电容式微机械超声换能器的制作方法

1.本发明涉及超声换能器技术领域，具体涉及一种电容式微机械超声换能器。


背景技术：

2.超声波换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件，它是超声技术中的核心器件，其性能好坏直接影响超声技术应用的效果和使用范围。其中，应用表面微加工工艺制作的电容式微机械超声换能器(capacitive micromachined ultrasonic transducer，cmut)得到了快速发展，其在超声成像、指纹识别、定向生场等领域均得到了广泛应用。采用表面微加工工艺制备的电容式微机械超声换能器尺寸仅为几十毫米，这使其具有更高的中心频率，从而拥有更高的分辨率。
3.目前多采用晶圆键合工艺制备电容式微机械超声换能器。然而，晶圆键合工艺的制备成本较高，不利于电容式微机械超声换能器的工业化生产。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上降低电容式微机械超声换能器的制备成本。
5.本发明提供一种电容式微机械超声换能器，包括：振膜层；与所述振膜层相对设置的绝缘层；位于所述振膜层与所述绝缘层之间的键合件，所述键合件为金属键合件或粘结胶层，所述键合件用以连接所述振膜层与所述绝缘层，并在所述振膜层与所述绝缘层之间形成若干密闭空腔。
6.上述电容式微机械超声换能器中，金属键合件或粘结胶层的形成对键合膜层的表面粗糙度要求较低，这降低了键合件的形成难度，从而有利于降低电容式微机械超声换能器的制备成本；同时，金属键合件或粘结胶层的形成使得振膜层与绝缘层以化学键键合在一起，提高了两者的连接能力，从而提高了电容式微机械超声换能器的结构稳定性。
7.根据本发明的实施例，所述绝缘层具有若干凹槽，所述金属键合件为金属键合层，所述金属键合层位于所述绝缘层具有所述凹槽的一侧表面以使所述凹槽构成所述密闭空腔。
8.根据本发明的实施例，所述密闭空腔包括相对设置的第一腔面和第二腔面，所述第一腔面为所述振膜层朝向所述绝缘层的一侧的局部表面，所述第二腔面为所述凹槽的槽底。由此，有利于减少电容式微机械超声换能器的寄生电容。
9.根据本发明的实施例，所述金属键合层的厚度为0.1μm～10μm。由此，在使振膜层与绝缘层具有较大的连接强度的同时，有利于电容式微机械超声换能器的微型化。
10.根据本发明的实施例，所述绝缘层具有平整表面，所述金属键合件为金属键合体，所述金属键合体具有若干贯穿的通孔，所述振膜层和所述绝缘层使所述通孔构成所述密闭空腔。
11.根据本发明的实施例，所述绝缘层具有若干凹槽，所述粘结胶层位于所述绝缘层
具有所述凹槽的一侧表面以使所述凹槽构成所述密闭空腔。
12.根据本发明的实施例，所述粘结胶层的材料为热塑性树脂，所述热塑性树脂的熔点为150℃-350℃。
13.根据本发明的实施例，所述绝缘层具有平面区和与所述平面区相邻设置的凹槽区，所述凹槽位于所述凹槽区，所述粘结胶层在所述绝缘层的正投影均位于所述平面区。
14.根据本发明的实施例，所述金属键合件包括铜、锡、金、银、铟中的至少一种。
15.根据本发明的实施例，所述电容式微机械超声换能器还包括：位于所述振膜层背离所述绝缘层的一侧表面的第一电极层；位于所述绝缘层背离所述振膜层的一侧表面的第二电极层；所述第一电极层和/或所述第二电极层为图形化电极层，所述图形化电极层包括若干子电极块，所述子电极块与所述空腔对应设置；位于所述第二电极层背离所述绝缘层的一侧的绝缘衬底。
16.根据本发明的实施例，所述第一电极层为所述图形化电极层；所述第一电极层还包括绝缘平坦层，所述绝缘平坦层填充在相邻所述子电极块之间，且所述绝缘平坦层的厚度与所述子电极块的厚度相同。
