压力传感器、通讯模块和ASIC芯片分别封装在注塑层中，水听器传感器上端设有声进入开口，压力传感器上端遇有外部连通的感应开口，水听器传感器通过导线和设置在基板内的导电走线连接压力传感器，水听器传感器和压力传感器分别通过导线连接设置在基板内的导电走线，通讯模块和ASIC芯片分别通过焊球连接导电走线，导电走线连接设置在基板的下表面上的底部焊盘，此外，本发明还提供了一种水听器集成模块的制造工艺。
Description
技术领域
本发明涉及水听器技术领域，具体为一种水听器集成模块及其制造工艺。
背景技术
水听器，又称水下传声器，其能够将水下的压力变化而产生声信号转换为电信号，从而能够可靠的得到水下的压力，常被用于声场的测绘、声传感器的检测标定以及超声设备的检测校准和性能评估等声学领域的研究。随着科学技术的不断发展和进步，水听器的应用技术也逐渐发展成熟。
现有技术中，水听器通常都是单一器件，功能较为单一，需要许多外部的元器件配合协同工作，集成度低，导致整个水听器装置的结构复杂，尺寸难以做小，难以微型化，严重影响了使用的便携性和适用性。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种水听器，其集成度高，功能丰富且其体积较小，重量轻，容易满足小尺寸安装环境的要求，此外，本发明还提供了一种水听器集成模块的制造工艺。
其技术方案是这样的：一种水听器集成模块，包括基板，其特征在于：所述基板上设置有水听器传感器、压力传感器、通讯模块和ASIC芯片，所述水听器传感器、压力传感器、通讯模块和ASIC芯片分别封装在注塑层中，所述水听器传感器上端设有与环境声学连通的声进入开口，所述压力传感器上端遇有外部连通的感应开口，所述水听器传感器通过导线和设置在所述基板内的导电走线连接所述压力传感器，所述水听器传感器和所述压力传感器分别通过导线连接设置在所述基板内的导电走线，所述通讯模块和所述ASIC芯片分别通过焊球连接所述导电走线，所述导电走线连接设置在所述基板的下表面上的底部焊盘。
进一步的，所述水听器传感器包括第一传感器晶圆，所述第一传感器晶圆的上表面通过刻蚀形成柱状凸起，所述第一传感器晶圆的上表面与第二片传感器晶圆的下表面真空键合形成空腔，所述第二传感器晶圆的上表面上形成自上至下分别为上金属导电层、压电材料层、下金属导电层的复合层，所述复合层的边沿包裹在钝化层中，所述上金属导电层和所述下金属导电层分别向外延伸形成上延伸部和下延伸部，所述上延伸部和所述下延伸部上分别设有焊盘，所述第一传感器晶圆的下表面与基板的上表面接合，所述水听器传感器通过焊盘分别连接所述导电走线。
进一步的，所述上金属导电层和所述下金属导电层分别为Mo层。
进一步的，所述压电材料层为AlN层。
进一步的，所述通讯模块为蓝牙、wifi、移动通信模块中的任意一种。
进一步的，所述基板上还设有控制器模块。
进一步的，所述基板上还设有电源模块。
一种水听器集成模块的制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：提供第一传感器晶圆，对第一传感器晶圆进行刻蚀形成柱状凸起；
步骤2：将步骤1中得到的第一传感器晶圆的上表面与第二传感器晶圆的下表面真空键合形成空腔；
步骤3：将第二传感器晶圆的上表面通过SOI工艺形成有自上至下分别为上金属导电层、压电材料层、下金属导电层的复合层，将复合层的边沿包裹钝化层中；
步骤4：在上金属导电层的上延伸部的上表面上设置焊盘，在所述下金属导电层的下延伸部的上表面上设置焊盘，得到水听器传感器；
步骤5：在基板上贴装通讯模块芯片和ASIC芯片；
步骤6：将压力传感器以及步骤4得到的水听器传感器贴合到基板上；
步骤7：对基板进行塑封，水听器传感器上端露出与环境声学连通的声进入开口，压力传感器上端露出有与外部连通的感应开口。
进一步的，在步骤2与步骤3之间，对第二传感器晶圆的上部进行减薄处理。
