一种具有可控视场的超声波芯片封装结构及制备工艺的制作方法

1.本说明书一个或多个实施例涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及具有可控视场的超声波芯片封装结构及制备工艺。

背景技术：

2.目前市面上的超声波传感器几乎都是压电陶瓷超声波传感器，由于发生原理的原因，压电陶瓷片必须粘接声阻抗匹配器，以提高电声转化的效率，这也就导致超声波传感器的尺寸较大；由于性能以及可靠性的要求，压电式超声波传感器的封装结构较为固化，修改封装结构设计难，对于一些定制化需求，例如视场需求，只有在超声波传感器的外围在加结构，传感器的尺寸进一步加大，综上所述，本技术现提出声波视场调节用号筒、具有可控视场的超声波芯片封装结构及制备工艺来解决上述出现的问题。

技术实现要素：

3.本发明旨在解决背景技术中提出的问题，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出具有可控视场的超声波芯片封装结构，封装尺寸小，一致性高，可限定芯片声波的视场。
4.基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种具有可控视场的超声波芯片封装结构，包括：
5.mems芯片，所述mems芯片具有相对的正面及背面，所述背面具有背腔，所述正面具有焊盘；
6.号筒，所述号筒具有相对的正面及背面，所述号筒的正面与mems芯片的背面固定连接，所述号筒的正面和背面贯穿开设有用于限定声波视场的开口。
7.在一些实施例中，所述开口与所述背腔整体呈圆柱体结构。
8.在一些实施例中，所述开口与所述背腔整体呈圆台结构，且所述开口靠近号筒背面的一侧内径大于所述开口靠近号筒正面的一侧内径，所述背腔靠近mems芯片背面的一侧内径大于所述背腔靠近mems芯片正面的一侧内径。
9.在一些实施例中，所述开口与所述背腔整体呈类圆台结构，且所述开口靠近号筒背面的一侧内径大于所述开口靠近号筒正面的一侧内径，所述背腔靠近mems芯片背面的一侧内径大于所述背腔靠近mems芯片正面的一侧内径。
10.根据本发明提出的具有可控视场的超声波芯片封装结构，在mems芯片上键合号筒，号筒可用于限定芯片发出的声波传递的视场，代替了在外围加装结构限定视场的方式，减小传感器整体的结构尺寸，具有易装配、一致性高等特点，且号筒与背硅键合连接，背腔与号筒共同形成芯片的视场，进一步减小了封装传感器的尺寸。
11.在一些具体的实施例中，所述mems芯片的背腔内径小于开口靠近号筒背面的一侧内径。
12.制备工艺，用于形成前文所述的具有可控视场的超声波芯片封装结构，包括：
13.通过硅刻蚀工艺，将硅晶圆刻蚀出号筒结构；
14.在晶圆上图形化薄膜材料；
15.将硅号筒晶圆与mems芯片晶圆对准加压加热后，进行键合；
16.通过激光划片，将晶圆划成单个芯片。
17.在一些具体的实施例中，所述薄膜材料为金或锡薄膜材料。
18.下面根据本发明的实施例及附图来详细描述本发明的有益效果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，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。
20.图1为本发明实施例中具有可控视场的超声波芯片封装结构的外部结构示意图；
21.图2-3为本发明实施例中其中一个实施例的结构示意图；
22.图4-5为本发明实施例中另一个实施例的结构示意图；
23.图6-7为本发明实施例中另一个实施例的结构示意图；
24.图8-9为本发明实施例中另一个实施例的结构示意图；
25.图10和图12为本发明实施例中另一个实施例的结构示意图；
26.图11为图10的右视图；
27.图13为图12的左视图。
28.附图标记中：1.mems芯片；2.号筒；11.焊盘；a.背腔；b.开口。
具体实施方式
29.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。
30.下面根据图1-图1来描述本发明实施例中的声波视场调节用号筒的具体结构。
31.实施例1
32.本发明实施例中提出的一种具有可控视场的超声波芯片封装结构，包括 mems芯片和号筒。
33.mems芯片1具有相对的正面及背面，背面具有背腔a，正面具有焊盘 11。
34.号筒2具有相对的正面和背面，号筒2的正面与mems芯片1的背面键合连接，号筒2的正面和背面贯穿开设有开口b，开口b用于限定mems芯片1发出的声波的视场。可选的，开口b与背腔a整体呈圆柱体结构，开口 b的内壁与号筒2的背面夹角θ为90
°
，如图1-3所示。可选的，开口b与背腔a整体呈圆台结构，且开口b靠近号筒a背面的一侧内径大于开口b靠近号筒2正面的一侧内径，背腔a靠近mems芯片1背面的一侧内径大于背腔a靠近mems芯片1正面的一侧内径，开口b的内壁与号筒2的背面夹角θ为30
°
，如图4-5所示。可选的，开口b与背腔a整体呈圆台结构，且开口b靠近号筒2背面的一侧内径大于开口b靠近号筒2正面的一侧内径，背腔a靠近mems芯片1背面的一侧内径大于背腔a靠近mems芯片1正面的一侧内径，开口b的内壁与号筒2的背面夹角θ为60
°
，如图6-7所示。
35.根据本发明提出的具有可控视场的超声波芯片封装结构，在mems芯片上键合号筒，号筒可用于限定芯片发出的声波传递的视场，代替了在外围加装结构限定视场的方式，减小传感器整体的结构尺寸，具有易装配、一致性高等特点，且号筒与背硅键合连接，背腔与号筒共同形成芯片的视场，进一步减小了封装传感器的尺寸。
36.用于制备具有可控视场的超声波芯片封装结构的制备工艺，包括以下步骤：
37.s1，通过硅刻蚀工艺，将硅晶圆刻蚀出号筒结构；
38.s2，在晶圆上图形化薄膜材料，薄膜材料为金或锡薄膜材料；
39.s3，将硅号筒晶圆与mems芯片晶圆对准加压加热后，进行键合；
40.s4，通过激光划片，将晶圆划成单个芯片。
41.实施例2
42.与实施例1不同的是，开口b与背腔a整体呈类圆台结构，且开口b靠近号筒2背面的一侧内径大于开口b靠近号筒2正面的一侧内径，背腔a靠近mems芯片1背面的一侧内径大于背腔a靠近mems芯片1正面的一侧内径。可选的，号筒2的开口理论公式为s＝s
temx
，其中m为蜿展常数，m 越小号筒2截面积变化率越小，截止频率fc越低，s为开口a靠近号筒2背面的一侧面积，s
t
为开口靠近号筒2正面的一侧面积，且s
t
不大于s，如图 8-9所示。
43.实施例3
44.与实施例1不同的是，开口a和开口b组成的整体结构沿a-a截面相对称，且开口a和开口b组成的整体结构沿a-a截面的截面图为梯形，如图11 所示，开口a和开口b组成的整体结构沿b-b截面相对称，且开口a和开口 b组成的整体结构沿b-b截面的截面图为类梯形，如图13所示，且曲线的理论公式和计算方法与实施例2相同。
45.本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

