基于共晶键合技术的CMUTs结构设计与试验测试

作     者：李支康 赵立波 赵一鹤 李杰 郭帅帅 罗国希 徐廷中 刘子晨 李雪娇 蒋庄德 LI Zhikang;ZHAO Libo;ZHAO Yihe;LI Jie;GUO Shuaishuai;LUO Guoxi;XU Tingzhong;LIU Zicheng;LI Xuejiao;JIANG Zhuangde

作者机构：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 西安交通大学微纳制造与测试技术国际合作联合实验室西安710049 西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学苏州研究院苏州215123 

基　　金：国家重点研发计划(2016YFB1200100) 国家自然科学基金(51805423、51875449、51890884、51421004、91748207) 陕西省自然科学基础研究计划青年项目(2018JQ5067) 苏州市重点产业技术创新->前瞻性应用研究(SYG201721) 机械系统与振动国家重点实验室课题(MSV201809) 中国博士后科学基金(2017M623160)资助项目 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2020年第56卷第13期

页      码：67-76页

摘      要：电容式微加工超声换能器(Capacitive micromachined ultrasonic transducers,CMUTs)在超声成像与治疗、3D超声姿态识别等领域具有广泛应用需求。将CMUTs与ICs进行集成是减小寄生电容、提高信噪比的重要途径,然而目前基于熔融键合的CMUTs制备技术需要高温条件(>1000℃),无法实现与ICs的集成制备。开发基于共晶键合的CMUTs制备工艺是解决上述问题的有效途径。针对该低温工艺,设计了圆形和正六边形空腔CMUTs单元及相应的阵列结构,利用有限元仿真和理论公式分析了CMUTs结构的塌陷电压、谐振频率以及其薄膜在热应力、大气压力条件下的变形。分析结果表明CMUTs塌陷电压及谐振频率在预期范围内,其薄膜在热应力、大气压力作用下不会发生塌陷。对所制备的CMUTs芯片的形貌、结构尺寸、电容以及阻抗频率特性开展试验研究。结果表明芯片形貌、结构参数、电容以及阻抗频率特性与设计预期一致,芯片能正常工作;测试结果验证了CMUTs结构设计与制备工艺的可行性。这些研究对进一步实现CMUTs与ICs的集成设计与制备提供了基础。

主 题 词：CMUTs 有限元仿真 结构设计 共晶键合 试验测试 阻抗频率特性 

学科分类：07[理学] 08[工学] 070206[070206] 0802[工学-机械学] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3901/JME.2020.13.067

馆 藏 号：203956023...