17.根据本发明的实施例，所述电容式微机械超声换能器还包括位于所述第二电极层与所述绝缘衬底之间的缓冲层，所述缓冲层用于粘结所述第二电极层与所述绝缘衬底。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
19.图1-图15为本发明实施例1中提供的一种电容式微机械超声换能器的制备过程中的结构示意图；
20.图16-图18为本发明实施例1中提供的另一种电容式微机械超声换能器的制备过程中的结构示意图；
21.图19为本发明实施例1中提供的再一种电容式微机械超声换能器的结构示意图；
22.图20-图22为本发明实施例2中提供的一种电容式微机械超声换能器的制备过程中的结构示意图；
23.图23为本发明实施例1中提供的另一种电容式微机械超声换能器的结构示意图；
24.图24为本发明实施例1中提供的再一种电容式微机械超声换能器的结构示意图；
25.附图标记说明：
26.1-临时基板；2-临时键合胶层；3-第一电极层；31-第一初始电极层；32-第一初始光刻胶层；33-第一光刻胶层；34-子电极块；35-绝缘平坦层；4-振膜层；51-第一金属层；52-第一金属体；53-第一子通孔；6-绝缘衬底；7-第二电极层；8-缓冲层；9-绝缘层；91-初始绝缘层；92-第二初始光刻胶层；93-第二光刻胶层；94-凹槽；101-第二金属层；102-第二金属体；103-第二子通孔；111-金属键合层；112-金属键合体；113-通孔。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.正如背景技术所述，晶圆键合工艺的制备成本较高，不利于电容式微机械超声换能器的工业化生产。
29.具体的，采用晶圆键合工艺制备电容式微机械超声换能器的步骤包括：将单晶硅片的正反两面进行氧化，得到氧化硅层；对单晶硅片正面的氧化硅层进行刻蚀，得到若干凹槽；对单晶硅片和soi片进行深度清洁，保证表面高洁净度；将单晶硅片和soi片键合在一起，使凹槽构成密闭空腔，然后在1000℃以上的高温下退火；采用化学机械抛光工艺对soi片中远离单晶硅片的硅层进行减薄，然后使用湿法腐蚀液四甲基氢氧化铵(tmah)溶液将soi片中暴露在外的剩余硅层完全去除，随后采用湿法腐蚀液boe溶液(nh4f:hf＝6:1)去除掉soi片中的埋氧层和单晶硅片背面的氧化硅层，soi片所暴露出的硅层作为振膜层；在振膜层的表面和单晶硅片的硅层表面形成金属电极。
30.晶圆键合工艺的制备成本较高主要体现在以下方面：
31.(1)si和sio2进行阳极键合，对键合膜层的表面粗糙度要求较高，即对原料的要求较高；
32.(2)键合过程需要高温(1000℃以上)退火，增大了制备成本；
33.(3)原料单晶硅片和soi片价格昂贵；
34.(4)工艺流较为复杂。
35.此外，需要说明的是，晶圆键合工艺制备电容式微机械超声换能器中，si和sio2以范德华力键合在一起，连接能力也有待提升。
36.基于此，本发明提供一种电容式微机械超声换能器的制备方法，包括：
37.形成振膜层；
38.形成绝缘层，所述绝缘层与所述振膜层相对设置；
39.形成键合件，所述键合件位于所述振膜层与所述绝缘层之间，所述键合件为金属键合件或粘结胶层，所述键合件用以连接所述振膜层与所述绝缘层，并在所述振膜层与所述绝缘层之间形成若干密闭空腔。
40.本发明通过在振膜层与绝缘层之间形成键合件以连接两者，金属键合件或粘结胶层的形成对键合膜层的表面粗糙度要求较低，这降低了键合件的形成难度，从而有利于降低电容式微机械超声换能器的制备成本；同时，金属键合件或粘结胶层的形成使得振膜层与绝缘层以化学键键合在一起，提高了两者的连接能力，从而提高了电容式微机械超声换能器的结构稳定性。
41.实施例1
42.本实施例中，所述绝缘层具有若干凹槽，所述金属键合件为金属键合层，所述金属键合层使所述凹槽构成所述密闭空腔。