本发明的水听器的水听器集成模块集成了水听器传感器、压力传感器、通讯模块和ASIC芯片，通过压力传感器可以反应当前的深度，结合水听器传感器和ASIC芯片可以探测一定深度的水下声信号，将检测到的声信号转化成电信号，通过通讯模块传输出去，实现无线数据传输；此外，根据需要，本发明的水听器的水听器集成模块还可以集成控制器和电源模块，进一步丰富功能；本发明的水听器借助半导体制造技术的优势，水听器传感器、压力传感器、通讯模块和ASIC芯片集成在一片基板上，水听器的体积可以得到减小，同时性能得以增强，同时其封装工艺难度低，可以降低PCB电路板的复杂性，可靠性好。
附图说明
图1为本发明的水听器集成模块的结构示意图；
图2为本发明的水听器集成模块的制造流程的步骤a到步骤d示意图；
图3为本发明的水听器集成模块的制造流程的步骤e到步骤h示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1，图2，图3，本发明的一种水听器集成模块，包括基板1，基板1上设置有水听器传感器2、压力传感器3、通讯模块4和ASIC芯片5，本发明例中通讯模块为蓝牙，水听器传感器2、压力传感器3、通讯模块4和ASIC芯片5分别封装在注塑层6中，水听器传感器2上端设有与环境声学连通的声进入开口7，压力传感器3上端遇有外部连通的感应开口8，水听器传感器2通过导线9和设置在基板1内的导电走线10连接压力传感器3，水听器传感器2和压力传感器3分别通过导线9连接设置在基板1内的导电走线10，通讯模块4和ASIC芯片5分别通过焊球11连接导电走线10，导电走线10连接设置在基板1的下表面上的底部焊盘12。
水听器传感器2包括第一传感器晶圆21，第一传感器晶圆21的上表面通过刻蚀形成柱状凸起22，第一传感器晶圆21的上表面与第二片传感器晶圆23的下表面真空键合形成空腔24，第二传感器晶圆24的上表面上形成自上至下分别为上金属导电层25、压电材料层26、下金属导电层27的复合层，上金属导电层25和下金属导电层27分别为Mo层，压电材料层26为AlN层，复合层的边沿包裹在钝化层28中，上金属导电层25和下金属导电层27分别向外延伸形成上延伸部29和下延伸部210，上延伸部29和下延伸部210上分别设有焊盘211，第一传感器晶圆21的下表面与基板1的上表面接合，水听器传感器2通过焊盘211分别连接导电走线10。
见图2，图3，本发明的水听器集成模块的制造工艺，包括以下步骤：
步骤a：提供第一传感器晶圆，对第一传感器晶圆进行刻蚀形成柱状凸起；
步骤b：将步骤1中得到的第一传感器晶圆的上表面与第二传感器晶圆的下表面真空键合形成空腔；
步骤c：对第二传感器晶圆的上部进行减薄处理，
步骤d：将第二传感器晶圆的上表面通过SOI工艺形成有自上至下分别为上金属导电层、压电材料层、下金属导电层的复合层，将复合层的边沿包裹钝化层中；
步骤e：在上金属导电层的上延伸部的上表面上设置焊盘，在下金属导电层的下延伸部的上表面上设置焊盘，得到水听器传感器；
步骤f：在基板上贴装通讯模块芯片和ASIC芯片；
步骤g：将压力传感器以及步骤d得到的水听器传感器贴合到基板上；
步骤h：对基板进行塑封，水听器传感器上端露出与环境声学连通的声进入开口，压力传感器上端露出有与外部连通的感应开口。
本发明的水听器的水听器集成模块集成了水听器传感器、压力传感器、通讯模块和ASIC芯片，通过压力传感器可以反应当前的深度，结合水听器传感器和ASIC芯片可以探测一定深度的水下声信号，将检测到的声信号转化成电信号，通过通讯模块传输出去，根据需要，本发明的水听器的水听器集成模块还可以集成控制器和电源模块，进一步丰富功能；本发明的水听器借助半导体制造技术的优势，水听器传感器、压力传感器、通讯模块和ASIC芯片集成在一片基板上，水听器的体积可以得到减小，同时性能得以增强，同时其封装工艺难度低，可以降低PCB电路板的复杂性，可靠性好。
