超声波感测器及其制造方法、超声波感测器阵列与流程

本发明涉及传感
技术领域：
，尤其涉及一种超声波感测器及由多个超声波感测器组成的感测器阵列。
背景技术：
：超声波感测器(ultrasonicsensor)利用超声波的发射与接收来量测物体的位置、速度等物理量。目前超声波感测器已广泛应用在车辆上，作为倒车雷达或作为侦测周遭车辆的防撞侦测系统。但是，目前的超声波感测器其准确度不高，从而不能应用在准确度要求高的场合，例如以在机器人手握物体之前对物体的位置、距离进行测量。技术实现要素：有鉴于此，有必要提供一种准确度要求高的超声波感测器。有鉴于此，还有必要提供一种准确度要求高的超声波感测器的制作方法。有鉴于此，还有必要提供一种准确度要求高的超声波感测器阵列。一种超声波感测器包括基底、第一电极、感测基材以及第二电极。该第一电极形成在该基底上。该第一电极包括相背设置的上表面及下表面。该下表面与该基底相接触。该感测基材形成在该上表面上。该感测基材包括相背设置的顶面及底面。该底面与该上表面相接触。该感测基材具有压电特性。该第二电极形成在该顶面上，该第二电极通过光刻形成导电线路。一种超声波感测器制作方法，提供基底；提供第一靶基材，在该基底的一表面形成第一电极,该第一电极包括相背的上表面及下表面，该下表面与该基底相接触；提供第二靶基材，在该上表面上形成感测基材，该感测基材包括相背的底面及顶面， 该底面与该上表面相接触；提供第三靶基材，在该顶面上形成第二电极；通过高压极化的方式使该感测基材具备压电特性；蚀刻该基底以形成对称结构，从而得到该超声波感测器。一种由上述多个超声波感测器组成的感测器阵列包括多个如上所述的超声波感测器，该多个超声波感测器呈阵列排列。相较于现有技术，本发明提供的超声波感测器适于制成超声波感测器阵列。该感测器阵列通过超声波感测器的阵列设计，使该超声波感测器发射出去再反射回来的超声波能被该超声波感测器均匀接收。并经由该控制电路通过发射超声波与接收超声波之间的时间差计算出物体离该超声波感测器的距离。该感测器阵列感测被待测物体的距离准确率高，适合运用在机器人感知物体距离的领域。附图说明图1是本发明实施方式提供的基底的剖面示意图。图2是图1中的基底上形成第一电极的剖面示意图。图3是制作图2中第一电极上形成感测基材的剖面示意图。图4是图3中的感测基材上形成第二电极的剖面示意图。图5是图4中基底形成对称结构的剖面示意图。图6是本发明第一实施方式提供感测器阵列的剖面示意图。图7是本发明第二实施方式提供感测器阵列的剖面示意图。图8是本发明第三实施方式提供感测器阵列的剖面示意图。图9是本发明第四实施方式提供感测器阵列的剖面示意图。主要元件符号说明超声波感测器10、20、30、40发射器31、41基底12接收器33、43第一电极14上表面142下表面144感测基材16底面162顶面164第二电极18导电线路19感测器阵列100、200、300、400感测器同心圆220发射器同心圆410接收器同心圆430如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式下面结合附图将对本发明实施方式作进一步的详细说明。请参阅图1至图5，为本发明提供的一种运用微机电制程制作(MEMS)制造超声波感测器10的方法。请参阅图1，提供一个基底12，该基底12由硅基材制作而成。请参阅图2，提供一个第一靶基材，并通过物理气相沉积(PVD)方式在该基底12的一表面形成第一电极14，该第一电极14包括一个上表面142及一个下表面144，该上表面142及该下表面144位于该第一电极14相背两端，该基底12与该下表面144相接 触，该第一电极14与该第一靶基材的材质相同，为导电性能良好的金属，例如：铂、铜、铝、钛及其合金。