43.具体的，本实施例形成所述金属键合层的步骤包括：形成第一金属层，所述第一金属层位于所述振膜层的一侧表面，第一金属层的材料包括但不限于铜、锡、金、银、中的至少一种；形成第二金属层，所述第二金属层位于所述绝缘层具有所述凹槽的一侧表面，第二金
属层的材料包括但不限于铜、锡、金、银、铟中的至少一种；将所述第一金属层和所述第二金属层相对设置并进行热压键合，第一金属层和第二金属层形成所述金属键合层。热压键合的温度由第一金属层和第二金属层的熔点决定。优选的，第一金属层和第二金属层的熔点小于1000℃，第一金属层和第二金属层可以分别独立的含有锡、铟等低熔点材料，此时热压键合的温度较低，有利于进一步降低电容式微机械超声换能器的制备成本。第一金属层的材料和第二金属层的材料可以相同，也可以不同。
44.优选的，所述绝缘层具有平面区和与所述平面区相邻设置的凹槽区，所述凹槽位于所述凹槽区，第一金属层与第二金属层在绝缘层的正投影均位于平面区，即，第一金属层和第二金属层均为图形化金属层，凹槽内不具有第二金属层，振膜层与凹槽相对的区域也不具有第一金属层，这有利于减少电容式微机械超声换能器的寄生电容。
45.下面结合图1-图15对实施例提供的电容式微机械超声换能器的制备方法进行清楚完整的描述。
46.参见图1，提供临时基板1，在所述临时基板1的一侧表面形成整面的临时键合胶层2。具体的，所述临时基板1包括但不限于透明基板，如玻璃；形成临时键合胶层2的工艺包括但不限于涂覆工艺。
47.参见图1-图5，在所述临时键合胶层2背离所述临时基板1的一侧表面形成第一电极层3。所述第一电极层3为图形化电极层，所述图形化电极层包括间隔设置的若干子电极块34、以及位于相邻子电极块34之间的绝缘平坦层35，所述绝缘平坦层35的厚度与所述子电极块34的厚度相同，使所述第一电极层3具有完整且平整的表面，以进行后续振膜层4的沉积。所述绝缘平坦层35的材料包括但不限于树脂材料。
48.具体的，形成所述第一电极层3的步骤包括：
49.参见图1-图4，在所述临时键合胶层2背离所述临时基板1的一侧表面形成若干所述子电极块34，相邻所述子电极块34之间为间隔区。形成若干所述子电极块34的步骤包括：参见图1，在所述临时键合胶层2背离所述临时基板1的一侧表面形成整面的第一初始电极层31，形成第一初始电极层31的工艺包括但不限于磁控溅射工艺、电镀工艺、物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺；继续参见图1，在第一初始电极层31背离所述临时基板1的一侧表面形成整面的第一初始光刻胶层32；参见图2，对第一初始光刻胶层32依次进行曝光、显影，得到图形化的第一光刻胶层33；参见图3，以第一光刻胶层33为掩膜，对第一初始电极层31进行刻蚀；参见图4，去除第一光刻胶层33，得到若干子电极块34。需要说明的是，也可以采用其他工艺进行上述子电极块的制备。
50.参见图5，在所述间隔区形成绝缘平坦层35，得到第一电极层3；形成所述绝缘平坦层35的工艺包括但不限于涂覆工艺。
51.参见图6，在所述第一电极层3背离临时基板1的一侧表面形成振膜层4；具体的，所述振膜层4的材料包括但不限于si3n4、si中的至少一种；形成所述振膜层4的工艺包括但不限于等离子体化学气相沉积工艺。
52.参见图7，在所述振膜层4背离临时基板1一侧表面形成图形化的第一金属层51，第一金属层51在临时基板1上的正投影位于绝缘平坦层35在临时基板1上的正投影内，优选的，第一金属层51在临时基板1上的正投影与绝缘平坦层35在临时基板1上的正投影重合。具体的，形成第一金属层51的工艺包括但不限于磁控溅射工艺、物理气相沉积工艺、化学气
相沉积工艺，在沉积过程中振膜层4背离临时基板1一侧表面设置有掩膜板，以在沉积完成后得到图形化的第一金属层51。
