一種與FPD工藝技術(shù)兼容的壓電式微機(jī)械超聲換能器PMUT陣列

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，在日前舉辦的2022年IEEE國(guó)際超聲研討會(huì)（2022 IEEE International Ultrasonics Symposium）上，世界領(lǐng)先的納米電子學(xué)和數(shù)字技術(shù)研究與創(chuàng)新中心imec展示了一種與平板顯示器（FPD）工藝技術(shù)兼容的壓電式微機(jī)械超聲換能器（PMUT）陣列，表現(xiàn)出高于1 kPa的隔空聲壓，該聲壓水平足以實(shí)現(xiàn)隔空觸覺(jué)和定向發(fā)聲等新興超聲應(yīng)用。

從基于硅晶圓的工藝轉(zhuǎn)向與平板顯示器兼容的工藝，為PMUT技術(shù)在智能手機(jī)和汽車儀表板等熱門領(lǐng)域集成隔空觸覺(jué)應(yīng)用打開(kāi)了大門，并賦能振動(dòng)觸覺(jué)、飛行時(shí)間（ToF）3D傳感以及手勢(shì)識(shí)別等未來(lái)應(yīng)用。該P(yáng)MUT技術(shù)可用于在汽車以及包括游戲在內(nèi)的消費(fèi)類應(yīng)用中創(chuàng)建非接觸式人機(jī)交互屏幕。

（a）大面積PMUT陣列；（b）細(xì)節(jié)放大圖，22個(gè)500 μm直徑的PMUT環(huán)形相控陣列

超聲技術(shù)可為智能系統(tǒng)提供觸覺(jué)反饋。在隔空觸覺(jué)應(yīng)用中，超聲波能夠建立局部壓力場(chǎng)，使用戶在不接觸物體的情況下“感覺(jué)”到輕微的觸感。此類應(yīng)用要求低超聲頻率下產(chǎn)生高壓。目前的解決方案需要大尺寸標(biāo)準(zhǔn)壓電元件，其產(chǎn)生的頻率相對(duì)較高，阻礙了與用戶的精確交互。

另一方面，小型硅基微機(jī)械超聲換能器（MUT）陣列只能在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)短距離的觸覺(jué)反饋。imec此次開(kāi)發(fā)的PMUT技術(shù)與平板顯示器制造工藝本質(zhì)上更兼容。因此，它能夠以前所未有的面積和體驗(yàn)深度為各類新興觸覺(jué)應(yīng)用鋪平道路。

PMUT陣列中心上方30 mm高度處測(cè)得的峰值焦點(diǎn)壓力

這款平板顯示器兼容的PMUT陣列為低頻、高壓器件填補(bǔ)了隔空觸覺(jué)應(yīng)用的利基市場(chǎng)。imec展示了在200至400 kHz范圍內(nèi)的共振頻率下可以隔空產(chǎn)生約1.5 kPa的峰值壓力，成功復(fù)制了其硅晶圓平臺(tái)上的隔空觸覺(jué)反饋的性能指標(biāo)。

“我們正在為感興趣的客戶提供平板顯示器技術(shù)和原型解決方案演示。此外，我們還在尋找在大面積面板和基板上批量生產(chǎn)的合作伙伴?！眎mec下屬MEMS超聲波項(xiàng)目總監(jiān)Erwin Hijzen表示。

imec傳感器和執(zhí)行器研究員Xavier Rottenberg總結(jié)道：“將我們的PMUT技術(shù)集成到大型面板和顯示器中，是我們實(shí)現(xiàn)大尺寸傳感表面愿景的一個(gè)重要里程碑。從用于體內(nèi)成像的超聲換能器開(kāi)始，我們現(xiàn)在開(kāi)始擴(kuò)展到觸覺(jué)反饋等隔空應(yīng)用。”

審核編輯：劉清