收发分体式超声波传感器模组的制作方法

1.本说明书一个或多个实施例涉及传感器技术领域，尤其涉及收发分体式超声波传感器模组。


背景技术：

2.收发分离式超声波传感器模组是指发射和接收超声波信号的传感器是分离的，采用这种收发分离式的超声波传感器模组，盲区时间几乎可以减小到0盲区。目前收发分离式的超声波传感器模组的应用应十分广泛，如测距应用、避障应用、物位检测等；
3.目前市面上已有的分离式超声波传感器模组基本都是压电陶瓷类型，存在以下几个缺点：
4.体积大，单个超声波探头的尺寸一般都是φ10mm*20mm(含插针高度)，再加上基板以及一些简单电路，整个分离式超声波传感器模组的尺寸一般都是超过30*20*20mm，极大的限制了分离式超声波传感器模组的应用场景；
5.装配困难，超声波探头都是插针式，无法兼容smt工艺，只能单个装配，装配效率低；此外也就导致分离式超声波传感器模组在使用时也无法兼容smt工艺，装配效率低，综上所述，本技术现提出收发分体式超声波传感器模组来解决上述出现的问题。


技术实现要素：

6.本发明旨在解决背景技术中提出的问题之一，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出收发分体式超声波传感器模组，通过半导体工艺加工mems芯片，自动化封装工艺进行模组封装制造，在保证高灵敏度的前提下，具有体积小、易装配的优点。
7.基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了收发分体式超声波传感器模组，包括：基板；外壳，所述外壳与基板密封连接，所述外壳具有用于收容的两个相互密封的发射腔体和接收腔体，所述外壳对应发射腔体的位置开设有发射声孔，所述外壳对应接收腔体的位置开设有接收声孔；mems发射芯片，所述mems发射芯片具有相对的正面和背面，所述背面具有背腔，所述mems发射芯片位于发射腔体内部，且所述mems发射芯片的背面与基板贴合固定，所述mems发射芯片与基板电气联通；mems接收芯片，mems接收芯片具有相对的正面和背面，所述mems接收芯片位于接收腔体内部；焊接凸起，所述基板靠近mems接收芯片的表面上设置有焊接凸起，所述焊接凸起用于所述基板与所述mems接收芯片的电连接；所述基板与所述mems接收芯片之间的空间限定出密封腔。
8.在一些实施例中，所述mems接收芯片的高度高于mems发射芯片的高度。
9.在一些实施例中，所述mems发射芯片通过金线与基板电气联通。
10.在一些具体的实施例中，所述mems发射芯片的背面通过键合的方式与基板封装，所述mems发射芯片的背面通过硬胶贴片的方式与基板固定连接。
11.在一些具体的实施例中，所述mems接收芯片的正面设置有焊垫，所述焊接凸起与所述焊垫电连接。
12.在一些实施例中，所述基板与所述mems接收芯片之间的空间通过灌封胶限定出密封腔。
13.在一些实施例中，所述密封腔的厚度与焊接凸起的高度相同。
14.在一些实施例中，所述mems接收芯片的背面通过贴壳胶与外壳的接收腔体顶壁密封连接。
15.从上面所述可以看出，本发明包括以下有益效果：
16.本发明通过具有发射腔体和接收腔体的外壳，接收芯片采用倒装的方式设置，高度高于发射芯片，防止发射芯片空气耦合振动对接收芯片产生影响，且接收芯片倒装后，与基板之间的接触面小，减轻发射芯片通过基板传递至接收芯片的振动影响。
附图说明
17.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。
18.图1为本发明实施例中超声波传感器模组的外部结构示意图；
19.图2为本发明实施例中超声波传感器模组的结构爆炸图；
20.图3为本发明实施例中超声波传感器模组的内部结构示意图；
21.图4为本发明实施例中超声波传感器模组中接收腔体的内部截面图；
22.图5为本发明实施例中超声波传感器模组中基板的结构示意图；
23.图6为本发明实施例中超声波传感器模组的截面图；