请参阅图3，提供一个第二靶基材，并通过物理气相沉积(PVD)方式在该第一电极14的上表面142上形成感测基材16，该感测基材16包括一个底面162及顶面164，该底面162及该顶面164位于该感测基材的相背两端，该底面162与该上表面142相接触，该感测基材16与该第二靶基材的材质相同，均为高分子压电材料制作而成，在本实施方式中，该压电材料为聚氟化二乙烯(PVDF)。请参阅图4，提供一个第三靶基材，通过物理气相沉积(PVD)方式在该感测基材16的顶面164上形成第二电极18，然后通过光刻方式在该第二电极18上形成导电线路19。在本实施方式中，该第二电极18形成在该顶面164上。该第二电极18与该第三靶基材的材质相同，为导电性能良好的金属，例如：铂、铜、铝、钛及其合金。请参阅图4，通过高压极化的方式使该感测基材16具备压电特性，即使该感测基材16能将振动的压力讯号与电讯号进行相互转换。请参阅图5，对该基底12进行蚀刻使该基底12形成对称结构，从而得到该超声波感测器10。请参阅图5，该超声波感测器10包括一个基底12、一个第一电极14、一个感测基材16以及一个第二电极18。该基底12的形状为对称结构。该第一电极14形成在该基底12上。该第一电极14包括一个上表面142及一个下表面144。该上表面142及该下表面144位于该第一电极14的相背两端。该下表面144与该基底12相接触。该感测基材16形成在该上表面142上。该感测基材16包括一个底面162及一个顶面164。该底面162及该顶面164位于该感测基材16相背两端。该底面162与该上表面142相接触。该第二电极18形成在该顶面164上。该第二电极18上形成有导电线路19。请参阅图5，该超声波感测器10具有发射超声波与接收超声 波两种功能。当该超声波感测器产生逆压电效应时发射超声波。所谓逆压压效应，即该感测基材16因电压产生振动而发射超声波。当该超声波感测器产生正压电效应时接收超声波。所谓正压电效应，即该感测基材16接收超声波信号后产生振动，得到电压信号。请参阅图6，为发明实施方式提供的多个超声波感测器10组成的第一实施方式的感测器阵列100。该感测器阵列100包括多个超声波感测器10及处理器(图未示)。该多个超声波感测器10制作在一个圆柱形基板上。可以理解的是，在其它实施方式中，该基板可以为其他形状，诸如长方体、正方体等。该基板由硅基材制作而成。该多个超声波感测器10在该基板表面上呈矩阵阵列排列。该多个超声波感测器10在该基板上均匀间隔设置。每个相邻超声波感测器10之间的距离相同。在运用该感测器阵列100感测被测物体距离时，该多个超声波感测器10均进行发射与接收超声波的工作。使用该感测器阵列100感测被测物体距离时，该多个超声波感测器10发射超声波。该超声波朝该被测物体的方向传播，该超声波接触到被测物体而被反射朝该感测器阵列100的方向传播。最终，反射回来的超声波被该多个超声波感测器10所接收。该处理器通过从该多个超声波感测器10发射超声波到该多个超声波感测器10接收超声波的时间差计算出被测物体距离该感测器阵列100的距离。请参阅图7，为发明实施方式提供的多个超声波感测器20组成的第二实施方式的感测器阵列200。该感测器阵列200包括多个超声波感测器20及处理器(图未示)。该多个超声波感测器20制作在一个圆柱形基板上。可以理解的是，在其它实施方式中，该基板可以为其他形状，诸如长方体、正方体等。该基板由硅基材制作而成。该多个超声波感测器20在该基板表面上呈同心圆阵列排列。该多个超声波感测器20在该基板上围成多个感测器同心圆220。每个相邻的感测器同心圆220之间间隔设置。在运用该感测器阵列200感测被测物体距离时，该多个超声波感测器20均进行发射与接收超声波的工作。使用该感测器阵列200感测被测物体距离时，该多个感测器同心圆220的该多个超声波感测器20发射超声波。该超声波朝该被测物体的方向传播，该超声波接触到被测物体而被反射朝该感测器阵列200的方向传播。最终，反射回来的超声波被该多个感测器同心圆220的多个超声波感测器20所接收。