53.参见图8，提供绝缘衬底6，在所述绝缘衬底6的一侧形成整面的第二电极层7。具体的，所述绝缘衬底6包括但不限于玻璃，所述绝缘衬底6优选玻璃，与单晶硅片相比，玻璃价格低廉，有利于进一步降低电容式微机械超声换能器的制备成本。形成整面的第二电极层7的工艺包括但不限于磁控溅射工艺、物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺。
54.进一步的，继续参见图8，在形成第二电极层7之前，还可以在所述绝缘衬底6的一侧表面形成缓冲层8，所述第二电极层7形成在缓冲层8背离绝缘衬底6的一侧表面，第二电极层7和绝缘衬底6均与所述缓冲层8具有较大的粘结力，缓冲层8能够增大第二电极层7与绝缘衬底6的连接强度，从而提高电容式微机械超声换能器的结构稳定性。当绝缘衬底6为玻璃时，所述缓冲层8的材料包括sio2、si3n4中的至少一种。形成缓冲层8的工艺包括但不限于磁控溅射工艺、物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺，具体工艺可以根据缓冲层8的材料进行选择。
55.参见图8-图11，在所述第二电极层7背离所述绝缘衬底6的一侧表面形成绝缘层9，所述绝缘层9具有若干凹槽94，所述凹槽94的槽口远离所述绝缘衬底6。
56.具体的，形成所述绝缘层9的步骤包括：参见图8，在第二电极层7背离绝缘衬底6的一侧表面形成整面的初始绝缘层91，形成初始绝缘层91的工艺包括但不限于磁控溅射工艺、物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺；继续参见图8，在初始绝缘层91背离所述绝缘衬底6的一侧表面形成整面的第二初始光刻胶层92；参见图9，对第二初始光刻胶层92依次进行曝光、显影，得到图形化的第二光刻胶层93；参见图10，以第二光刻胶层93为掩膜，对初始绝缘层91进行刻蚀；参见图11，去除第二光刻胶层93，得到具有若干凹槽94的绝缘层9。
57.参见图12，在所述绝缘层9背离所述绝缘衬底6的一侧表面形成第二金属层101，第二金属层101不形成在所述凹槽内。具体的，形成第二金属层101的工艺包括但不限于磁控溅射工艺、物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺，在沉积过程中绝缘层9背离绝缘衬底6的一侧表面设置有掩膜板，以对凹槽位置进行遮挡，避免金属材料沉积到凹槽中，在沉积完成后得到图形化的第二金属层101。
58.参见图13-图14，将第一金属层51和第二金属层101相对设置，此时第一电极层3的子电极块34与凹槽94相对设置，随后进行热压键合，使第一金属层51和第二金属层101形成金属键合层111。
59.参见图15，在形成所述金属键合层111之后进行解键合，以去除所述临时键合胶层2和所述临时基板1，得到电容式微机械超声换能器。与晶圆键合工艺中依次进行的化学机械抛光和湿法腐蚀步骤相比，临时键合胶层2进行解键合的步骤简单，不仅有利于进一步降低电容式微机械超声换能器的制备成本，还有利于实现工业化生产。具体的，解键合的方法包括但不限于溶液浸泡和激光照射。当所述临时基板1采用透明基板时，优选利用激光进行解键合，激光透过透明基板照射到临时键合胶层2，由于激光的能量较高，临时键合胶层2发生分解，从而使临时基板1分离，具有较高的解键合效率。
60.综上，本实施例提供的电容式微机械超声换能器的工艺流程较为简单，不仅有利于进一步降低电容式微机械超声换能器的制备成本，还有利于实现工业化生产。
61.作为第一种可替换的实施方式，参见图16，所述第一电极层3为整面覆盖临时键合
