[发明专利]仿海豹胡须的宽频带MEMS矢量水听器

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS传感器技术领域，具体是一种仿海豹胡须的宽频带MEMS矢量水听器。

背景技术

随着水声技术的不断发展，在低频，小角度变化中获得空间增益，以及精确的给出水下目标的方位信息，矢量水听器成为一种必然的选择。如专利号为200910073993.4的中国发明专利公开的“微机电矢量水听器”，仿鱼类侧线系统的MEMS矢量水听器将声-电转换结构封装在聚氨酯透声帽(仿感觉顶)内，并在透声帽中灌满硅油(仿组织液)。这种封装方式基本解决了声信号从水中传递到探测芯片的纤毛上的难题，虽然在原则上尽量保证透声帽、硅油与水的特性阻抗匹配，但由于透声帽本身存在一个共振峰，位于5Hz-1KHz目标频带范围内，导致水听器频响失真，影响水听器的工作频带。

对于仿生纤毛式MEMS矢量水听器，尚无理想适用的封装方式，亟需研究和改进。另一方面，Parylene薄膜在传感器封装中有应用潜力，然而，针对振动式微传感器的Parylene薄膜封装应用研究很少，需深入探究。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种全新封装结构的水听器，具体是一种仿海豹胡须的宽频带MEMS矢量水听器。海豹胡须并没有像鱼类侧线系统一样的感觉顶和组织液，而是直接在水中探测声信号，因此信号并不需经过感觉顶和组织液传递到纤毛。该水听器利用4μm的patylene均匀淀积在敏感芯片上。该水听器实现了Parylene无透声帽和硅油的封装，可以实现水听器敏感结构直接在水中的影响，避免水听器透声帽的共振峰引入，从而改善频响性能。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种仿海豹胡须的宽频带MEMS矢量水听器，包括内置信号处理电路板的不锈钢电路管壳，不锈钢电路管壳顶部延设有内置导线的缩颈管壳、底部管口插接有连接电缆的堵头，缩颈管壳内的导线与不锈钢电路管壳内的信号处理电路板的输入端连接，同时信号处理电路板的输出端通过导线与堵头上的电缆连接；缩颈管壳的顶部固接有开设中心通孔的固定圆盘，固定圆盘上开设有安装槽，安装槽内通过聚氨酯无缝隙地粘接安装有绝缘环形托盘，绝缘环形托盘上设有凸台，绝缘环形托盘上靠近边缘的位置设有环形卡槽，绝缘环形托盘上以其圆心为对称中心开设有八个贯穿绝缘环形托盘及凸台的螺孔，其中任意两个螺孔为注油螺孔、剩余六个螺孔为信号螺孔，注油螺孔内安装有密封螺钉、信号螺孔内安装有镀镍螺钉，并且各镀镍螺钉与缩颈管壳内的导线连接(镀镍螺钉不仅起到密封的作用，而且还起到传递数据的作用)；绝缘环形托盘上的凸台上安装有圆形PCB板(圆形PCB板即印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，简称印制板，以绝缘板为基材，切成一定尺寸，其上至少附有一个导电图形，并布有孔<如元件孔、紧固孔、金属化孔等>，用来代替以往装置电子元器件的底盘，并实现电子元器件之间的相互连接)，圆形PCB板上正对绝缘环形托盘上八个螺孔的位置同样开设有八个螺孔，并且圆形PCB板通过密封螺钉和镀镍螺钉固定于绝缘环形托盘的凸台上，圆形PCB板的中心处安装有水听器探测芯片(即：粘结敏感柱体的四梁微结构，其包括支撑边框，设于支撑边框中心并通过四根悬臂梁与支撑边框连接的质量块，垂直固定于质量块中心的敏感柱体以及设于悬臂梁上的压敏电阻)；不锈钢电路管壳(2)、缩颈管壳、固定圆盘、绝缘环形托盘、凸台、水听器探测芯片均位于同一轴线上；所述的圆形PCB板和水听器探测芯片的整体表面沉积Parylene薄膜以形成绝缘封装。Parylene材料是一种化学惰性和电绝缘性能优异的薄膜材料，对水有极好的阻隔防护能力，在0.2μm厚时就没有针孔，5μm时能耐l000V以上直流击穿电压，Parylene薄膜作为绝缘封装具有高保形性、低渗透性、高绝缘性等优点。

进一步的，所述的固定圆盘的外径为39mm、高为5mm，其上的安装槽直径为35mm；所述的绝缘环形托盘的直径为35mm、高9mm，其上的环形卡槽宽为6mm、深为1mm，其上的凸台直径为20mm、高为4mm。

所述的Parylene薄膜的厚度为4μm。理论上Parylene薄膜的厚度越小越好，但是也要考虑起到的绝缘性能，目前常用于MEMS器件绝缘的厚度是2-4μm，但是本申请通过不断的实验发现，Parylene薄膜的厚度为4μm时效果最好而且最可靠，而2μm左右时有些渗透现象。

本发明水听器在工作时，