水听器传感器以AlN为压电材料层，ALN具有宽带隙、高声速等优点可以提高水听器的灵敏度，通过ASIC晶圆和硅晶圆的真空键合形成了空腔，形成空气金属反射界面，将声波限制在压电材料内，减少声能向衬底的泄漏，提升水听器的灵敏度，具有大带宽，大动态范围及更好的线性度等优点，可以探测更远距离，更微弱声信号，对于海洋勘探，航道监测，管网监测，水下导航等大规模民用领域具有重要意义；同时，在空腔内设置柱状凸起，可以对水听器传感器进行限位，可以防止水听器传感器与空腔的底面粘连，水听器传感器无法复位造成水听器损坏。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种水听器集成模块，包括基板，其特征在于：所述基板上设置有水听器传感器、压力传感器、通讯模块和ASIC芯片，所述水听器传感器、压力传感器、通讯模块和ASIC芯片分别封装在注塑层中，所述水听器传感器上端设有与环境声学连通的声进入开口，所述压力传感器上端遇有外部连通的感应开口，所述水听器传感器通过导线和设置在所述基板内的导电走线连接所述压力传感器，所述水听器传感器和所述压力传感器分别通过导线连接设置在所述基板内的导电走线，所述通讯模块和所述ASIC芯片分别通过焊球连接所述导电走线，所述导电走线连接设置在所述基板的下表面上的底部焊盘。
2.根据权利要求1所述的一种水听器集成模块，其特征在于：所述水听器传感器包括第一传感器晶圆，所述第一传感器晶圆的上表面通过刻蚀形成柱状凸起，所述第一传感器晶圆的上表面与第二片传感器晶圆的下表面真空键合形成空腔，所述第二传感器晶圆的上表面上形成自上至下分别为上金属导电层、压电材料层、下金属导电层的复合层，所述复合层的边沿包裹在钝化层中，所述上金属导电层和所述下金属导电层分别向外延伸形成上延伸部和下延伸部，所述上延伸部和所述下延伸部上分别设有焊盘，所述第一传感器晶圆的下表面与基板的上表面接合，所述水听器传感器通过焊盘分别连接所述导电走线。
3.根据权利要求2所述的一种水听器集成模块，其特征在于：所述上金属导电层和所述下金属导电层分别为Mo层。
4.根据权利要求2所述的一种水听器集成模块，其特征在于：所述压电材料层为AlN层。
5.根据权利要求1所述的一种水听器集成模块，其特征在于：所述通讯模块为蓝牙、wifi、移动通信模块中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种水听器集成模块，其特征在于：所述基板上还设有控制器模块。
7.根据权利要求1所述的一种水听器集成模块，其特征在于：所述基板上还设有电源模块。
8.一种水听器集成模块的制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：提供第一传感器晶圆，对第一传感器晶圆进行刻蚀形成柱状凸起；
步骤2：将步骤1中得到的第一传感器晶圆的上表面与第二传感器晶圆的下表面真空键合形成空腔；
步骤3：将第二传感器晶圆的上表面通过SOI工艺形成有自上至下分别为上金属导电层、压电材料层、下金属导电层的复合层，将复合层的边沿包裹钝化层中；
步骤4：在上金属导电层的上延伸部的上表面上设置焊盘，在所述下金属导电层的下延伸部的上表面上设置焊盘，得到水听器传感器；
步骤5：在基板上贴装通讯模块芯片和ASIC芯片；
步骤6：将压力传感器以及步骤4得到的水听器传感器贴合到基板上；
步骤7：对基板进行塑封，水听器传感器上端露出与环境声学连通的声进入开口，压力传感器上端露出有与外部连通的感应开口。
9.根据权利要求8所述的一种水听器集成模块的制造工艺，其特征在于：在步骤2与步骤3之间，对第二传感器晶圆的上部进行减薄处理。
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