胶层2的膜层；参见图17，所述第二电极层7包括间隔设置的若干子电极块34。形成所述第一电极层3的工艺包括但不限于磁控溅射工艺、物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺。形成所述第二电极层7的步骤包括：在所述绝缘衬底6的一侧形成整面的第二初始电极层，形成第二初始电极层的工艺包括但不限于磁控溅射工艺、电镀工艺、物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺；在第二初始电极层背离所述绝缘衬底6的一侧表面形成整面的第三初始光刻胶层；对第三初始光刻胶层依次进行曝光、显影，得到图形化的第三光刻胶层；以第三光刻胶层为掩膜，对第二初始电极层进行刻蚀；去除第三光刻胶层，得到第二电极层。在该实施方式中，电容式微机械超声换能器的其它功能层的制备步骤可参见实施例1的前文，在此不再赘述。图18示出了该实施方式制备得到的电容式微机械超声换能器的结构示意图。需要说明的是，由于绝缘层9形成在第二电极层7上，因此，本实施方式的绝缘层9的形状不同于图15中的绝缘层9。
62.作为第二种可替换的实施方式，参见图19，第一电极层3包括间隔设置的若干子电极块34、以及位于相邻子电极块34之间的绝缘平坦层35，而第二电极层7包括间隔设置的若干子电极块34。在该实施方式中，电容式微机械超声换能器的其它功能层的制备步骤可参见实施例1的前文，所述第二电极层7的制备参照第一种可替换的实施方式，在此不再赘述。需要说明的是，由于绝缘层9形成在第二电极层7上，因此，本实施方式的绝缘层9的形状也不同于图15中的绝缘层9。
63.实施例2
64.参见图22-图24，本实施例与实施例1的区别仅在于：所述绝缘层9具有平整表面，所述金属键合件为金属键合体112，所述金属键合体112具有若干贯穿的通孔113，所述振膜层4和所述绝缘层9使所述通孔113构成所述密闭空腔，因此空腔中位于振膜层4和绝缘层9上的两个腔面不含金属材料，这有利于减少电容式微机械超声换能器的寄生电容。
65.本实施例中形成所述绝缘层的工艺包括但不限于磁控溅射工艺、物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺。
66.本实施例形成所述金属键合柱的步骤包括：
67.参见图20，形成第一金属体52，所述第一金属体52位于振膜层4背离临时基板1的一侧表面，所述第一金属体52具有第一子通孔53，第一金属体52的材料包括但不限于铜、锡、金、银、中的至少一种，所述第一金属体52的厚度方向与所述第一子通孔53的延伸方向相同，第一金属体52在临时基板1上的正投影与绝缘平坦层35在临时基板1上的正投影重合；
68.继续参见图20，形成第二金属体102，所述第二金属层101位于所述绝缘层9背离绝缘衬底6的一侧表面，所述第二金属体102具有第二子通孔103，第二金属体102的材料包括但不限于铜、锡、金、银、中的至少一种，所述第二金属体102的厚度方向与所述第二子通孔103的延伸方向相同，第二金属体102与第一金属体52的形状相同，第一子通孔53和第二子通孔103的尺寸和分布方式均相同，第二金属体102与第一金属体52的厚度可以相同也可以不同；
69.参见图20，将所述第一金属体52和所述第二金属体102相对设置并进行热压键合；参见图21，第一金属体52和第二金属体102形成金属键合柱，第一子通孔53和第二子通孔103连通构成所述通孔113，并形成密闭空腔；参见图22，在进行解键合之后，得到电容式微
机械超声换能器。图22示出了第一电极层3为图形化电极层，第二电极层7为整面电极层的结构示意图，图23示出了第一电极层3为整面电极层，第二电极层7为图形化电极层的结构示意图，图24示出了第一电极层3和第二电极层7均为图形化电极层的结构示意图。
70.具体的，可以采用磁控溅射工艺、物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺等工艺沉积所述第一金属体52和所述第二金属体102，且在沉积过程中设置掩膜板，以分别得到第一子通孔53和第二子通孔103。所述第二金属体的厚度大于实施例1中第二金属层的厚度，第一金属体的厚度和第二金属体的厚度可以根据所需的空腔深度进行设计。