该处理器通过从该多个超声波感测器20发射超声波到该多个超声波感测器20接收超声波的时间差计算出被测物体距离该感测器阵列200的距离。请参阅图8，为发明实施方式提供的多个超声波感测器30组成的第三实施方式的感测器阵列300。该感测器阵列300包括多个超声波感测器30及处理器(图未示)。该多个超声波感测器30制作在一个圆柱形基板上。可以理解的是，在其它实施方式中，该基板可以为其他形状，诸如长方体、正方体等。该基板由硅基材制作而成。该多个超声波感测器30在该基板表面上呈矩阵阵列排列。该多个超声波感测器分为多个发射器31及多个接收器33。在运用该感测器阵列300感测被测物体距离时，该多个发射器31仅用于发射超声波，该多个接收器33仅用于接收超声波。该多个发射器31与多个接收器33均匀设置在该基板上。每个相邻的发射器31与接收器33之间距离相同。使用该感测器阵列300感测被测物体距离时，该多个发射器31发射超声波。该超声波朝该被测物体的方向传播，该超声波接触到被测物体而被反射朝该感测器阵列300的方向传播。最终，反射回来的超声波被该多个接收器33所接收。该处理器通过从该多个发射器31发射超声波到该多个接收器33接收超声波 的时间差计算出被测物体距离该感测器阵列300的距离。请参阅图9，为发明实施方式提供的多个超声波感测器40组成的第四实施方式的感测器阵列400。该感测器阵列400包括多个超声波感测器40及处理器(图未示)。该多个超声波感测器40制作在一个圆柱形基板上。可以理解的是，在其它实施方式中，该基板可以为其他形状，诸如长方体、正方体等。该基板由硅基材制作而成。该多个超声波感测器40在该基板表面上呈同心圆阵列排列。该多个超声波感测器40分为多个发射器41及多个接收器43。在运用该感测器阵列400感测被测物体距离时，该多个发射器41仅用于发射超声波，该多个接收器43仅用于接收超声波。该多个发射器41组成多个发射器同心圆410。该多个接收器43形成多个接收器同心圆430。该多个发射器同心圆410之间通过该多个接收器同心圆430间隔设置，该多个接收器同心圆430之间通过该多个发射器同心圆420间隔设置。使用该感测器阵列400感测被测物体距离时，该多个发射器同心圆410的该多个发射器41发射超声波。该超声波朝该被测物体的方向传播，该超声波接触到被测物体而被发射朝该感测器阵列400的方向传播。最终，反射回来的超声波被该多个接收器同心圆430的多个接收器43所接收。该处理器通过从该多个发射器41发射超声波到该多个接收器43接收超声波的时间差计算出被测物体距离该感测器阵列400的距离。超声波感测是有指向性(Directivity)的，所谓指向性是指超声波发射的声波能量无法均匀地传播，可能在某些方向会较为集中、能量较强；类似地，感测器接收回传的超声波时，也并非四面八方传送来的超声波都能均匀接收，而是在某些方向上的接收较为灵敏。将多个超声波感测器制作成超声波感测器阵列能同时发射传播多束超声波是超声波传播能量集中并能均匀地接收回传的超声波。本发明提供的超声波感测器10、20、30及40以微机电制程 制作(MEMS)，适合制作成超声波感测器阵列100、200、300及400。本发明提供的超声波感测器10、20、30及40适于制成超声波感测器阵列100、200、300及400。感测器阵列100、200、300及400通过该超声波感测器10、20、30及40的阵列设计，使该超声波感测器10、20、30及40发射出去再反射回来的超声波能被该超声波感测器10、20、30及40均匀接收。并经由该控制电路通过发射超声波与接收超声波之间的时间差计算出物体离该超声波感测器的距离。该感测器阵列100、200、300及400感测被待测物体的距离准确率高，适合运用在机器人感知物体距离的领域。可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。当前第1页1 2 3