據麥姆斯咨詢報道，茂丞（鄭州）超聲科技有限公司（以下簡稱“茂丞超聲”）近日宣布全球首發超小晶圓級封裝超聲波飛行時間（ToF）距離傳感芯片SC801，該芯片采用最新高密度封裝技術硅通孔（Through Silicon Via, TSV）封裝，實現超小封裝體積3 mm × 1.3 mm × 0.48 mm。
超聲波ToF距離傳感芯片SC801
TSV封裝技術被認為是第四代封裝技術，并正在逐漸取代目前工藝比較成熟的引線鍵合技術，8英寸晶圓級封裝實現了更好的電氣互聯性能、更低的功耗、更小的尺寸、更輕的質量，以及更具競爭力的封裝成本。
茂丞超聲總經理邱奕翔表示：“茂丞超聲在晶圓級超聲波換能器技術領域耕耘多年，在科技創新上擁有自主知識產權，在2023年2月28號，茂丞超聲獲最新晶圓級封裝美國專利‘Wafer Level Ultrasonic Chip Module and Manufacturing Method Thereof, US11,590,536B’后，茂丞超聲在晶圓級封裝技術方面累計擁有2件中國、6件中國臺灣、4件美國專利，在超聲波換能器晶圓級封裝技術上，有著領先及深遠的專利布局，為實現超聲波換能器超小體積封裝奠定了基石。”
茂丞超聲晶圓級封裝技術專利列表
茂丞超聲基于多項專利技術開發的超聲波晶圓級封裝超聲波ToF距離傳感芯片SC801，體積小、精度高、功耗低、易于集成，晶圓級封裝制程工藝示意圖及錫球腳位圖如下，在縮小封裝體積的同時，能達到簡化生產工藝，隔絕外界氧化與避免短路的風險，在芯片表面沉積生成二氧化硅層，實現防水與防塵。
SC801晶圓級封裝制程工藝示意圖及錫球腳位圖
茂丞超聲SC801將接近傳感器的發射和接收集成在一顆芯片上，實現3.3V低壓驅動，無須另外搭載升壓電路，接收到回波信號后，通過放大器及算法處理，獲得物體與芯片間的距離，大大縮小了模塊體積，可應用于各種不同的接近感測。
SC801電路圖
茂丞超聲SC801，實現測量精度0.1mm。通過單顆芯片實現高精度近距離檢測，測距范圍1～3 cm，體積非常小，利于集成。智能手機、智能穿戴設備等由于本身體積小，對傳感器尺寸要求特別高。
SC801芯片尺寸對比示意圖
茂丞超聲SC801超聲波傳感芯片，不受環境光線明暗以及環境溫度變化影響，對透明材質及亮暗顏色均能準確檢測。在智能手機全面屏應用中，SC801可以實現全面屏無須開孔，檢測人臉靠近自動滅屏功能，防止觸碰耳朵或臉頰導致的誤觸。
智能手機全面屏應用示意圖
茂丞超聲SC801也可用于真無線立體聲（TWS）藍牙耳機佩戴時自動啟動，脫離耳朵時自動關閉等功能，無須額外增加按鍵。特別是骨傳導式TWS耳機并未入耳，實現精準佩戴判斷，不受環境光線明暗以及環境溫度變化影響。
骨傳導式TWS耳機應用示意圖
綜上，茂丞超聲SC801芯片式超聲波換能器，有著優異的小體積優勢，加上3.3V低壓驅動，大大降低了成本和功耗，應用場景十分廣闊。3 mm x 1.3 mm x 0.48 mm，全球最小封裝體積的芯片級超聲波傳感器，可實現智能眼鏡、TWS耳機、智能手表等可穿戴設備，隔空距離檢測和手勢識別等功能。
茂丞超聲SC801與其它方案的對比
茂丞超聲致力于第三代半導體材料-氮化鋁，實現芯片級超聲波MEMS換能器技術研發及商品化，是中國首款自主研發8寸晶圓生產的氮化鋁（AlN）芯片級超聲波傳感器團隊，為國內傳感器領域填補了這一空白。芯片級超聲波傳感器基于氮化鋁（AlN）材料制造，氮化鋁（AlN）具有良好的壓電效應，較低的介電常數使其在較小體積的設計下，能獲得與塊體壓電陶瓷材料（PZT）相當的性能，其體積微小、功耗低更適合在便攜式設備中使用。
茂丞超聲商品化全球第一個陣列式及超小封裝尺寸氮化鋁芯片式ToF超聲波MEMS換能器，以及自研超聲波TDC驅動讀出芯片，采用超聲波飛行時間（ToF）測量原理，實現亞毫米級精度距離感測，可用于智能手機、智能穿戴設備、氣體、液體流量檢測、物體測距、液位、料位監測等，具有低功耗、長壽命、免維護等優點，在消費性電子、工業、家電、計量器具等領域具有良好的應用前景。
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