71.本实施例的电容式微机械超声换能器中其它功能层的制备步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
72.实施例3
73.本实施例与实施例1的区别仅在于：所述绝缘层具有若干凹槽，所述键合件为粘结胶层。由于粘结胶层与金属键合层均为层状结构，因此本实施例制备得到的电容式微机械超声换能器的结构示意图也可参见图15、图18、图19。
74.在第一种实施方式中，所述电容式微机械超声换能器的制备方法包括：在所述振膜层的一侧表面涂覆粘结胶；将所述绝缘层具有所述凹槽的一侧表面与所述粘结胶接触；对所述粘结胶进行固化得到粘结胶层，绝缘层与振膜层连接在一起。此时，所述粘结胶层为整面的膜层，所述粘结胶可以为热塑性树脂，也可以热固性树脂。
75.在第二种实施方式中，所述粘结胶层的材料为热塑性树脂，通过涂覆和固化在振膜层的一侧表面预先形成粘结胶层；将所述粘结胶层与所述绝缘层具有所述凹槽的一侧表面接触；随后进行热压键合，加热温度达到粘结胶层的熔点，待粘结胶层软化或液化后冷却至室温，使绝缘层与振膜层连接在一起。该实施方式由于可以提前预制出粘结胶层，因此能够缩短组装时间，有利于提高电容式微机械超声换能器的制备效率。优选的，热塑性树脂的熔点为150℃-350℃，此时热压键合的温度较低，有利于进一步降低电容式微机械超声换能器的制备成本。
76.在第二种实施方式中，所述粘结胶层可以为图形化的膜层，即，所述绝缘层具有平面区和与所述平面区相邻设置的凹槽区，所述凹槽位于所述凹槽区，所述粘结胶层在所述绝缘层的正投影均位于所述平面区。形成所述粘结层的步骤包括：在所述振膜层的一侧表面形成整面的初始粘结胶层，粘结胶属于光刻胶；对所述初始粘结胶层依次进行曝光和显影。
77.在第二种实施方式中，所述粘结胶层也可以为整面的膜层。
78.本实施例的电容式微机械超声换能器中其它功能层的制备步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
79.实施例4
80.参见图15、图18、图19、图22-图24，本实施例提供一种电容式微机械超声换能器，包括：振膜层4；与所述振膜层4相对设置的绝缘层9；位于所述振膜层4与所述绝缘层9之间的键合件，所述键合件为金属键合件或粘结胶层，所述键合件用以连接所述振膜层4与所述绝缘层9，并在所述振膜层4与所述绝缘层9之间形成若干密闭空腔。
81.上述电容式微机械超声换能器中，金属键合件或粘结胶层的形成对键合膜层的表面粗糙度要求较低，这降低了键合件的形成难度，从而有利于降低电容式微机械超声换能
器的制备成本；同时，金属键合件或粘结胶层的形成使得振膜层4与绝缘层9以化学键键合在一起，提高了两者的连接能力，从而提高了电容式微机械超声换能器的结构稳定性。
82.在本实施例中，金属键合件包括铜、锡、金、银、铟中的至少一种，所述金属键合件的材料决定了其形成温度。优选的，金属键合件可以分别独立的含有锡、铟等低熔点材料，此时金属键合件的形成温度较低，有利于进一步降低电容式微机械超声换能器的制备成本。
83.在第一种实施方式中，参见图15、图18、图19，所述绝缘层9具有若干凹槽94，所述金属键合件为金属键合层111，所述金属键合层111位于所述绝缘层9具有所述凹槽94的一侧表面以使所述凹槽94构成所述密闭空腔。优选的，所述密闭空腔包括相对设置的第一腔面和第二腔面，所述第一腔面为所述振膜层4朝向所述绝缘层9的一侧的局部表面，所述第二腔面为所述凹槽94的槽底。即，所述密闭空腔的第一腔面和第二腔面均不具有金属材料，所述金属键合层111为图形化金属层，这有利于减少电容式微机械超声换能器的寄生电容。
