据麦姆斯咨询报道，茂丞（郑州）超声科技有限公司（以下简称“茂丞超声”）近日宣布全球首发超小晶圆级封装超声波飞行时间（ToF）距离传感芯片SC801，该芯片采用最新高密度封装技术硅通孔（Through Silicon Via, TSV）封装，实现超小封装体积3 mm × 1.3 mm × 0.48 mm。
超声波ToF距离传感芯片SC801
TSV封装技术被认为是第四代封装技术，并正在逐渐取代目前工艺比较成熟的引线键合技术，8英寸晶圆级封装实现了更好的电气互联性能、更低的功耗、更小的尺寸、更轻的质量，以及更具竞争力的封装成本。
茂丞超声总经理邱奕翔表示：“茂丞超声在晶圆级超声波换能器技术领域耕耘多年，在科技创新上拥有自主知识产权，在2023年2月28号，茂丞超声获最新晶圆级封装美国专利‘Wafer Level Ultrasonic Chip Module and Manufacturing Method Thereof, US11,590,536B’后，茂丞超声在晶圆级封装技术方面累计拥有2件中国、6件中国台湾、4件美国专利，在超声波换能器晶圆级封装技术上，有着领先及深远的专利布局，为实现超声波换能器超小体积封装奠定了基石。”
茂丞超声晶圆级封裝技术专利列表
茂丞超声基于多项专利技术开发的超声波晶圆级封装超声波ToF距离传感芯片SC801，体积小、精度高、功耗低、易于集成，晶圆级封装制程工艺示意图及锡球脚位图如下，在缩小封装体积的同时，能达到简化生产工艺，隔绝外界氧化与避免短路的风险，在芯片表面沉积生成二氧化硅层，实现防水与防尘。
SC801晶圆级封装制程工艺示意图及锡球脚位图
茂丞超声SC801将接近传感器的发射和接收集成在一颗芯片上，实现3.3V低压驱动，无须另外搭载升压电路，接收到回波信号后，通过放大器及算法处理，获得物体与芯片间的距离，大大缩小了模块体积，可应用于各种不同的接近感测。
SC801电路图
茂丞超声SC801，实现测量精度0.1mm。通过单颗芯片实现高精度近距离检测，测距范围1～3 cm，体积非常小，利于集成。智能手机、智能穿戴设备等由于本身体积小，对传感器尺寸要求特别高。
SC801芯片尺寸对比示意图
茂丞超声SC801超声波传感芯片，不受环境光线明暗以及环境温度变化影响，对透明材质及亮暗颜色均能准确检测。在智能手机全面屏应用中，SC801可以实现全面屏无须开孔，检测人脸靠近自动灭屏功能，防止触碰耳朵或脸颊导致的误触。
智能手机全面屏应用示意图
茂丞超声SC801也可用于真无线立体声（TWS）蓝牙耳机佩戴时自动启动，脱离耳朵时自动关闭等功能，无须额外增加按键。特别是骨传导式TWS耳机并未入耳，实现精准佩戴判断，不受环境光线明暗以及环境温度变化影响。
骨传导式TWS耳机应用示意图
综上，茂丞超声SC801芯片式超声波换能器，有着优异的小体积优势，加上3.3V低压驱动，大大降低了成本和功耗，应用场景十分广阔。3 mm x 1.3 mm x 0.48 mm，全球最小封装体积的芯片级超声波传感器，可实现智能眼镜、TWS耳机、智能手表等可穿戴设备，隔空距离检测和手势识别等功能。
茂丞超声SC801与其它方案的对比
茂丞超声致力于第三代半导体材料-氮化铝，实现芯片级超声波MEMS换能器技术研发及商品化，是中国首款自主研发8寸晶圆生产的氮化铝（AlN）芯片级超声波传感器团队，为国内传感器领域填补了这一空白。芯片级超声波传感器基于氮化铝（AlN）材料制造，氮化铝（AlN）具有良好的压电效应，较低的介电常数使其在较小体积的设计下，能获得与块体压电陶瓷材料（PZT）相当的性能，其体积微小、功耗低更适合在便携式设备中使用。
茂丞超声商品化全球第一个阵列式及超小封装尺寸氮化铝芯片式ToF超声波MEMS换能器，以及自研超声波TDC驱动读出芯片，采用超声波飞行时间（ToF）测量原理，实现亚毫米级精度距离感测，可用于智能手机、智能穿戴设备、气体、液体流量检测、物体测距、液位、料位监测等，具有低功耗、长寿命、免维护等优点，在消费性电子、工业、家电、计量器具等领域具有良好的应用前景。
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