技术特征：

1.一种具有可控视场的超声波芯片封装结构，其特征在于，包括：mems芯片(1)，所述mems芯片(1)具有相对的正面及背面，所述背面具有背腔(a)，所述正面具有焊盘(11)；号筒(2)，所述号筒(2)具有相对的正面及背面，所述号筒(2)的正面与mems芯片(1)的背面固定连接，所述号筒(2)的正面和背面贯穿开设有用于限定声波视场的开口(b)。2.根据权利要求1所述的具有可控视场的超声波芯片封装结构，其特征在于，所述开口(b)与所述背腔(a)整体呈圆柱体结构。3.根据权利要求1所述的具有可控视场的超声波芯片封装结构，其特征在于，所述开口(b)与所述背腔(a)整体呈圆台结构，且所述开口(b)靠近号筒(2)背面的一侧内径大于所述开口(b)靠近号筒(2)正面的一侧内径，所述背腔(a)靠近mems芯片(1)背面的一侧内径大于所述背腔(a)靠近mems芯片(1)正面的一侧内径。4.根据权利要求1所述的具有可控视场的超声波芯片封装结构，其特征在于，所述开口(b)与所述背腔(a)整体呈类圆台结构，且所述开口(b)靠近号筒(2)背面的一侧内径大于所述开口(b)靠近号筒(2)正面的一侧内径，所述背腔(a)靠近mems芯片(1)背面的一侧内径大于所述背腔(a)靠近mems芯片(1)正面的一侧内径。5.制备工艺，用于形成权利要求1-4中任一项所述的具有可控视场的超声波芯片封装结构，其特征在于，包括：通过硅刻蚀工艺，将硅晶圆刻蚀出号筒(2)结构；在晶圆上图形化薄膜材料；将硅号筒(2)晶圆与mems芯片(1)晶圆对准加压加热后，进行键合；通过激光划片，将晶圆划成单个芯片。6.根据权利要求5所述的制备工艺，其特征在于，所述薄膜材料为金或锡薄膜材料。

技术总结

本发明提供具有可控视场的超声波芯片封装结构，包括MEMS芯片，所述MEMS芯片具有相对的正面及背面，所述背面具有背腔，所述正面具有焊盘；号筒，所述号筒具有相对的正面及背面，所述号筒的正面与MEMS芯片的背面固定连接，所述号筒的正面和背面贯穿开设有用于限定声波视场的开口；制备工艺，包括：刻蚀号筒；图形化薄膜材料；键合MEMS芯片与号筒；划片。根据本发明提出的具有可控视场的超声波芯片封装结构，在MEMS芯片上键合号筒，号筒可用于限定芯片发出的声波传递的视场，代替了在外围加装结构限定视场的方式，减小传感器整体的结构尺寸，具有易装配、一致性高等特点，且号筒与背硅键合连接，背腔与号筒共同形成芯片的视场，进一步减小了封装传感器的尺寸。减小了封装传感器的尺寸。减小了封装传感器的尺寸。