電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道 超聲波的應用非常廣泛，比如在醫(yī)療領(lǐng)域，超聲波可以用于各種診斷，甚至是清除結(jié)石；在工業(yè)領(lǐng)域可以用于無損檢測、焊接等。其中關(guān)鍵的超聲波傳感器過去一般是采用壓電材料為主，最近英飛凌宣布在開發(fā)電容式微機械超聲波傳感器（CMUT）技術(shù)方面取得重大進展。

采用eWLB封裝的CMUT，來源：英飛凌

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CMUT是什么？
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與依靠材料本身變形的傳統(tǒng)壓電體材料不同，CMUT是一種通過微加工半導體膜片的偏轉(zhuǎn)來傳輸和檢測超聲波的傳感器，核心結(jié)構(gòu)由基底和可移動的頂部薄膜組成，兩者之間通過絕緣材料和空腔隔開，形成電容結(jié)構(gòu)。
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根據(jù)同一領(lǐng)域的論文信息，在運行時，CMUT通過施加直流偏置電壓使薄膜向基底移動，再疊加交流電壓引發(fā)振動，產(chǎn)生超聲波。接收時，聲波引起的薄膜振動會改變電容值，從而生成電信號。CMUT工作頻率由薄膜的幾何參數(shù)（如半徑、厚度）決定，可實現(xiàn)從數(shù)百kHz到數(shù)十MHz的寬頻帶覆蓋。
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CMUT的材料多為硅基，部分設(shè)計使用石墨烯或金屬玻璃薄膜。制造工藝兼容CMOS集成，適合批量生產(chǎn)。
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英飛凌表示，借助CMUT技術(shù)推出首款高度集成的單芯片解決方案，該方案是基于MEMS的超聲波傳感器，擁有更小的占板面積以及更強大的性能和更低的功耗，可廣泛用于開發(fā)新型超聲波應用和改進消費電子、汽車工業(yè)與醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)有應用。
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與單管解決方案相比，英飛凌的MEMS和ASIC集成技術(shù)可將本底噪聲降低到同等尺寸傳統(tǒng)壓電陶瓷材料的二十分之一，并將絕對信號增強一千倍。
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開拓更多應用領(lǐng)域
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據(jù)英飛凌介紹，CMUT技術(shù)可以應用到從消費電子到醫(yī)療設(shè)備等多個行業(yè)。
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英飛凌的CMUT技術(shù)可在不使表面變形的情況下，在玻璃甚至金屬等任何固體材料下實現(xiàn)固態(tài)觸控按鈕。這為傳統(tǒng)的機械按鈕提供了更加耐用、可靠的替代品，降低磨損風險，延長設(shè)備的整體使用壽命。與可能受濕度和溫度等環(huán)境因素影響的電容式觸控按鈕相比，基于CMUT的觸控按鈕完全與水兼容，并具有高電磁兼容性（EMC）。由于該技術(shù)縮小了按鈕的尺寸，因此可以集成從智能手機到工業(yè)控制面板等各種設(shè)備，例如能將觸控按鈕安裝在手機金屬框架下或取代汽車門把手，以實現(xiàn)整潔的設(shè)計。
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在家電領(lǐng)域，在一些需要液位檢測的設(shè)備中，比如洗衣機、洗碗機、飲水機等，CMUT可以進行連續(xù)測量填充液位，相比傳統(tǒng)接觸式電極避免了被腐蝕的風險。
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CMUT技術(shù)還可用于開發(fā)使用超聲波技術(shù)的創(chuàng)新醫(yī)療設(shè)備，例如用于生命體征監(jiān)測、健康追蹤和無創(chuàng)醫(yī)療診斷的可穿戴設(shè)備。借助CMUT技術(shù)，這些設(shè)備能進行連續(xù)監(jiān)測和反饋，而非單次測量，因此能夠更早地發(fā)現(xiàn)潛在的健康問題，并提高患者的治療效果。由于尺寸小、功耗低，它們非常適用于可穿戴設(shè)備和定點照護應用。
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