24.图7-图8为现有技术中振动传递造成影响的示意图。
25.附图标记中：1.外壳；2.金线；3.mems发射芯片；4.基板；5.焊接凸起；6.灌封胶；7.mems接收芯片；8.贴壳胶；a.发射声孔；b.接收腔体；c.接收声孔；d.密封腔；e.发射腔体。
具体实施方式
26.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。
27.下面根据图1-图6来描述本发明实施例中的收发分体式超声波传感器模组的具体结构。
28.请参阅图1-图6，根据本发明实施例中的收发分体式超声波传感器模组，包括基板4、外壳1、mems发射芯片3、mems接收芯片7、连接件5以及灌封胶6。
29.外壳1密封连接在基板4上，外壳1可以有效阻挡发射芯片通过空气耦合到接收芯片的振动，外壳1内部开设有两个相互密闭的收容腔，一个是发射腔体e，另一个是接收腔体b，mems发射芯片3位于发射腔体e内部，mems发射芯片3具有相对的正面及背面，mems接收芯片7位于接收腔体b内部，mems接收芯片7具有相对的正面及背面，所述外壳1对应发射腔体e的位置开设有发射声孔a，发射声孔a的孔径优选为0.6-1.0mm，发射芯片的空腔配合发射声孔a的尺寸，形成赫姆霍兹共振腔，用于增强发射声压级，赫姆霍兹共振腔的本质是一个窄带的滤波器，对频带内的信号有放大作用，对频带外的信号有抑制作用，腔体的共振频率可
以用以下公式计算：
[0030][0031]
式中：f为腔共振频率；c空气中的声速；v为前腔容积；s为出音孔面积；t音孔壁厚；a为出音孔半径；λ为修正系数。
[0032]
外壳1对应接收腔体b的位置开设有接收声孔c，接收声孔c的孔径优选为0.3-0.6mm，接收声孔c的孔径小于发射声孔a的孔径，mems接收芯片7通过芯片背腔以及出声孔的尺寸，形成接收的赫姆霍兹共振腔，用于增强接收灵敏度。
[0033]
mems发射芯片3具有相对的正面和背面，背面具有背腔，mems发射芯片3位于发射腔体e内部，且mems发射芯片3的背面与基板4贴合固定，mems发射芯片3与基板4电气联通。可选的，mems发射芯片3通过金线2与基板4电气联通。可选的，mems发射芯片3通过键合的方式与基板4封装，这样的好处是mems发射芯片3的发射声压级不会被抑制。可选的，mems发射芯片3通过硬胶贴片的方式与基板4连接，这样的好处是mems发射芯片3的振膜背腔的声压级会反射叠加，能够一定程度上增强发射声压级，最后通过前文所述的赫姆霍兹共振腔，能够进一步增幅发射声压级。
[0034]
mems接收芯片7具有相对的正面和背面，mems接收芯片7位于接收腔体b内部。基板1靠近mems接收芯片7的表面上设置有焊接凸起5，焊接凸起3用于基板4与mems接收芯片7的电连接，减小了接收芯片与基板4的接触面积，可以极大的减小mems发射芯片3通过基板4传到mems接收芯片7的振动，达到抑制盲区的效果，如图7所示。可选的，焊接凸起5为直径为50-150μm的焊锡球。可选的，焊接凸起5为导电胶、导电银浆。可选的，mems接收芯片7的正面设置有焊垫，焊接凸起5与焊垫电连接。可选的，所述密封腔d的厚度与焊接凸起5的高度相同。基板4与mems接收芯片7之间的空间限定出密封腔d。可选的，基板4与mems接收芯片7之间的空间通过灌封胶6限定出密封腔d，密封腔d为mems接收芯片7的振膜施加空气阻尼，从而减小整个收发分体式超声波传感器模组的盲区时间。
[0035]
在一些具体的实施例中，mems接收芯片7的高度高于mems发射芯片3的高度，通过外壳1，mems发射芯片3和mems接收芯片7高度差，可以减小mems发射芯片3通过空气耦合到mems接收芯片7的振动，如图8所示。
[0036]
在一些具体的实施例中，mems接收芯片7的背面通过贴壳胶8与外壳1的接收腔体b顶壁密封连接，增加mems接收芯片7的稳定性。
[0037]
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。