84.进一步的，所述金属键合层111的厚度为0.1μm～10μm，如0.1μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。所述金属键合层111的厚度过大，能够使振膜层4与绝缘层9具有较大的连接强度，但不利于电容式微机械超声换能器的微型化；通过将金属键合层111的厚度限定在上述范围，在使振膜层4与绝缘层9具有较大的连接强度的同时，有利于电容式微机械超声换能器的微型化。
85.在第二种实施方式中，参见图22-图24，所述绝缘层9具有平整表面，所述金属键合件为金属键合体112，所述金属键合体112具有若干贯穿的通孔，所述振膜层4和所述绝缘层9使所述通孔构成所述密闭空腔，因此空腔中位于振膜层4和绝缘层9上的两个腔面不含金属材料，这有利于减少电容式微机械超声换能器的寄生电容。金属键合体112的厚度可以根据所需的空腔深度进行设计。
86.在第三种实施方式中，所述绝缘层具有若干凹槽，所述粘结胶层位于所述绝缘层具有所述凹槽的一侧表面以使所述凹槽构成所述密闭空腔。所述粘结胶可以为热塑性树脂，也可以热固性树脂。优选的，所述粘结胶层的材料为热塑性树脂，此时，可以在振膜层的表面预制固态的粘结胶层，在粘结胶层与绝缘层接触后依次进行热压键合和冷却，以使绝缘层与振膜层连接在一起，因此能够缩短组装时间，有利于提高电容式微机械超声换能器的制备效率。更优选的，所述热塑性树脂的熔点为150℃-350℃，此时热压键合的温度较低，有利于进一步降低电容式微机械超声换能器的制备成本。
87.所述粘结胶层可以为图形化的膜层，即，所述绝缘层具有平面区和与所述平面区相邻设置的凹槽区，所述凹槽位于所述凹槽区，所述粘结胶层在所述绝缘层的正投影均位于所述平面区。所述粘结胶层也可以为整面覆盖振膜层的膜层。
88.在本实施例中，所述电容式微机械超声换能器还包括：位于所述振膜层4背离所述绝缘层9的一侧表面的第一电极层3；位于所述绝缘层9背离所述振膜层4的一侧表面的第二电极层7；所述第一电极层3和/或所述第二电极层7为图形化电极层，所述图形化电极层包括若干子电极块34，所述子电极块34与所述空腔对应设置；位于所述第二电极层7背离所述绝缘层9的一侧的绝缘衬底6。
89.参见图15、图19，当所述第一电极层3为图形化电极层时，所述第一电极层3还包括绝缘平坦层35，所述绝缘平坦层35填充在相邻所述子电极块34之间，且所述绝缘平坦层35
的厚度与所述子电极块34的厚度相同，所述第一电极层3具有完整且平整的表面。所述绝缘平坦层35的材料包括但不限于树脂材料。参见图18-图19，当所述第二电极层7为图形化电极层时，所述图形化电极层仅包括间隔设置的若干子电极块34。
90.具体的，所述绝缘衬底6包括但不限于玻璃，所述绝缘衬底6优选玻璃，与单晶硅片相比，玻璃价格低廉，有利于进一步降低电容式微机械超声换能器的制备成本。
91.作为一种优选的实施方式，所述电容式微机械超声换能器还包括位于所述第二电极层7与所述绝缘衬底6之间的缓冲层8，第二电极层7和绝缘衬底6均与所述缓冲层8具有较大的粘结力，缓冲层8能够增大第二电极层7与绝缘衬底6的连接强度，从而提高电容式微机械超声换能器的结构稳定性。当绝缘衬底6为玻璃时，所述缓冲层8的材料包括sio2、si3n4中的至少一种。
92.文中术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
93.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
