CH201是一款微型、超低功率、遠(yuǎn)程超聲飛行時(shí)間（TOF）距離傳感器。CH201基于Chirps專利MEMS技術(shù)，是一款集成了PMUT（壓電微機(jī)械超聲波起重機(jī)）和超低功率Soc（片上系統(tǒng)）的封裝系統(tǒng)，可回流封裝Soc運(yùn)行Chirp先進(jìn)的超聲波DSP算法，包括一個(gè)集成的微控制器，通過I2C數(shù)字接口輸出。

具有以下特征：

?3.5mm x 3.5mm x 1.26mm，8引腳LGA封裝

?工作范圍從20厘米到5米可編程模式

?視場(chǎng)（Fov）高達(dá)180多目標(biāo)檢測(cè)可在任何照明條件下工作

?單個(gè)傳感器用于接收和發(fā)送

?最大5m功耗低至13.5μA

?使用頻率85kHz

X-RAY無損分析可知，內(nèi)部包含2顆芯片，芯片1為MEMS芯片，芯片2為SOC芯片。MEMS芯片正對(duì)封裝正面開孔，以便發(fā)射或接受超聲波信號(hào)，由2根金線與正面基板形成電連接，SOC芯片與底部基板粘連并通過13根金線形成電連接。MEMS芯片與SOC芯片通過四周的封裝通孔形成電連接。

圖 CH201前透視圖

通過物理方式將芯片開封，得到2部分，上部的基板包含MEMS芯片和下部的基板包含SOC芯片，兩顆芯片各自與上下極板通過膠進(jìn)行物理鍵合，通過綁線進(jìn)行電氣鍵合。在基板四周顯示了上下極板進(jìn)行電連接的通孔。

圖 CH201開封

將兩顆芯片去膠，取芯。CH201中的壓電MEMS超聲波換能器芯片由意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）生產(chǎn)制造，版圖為2018版本。意法半導(dǎo)體開發(fā)了氮化鋁（AlN）制造平臺(tái)，以增加其MEMS組合技術(shù)。SOC芯片為典型的IC芯片。

圖 CH201MEMS芯片

為探析這款MEMS芯片的膜層結(jié)構(gòu)，將芯片進(jìn)行45°大剖面切割，從大剖面圖可以看出MEMS芯片中心圓形區(qū)域懸膜結(jié)構(gòu)，即振動(dòng)膜結(jié)構(gòu)。這款壓電MEMS超聲波ToF傳感器的成功秘訣不僅在于壓電材料，還包括硅薄膜的設(shè)計(jì)與制造。因?yàn)楣璞∧さ奈锢沓叽纭①|(zhì)量和剛度決定了其諧振頻率。該芯片的所有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是為了獲得良好的諧振頻率。

圖 CH201大剖面圖