CH201距离传感器拆解与分析

CH201是一款微型、超低功率、远程超声飞行时间（TOF）距离传感器。CH201基于Chirps专利MEMS技术，是一款集成了PMUT（压电微机械超声波起重机）和超低功率Soc（片上系统）的封装系统，可回流封装Soc运行Chirp先进的超声波DSP算法，包括一个集成的微控制器，通过I2C数字接口输出。  

具有以下特征：

•3.5mm x 3.5mm x 1.26mm，8引脚LGA封装

•工作范围从20厘米到5米可编程模式

•视场（Fov）高达180多目标检测可在任何照明条件下工作

•单个传感器用于接收和发送

•最大5m功耗低至13.5μA

•使用频率85kHz

X-RAY无损分析可知，内部包含2颗芯片，芯片1为MEMS芯片，芯片2为SOC芯片。MEMS芯片正对封装正面开孔，以便发射或接受超声波信号，由2根金线与正面基板形成电连接，SOC芯片与底部基板粘连并通过13根金线形成电连接。MEMS芯片与SOC芯片通过四周的封装通孔形成电连接。

图 CH201前透视图

通过物理方式将芯片开封，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，两颗芯片各自与上下极板通过胶进行物理键合，通过绑线进行电气键合。在基板四周显示了上下极板进行电连接的通孔。

图 CH201开封

将两颗芯片去胶，取芯。CH201中的压电MEMS超声波换能器芯片由意法半导体（STMicroelectronics）生产制造，版图为2018版本。意法半导体开发了氮化铝（AlN）制造平台，以增加其MEMS组合技术。SOC芯片为典型的IC芯片。

图 CH201MEMS芯片

为探析这款MEMS芯片的膜层结构，将芯片进行45°大剖面切割，从大剖面图可以看出MEMS芯片中心圆形区域悬膜结构，即振动膜结构。这款压电MEMS超声波ToF传感器的成功秘诀不仅在于压电材料，还包括硅薄膜的设计与制造。因为硅薄膜的物理尺寸、质量和刚度决定了其谐振频率。该芯片的所有结构设计都是为了获得良好的谐振频率。

图 CH201大剖面图