94.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种电容式微机械超声换能器，其特征在于，包括：振膜层；与所述振膜层相对设置的绝缘层；位于所述振膜层与所述绝缘层之间的键合件，所述键合件为金属键合件或粘结胶层，所述键合件用以连接所述振膜层与所述绝缘层，并在所述振膜层与所述绝缘层之间形成若干密闭空腔。2.根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述绝缘层具有若干凹槽，所述金属键合件为金属键合层，所述金属键合层位于所述绝缘层具有所述凹槽的一侧表面以使所述凹槽构成所述密闭空腔。3.根据权利要求2所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述密闭空腔包括相对设置的第一腔面和第二腔面，所述第一腔面为所述振膜层朝向所述绝缘层的一侧的局部表面，所述第二腔面为所述凹槽的槽底。4.根据权利要求2所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述金属键合层的厚度为0.1μm～10μm。5.根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述绝缘层具有平整表面，所述金属键合件为金属键合体，所述金属键合体具有若干贯穿的通孔，所述振膜层和所述绝缘层使所述通孔构成所述密闭空腔。6.根据权利要求1所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述绝缘层具有若干凹槽，所述粘结胶层位于所述绝缘层具有所述凹槽的一侧表面以使所述凹槽构成所述密闭空腔。7.根据权利要求6所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述粘结胶层的材料为热塑性树脂，所述热塑性树脂的熔点为150℃-350℃。8.根据权利要求6或7所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述绝缘层具有平面区和与所述平面区相邻设置的凹槽区，所述凹槽位于所述凹槽区，所述粘结胶层在所述绝缘层的正投影均位于所述平面区。9.根据权利要求1-5任一项所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述金属键合件包括铜、锡、金、银、铟中的至少一种。10.根据权利要求1-7任一项所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，还包括：位于所述振膜层背离所述绝缘层的一侧表面的第一电极层；位于所述绝缘层背离所述振膜层的一侧表面的第二电极层；所述第一电极层和/或所述第二电极层为图形化电极层，所述图形化电极层包括若干子电极块，所述子电极块与所述空腔对应设置；位于所述第二电极层背离所述绝缘层的一侧的绝缘衬底。11.根据权利要求10所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，所述第一电极层为所述图形化电极层；所述第一电极层还包括绝缘平坦层，所述绝缘平坦层填充在相邻所述子电极块之间，且所述绝缘平坦层的厚度与所述子电极块的厚度相同。12.根据权利要求10所述的电容式微机械超声换能器，其特征在于，还包括位于所述第二电极层与所述绝缘衬底之间的缓冲层，所述缓冲层用于粘结所述第二电极层与所述绝缘衬底。

技术总结
本发明提供一种电容式微机械超声换能器，包括：振膜层；与振膜层相对设置的绝缘层；位于振膜层与绝缘层之间的键合件，键合件为金属键合件或粘结胶层，键合件用以连接振膜层与绝缘层，并在振膜层与绝缘层之间形成若干密闭空腔。金属键合件或粘结胶层的形成对键合膜层的表面粗糙度要求较低，这降低了键合件的形成难度，从而有利于降低电容式微机械超声换能器的制备成本；同时，金属键合件或粘结胶层的形成使得振膜层与绝缘层以化学键键合在一起，提高了两者的连接能力，从而提高了电容式微机械超声换能器的结构稳定性。声换能器的结构稳定性。声换能器的结构稳定性。


技术研发人员：郭康 孙永旗 谷新
受保护的技术使用者：京东方科技集团股份有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/6